专利名称：高强铜合金的生产方法
技术领域：
本发明方法涉及冶金物理化学和金属凝固学，技术属有色金属合金材料工业，产品被广泛用做高强、高导、高弹性材料。
高强度铍铜系列合金生产，据有关资料显示，国内外目前该合金生产，一般都采用真空熔炼或覆盖剂保护非真空中频炉熔炼，铸造是在半封闭状态下进行半连续铸造或金属模铸造(或砂型铸造)。真空熔炼时熔体质量易获得保证，但设备投资大，维护复杂，生产成本高，故限制了该材料的广泛应用，目前国内外主要生产厂家仍是采用此方法。非真空中频炉熔炼，生产操作过程中质量易波动，合金中铍、镍等易氧化元素，熔炼损失大，在熔体中合金元素不易控制其准确含量，加之气体很难排除，在铸造过程中金属模、砂型或半连续铸锭时，铸锭易出现气孔、裂纹、偏析等现象，铸锭成材率低，金属损耗高，电能耗量大。目前国内生产批量小，未有形成规模化生产能力，生产成本高，难于实现连续化铸造生产，产品质量档次与国外产品存在一定的差距。在熔炼铸造过程中，铍氧化物对周围环境会造成一定的影响。
鉴于上述情况，本发明设计熔炼采用有铁芯感应电炉，惰性气体保护和熔体覆盖剂双联保护熔炼，铸造采用水平连续铸锭法或上引连续铸锭法，实现铍铜系列合金低成本无污染生产。采用该方法可生产各种形状的铸线、棒、管、型材或铸件产品，其特点是用该方法生产不但可消除铸锭气孔、偏析、裂纹、漏挂等缺陷，在密闭状态下进行熔炼与铸造，降低电能消耗和金属单耗，确保烟尘排放物低于环境排放标准。显著提高熔铸成材率，实现优质、高效的生产目的，产品质量达到或接近真空熔炼质量水平。
据资料查询，目前采用有芯感应电炉熔炼和水平连续铸锭法或上引连续铸锭法生产，还未见公开的有关资料报导和相关专利文献。
下面主要从熔炼和铸造方法对该技术进行阐述在铍铜系列合金中，由于铍化学性质活泼，极易氧化吸气，在熔炼和铸造过程中，首要的问题是防止氧化吸气。提供密闭熔炼和铸造是该方法的关键。
在熔炼铍铜合金之前，首先要对原料一电铜铜板和铍母合金块进行精选，表面要洁净干燥、无粘附杂物；电铜切除四边和挂耳，表面不得有铜锈和铜豆，烘烤干燥温度≮400℃，时间1小时，投炉每熔次批量分别按2-3次进行；熔体保护采用惰性气体和复合熔剂双联保护，确保熔体质量满足产品质量要求，熔体化学成分经炉前快速分析检验和含气量检验合格后转炉或直接浇注铸件。转炉水平连铸熔炼炉和保温炉采用单体可倾动炉体结构，炉衬选用中性铝质耐火材料，转炉是通过镶嵌于熔炼炉炉膛侧墙的倾斜流槽，流槽端头与炉壁倾斜成45℃角，流槽处用石墨质导流管直接插入保温炉熔体中，确保转炉过程的密闭进行；上引连铸铸锭采用高低式联体合金炉型实现密闭铸造。铸造是把结晶器安装到保温炉侧壁上或炉膛液面熔体中(既上引连铸)，使进入结晶器中熔体被连续不断的冷却结晶，形成各种形状的铸锭，铸锭内部和外观质量通过金属探伤仪自动跟踪检测，检测结果直接反馈至主控器实现保温炉温度，冷却水压，铸造速度自动控制，确保铸锭内部和外观质量合格。保温炉熔体温度通过浸入熔体中的热电偶与主控器联接，实现温度的自动控制。
在熔炼和铸造过程，密闭双联保护熔炼、铸造和转炉，炉气中排放的铍氧化物很微弱，同时采用负压收尘罩把从炉内溢出的炉气送入多级除尘器中分离沉淀处理，使铍氧化物排放量完全低于环保排放标准。该方法可同真空熔炼非真空半连续铸锭法相媲美。
上述方法是一个完整的生产过程，其熔炼方法亦适用于砂型铸造和其它铸件生产。在熔炼过程中出现化学成分不合格时，须重新调整化学成分含量满足内控化学成分标准，直至合格。对熔体含气量超出正常范围时，须对熔体进行脱气处理，通常方法是气体法和熔剂法，即达到消除气孔的目的。
这里最实用的方法是系统过程的严格控制，必将能获得最佳效果。
