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第44卷第2期
有色金属加工
Vol 44 No. 2
2015年4月
NONFERROUS METALS PROCESSING
April 2015
在线脱氧技术在无氧铜熔炼中的应用
徐高磊,骆越峰,姚幼甫,单忠虎,陈国权,张故恩
(力博电气有限公司,浙江绍兴312000
摘要:文章介绍了在线脱氧装置及技术在无氧铜熔炼中的应用,通过控制旋转石转杆转速为80~120r/min,通入氮
气流量为0.4~0.6m/h,可有效降低熔体氧含量,保证熔体氧含量≤5pm,铜含量≥9.97%。
关键词:无氧铜;在线脱氧技术;氧含量
中图分类号:TC243
文献标识码:B
文章编号:1671-6795(2015)02-0023-03
随着电子、电力、通讯业的发展,尤其是磁控元并快速溢出,达到脱氧的效果。此方法不仅可降低氧
件、射频电缆、电真空器件等需要采用高纯低氧的无含量,对铸坯的质量也有提高,但其氧含量仅能控制
氧铜材料,为保证高纯低氧,一般要求铜含量大于在5~10ppm
99.97%,氧含量5pm以下,导电率101%IACS以
复合脱氧法是采用两种或两种以上的脱氧方法,
上-3。紫铜在高温熔炼过程中容易与氧结合形成主要有木炭+化学脱氧和木炭+惰性气体脱氧等。
Cu2O,凝固结晶后Cu20分布于晶界处,容易产生“氢
木炭+惰性气体脱氧是在铜液表面采用木炭覆
脆”,影响铜材的使用性能。采用木炭覆盖的扩散脱盖的条件下,通过将惰性气体(氮气)通入铜熔体中,
氧方法,能够在一定程度上降低氧含量,但即使在覆气泡内的惰性气体(氮气)分压为零,而溶于气泡附近
盖工艺最佳状态下,氧含量仅能控制在20~50pm,的铜液中的氧气分压远大于零,基于惰性气体(氮气
且氧含量不稳定,不能满足高品质无氧铜材料的在气泡内外分压力之差,使铜液中的氧不断向气泡扩
需要
散,随着气泡的上升和逸出而排到大气中,从而达到
本文重点介绍自主研发的在线连续脱氧装置和脱氧的目的。惰性气体脱氧原理示意见图1和图2。
技术,通过相关的工艺技术保证无氧铜的纯度,降低
熔体中的氧含量,最终获得高品质无氧铜。
1铜液脱氧方法
P O, 0
O(P'O-0)-O2
铜液脱氧的方法主要有化学脱氧法、真空脱氧
法、电磁脱氧法和复合脱氧法4-。
化学脱氧法主要是在金属熔炼时加入化学脱氧
剂,利用其化学活性高于金属的特点,将熔融金属中
图1惰性气体脱氧示意图
的氧原子置换出来,以降低铜液中的氧含量。化学脱
Fig 1 Schematic diagram of deoxidization with inert gas
氧法对铜液存在一定的杂质污染,且其脱氧能力
有限。
向铜液中吹人惰性气体(氮气),有助于扩大熔融
真空脱氧主要是铜液在真空环境中熔炼,通过降铜液中的二氧化碳与木炭的接触面积,使熔融铜液中
低熔炼时的气体分压,使铜液中的氧原子溢出,降低二氧化碳的扩散速度加快。采用“木炭十惰性气体
氧含量。此方法脱氧效果好,但设备投资大、产能小
的复合脱氧技术,与在炉内单纯使用木炭覆盖相比,
电磁脱氧法是利用外加电磁场改善金属熔炼时吹入一定计量的氮气以后,大量生成一氧化碳,促进
脱氧动力学条件,促使铜液中的氧原子与还原剂结合了脱氧效果。
收稿日期:2014-10-08
作者简介:徐高磊(1982-),男,硕士,工程师,主要从有色金属加工新材料、新技术的开发。
有色金属加工
第44卷
氮气
环境大大改善;
O气体的燃烧火焰
(3)结构坚固,维护简单,自动控制,操作简单,可
((M於
以通过吊挂装置将设备提升进行石墨配件的更换
(4)气路设有微节气流,可确保设备未启动时,避
木炭
2 Cu20+C=4 Cu+C(
免石墨转子先浸到铜液而造成的堵塞现象;
C+CO2-2CO
(5)惰性气体流量和转速可调控,能进行最佳工
艺参数设定,可获得高品质产品。
图4为旋转石墨转杄转速与氧含量的关系示意
图。随着旋转石墨转杄转速的提高,铜液氧含量逐渐
降低,当转速提高至一定程度后,氧含量的下降幅度
变小。与此同时,随着旋转石瞾转杄转速的提高,铜
液搅拌的程度加大,造成铜液液面波动变大,易导致
图2铜液中吹入氮气脱氧过程的示意图
炉衬材料脱落,还会导致上引铜杆内部产生石墨磷粉
夹杂等缺陷。因此,合理的旋转石墨转杆转速为80
120/min.
在线脱氧装置和技术
图3是在线脱氧装置在上引熔炼炉的应用示意
图,主要包括在线脱氧装置、熔炼炉、保温炉、隔仓等。
在线脱氧装置包括机架、主轴、电机、金属转杆、旋转
石转杆等;电机通过旋转接头带动主轴、金属转杆
10
和石墨转杆旋转。一定计量的99.96%的氮气通过
旋转石墨转杄压人铜液中并打散成微小气泡,使其均
匀的分散在铜液中,以达到脱氧的目的。在线脱氧装
置安装在隔仓内,其目的是保证铜液液面的稳定性。
90
转速/(r?min
图4旋转石转杆转速与氧含量的关系示意图
Fig 4 Graphite rod rotational speed-oxygen content diagram
图5为采用在线连续脱氧装置时,铜液内吹入氮
气流量与氧含量的关系示意图。随着铜液内吹入氮
气流量的增加,铜液的氧含量逐渐下降,流量0.5m3/h
时,氧含量3pm;流量0.7m2/h时,氧含量2ppm。但
是随着氮气流量的增加,氣含量降低的幅度减小,同
]-熔炼炉;2-保温炉;3-隔仓;4一升降结构;5-金属旋杆;
时流量过大,造成铜液液面不稳定,易引起上引连续
6~金属连接件;7-石旋转件
铸造过程中产生质量问题。因此,合理的氮气流量为
图3无氧铜上引铸造炉示意图
0.4~0.6m3/h。
Fig3 Diagram of up-casting units for oxy en-free copper
3结论
在线脱氧装置和技术的优点:
本文介绍了在线脱氧装置和技术在无氧铜熔炼
(1)在线连续脱氧,脱氧效果好,用于上引连续铸中的应用,采用该装置和相应的工艺技术参数制备了
造生产的无氧铜,其氧含量≤5pm;
高品质无氧铜,其氧含量≤5ppm,铜含量≥9997%
(2)使用氮气或氩气等惰性气体,大大减少了脱满足了市场对高品质无氧铜的技术要求。
氧时间,降低了生产成本,且对环境无任何污染,工作