專利名稱：一種去除真空熔煉銅鉻合金夾雜物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空熔煉除雜工藝，特別是涉及一種去除真空熔煉銅鉻合金夾雜 物的方法，屬于電工材料制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
銅鉻(CuCr)合金是廣泛用于中高壓真空斷路器的觸頭材料，具有較好的耐電壓 和開斷電流能力。其中，雜質(zhì)含量是決定其性能的關(guān)鍵。當(dāng)材料中含有較多的夾雜物時(shí)，將 極大地?fù)p害觸頭性能甚至不能使用。因此，不斷減少夾雜物的污染是發(fā)展高性能CuCr觸頭 材料的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)CuCr合金主要有四種工藝路線。1.混粉法將一定比例的Cu粉和Cr粉充分混合，冷壓成型，再經(jīng)真空燒結(jié)或熱等 靜壓而成。這是一條歷史較長、使用較多的工藝路線，它的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，成熟度高，主要 缺點(diǎn)是對原材料氣體含量有極為嚴(yán)格的要求，很難獲得低氣體含量的產(chǎn)品，致密度較低也 是一個(gè)重要缺陷。2.熔滲法先將Cr粉和其他組分充分混合壓制，在真空或保護(hù)性氣氛中燒結(jié)成一 定孔隙度的Cr骨架，而后在真空中浸Cu，由于毛細(xì)作用，液態(tài)Cu被吸入骨架的孔隙中，形 成密度在98%理論密度以上的致密的CuCr觸頭合金。這種產(chǎn)品氧含量較混粉法有明顯降 低，致密度也有較大提高，主要缺點(diǎn)是仍然需要以鉻粉為原料，生產(chǎn)效率較低。3.自耗法將Cu粉和Cr粉裝入薄壁Cu管中或者將混粉法制成的CuCr合金棒在 真空電弧爐中作為陰極進(jìn)行自耗熔煉，所得錠坯再經(jīng)熱擠壓進(jìn)一步提高致密度。這是德國 西門子公司開發(fā)成功的一種工藝路線，這種方法可以將Cr粒子尺寸降低到20 30 ym。但 這種方法對氧含量降低不明顯，成本較高，工藝穩(wěn)定性較低。4.真空熔煉法將一定比例的銅塊和鉻塊在真空中頻感應(yīng)熔煉爐中熔化去氣，然 后澆入特制的模具中。這種方法采用銅塊和鉻塊為原料，避免了制造鉻粉工序中引入雜質(zhì) 和氧化的問題，氣體含量指標(biāo)能夠大幅度降低。這四種工藝方法中前三種都要經(jīng)過或首先經(jīng)過粉末冶金工序，即首先要將鉻塊制 成鉻粉，從而對原材料Cr塊性能和制粉工藝有嚴(yán)格要求，使觸頭的生產(chǎn)成本很高，且很難 避免制粉中的夾雜污染。由于夾雜能夠使觸頭在開斷電流時(shí)分解并放出大量氣體，損害真 空滅弧室的真空和絕緣能力，使真空斷路器開斷失敗，造成嚴(yán)重事故。因此，不需要制粉工 序的真空熔煉工藝近年來在國際上獲得了重視并取得了快速發(fā)展。在真空熔煉過程中，直接將銅塊、鉻塊熔化，去除了將鉻塊制粉的工藝過程，從而 能夠避免制粉過程中的氣體和雜質(zhì)污染。但是，由于銅鉻合金的熔煉過程是在極高的工藝 溫度(約2000°C)下的氧化物坩堝中進(jìn)行，金屬熔液在電磁力作用下不斷沖刷坩堝，坩堝在 高溫、攪拌作用下會(huì)不斷剝落，使最終的材料中存在較多的夾雜物，降低了觸頭的可靠性。 因此，降低真空熔煉銅鉻合金的夾雜物是真空熔煉工藝獲得實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，銅鉻合 金的真空感應(yīng)熔煉都是直接在坩堝中感應(yīng)熔化，都是設(shè)法避免在液面上形成熔渣，極少有關(guān)于真空感應(yīng)熔化過程中加入造渣材料、利用熔渣材料吸附夾雜物的報(bào)導(dǎo)。本發(fā)明人曾做 過關(guān)于真空感應(yīng)熔化凝固之后經(jīng)電渣重溶，在電渣重溶過程中加入造渣材料、利用熔渣材 料吸附夾雜物的實(shí)驗(yàn)研究并申請了發(fā)明專利，見公開號為CN1619000的中國發(fā)明專利申請 《一種低氧低夾雜物銅鉻合金觸頭的生產(chǎn)方法》，該方法的特點(diǎn)是首先將銅金屬和鉻金屬材 料按照鉻含量為15wt% 75wt%的比例通過真空感應(yīng)熔煉和澆鑄制成低氧含量的銅鉻合 金電極棒，然后再將電極棒進(jìn)一步經(jīng)過真空電渣爐重新熔化和結(jié)晶降低銅鉻合金中的夾雜 物，制備出低氧含量和低夾雜物的銅鉻合金觸頭材料。