适用炉型有铁芯感应电炉适用炉衬铝质中性耐火材料适宜合金Cu-Be合金、Cu-Be-Ni-Co含金等适宜规格A)水平连铸锭I)板(型)8-16×50-700mm卷盘，1-5t/盘17-30×50-700mm定尺(1-6m/根)直条II)棒φ8-φ30mm盘元，1-5t/盘φ31-φ200mm定尺直条(1-6m/根)B)上引连铸锭I)板(型)8-16×20-300mm卷盘，1-5t/盘；17-20×50-300mm定尺(1-6m/根)直条；
II)棒φ8-φ25mm卷盘，1-5t/盘φ26-φ100mm定尺(1-6m/根)直条。
适用铸造温度1250-1350℃；适用铸造速度100-800mm/min；适用水压0.2-0.6Mpa；下面对照附
图1，以水平连铸生产方法进一步阐述。
1—熔炼炉2—熔炼炉熔体3—覆盖剂4—铍母合金5—电铜 6—烘干炉7—收烟罩8—熔炼炉盖9—流槽 10—保护性气体 11—保温炉收烟罩 12—测温仪13—保温炉盖 14—覆盖剂 15—金属探伤仪 16—结晶器17—铸锭 18—引锭头 19—保温炉 20—保温炉熔体21—熔体导流管精选电铜(5)经烘干炉(6)干燥后，每熔次分3次分别投入熔炼炉(1)，在熔炼炉熔体(2)上复盖复合熔剂(3)，盖好炉盖(8)，向熔炼炉(1)内通入氮气(10)保护，待电铜(5)全部熔化后，加入烘干的铍母合金(4)，经充分熔化均匀后，从熔炼炉(1)炉内舀取炉前试样，分别检测熔体(2)含气量和化学主成分合格，待熔体(2)温度≥1350℃时，即转炉；转炉前预先把流槽(9)和导流管(21)用气体加热器预热至≥800℃后，熔炼炉熔体(2)经流槽(9)和导流管(21)转入保温炉(19)为熔体(20)；保温炉熔体(20)与熔炼炉熔体(2)一样，用覆盖剂(14)和氮气(10)保护，实现熔炼、转炉、铸造全程始终在密闭状态下进行；定期对保温炉熔体(20)进行含气量和化学主成分的检测监控。铸造可通过水平连铸或上引连铸生产各种线、棒、板(型)等形状产品，在采用水平连铸铸锭时，经检验合格的熔体(20)，在结晶器(16)中冷却结晶，形成各种形状的铸坯(17)，铸坯(17)经连续不断的牵引在自动探伤仪(15)和化学成分检验合格后，即可按后续要求长度进行卷盘元或切直条。既完成了整个生产过程。
电耗700kwh/t；熔铸成材率95％；金属单耗1025kg/t；密度8.23g/cm3。
权利要求
1.高强度铜合金的生产方法。对电铜(5)、铍母合金(4)需在烘干炉(6)中干燥；炉型选用有铁芯感应熔炼炉(1)和保温炉(19)，炉衬采用中性铝质耐火材料；其它配套设施有流槽(9)、导流管(21)、炉盖(8)、(13)、保护性气体(10)、复盖剂(3)、(14)，结晶器(17)、收烟罩(7)、(11)组成一套完整的水平连铸(或上引连铸)生产线、棒、板(型)材的环保型生产方法。
2.根据权力要求1所述，其特征是利用有铁芯感应电炉特点，控制熔炼、转炉、铸造在密闭状态下得到实现，对消除铸锭气孔，偏析和环境污染具有显著效果。确保在线过程连续可控。最终目的为客户提供优质、廉价、环保型铸锭或铸件。
全文摘要
高强铜合金的生产方法,技术主要用于铍铜系列合金非真空熔炼与铸造生产各种线、棒、板、型坯锭或铸件。其特征是在感应电炉上密闭双联保护熔炼与铸造、满足高质量、低成本和环保目标的实现。本技术的实施对拓宽该系列合金的应用范围,实现规模效益化生产和产品竞争换代具有十分重要的作用,是目前替代真空熔炼的最佳方法,具有显著的社会效益。
文档编号C22C9/00GK1366088SQ0112569
公开日2002年8月28日 申请日期2001年9月8日 优先权日2001年9月8日
发明者李倬 申请人:李倬