導(dǎo)語：富氧銅生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：富氧銅是指鑄錠中氧含量150～400PPm的純銅材料。其原理是利用銅液中氫元素和氧含量成反比的關(guān)系，通過向高溫熔池內(nèi)添加氧來減少氫的含量，凈化基體，減少氣孔提高鑄錠的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：富氧銅；氫含量；氣孔

氧在銅液中的固溶度為[1]：當(dāng)銅水溫度是1083℃時，其溶解固溶的氧為80PPm，其余的氧在基體內(nèi)以Cu2O的形式存在。富氧銅生產(chǎn)難度很大，在其生產(chǎn)過程中工藝要嚴(yán)格控制，現(xiàn)將其工藝控制要點(diǎn)簡要總結(jié)如下：

1氧的控制環(huán)節(jié)及其主要影響因素

1.1控制環(huán)節(jié)。一般我們在紫銅生產(chǎn)時，都利用熔化爐和保溫爐的組合來組織生產(chǎn)，在熔化爐內(nèi)控制氧含量的方法不可取，其原因是：第一，熔化爐內(nèi)溫度較高，熔池中氧含量過多，勢必要減少木炭覆蓋量，這時高溫熔池中由于氧的增加，造渣能力上升，一方面給扒渣操作帶來困難，一方面加劇對爐體耐火材料的侵獨(dú)。降低爐體的使用壽命；第二，當(dāng)熔化爐向保溫爐轉(zhuǎn)爐的過程中，當(dāng)采用半封閉流槽時，銅水的溫度下降20℃左右，隨著銅水溫度的下降，氧會從銅水中跑出，另外，轉(zhuǎn)爐進(jìn)程中會吸收空氣中的氫，進(jìn)一步降低氧的含量，這樣就給我們的工藝控制帶來極大的困難。因此富氧銅生產(chǎn)時，一般不在熔化爐內(nèi)控氧，而是選擇在保溫爐內(nèi)控制氧含量。熔化爐轉(zhuǎn)爐前取樣分析，氧含量一般在150～250PPm即可。1.2氧含量的主要影響因素。（1）銅水溫度；（2）保溫爐轉(zhuǎn)爐后熔池表面積；（3）保溫。爐靜置的時間（從轉(zhuǎn)爐結(jié)束至開澆前的這段時間）。首先，我們探討銅水溫度。眾所周知，氧在銅中的溶解度是隨著銅水的溫度升高而升高的[2]，保溫爐靜置期間，我們升到澆鑄溫度（1140℃～1150℃）后，我們要盡量保持溫度穩(wěn)定，在澆鑄過程中要加強(qiáng)對爐頭箱內(nèi)溫度的測量和控制，要嚴(yán)格控制其溫度的穩(wěn)定性，只有溫度穩(wěn)定氧含量才能相對穩(wěn)定。