[发明专利]大直径高纯无氧铜铸坯水平连铸工艺及其连体炉

说明书

技术领域

本发明涉及无氧铜铸造技术领域，尤其在高纯无氧铜的领域，提供一种大直径高纯无氧铜铸坯水平连铸工艺及其连体炉。

背景技术

工业纯铜（加工铜）通常被分为韧铜、磷脱氧铜和无氧铜，其中无氧铜质量品级最高，无氧铜是一种高传导性纯铜，在化学成分上具有纯度高，杂质含量少，尤其是含氧量很低的特点，其最显著的物理特性是具有高导电率（退火态至少100%IACS）、良好的变形性能和很好的焊接和钎焊性能，被广泛应用于电子、通讯和电真空等域。

TU1（GBT5231-2001）是国内品级较高的无氧铜牌号，TU1无氧铜（含氧量小于10PPM），主要用于制造导电排，水冷电缆，感应线圈，高品位开关，波导管和各种高档电器接插件，应用面广，用量大。

对于无氧铜的生产，绝大部分企业都是用非真空炉（工频感应炉）生产，因此，无氧铜的质量均不稳定，主要表现在其导电性能与高强、高温性能难以兼顾，而影响无氧铜质量的关键在于铜熔液中氢氧原子的去除。

含氧量是无氧铜的重要特征，因此减少无氧铜中气体杂质，比如氧和氢，对高纯无氧铜金属获得稳定机械性能和电器性能至关重要。

传统的对于高纯无氧铜的生产工艺主要有以下三种：

1、真空炉熔炼（下引法技术）：该方法是在真空条件下采用中频无芯感应炉熔炼，生产出来的产品纯度高，含氧量可达10PPM以下，但是真空系统复杂且维修繁琐，设备造价高昂，对生产环境及维护保养要求极高，而且为非连续性生产，生产效率低，造成生产成本居高不下。

2、半连续铸造非真空炉熔炼（工频感应炉）：这种方法是将高温铜液从熔炼炉转注流槽，再通过流槽进入保温炉，由于该方法在生产过程中氧的来源较多，含氧量不好控制，所以报废率较高，以一吨铜原料为例，最终得到的成本只有600kg，不难知道，其成品率低，材料浪费太多。

3、水平连铸：采用这种方法生产时，其优点在于铜熔液从熔炼炉通过管道流入保温炉，避免了铜熔液与大气接触，因此生产的无氧铜铸坯质量较稳定，且投资小、成本低，但是该工艺的致命缺点在于含氧量的控制，水平连铸对于含氧量无法控制，因此要生产TU1规格的无氧铜，存在很大难度。

申请号02136815.5公开了一种潜流式无氧铜水平连铸技术及其生产设备，从其说明书和附图部分可以看到，其熔化炉和保温炉均是封闭式的，虽然减少了杂质和气泡产生的机会，提高了铸坯的质量，但是它同样没有解决铜含氧量的问题，它的设备无法去除铜内的杂质氢和氧，因此要生产TU1无氧铜，是非常难的。因此，如果高成品率生产TU1无氧铜，而且成本又低，产品质量又高是目前各企业亟待要解决的一大难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中生产TU1无氧铜设备造价昂贵，生产成本高且生产效率低，含氧量难控制的技术问题，本发明提供一种基于水平连铸法的大直径高纯无氧铜铸坯水平连铸工艺及其连体炉，它具有恒温均匀熔炼的特性，而且很好地对铜熔液进行了脱氧脱氢处理，解决了含氧量难控制的问题，使得整个出品率大大提高，达到90%以上，相对于传统技术具有跨越性的意义。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大直径高纯无氧铜铸坯水平连铸工艺，包含以下步骤：

1）备料：取高纯阴极铜待用；

2）预处理：将待用的阴极铜表面去氧化层和颗粒，并进行预热处理，预热温度控制在280℃-300℃；

3）熔炼：首先将经过预处理的阴极铜放入熔炼炉中熔炼，熔炼温度控制在1180-1230℃，同时在熔炼炉底部通入惰性气体，而铜熔液上方浮有经煅烧后的炭层作覆盖，其次利用电磁搅拌对铜熔液搅拌；

4）保温：将熔炼炉中熔炼后的铜熔液潜流入保温炉内，同时在保温炉底部通入惰性气体，铜熔液上方浮有经煅烧后的炭层作覆盖，保温炉内温度控制在1180-1230℃；

5）铸造：将保温炉内的铜熔液导入石墨结晶器，然后对石墨结晶器水冷却，得高纯无氧铜铸坯。

作为优选，步骤3）和步骤4）中所用惰性气体为氩气。

作为优选，所述炭层为经煅烧后的竹炭层。

一种采用大直径高纯无氧铜铸坯水平连铸工艺铸造无氧铜坯的连体炉，包括熔炼炉、保温炉和结晶器，所述熔炼炉底部与保温炉底部通过管道连通，所述保温炉熔液出口连接结晶器，所述结晶器上布置有水冷却系统，所述熔炼炉和保温炉内均设置有经煅烧后的炭层，所述熔炼炉底部设置有第一氩气管道，保温炉底部设置有第二氩气管道，熔炼炉外壁上安装有两个相对的电磁搅拌器。