一種無氧銅桿的熔體凈化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無氧銅桿的熔體凈化方法，包括如下步驟：S1將銅料進行堿洗，酸洗，干燥后，加入熔煉爐中熔化，再進行精煉，靜置，扒渣；S2向熔體中加入凈化熔劑，所述凈化熔劑按重量百分比由硼酸鈉60?65％、氟硅酸鈉10?15％、冰晶石10?15％、氯化鈉5?10％、碳酸鈉5?10％組成，并不斷向熔體中通入高純氮氣；S3向熔體中再加入由Cu?Re合金、Cu?B合金組成的脫氧劑，攪拌至均勻分布；S4將熔體引流至保溫爐中，再在所述熔體表面覆蓋一層鱗片石墨，用來隔絕空氣中的氫和氧。本發(fā)明提出的一種無氧銅桿的熔體凈化方法，其兼具除雜和除氣兩種效果，為生產高純高導無氧銅桿提供了保證。
【專利說明】
一種無氧銅桿的熔體凈化方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及熔體凈化技術領域，尤其涉及一種無氧銅桿的熔體凈化方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發(fā)展，電線、電纜行業(yè)對電工用銅桿的質量要求越來越高，而無氧銅桿具有良好的導電性、延展性、氣密性和低氫脆傾向，在電線、電纜行業(yè)得到了廣泛青睞。其中銅熔體的凈化處理是提高無氧銅桿質量的關鍵，國內外眾多學者在熔體的凈化技術和工藝上都做了大量的研究，并取得了一定的進展。
[0003]目前，熔劑凈化工藝因除雜效率高、成本低、操作方便而成為銅熔體凈化生產中普遍采用的凈化方法，熔劑凈化是通過吸附、溶解、化合造渣等作用而實現(xiàn)的。固體氧化物的比重一般都小于銅液，它主要聚積于熔池表面層，自下而上逐漸增加，使用的熔劑密度也小于銅液，所以熔劑在熔池表面與氧化物接觸而進行吸附、溶解或化合造渣，于是就出現(xiàn)一層干凈的金屬層，向下移動，沉到熔池底部；同時，含氧化物較多的金屬層上升與熔劑接觸，其中的氧化物又不斷被熔劑吸附、溶解或化合造渣，此過程一直進行到整個熔池內的氧化物的絕大部分被熔劑吸收為止。
[0004]從總體來看，我國現(xiàn)有的銅熔體的凈化熔劑種類盡管多，但往往不是功能單一、效果不顯著、價格偏高，就是污染熔體或對環(huán)境有害。而且伴隨著熔體固相雜質的存在，熔體中還存在著大量的氣相雜質，后者對于生產無氧銅桿帶來很大挑戰(zhàn)。由于熔體中氣體和固體雜質存在很強的交互作用，因此對于二者的除去如果能同時進行，對于熔體的提純凈化將有重要的意義，而人們在生產中注意改進熔劑的同時，也越來越注意到將熔劑凈化與除氣工藝相結合的重要性。

【發(fā)明內容】

[0005]基于【背景技術】存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種無氧銅桿的熔體凈化方法，其兼具除雜和除氣兩種效果，為生產高純高導無氧銅桿提供了保證。
[0006]本發(fā)明提出的一種無氧銅桿的熔體凈化方法，包括如下步驟:
[0007]S1、將銅料進行堿洗，酸洗，干燥后，加入熔煉爐中熔化得到熔體，加入精煉劑進行精煉，精煉劑的用量為銅料質量的0.1-0.3%，靜置，扒渣；
[0008]S2、向SI得到的熔體中加入凈化熔劑，所述凈化熔劑按重量百分比由硼酸鈉60-65%、氟硅酸鈉10-15%、冰晶石10-15 %、氯化鈉5-10%、碳酸鈉5-10%組成，所述凈化熔劑的用量為銅料質量的0.15-0.25%，保持熔體溫度為1160-1180°C，并不斷向熔體中通入高純氮氣，氮氣流量為0.2-0.6m3/h，通氣時間為30-45min ；
[0009]S3、向S2處理后的熔體中再加入由Cu-Re合金、Cu-B合金組成的脫氧劑，保持熔體溫度為1130-1150°(:，在中頻電磁場攪拌至均勻分布，保溫10-301^11;