一般在澆鑄開始到澆鑄結(jié)束要測溫4次。其次，我們探討熔池內(nèi)的表面積的問題。顯而易見，當(dāng)在相同的時間內(nèi)，裸露在空氣中銅水的表面積越大，吸氧就會越多[3-5]。如何控制呢？當(dāng)然只能通過調(diào)整爐內(nèi)木炭的覆蓋量的多少來控制，具體覆蓋多少合適，這就要根據(jù)保溫爐結(jié)構(gòu)的具體情況，通過反復(fù)實(shí)驗來摸索找出最佳值。這里作者給大家的參考值是這樣：對于8噸的鑄錠，半連續(xù)鑄造方式的，一般我們在保溫爐受銅扒渣后，添加30-80g木炭，爐頭箱內(nèi)要適當(dāng)補(bǔ)加，否則鑄錠的后半部分的氧含量就會增大，造成整根鑄錠中氧含量不均勻。一般在鑄造完成的后半程補(bǔ)加5-15kg左右的木炭即可，但此時添加時，一定要注意操作的安全性。再次，我們探討時間的問題。因為每次鑄造前，工裝模具的充分準(zhǔn)備都要有合理的時間，澆鑄前保溫爐要扒渣，覆蓋木炭，取樣分析等很多工作要做，這些工作都要有合理的時間，因此要想得到滿意的氧含量，我們就要摸索合理的時間，既能保證生產(chǎn)的正常節(jié)拍又能得到滿意的氧含量。采取的辦法是：保溫爐受料后，迅速扒渣的時間控制在10-15分鐘（時間要嚴(yán)格保證），扒渣后馬上添加木炭而操作之間銜接一定要緊密，保溫爐加木炭后，傾動爐體預(yù)熱爐頭，并及時在爐頭箱內(nèi)添加15～30kg木炭，保溫爐進(jìn)入靜置階段要求從保溫爐加完木炭后到澆鑄前靜置的時間是40分鐘，此期間晃動保溫爐三次?；螤t的目的是（1）溫度的均勻化；（2）氧含量的均勻化；（3）加強(qiáng)有害氣體的排除。另外需要說明的是，保溫爐在靜置階段時，基本上是還原過程，溶體中氧會較扒渣后的含量逐漸下降，因此，如何控制好爐體中銅水有效地接觸空氣是必要的，一般來說，保溫爐在靜置階段有三處與外界相通，第一處：爐頭箱此處一般在加完木炭8～10分鐘后蓋住，四周只有少量縫隙；第二處，保溫爐扒渣口；第三處，保溫爐受銅口。第二處在加入木炭后必須要覆蓋好（可用硅酸鋁甩絲毯），否則如果敞口會和前方爐頭箱處縫隙形成強(qiáng)大對流，加劇木炭的燃燒，從而使靜置后期額氧含量迅速升高，工藝上很難控制好合適的氧含量。第三處，一般在靜置階段不做覆蓋處理。這個工藝細(xì)節(jié)非常關(guān)鍵，要引起技術(shù)人員和班組人員的高度重視。

