一种大吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法技术

本发明专利技术公开了一种大吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法，包括以下步骤：配料、装料、抽真空排气、熔炼、精炼脱气、锆合金化、浇铸、冷却脱模，对铸锭进行机械加工。CuCrZr系列合金被全球看好的高强高导型铜合金，它的优良性能是由于Cr、Zr元素加入后产生交互作用，因此合金的晶界强度、蠕变和疲劳性能都得到了明显的提高，但是常规的熔炼装备技术很难满足。

【技术实现步骤摘要】
一种大吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法
本专利技术属于铬锆铜铸锭真空熔铸领域，具体涉及一种大吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法。
技术介绍
铬青铜和锆青铜都是电线的固溶时效沉淀强化合金材料，具有较高强度和导电性能。铬青铜中的强化相是弥散分布的Cr，而锆青铜中Zr与基体形成的强化相为β相，如果在Cu-Cr合金中添加Zr或者在Cu-Zr合金中添加Cr，会进一步提高Cu-Cr-Zr的性能。CuCrZr系列合金被全球看好的高强高导型铜合金，它的优良性能是由于Cr、Zr元素加入后产生交互作用，因此合金的晶界强度、蠕变和疲劳性能都得到了明显的提高，但是常规的熔炼装备技术很难满足。目前国内生产的铸锭规格比较小，大规格的铸锭很少，6吨以上铬锆铜铸锭几乎没有，且在铜基体材料中均匀加入Cr、Zr元素比较困难，因此急需一种大吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种大吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法，本专利技术的技术方案具体如下：一种大吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法，包括以下步骤：(1)配料，按质量百分比准备铸锭配料，其中，Cr：0.50～1.5％，Zr：0.11～0.21％，杂质低于0.3％，Cu余量；铸锭原料为电解铜、Cu-Cr中间合金、合格旧料、海绵锆。(2)装料，依次将电解铜和Cu-Cr中间合金加入坩埚炉体；电解铜和Cu-Cr中间合金摆放紧凑。根据设备的功能，坩埚炉体可以在常大气压下、真空状态以及惰性气体状态进行加料。在常大气压状态下装料时，坩埚炉体是打开的，通过人力将电解铜和Cu-Cr中间合金加入炉体中，加料务必要摆放尽量紧凑以便更快融化防止搭桥。(3)抽真空排气；用真空系统抽真空，其中，真空系统包括机械泵和增压泵，抽真空前打开冷却系统。生产设备的真空系统是由几个机械泵和增压泵组成的，根据不同的需要可对不同腔室独立抽真空。在真空运行之前要打开冷却系统，以便各个部分都能冷却到合适的温度。(4)熔炼，先100-300kw功率烘烤原料，后提升功率至1000-1300kw化料，炉体内完全融化后重量不足时，进行真空补料；熔炼为感应加热熔化。炉体中的铜材是在陶瓷坩埚中由于感应加热熔化的，感应线圈在坩埚内产生一个交变电磁场，对炉体中的导电材料产生热量从而进行熔炼，炉体熔化料产生的电涡流能保持材料的翻动以至于防止过热。(5)精炼脱气，熔炼室的脱气是在真空和熔炼室熔池的接触面进行的，开启高真空泵组，减少真空度并提升功率，并开启电磁搅拌，加快脱气；(6)锆合金化，采用小加料桶通过真空加料加入熔炼室，在加锆前熔炼室充入惰性气体，同时开启电磁搅拌以便能够更好的合金化；惰性气体为氩气，真空度为2.0E2hpa，同时开启电磁搅拌装置，增加锆的融入速率，较少锆挥发损耗，更好的使材料合金化。真空加料具体为：坩埚在真空加料是通过加料室加入的，电解铜先放入加料桶中，加料室升降机构将电解铜装入坩埚中。待加料室和熔炼室压力相同时，翻板阀打开，加料桶下降至页面上端，加料桶下部打开排尽料后上升翻板阀关闭，加料室破真空恢复到大气压进行下次真空补料。(7)浇铸，取样测温后温度控制在1300-1350度，待取样结果满足要求后，进行浇铸；模具中心位置定位在距离浇铸室转盘中心200mm处，整个浇铸过程中，保持模具持续转动，获得较为细化均匀的铸造组织；刚开始浇铸时快速倒入，使金属液迅速填满流槽，紧接着稳定浇铸速度260-300kg/min，维持模具内部液面稳定上浮，至金属液上升到保温冒时适当放慢浇铸速度50-100kg/min；整个浇铸过程中，保持模具持续转动，获得较为细化均匀的铸造组织；且采用先快后慢的浇铸方式，防止金属滞留溜槽无法通过浇铸嘴流入模具，同时起到补缩作用。(8)冷却脱模，对铸锭进行机械加工。所述步骤(4)中真空加料具体为：通过加料室加入的，电解铜先放入加料桶中，加料室升降机构将电解铜装入坩埚中；待加料室和熔炼室压力相同时，翻板阀打开，加料桶下降至页面上端，加料桶下部打开排尽料后上升翻板阀关闭，加料室破真空恢复到大气压进行下次真空补料。所述步骤(7)中测温采用浸入式的热电偶，通过升降机构将热电偶探头浸入熔池中，控制系统读取数据，测温升降机构和加料升降机构是分开独立操作，取样是通过把取样模连接在加料的升降机构上，将取样模浸入熔池中，待取样模填充足够有效的液体时提升。取样测温：对炉体溶液的温度测量是采用浸入式的热电偶，通过升降机构将热电偶探头浸入熔池中，控制系统读取数据。