[0010]S4、將S3處理后的熔體引流至保溫爐中，在熔煉爐和保溫爐之間的流槽中加入陶瓷過濾擋板，再在所述熔體表面覆蓋一層鱗片石墨，用來隔絕空氣中的氫和氧。[0011 ]優(yōu)選地，所述銅料為電解銅。
[0012]優(yōu)選地，SI中，將銅料堿洗，酸洗，干燥的具體操作包括:將銅料采用5-10wt%的硅酸鈉溶液在70-80 °C下進行堿洗以除去表面油污，然后采用10-15wt%的鹽酸在室溫下進行酸洗以除去氧化膜，最后在60-80°C下干燥10-20min。
[0013]優(yōu)選地，SI中，所述精煉劑為石英砂、磷銅或氧化硼。
[0014]優(yōu)選地，S2中，制備所述凈化熔劑包括:按將硼酸鈉、氟硅酸鈉、冰晶石、氯化鈉和碳酸鈉分別在220-250°C下烘制5-7h后去除水分，再按上述重量百分含量稱重后混勻，用球磨機在300-400r/min的轉速下研磨4_6h，再在150_180°(^下烘至2-511。
[0015]優(yōu)選地，S2中，所述高純氮氣的壓力為0.2-0.3MPa，純度彡99.99%。
[0016]優(yōu)選地，S3中，所述Cu-Re合金中，Re占Cu-Re合金總質量的10-15% ;所述(311-13合金中，BACu-B合金總質量的3-5%。
[0017]優(yōu)選地，所述脫氧劑中，Cu-Re合金、Cu-B合金的重量比為3-5:1，且所述脫氧劑的用量為銅料質量的0.15-0.2%。
[0018]優(yōu)選地，S4中，所述陶瓷過濾擋板的材質按重量百分比是由5-15%的SiC、65-80 %的 Al2O3、10-20% 的 S12 和 1-5% 的 ZrO2 混合組成。
[0019]優(yōu)選地，S4中，鱗片石墨層的厚度為100-120mm。
[0020]本發(fā)明提出的一種無氧銅桿的熔體凈化方法，首先對銅料進行除油除膜前處理，再對熔體進行精煉，通過選用明顯具有化合作用的精煉劑，能與不溶性夾雜發(fā)生化學反應，在分配定律和重力作用下上浮除渣;此后，再對熔體進行熔劑凈化，通過選用特定配比的硼酸鈉、氟硅酸鈉、冰晶石、氯化鈉和碳酸鈉熔融形成凈化熔劑，該凈化熔劑具有多孔表面層，當鋪展在熔體表面時，這種多孔層表面積更大，吸附能力更強，因此既可以保護熔體表面，隔絕空氣與金屬液面，避免了二次氧化和吸氫，又由于粘性吸附使熔體與金屬氧化物等雜質分離，且同時可以與熔體中夾雜發(fā)生化學反應，生成的復鹽的密度也小于熔體，使得熔渣與金屬液更好的分離，由此同時實現(xiàn)物理和化學凈化過程;此外，本發(fā)明在熔劑凈化的同時還通入氮氣進行除氧凈化，其與前述的熔劑凈化形成一種聯(lián)合凈化方法，隨著氮氣噴吹的同時，氣泡上升能夠帶動所述熔劑和夾雜反應的復鹽很快上浮聚集在表面，而如果僅僅采用熔劑凈化法，由于銅液粘度較大，熔劑不容易分散，通常造成熔劑反應不完全，局部凈化效果不明顯，而且由于熔劑在高溫和氣體噴吹條件下可以呈液體或部分膠體狀態(tài)，同時熔劑又為銅熔體提供了大量的自由電荷，因此在溶體中形成帶不同電荷的膠體微粒，微粒之間由于相互排斥作用而形成微觀通道，這些微觀通道富集在熔劑、夾雜和大塊枝晶狀顆粒中，微小氣泡沿這些通道上升并不斷從周圍吸附氧、氫等氣體，使氧、氫等氣體極易聚集在通道的附近，通道附近的氧、氫等氣體增多，在氣泡沿通道上升過程中，界面壓差和氣體與夾雜的接觸頻率增大，這相當于間接增大了氣泡與氧、氫等氣體的接觸面積，并使氣泡即使在氧或者氫含量較低的情況下也能夠容易地吸附較多的氧、氫氣體，克服了單純的氣泡浮游法由于受到內外氧、氫壓差、接觸面積及上升路線的限制而除氧、除氫效果不佳的局限性，因此，這種聯(lián)合凈化法又提高了氮氣的吸附能力且相當于加入具有固氧、固氫作用的降渣劑;最后，本發(fā)明中還加入Cu-Re合金、Cu-B合金對熔體進行脫氧，二者除了進一步降低熔體中的氧含量以外，還具有改變夾雜物形態(tài)和細化晶粒等效果，從而使熔體的性能得到改善，提高金屬銅桿的力學性能和高溫塑性，消除或減輕加工時造成的困難，改善了最終得到的銅桿導電、導熱、耐腐蝕、焊接及高溫抗氧化性能。
