DOC《稀土对上引工频炉熔铸铜杆气孔的抑制作用》

稀土对上引工频炉熔铸铜杆气孔的抑制作用 赵华 (广东松山职业技术学院,广东韶关 512126) 摘要:分析了上引工频电炉在熔铸操作中铜杆产生气孔的原因及机理,研究了熔铸时加入稀土元素对除氢、除氧、减少水汽等的作用,有效减少和避免铜杆中产生气孔、提高铜杆质量具有重要意义.

关键词:上引法工频炉;

铜杆;

气孔;

稀土 中图分类号:TG146.1+1 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2015)06-0000-00 Inhibition Effect of Rare Earth on Up-casting Copper Rod Pore in Main Frequency Furnace ZHAO Hua (Guangdong Songshan Polytechnic College, Shaoguan 512126, Guangdong, China) Abstract: Generation and mechanism of pores in up-casting copper rod in main frequency furnace were analyzed. The effects of rare earth elements on removal of hydrogen and oxygen and moisture reduction during casting were investigated. Rare earth elements can improve quality of copper rod by effectively reducing and reventing pore generation in copper rod. Key words:up-casting main frequency furnace;

copper rod;

pore;

rare earth 上引法(Up-casting)[1]是生产无氧铜杆的新工艺,它是利用真空吸铸原理,将铜液吸入水冷结晶器内冷凝成铸锭并由上面引出来而得名.具有工艺技术先进、产品质量好、单位能耗低、生产品种及规格灵活多样、设备简单、投资少、适应性强、没有三废污染等特点,是铜导体及铜材加工的理想工艺,但技术难度相对较大,在熔炼及熔铸过程中如保护不好,吸气过多,凝固时气体就会从熔体中排出并形成气泡上浮,沿线坯轴向形成断续的气泡而出现质量问题,甚至造成废品,降低成品率,增加生产成本.

1 熔铸操作中铜杆气孔产生的原因 在铜杆熔铸过程中,主要原料电解铜铜板常附有铜豆和铜绿,电解铜豆中常含有大量的氢,铜水中的氧多以Cu2O的形成存在,而无氧铜的熔炼是采用还原法而不是氧化法.当铜在还原气氛中加热时,氢会向铜中扩散,使得[H]和[O]反应形成不溶于铜液的水蒸气,而使铜产生晶间裂纹,产生相当大的压力并导致显微裂纹的生成,俗称"氢病"[2]. 铜液中的氢除了直接来自燃料和炉料外[3],主要是由水汽分解所产生的,由燃料、炉料剂及熔炼工具带入铜液中的水汽,遇到铝、硅、锰、锌等活泼元素时,这些元素被氧化分解,产生氢并溶入铜液中.此外,润滑剂燃烧、水蒸气及涂料挥发等产生的气体也是反应性气体来源之一.而且这些气体在柱状晶表面形成气泡并随柱状晶长大而长大,且因为凝固速度较大,气泡往往来不及脱离柱状晶表面就被枝晶封住,形成皮下针孔,是造成铜铸锭热穿孔的重要原因. 水汽不能直接溶于铜液中,但在高温条件下,能产生下列反应[4]: 2Cu(l)+H2O(g)=Cu2O+2[H]cu 2Cu(l)+[O]cu=[Cu2O]cu 收稿日期:2015-01-12 基金项目:韶关市科技计划项目(2014CX/G12) 作者简介:赵华(1964-),女,河南人,副教授. (1) 式中,K为平衡常数,与温度有关;

[H]为氢在铜液中的溶解度(%);

[O]为氧在铜液中的溶解度(%);

为炉气中水汽的分压(kPa). 由(1)式可知,当熔炼温度一定,K值也一定时,铜液中[H]2[O]值与成正比,越高,[H]2[O]值越大;

当为一定值时,随温度的提高,K值随之增大,[H]2[O]也增大. 凝固过程中,K值随温度下降而变小,[H]2[O]值降低,过饱和的[H]与[O]就会形成H2O,并以均匀的气泡形式分散在铜液中,如果来不及逸出这些水汽分子就会在凝固过程中形成气孔. CO、CO2均不溶于铜液中.CO能使Cu2O还原;