上述專利申請給出的技術(shù)方案雖能 做到制備的銅鉻合金氣體含量低、組織致密、成分均勻、純凈度高，但由于是采用真空感應(yīng) 熔煉和真空電渣重熔雙聯(lián)技術(shù)，銅鉻合金觸頭材料制備工藝需經(jīng)過二次熔化、凝固過程，工 藝較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，耗能較多，不利于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，特別是通過對公開號為 CN1619000的中國發(fā)明專利申請技術(shù)的改進(jìn)，提供一種新的去除真空熔煉銅鉻合金夾雜物 的方法。該方法采用在真空感應(yīng)熔煉過程中直接添加經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)除氣的熔渣混合物，在 真空感應(yīng)熔煉過程中直接用熔渣去除銅鉻合金熔煉中的夾雜物，不再經(jīng)過電渣重熔的二次 熔煉過程，從而使制備的銅鉻合金成本顯著降低，具有氣體含量低、組織致密、成分均勻、純 凈度高的特點(diǎn)，是一種高質(zhì)量、高性能的真空開關(guān)觸頭材料。本發(fā)明給出的技術(shù)方案是首先將銅金屬和鉻金屬材料按照鉻含量為15wt% 75wt %的比例在真空感應(yīng)爐中加熱、熔化，其特點(diǎn)是待銅金屬和鉻金屬材料在真空感應(yīng)爐 中熔化完全后加入經(jīng)過高溫除氣的造渣材料，使熔液在熔渣中保持3 5分鐘，用熔渣吸附 除去銅鉻熔液中的異質(zhì)顆粒，然后再澆鑄制備出低夾雜物的銅鉻觸頭材料。為更好的完成本發(fā)明的目的，所述銅金屬和鉻金屬材料在真空感應(yīng)爐中熔化時(shí)加 有碳塊做為脫氧劑，其加入量為銅金屬和鉻金屬總量的0. 1-2%。為更好的完成本發(fā)明的目的，所述銅金屬和鉻金屬材料在真空感應(yīng)爐中熔化完全 后加入的經(jīng)過高溫除氣的造渣材料為經(jīng)過800 1000°C高溫?zé)Y(jié)除氣的二元化合物或多 元化合物渣系，例如CaF2_NaF渣系，Ca0-Mg0-CaF2渣系，其中造渣材料的加入量為銅金屬和 鉻金屬總量的0. 1 5%。本發(fā)明的原理是銅金屬和鉻金屬材料在真空感應(yīng)爐中熔化完全后形成銅鉻合金 熔液，將經(jīng)過800 1000°C高溫?zé)Y(jié)除氣的造渣材料加入銅鉻合金熔液中，利用熔渣吸附 大幅度降低銅鉻合金材料中的夾雜物，銅鉻合金熔液在熔渣中保持5分鐘后，銅鉻合金熔 液的夾雜物被熔渣捕獲，使銅鉻合金熔液凈化，再降低加熱功率并帶電將銅鉻合金熔液澆 入水冷模具中，由于電磁攪拌的作用，熔渣材料在澆鑄過程中自動(dòng)留在遠(yuǎn)離澆鑄口一側(cè)的 坩堝壁上，從而獲得低夾雜物純凈的銅鉻合金。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是采用在真空感應(yīng)熔煉過程中直接添加經(jīng) 過高溫?zé)Y(jié)除氣的熔渣混合物，用熔渣去除銅鉻合金熔煉中的夾雜物，從而使制備的銅鉻 合金氣體含量低、組織致密、成分均勻、純凈度高，具有工藝簡單、生產(chǎn)成本較低、耗能較少 和利于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 取鉻塊占銅塊、鉻塊總重量的30%，然后在真空感應(yīng)爐中加熱，使Cu塊、Cr塊在 1700 2100°C的高溫中完全熔化后，用料斗將經(jīng)過800 1000°C高溫?zé)Y(jié)除氣的CaF2和 NaF造渣材料加入熔液中，其中造渣材料采用CaF2和NaF的混合物，比例為CaF2 NaF = 8 2，二者總的加入量占Cu塊、Cr塊總重量的1%，熔液在熔渣中保持5分鐘后，Cu、Cr熔 液的夾雜物被熔渣捕獲，使銅鉻合金液凈化，降低加熱功率并帶電將銅鉻熔液澆入水冷模 具中，由于電磁攪拌的作用，熔渣材料在澆鑄過程中自動(dòng)留在遠(yuǎn)離澆鑄口一側(cè)的坩堝壁上， 獲得低夾雜物純凈的銅鉻合金。實(shí)施例2:取鉻塊占銅塊、鉻塊總重量的25%，然后在真空感應(yīng)爐中加熱，使Cu塊、Cr塊在 1700 2100°C的高溫中完全熔化后，用料斗將經(jīng)過800 1000°C高溫?zé)Y(jié)除氣的CaF2和 NaF造渣材料加入熔液中。