[0021]綜合上述，本發(fā)明中采用熔劑和氮氣聯(lián)合凈化法可以高效去除熔體中雜質和氣體，大幅度提高了銅熔體的品質，同時為了有利于熔體的后續(xù)加工生成銅桿，本發(fā)明中還包括將經過上述凈化作用后的熔體通過陶瓷過濾擋板進行過濾，通過特定組分形成陶瓷過濾擋板為三維連續(xù)網狀結構，可以有效過濾掉凈化夾雜和難以去除的液態(tài)精煉熔劑夾雜。
【具體實施方式】
[0022]下面，通過具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
[0023]實施例1
[0024]本發(fā)明提出的一種無氧銅桿的熔體凈化方法，包括如下步驟:
[0025]S1、將銅料進行采用5wt %的硅酸鈉溶液在80 V下進行堿洗以除去表面油污，然后采用1wt %的鹽酸在室溫下進行酸洗以除去氧化膜，最后在80°C下干燥1min，再加入熔煉爐中熔化得到熔體，加入石英砂進行精煉，石英砂的用量為銅料質量的0.3%,靜置，扒渣；
[0026]S2、向SI得到的熔體中加入凈化熔劑，所述凈化熔劑按重量百分比由硼酸鈉60%、氟硅酸鈉15%、冰晶石10%、氯化鈉10%、碳酸鈉5%組成，所述凈化熔劑的用量為銅料質量的0.25%，保持熔體溫度為1160°C，并不斷向熔體中通入純度多99.99%的高純氮氣，氮氣流量為0.6m3/h，通氣時間為30min，其中制備所述凈化熔劑包括:按將硼酸鈉、氟硅酸鈉、冰晶石、氯化鈉和碳酸鈉分別在250°C下烘制5h后去除水分，再按上述重量百分含量稱重后混勾，用球磨機在400r/min的轉速下研磨4h，再在180°C下烘至2h;
[0027]S3、向S2處理后的熔體中再加入由Cu-Re合金、Cu-B合金組成的脫氧劑，保持熔體溫度為1130°C，其中所述Cu-Re合金中，Re占Cu-Re合金總質量的15%，所述Cu-B合金中3占Cu-B合金總質量的3%，再在中頻電磁場攪拌至均勾分布，保溫30min;
[0028]S4、將S3處理后的熔體引流至保溫爐中，在熔煉爐和保溫爐之間的流槽中加入陶瓷過濾擋板，所述陶瓷過濾擋板的材質按重量百分比是由5%的SiC、80 %的Al2O3、10 %的S12和5%的ZrO2混合組成，再在所述熔體表面覆蓋一層厚度為10mm的鱗片石墨，用來隔絕空氣中的氫和氧。
[0029]實施例2
[0030]本發(fā)明提出的一種無氧銅桿的熔體凈化方法，包括如下步驟:
[0031 ] S1、將銅料進行采用1wt %的硅酸鈉溶液在70 0C下進行堿洗以除去表面油污，然后采用15wt %的鹽酸在室溫下進行酸洗以除去氧化膜，最后在60 °C下干燥20min，再加入熔煉爐中熔化得到熔體，加入磷銅進行精煉，磷銅的用量為銅料質量的0.1%，靜置，扒渣；
[0032]S2、向SI得到的熔體中加入凈化熔劑，所述凈化熔劑按重量百分比由硼酸鈉60%、氟硅酸鈉10%、冰晶石15%、氯化鈉5%、碳酸鈉10%組成，所述凈化熔劑的用量為銅料質量的0.15 %，保持熔體溫度為1180 °C，并不斷向熔體中通入純度多99.99%的高純氮氣，氮氣流量為0.2m3/h，通氣時間為45min，其中制備所述凈化熔劑包括:按將硼酸鈉、氟硅酸鈉、冰晶石、氯化鈉和碳酸鈉分別在220°C下烘制7h后去除水分，再按上述重量百分含量稱重后混勾，用球磨機在300r/min的轉速下研磨6h，再在150°C下烘至5h;
