一種銅及銅合金控溫-調(diào)壓熔化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種銅及銅合金控溫-調(diào)壓熔化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] "王碧文，中國有色金屬行業(yè)協(xié)會銅加工分會，《銅合金冷凝管市場調(diào)研報告》， 2007年6月"，文中指出在銅合金熔煉過程中，金屬損耗是熔鑄成本的主要構(gòu)成項(xiàng)。與國際 先進(jìn)水平相比，我國銅加工金屬損耗仍存在一定差距。目前，我國平均每生產(chǎn)一噸銅加工材 的金屬損耗水平在50kg左右，而國際先進(jìn)水平的金屬損耗在20kg左右，高出國際先進(jìn)水平 150% 〇
[0003] 傳統(tǒng)的銅及銅合金熔煉普遍采用大氣氣氛-常壓工藝條件熔煉，在合金熔煉過 程中，低熔點(diǎn)、易揮發(fā)元素磷、鉛、錫、鎘、鎂、鋅等金屬通過氧化、揮發(fā)、噴火燃燒造成大量的 金屬損失。錫、鋁、鈹、硅、錳、鋯、鉻、鎘、鎂、磷、鉛、鎳、鐵等易氧化元素，通過氧化和造渣等 環(huán)節(jié)造成大量的金屬損失，是我國銅加工金屬損耗水平居高不下的主要原因。
[0004] "江社明，第八屆中國有色金屬銅、鉛鋅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇，中國鋼研科技集團(tuán)先 進(jìn)金屬材料圖鍍國家工程實(shí)驗(yàn)室，《我國涂鍍層鋼板鋼板的現(xiàn)狀、發(fā)展及對鋅的需求》，2012 年4月"，文中指出在所有的銅合金品種中，黃銅是最重要、應(yīng)用最廣泛、用量最大的銅合金。 金屬鋅是黃銅合金最主要的合金元素，以H59、H62黃銅合金為例，其名義鋅含量分別在41% 和38%左右。鋅是鋅白銅最主要的合金元素，在多數(shù)青銅合金中，也含有大量的合金元素 鋅。我國2012年鋅產(chǎn)量在390萬噸，其中，有17%的金屬鋅(大約66. 3萬噸)用于銅合金的合 金元素。按照我國銅加工企業(yè)通行的配料工藝，配料過程考慮金屬鋅的氧化燒損為8%-12% (取平均值10%)計(jì)算，每年用于銅合金生產(chǎn)的金屬鋅為66. 3萬噸，因氧化、揮發(fā)、燒損、造渣 造成的金屬鋅損耗為6. 63萬噸，是我國銅加工金屬損耗水平居高不下的主要原因。
[0005] 傳統(tǒng)的黃銅合金熔煉，普遍采用大氣環(huán)境下、常壓工況、低溫加鋅熔化工藝。鋅的 化學(xué)性質(zhì)活潑，在常溫下的空氣中，表面生成一層薄而致密的堿式碳酸鋅膜，可阻止進(jìn)一步 氧化。當(dāng)溫度達(dá)到225°C后，即發(fā)生激烈的氧化反應(yīng)。鋅的熔點(diǎn)僅為419.5?，沸點(diǎn)907°C， 而銅的熔點(diǎn)為1083. 5°C，沸點(diǎn)2595°C。兩種金屬的熔點(diǎn)相差664°C，沸點(diǎn)相差1488°C。所 謂低溫加鋅工藝，操作溫度一般在1150°C左右，加鋅過程中必然存在鋅的劇烈氧化、迅速汽 化、產(chǎn)生大量的氧化和揮發(fā)損失。"鐘衛(wèi)佳、馬可定、吳維治，銅加工技術(shù)實(shí)用手冊，冶金工業(yè) 出版社，2007年2月，北京，P316"中介紹，在熔煉鉛黃銅時，在采用煤氣覆蓋保護(hù)的條件下， 金屬揮發(fā)損失為〇. 48%，考慮鉛黃銅生產(chǎn)的綜合成材率為75%，僅熔鑄工序的金屬揮發(fā)損耗 即達(dá)到6. 4公斤。
[0006] 專利號ZL201210076603. 0,《一種黃銅合金的熔煉方法》的中國發(fā)明專利，該發(fā)明 提出：采用低溫加鋅、常壓免噴火熔煉、高溫扒渣工藝生產(chǎn)黃銅合金，該發(fā)明未考慮純銅、高 銅、青銅、白銅及中低鋅黃銅熔煉過程中造成的金屬損失，僅對高鋅黃銅的噴火熔煉工藝進(jìn) 行了改進(jìn)，也未考慮氧化燒損、揮發(fā)燒損、造渣損失對熔煉金屬損失的影響，只能通過低溫 實(shí)現(xiàn)高鋅黃銅的無噴火熔煉，生產(chǎn)效率很低。
[0007] 鋅、鎘、磷等易揮發(fā)元素的物理化學(xué)性質(zhì)： 1、 鋅、鎘、磷等易揮發(fā)元素的蒸汽壓隨溫度的升高而增大，蒸汽壓和溫度之間服從指數(shù) 031 關(guān)系，可以近似表示為：feF = ---+076,式中：P為鋅的蒸汽壓，mmHg;T為合金液絕對 Γ 溫度，k。以黃銅為例，在銅合金熔化工藝條件下，鋅的蒸汽壓與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系見表1 (引自徐采棟等著，鋅冶金物理化學(xué)，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1975年7月1日，上海，P34-39): 表1 :鋅的蒸汽壓與溫度之間的對應(yīng)關(guān)系