测温升降机构和加料升降机构是分开独立操作，取样是通过把取样模连接在加料的升降机构上，将取样模浸入熔池中，待取样模填充足够有效的液体时提升。所述步骤(7)中流槽先小火烘烤7小时，后大火烘烤3小时，流槽温度不小于1200度，流槽的浇铸口嘴孔径为φ22-28mm。所述步骤(7)中浇铸，熔炼室浇铸的角度为0-95°，浇铸时，熔炼室采用倾斜装置进行准确的倾斜倒入流槽中，溶液通过流槽的浇铸嘴流入模具中，整个浇铸过程能够通过显示屏观察到。模具中心位置定位在距离浇铸室转盘中心200mm处，整个浇铸过程中，保持模具持续转动。所述步骤(7)中，惰性气体为氩气，真空度为2.0E2hpa，充氩目的为了保持熔池液面稳定，减少浇铸时溶液飞溅。精炼脱气：熔炼室的脱气是在真空和熔炼室熔池的接触面进行的，开启电磁搅拌装置，开启油增压泵组，通过液面不断的翻滚把新的溶液带到熔池表面增加脱氧的速率。流槽系统：流槽的作用是把熔炼室的熔液转移到模具并能够捕捉浮渣和较大的物体。模具准备：模具是在浇铸室转台上最终盛装溶液的部分，待模具安装好后关闭浇铸室开始抽真空，在调整熔炼室、浇铸室和流槽室达到相同欺压后浇铸阀板打开，流槽自动移动到浇铸位置。冷却：浇铸完毕后，破真空打开所有腔室，待铸锭和模具冷却24小时后进行脱模，在大气压下自然冷却。本技术方案生产参数：原料选择：干净无油污的电解铜、合格的旧料熔炼设备：德国ALD型号为VIM-VIDP1000的真空感应炉模具规格：φ690/720×2250mm模具涂料：钛白粉浇铸方式：真空顶部浇铸(旋转浇铸)浇铸温度：1300-1350℃浇铸速度：25-30min/根模具预热温度：200-300℃流槽温度：≥1200℃浇铸真空度：≤220pa(充入惰性气体)。本专利技术优点：1.充分发挥设备自身优势，采用旋转浇铸的方式获得的铸锭内部组织更加细化，便于后续锻造加工；2.铸锭表面质量较好，无气孔、夹杂等缺陷；3.通过该工艺可获得成品率较高铸锭产品，产品价值更高；4.铸锭内部质量好，冒口端几乎无疏松缺陷。附图说明图1：本专利技术大吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸设备结构图；其中，1熔炼室、2浇铸室、3流槽室、4加料室、5真空系统、6电源系统、7操作台。图2：本专利技术浇铸过程示意图。具体实施方式为使本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)配料，按质量百分比准备铸锭配料，其中，Cr：0.50～1.5％，Zr：0.11～0.21％，杂质低于0.3％，Cu余量；/n(2)装料，依次将电解铜和Cu-Cr中间合金加入坩埚炉体；/n(3)抽真空排气；/n(4)熔炼，先100-300kw功率烘烤原料，后提升功率至1000-1300kw化料，炉体内完全融化后重量不足时，进行真空补料；/n(5)精炼脱气，熔炼室的脱气是在真空和熔炼室熔池的接触面进行的，开启高真空泵组，减少真空度并提升功率，并开启电磁搅拌，加快脱气；/n(6)锆合金化，采用小加料桶通过真空加料加入熔炼室，在加锆前熔炼室充入惰性气体，同时开启电磁搅拌；/n(7)浇铸，取样测温后温度控制在1300-1350度，待取样结果满足要求后，进行浇铸；模具中心位置定位在距离浇铸室转盘中心200mm处；刚开始浇铸时快速倒入，使金属液迅速填满流槽，紧接着稳定浇铸速度260-300kg/min，维持模具内部液面稳定上浮，至金属液上升到保温冒时适当放慢浇铸速度50-100kg/min；整个浇铸过程中，保持模具持续转动；/n(8)冷却脱模，对铸锭进行机械加工。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)配料，按质量百分比准备铸锭配料，其中，Cr：0.50～1.5％，Zr：0.11～0.21％，杂质低于0.3％，Cu余量；
(2)装料，依次将电解铜和Cu-Cr中间合金加入坩埚炉体；
(3)抽真空排气；
(4)熔炼，先100-300kw功率烘烤原料，后提升功率至1000-1300kw化料，炉体内完全融化后重量不足时，进行真空补料；
(5)精炼脱气，熔炼室的脱气是在真空和熔炼室熔池的接触面进行的，开启高真空泵组，减少真空度并提升功率，并开启电磁搅拌，加快脱气；
(6)锆合金化，采用小加料桶通过真空加料加入熔炼室，在加锆前熔炼室充入惰性气体，同时开启电磁搅拌；
(7)浇铸，取样测温后温度控制在1300-1350度，待取样结果满足要求后，进行浇铸；模具中心位置定位在距离浇铸室转盘中心200mm处；刚开始浇铸时快速倒入，使金属液迅速填满流槽，紧接着稳定浇铸速度260-300kg/min，维持模具内部液面稳定上浮，至金属液上升到保温冒时适当放慢浇铸速度50-100kg/min；整个浇铸过程中，保持模具持续转动；
(8)冷却脱模，对铸锭进行机械加工。


2.根据权利要求1所述的吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法，其特征在于：所述步骤(4)中熔炼为感应加热熔化。


3.根据权利要求1所述的吨位的铬锆铜铸锭真空熔铸方法，其特征在于：所述步骤(4)中真空加料具体为：通过加料室...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家涛，刘泽民，孙世能，张野，赵晓楠，马跃，柴华，
申请(专利权)人：中铝沈阳有色金属加工有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21