[0033]S3、向S2處理后的熔體中再加入由Cu-Re合金、Cu-B合金組成的脫氧劑，保持熔體溫度為1150°C，其中所述Cu-Re合金中，Re占Cu-Re合金總質量的10%，所述Cu-B合金中3占Cu-B合金總質量的5%，再在中頻電磁場攪拌至均勾分布，保溫1min;
[0034]S4、將S3處理后的熔體引流至保溫爐中，在熔煉爐和保溫爐之間的流槽中加入陶瓷過濾擋板，所述陶瓷過濾擋板的材質按重量百分比是由15%的SiC、65%的Al2O3、19 %的S12和I %的ZrO2混合組成，再在所述熔體表面覆蓋一層厚度為120mm的鱗片石墨，用來隔絕空氣中的氫和氧。
[0035]實施例3
[0036]本發(fā)明提出的一種無氧銅桿的熔體凈化方法，包括如下步驟:
[0037]S1、將銅料進行采用7?〖％的硅酸鈉溶液在75°C下進行堿洗以除去表面油污，然后采用12wt %的鹽酸在室溫下進行酸洗以除去氧化膜，最后在70°C下干燥15min，再加入熔煉爐中熔化得到熔體，加入氧化硼進行精煉，氧化硼的用量為銅料質量的0.2%，靜置，扒渣；
[0038]S2、向SI得到的熔體中加入凈化熔劑，所述凈化熔劑按重量百分比由硼酸鈉62%、氟硅酸鈉11%、冰晶石13%、氯化鈉6%、碳酸鈉8%組成，所述凈化熔劑的用量為銅料質量的0.2 %，保持熔體溫度為1170 °C，并不斷向熔體中通入純度多99.99 %的高純氮氣，氮氣流量為0.4m3/h，通氣時間為35min，其中制備所述凈化熔劑包括:按將硼酸鈉、氟硅酸鈉、冰晶石、氯化鈉和碳酸鈉分別在235°C下烘制6h后去除水分，再按上述重量百分含量稱重后混勾，用球磨機在350r/min的轉速下研磨5h，再在160°C下烘至3h;
[0039]S3、向S2處理后的熔體中再加入由Cu-Re合金、Cu-B合金組成的脫氧劑，保持熔體溫度為1140°C，其中所述Cu-Re合金中，Re占Cu-Re合金總質量的13% ;所述&1_8合金中3占Cu-B合金總質量的4%，再在中頻電磁場攪拌至均勾分布，保溫20min;
[0040]S4、將S3處理后的熔體引流至保溫爐中，在熔煉爐和保溫爐之間的流槽中加入陶瓷過濾擋板，所述陶瓷過濾擋板的材質按重量百分比是由10 %的SiC、70 %的Al2O3、17 %的S12和3%的ZrO2混合組成，再在所述熔體表面覆蓋一層厚度為IlOmm的鱗片石墨，用來隔絕空氣中的氫和氧。
[0041 ] 實施例4
[0042]本發(fā)明提出的一種無氧銅桿的熔體凈化方法，包括如下步驟:
[0043]S1、將銅料進行采用8的％的硅酸鈉溶液在74°C下進行堿洗以除去表面油污，然后采用13wt %的鹽酸在室溫下進行酸洗以除去氧化膜，最后在65°C下干燥16min，再加入熔煉爐中熔化得到熔體，加入石英砂進行精煉，石英砂的用量為銅料質量的0.15%，靜置，扒渣；
[0044]S2、向SI得到的熔體中加入凈化熔劑，所述凈化熔劑按重量百分比由硼酸鈉65%、氟硅酸鈉12%、冰晶石12%、氯化鈉5%、碳酸鈉6%組成，所述凈化熔劑的用量為銅料質量的0.18 %，保持熔體溫度為1175 °C，并不斷向熔體中通入純度多99.99%的高純氮氣，氮氣流量為0.3m3/h，通氣時間為40min，其中制備所述凈化熔劑包括:按將硼酸鈉、氟硅酸鈉、冰晶石、氯化鈉和碳酸鈉分別在240°C下烘制6h后去除水分，再按上述重量百分含量稱重后混勾，用球磨機在360r/min的轉速下研磨5h，再在170°C下烘至4h;
[0045]S3、向S2處理后的熔體中再加入由Cu-Re合金、Cu-B合金組成的脫氧劑，保持熔體溫度為1135°C，其中所述Cu-Re合金中，Re占Cu-Re合金總質量的12% ;所述&1_8合金中3占Cu-B合金總質量的3.5%，再在中頻電磁場攪拌至均勾分布，保溫15min;
[0046]S4、將S3處理后的熔體引流至保溫爐中，在熔煉爐和保溫爐之間的流槽中加入陶瓷過濾擋板，所述陶瓷過濾擋板的材質按重量百分比是由8%的SiC、72%的Al203、16%的S12和4%的ZrO2混合組成，再在所述熔體表面覆蓋一層厚度為115mm的鱗片石墨，用來隔絕空氣中的氫和氧。