2、 在黃銅合金熔化工藝條件下（約Iatm (個大氣壓)、1150°C)，存在著鋅蒸發(fā)汽化和氣 態(tài)鋅的液化的動態(tài)平衡： -^ Zn (液態(tài)）一Zn (氣態(tài)）個------（1) 3、 在大氣環(huán)境下熔化黃銅合金，存在氧和二氧化碳等氧化介質(zhì)，存在氣態(tài)鋅的氧化反 應(yīng)： 2Ζη(氣態(tài)）+02 - 2ΖηΟ (固態(tài)）------（2) Zn(氣態(tài)）+C02 - ZnO (固態(tài)）+CO,----(3) 由表1可知，在黃銅合金熔化工藝條件下，由于熔化溫度遠(yuǎn)高于鋅的沸點(diǎn)，液態(tài)原子的 運(yùn)動非常強(qiáng)烈，對于鋅含量達(dá)到20%的高鋅黃銅而言，Cu、Zn原子之間的結(jié)合力減弱，存在 極強(qiáng)的鋅的揮發(fā)損失。由式（1)知，升高溫度，鋅的汽化加強(qiáng)，鋅的揮發(fā)損失增加；升高系統(tǒng) 壓力，氣態(tài)鋅的液化加強(qiáng)，鋅的揮發(fā)損失減少。氧化反應(yīng)使鋅蒸汽的濃度減低，使鋅的揮發(fā) 損失加劇。傳統(tǒng)的黃銅合金熔煉是在大氣環(huán)境下熔化黃銅合金，存在氧和二氧化碳等氧化 介質(zhì)與氣態(tài)鋅的氧化反應(yīng)，由于氧化反應(yīng)消耗了氣態(tài)鋅，使式（1)、式（2)、式（3)的平衡向 右移動，加速了鋅的氣化、揮發(fā)、氧化、燒損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明是針對上述已有技術(shù)不足，提供一種銅及銅合金控溫-調(diào)壓熔化方法，該 方法能夠強(qiáng)化熔煉過程、縮短化料周期、提高生產(chǎn)效率、減少銅及銅合金熔化期的氧化、揮 發(fā)、噴火燃燒損失。
[0009] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 一種銅及銅合金控溫-調(diào)壓熔化方法，其特征在于，所述方法步驟包括：根據(jù)目標(biāo)合金 所含組元，向熔煉爐中加入除易熔、易氧化的金屬原料外的原料，調(diào)整溫度至較銅的熔點(diǎn)高 出0-200°C ;待原料熔化后，通入氮?dú)饣蛘邭鍤?，將熔煉爐壓力升高到0. 5-50atm，再向熔煉 爐中加入易熔、易氧化的金屬原料。
[0010] 根據(jù)上述的熔化方法，其特征在于，當(dāng)使用純銅作為原料時，向熔煉爐中加入純 銅，調(diào)整溫度至較銅的熔點(diǎn)高出0-200°C;當(dāng)純銅熔化后，向熔煉爐內(nèi)加入難熔合金組元；向 熔煉爐內(nèi)通入氮?dú)饣蛘邭鍤猓瑢⑷蹮挔t壓力升高到0. 5-50atm，再向熔煉爐中加入易熔、易 氧化合金組元。
[0011] 根據(jù)上述的熔化方法，其特征在于，當(dāng)使用主要含易熔、易氧化金屬組分的銅合金 舊料作為熔煉原料，且銅合金舊料中銅含量低于目標(biāo)合金中銅含量時：向熔煉爐中加入純 銅，升溫至較銅熔點(diǎn)高〇°C - 200°C ;當(dāng)純銅熔化后，向熔煉爐中加入難熔合金組元；向熔煉 爐中通入氮?dú)饣蛘邭鍤?，將熔煉爐壓力升高到0. 5-50atm，再向金屬液中加入銅合金舊料， 或向金屬液中加入銅合金舊料和易熔、易氧化合金組元。
[0012] 根據(jù)上述的熔化方法，其特征在于，當(dāng)使用主要含易熔、易氧化金屬組分的銅合金 舊料作為熔煉原料，且銅合金舊料中銅含量高于目標(biāo)合金中銅含量時：升溫至較銅熔點(diǎn)高 (TC一200°C ;向熔煉爐中加入難熔合金組元；向熔煉爐中通入氮?dú)饣蛘邭鍤?，將熔煉爐壓力 升高到0. 5-50atm，再向金屬液中加入銅合金舊料，或向金屬液中加入銅合金舊料和易熔、 易氧化合金組元。
[0013] 根據(jù)上述的熔化方法，其特征在于，當(dāng)使用主要含難熔金屬組分的銅合金舊料作 為熔煉原料，且銅合金舊料中銅含量高于目標(biāo)合金中銅含量時：向熔煉爐中加入銅合金舊 料，升溫至較銅熔點(diǎn)高(TC 一 200°C;向熔煉爐中加入難熔合金組元；向熔爐中通入氮?dú)饣蛘?氬氣，將熔爐壓力升高到〇. 5-50atm，再向金屬液中加入易熔、易氧化合金組元。
[0014] 根據(jù)上述的熔化方法，其特征在于，當(dāng)使用主要含難熔金屬組分的銅合金舊料作 為熔煉原料，且銅合金舊料中銅含量低于目標(biāo)合金中銅含量時：向熔煉爐中加入純銅和銅 合金舊料，升溫至較銅熔點(diǎn)高〇°C-200°C;向熔煉爐中加入難熔合金組元；向熔煉爐中通入 氮?dú)饣蛘邭鍤?，將恪爐壓力升高到〇. 5-50atm，再向金屬液中加入易恪、易氧化合金組元。
[0015] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果：本發(fā)明提供了一種銅及銅合