其中熔渣采用CaF2和NaF的混合物，比例為CaF2 NaF = 8 2， 二者總的加入量占Cu塊、Cr塊總重量的0. 51%。熔液在熔渣中保持5分鐘后，Cu、Cr熔液 的夾雜物被熔渣捕獲，使銅鉻合金液凈化。降低加熱功率并帶電將銅鉻熔液澆入水冷模具 中。由于電磁攪拌的作用，熔渣材料在澆鑄過程中自動(dòng)留在遠(yuǎn)離澆鑄口一側(cè)的坩堝壁上，獲 得低夾雜物純凈的銅鉻合金。實(shí)施例3 取鉻塊占銅塊、鉻塊總重量的40%，然后在真空感應(yīng)爐中加熱，使Cu塊、Cr塊 在1700 2100 °C的高溫中完全熔化后，用料斗將經(jīng)過800 1000°C高溫?zé)Y(jié)除氣的 CaO、CaF2和MgO造渣材料加入熔液中。其中熔渣采用CaO、CaF2和MgO的混合物，比例為 CaO CaF2 MgO = 2 7 1，二者總的加入量占Cu塊、Cr塊總重量的0. 8%。熔液在 熔渣中保持3-5分鐘后，Cu、Cr熔液的夾雜物被熔渣捕獲，使銅鉻合金液凈化。降低加熱功 率并帶電將銅鉻熔液澆入水冷模具中。由于電磁攪拌的作用，熔渣材料在澆鑄過程中自動(dòng) 留在遠(yuǎn)離澆鑄口一側(cè)的坩堝壁上，獲得低夾雜物純凈的銅鉻合金。實(shí)施例4 取鉻塊占銅塊、鉻塊總重量的60%，然后在真空感應(yīng)爐中加熱，使Cu塊、Cr塊在 1700 2100°C的高溫中完全熔化后，用料斗將經(jīng)過800 1000°C高溫?zé)Y(jié)除氣的CaO、 B203、Na20和MgO的造渣材料加入熔液中。其中熔渣采用Ca0、B203、Na20和MgO的混合物，比 例為 CaO B203 Na20 MgO = 59. 5 0. 5 10 30，二者總的加入量占 Cu ±夬、Cr 塊 總重量的1 %。熔液在熔渣中保持3-5分鐘后，Cu、Cr熔液的夾雜物被熔渣捕獲，使銅鉻合 金液凈化。降低加熱功率并帶電將銅鉻熔液澆入水冷模具中。由于電磁攪拌的作用，熔渣 材料在澆鑄過程中自動(dòng)留在遠(yuǎn)離澆鑄口一側(cè)的坩堝壁上，獲得低夾雜物純凈的銅鉻合金。
權(quán)利要求
一種去除真空熔煉銅鉻合金夾雜物的方法，首先將銅金屬和鉻金屬材料按照鉻含量為15wt％～75wt％的比例在真空感應(yīng)爐中加熱、熔化，其特征在于待銅金屬和鉻金屬材料在真空感應(yīng)爐中熔化完全后加入經(jīng)過高溫除氣的造渣材料，使熔液在熔渣中保持3～5分鐘，用熔渣吸附除去銅鉻熔液中的異質(zhì)顆粒，然后再澆鑄制備出低夾雜物含量的銅鉻觸頭材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除真空熔煉銅鉻合金夾雜物的方法，其特征在于所述銅金 屬和鉻金屬材料在真空感應(yīng)爐中熔化時(shí)加有碳塊做為脫氧劑，其加入量為銅金屬和鉻金屬 總量的0. 1 2wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除真空熔煉銅鉻合金夾雜物的方法，其特征在于所述經(jīng)過 高溫除氣的造渣材料為經(jīng)過800 1000°C高溫?zé)Y(jié)除氣的二元化合物或多元化合物渣系， 其中造渣材料的加入量為銅金屬和鉻金屬總量的0. 1 5%。
全文摘要
一種去除真空熔煉銅鉻合金夾雜物的方法，首先將銅金屬和鉻金屬材料按照鉻含量為15wt％～75wt％的比例在真空感應(yīng)爐中加熱、熔化，其特點(diǎn)是待銅金屬和鉻金屬材料在真空感應(yīng)爐中熔化完全后加入經(jīng)過高溫除氣的造渣材料，使熔液在熔渣中保持3～5分鐘，用熔渣吸附除去銅鉻熔液中的異質(zhì)顆粒，然后再澆鑄制備出低夾雜物的銅鉻觸頭材料。本發(fā)明在真空感應(yīng)熔煉過程中直接添加經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)除氣的熔渣混合物，在真空感應(yīng)熔煉過程中直接用熔渣去除熔液中的夾雜物，不再經(jīng)過電渣重熔的二次熔煉過程，從而使制備的銅鉻合金成本顯著降低，具有氣體含量低、組織致密、成分均勻、純凈度高的特點(diǎn)。
文檔編號C22C27/06GK101851706SQ20091001084
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者王亞平, 王慧馨 申請人:遼寧金力源新材料有限公司