[0047]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種無氧銅桿的熔體凈化方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、將銅料進行堿洗，酸洗，干燥后，加入熔煉爐中熔化得到熔體，加入精煉劑進行精煉，精煉劑的用量為銅料質量的0.1-0.3%，靜置，扒渣； 52、向SI得到的熔體中加入凈化熔劑，所述凈化熔劑按重量百分比由硼酸鈉60-65%、氟硅酸鈉I O-15 %、冰晶石10-15 %、氯化鈉5-10 %、碳酸鈉5-10 %組成，所述凈化熔劑的用量為銅料質量的0.15-0.25%，保持熔體溫度為1160-1180°C，并不斷向熔體中通入高純氮氣，氮氣流量為0.2-0.6m3/h，通氣時間為30-45min ； 53、向S2處理后的熔體中再加入由Cu-Re合金、Cu-B合金組成的脫氧劑，保持熔體溫度為1130-1150 °C，在中頻電磁場攪拌至均勻分布，保溫10-30min ； 54、將S3處理后的熔體引流至保溫爐中，在熔煉爐和保溫爐之間的流槽中加入陶瓷過濾擋板，再在所述熔體表面覆蓋一層鱗片石墨，用來隔絕空氣中的氫和氧。2.根據權利要求1所述的無氧銅桿的熔體凈化方法，其特征在于，SI中，將銅料堿洗，酸洗，干燥的具體操作包括:將銅料采用5-lOwt %的硅酸鈉溶液在70-80 0C下進行堿洗以除去表面油污，然后采用10-15wt%的鹽酸在室溫下進行酸洗以除去氧化膜，最后在60-80 °C下干燥 10_20min。3.根據權利要求1或2所述的無氧銅桿的熔體凈化方法，其特征在于，SI中，所述精煉劑為石英砂、磷銅或氧化硼。4.根據權利要求1-3任一項所述的無氧銅桿的熔體凈化方法，其特征在于，S2中，制備所述凈化熔劑包括:按將硼酸鈉、氟硅酸鈉、冰晶石、氯化鈉和碳酸鈉分別在220-250°C下烘制5-7h后去除水分，再按上述重量百分含量稱重后混勻，用球磨機在300-400r/min的轉速下研磨4-6h，再在150-180 V下烘至2_5h。5.根據權利要求1-4任一項所述的無氧銅桿的熔體凈化方法，其特征在于，S2中，所述高純氮氣的壓力為0.2-0.3MPa，純度彡99.99 %。6.根據權利要求1-5任一項所述的無氧銅桿的熔體凈化方法，其特征在于，S3中，所述Cu-Re合金中，Re占Cu-Re合金總質量的10-15%;所述Cu-B合金中，B占Cu-B合金總質量的3-7.根據權利要求6所述的無氧銅桿的熔體凈化方法，其特征在于，所述脫氧劑中，Cu-Re合金、Cu-B合金的重量比為3-5:1，且所述脫氧劑的用量為銅料質量的0.15-0.2%。8.根據權利要求1-7任一項所述的無氧銅桿的熔體凈化方法，其特征在于，S4中，所述陶瓷過濾擋板的材質按重量百分比是由5-15%的SiC、65-80%的Al203、10-20%的Si02和l-5%的Zr02混合組成。9.根據權利要求1-8任一項所述的無氧銅桿的熔體凈化方法，其特征在于，S4中，鱗片石墨層的厚度為100-120mm。
【文檔編號】C22B9/05GK106086445SQ201610649697
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月10日 公開號201610649697.4, CN 106086445 A, CN 106086445A, CN 201610649697, CN-A-106086445, CN106086445 A, CN106086445A, CN201610649697, CN201610649697.4
【發(fā)明人】潘加明
【申請人】安徽晉源銅業(yè)有限公司