2生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的控制要點(diǎn)

2.1熔化爐。熔化爐是生產(chǎn)的起點(diǎn)，俗話說：“萬事開頭難”有了良好的開端，才會為后續(xù)生產(chǎn)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。在熔化爐操作這一環(huán)節(jié)我們重點(diǎn)控制好以下事項：第一，原料的檢查。準(zhǔn)備工作很重要，我們來梳理一下：原料的合理使用是保證鑄錠質(zhì)量的基礎(chǔ)，爐臺加料人員要對配料班組配好的料進(jìn)行檢查：（1）配料比是嚴(yán)格執(zhí)行工藝；（2）用料的含水含油情況；（3）來料的重量是多少；（4）料箱中有無混料和其他物質(zhì)，確認(rèn)沒有問題后，再按工藝要求加入到爐內(nèi)。第二，加料。首先說加料順序，一般來說富氧銅生產(chǎn)的原料中有加工幾何廢料、銑面屑推塊和新金屬三種，根據(jù)現(xiàn)場摸索的實(shí)際經(jīng)驗：先加入一半的幾何廢料→銑面屑色塊→新金屬（Cu）→剩余的加工幾何廢料。其次，加料時一定要注意爐內(nèi)銅水液面，控制要求是：每批次都要保證在同一液面位置上，使得每批次爐內(nèi)銅水的量盡量穩(wěn)定。這樣才能使熔化爐內(nèi)含氧量保持長期的穩(wěn)定和均衡，這一點(diǎn)非常重要。再次，加料過程中，密切關(guān)注爐內(nèi)銅水的木炭覆蓋情況，木炭覆蓋的原則是：出現(xiàn)銅水裸露時，應(yīng)立即加入木炭，木炭覆蓋的厚度為單層覆蓋，不裸露能蓋住即可，不宜覆蓋太多。一般來說，從加料開始到轉(zhuǎn)爐，木炭加入總量約為60-100kg。再次，時間的控制，一般從開始加料至爐料全部熔化時間應(yīng)控制在150分鐘，升溫精煉30分鐘，然后扒渣、覆蓋木炭，再保溫精煉30分鐘，然后轉(zhuǎn)爐。第三，爐溫的控制。熔煉爐保溫精煉時，一般的，溫度可控制在1160℃-1170℃；爐溫的控制很關(guān)鍵，溫度過低，達(dá)不到精煉除雜的目的；溫度過高，造成吸氣嚴(yán)重，也存在高溫的安全隱患。因此我們在熔煉過程中，必須嚴(yán)格控制爐溫的穩(wěn)定性。我們經(jīng)常認(rèn)為銅水的溫度是1160℃時和1180℃時，溫度只差20℃對銅水的吸氣能力影響不大，其實(shí)則不然，其吸氣能力的相對值是1083℃，也就是說：1160-1083=77℃，1180-1083=97℃，97-77/97=20%，其影響吸氣能力的幅度是很大的，這一點(diǎn)我們一定要正確認(rèn)識。第四，時間的控制。在第二點(diǎn)中我們已經(jīng)說過，從加料開始直至轉(zhuǎn)爐，一般在210分鐘為宜，不同批次（爐次）之間要盡量保持一致，這對氧含量控制的穩(wěn)定性、鑄錠質(zhì)量的穩(wěn)定性起到很關(guān)鍵的作用。在整個210分鐘的過程中，一般加料融化的時間約為150分鐘，升溫及保溫精煉的時間為60分鐘。第五，扒渣及轉(zhuǎn)爐。對于扒渣而言，首先要控制的是扒渣工具的使用，我們一定要合理設(shè)計扒渣工具。既便于操作，又要防止其它金屬元素的混入。其次扒渣一定要徹底，熔煉過程中上浮的爐渣一定要充分撈干凈，確保熔體的純凈。再次要嚴(yán)格控制扒渣的時間，一般要求控制在5分鐘；扒渣后，覆蓋木炭進(jìn)入保溫精煉過程。轉(zhuǎn)爐時間要求控制在2-3分鐘，實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)爐，防止轉(zhuǎn)爐過程的吸氣，轉(zhuǎn)爐溫度1160-1170℃。2.2保溫爐。保溫爐在連續(xù)生產(chǎn)富氧銅時，起著至關(guān)重要的作用，其不僅是氧含量控制的關(guān)鍵點(diǎn)，也是鑄造用銅水的容器，嚴(yán)格按工藝控制保溫爐的各項工藝參數(shù)至關(guān)重要。第一，保溫爐的液面控制。我們在每次完成澆鑄后保溫爐內(nèi)剩余的銅水量，以及轉(zhuǎn)爐后準(zhǔn)備下一根鑄造時爐內(nèi)的銅水量，都要進(jìn)行精確控制，其對氧含量不同批次之間的長期穩(wěn)定起著重要作用，這個原理我們在前文中已經(jīng)論述。第二，保溫爐受銅后扒渣操作。這個操作的目的看兩點(diǎn)，其一是將爐內(nèi)的浮渣、炭灰撈凈；其二更重要的是我們在利用這一操作，使得銅水充分暴露在空氣中，充分吸氣，實(shí)現(xiàn)高氧脫氫的目的，一般我們控制的時間是10分鐘，這一時間既不能太長，也不能減少，要嚴(yán)格控制，扒渣完成后立即按工藝要求覆蓋好木炭。第三，保溫爐和爐頭箱覆蓋木炭的要求。首先覆蓋用的木炭要精選，大小均勻，不能有太大的塊出現(xiàn)，更不能有不合格的木炭；其次，木炭必須經(jīng)過煅燒，出煅燒爐后要加強(qiáng)密封，保溫爐扒渣倒出準(zhǔn)備好，不能倒出（從烘箱中）太早會過燒，太晚也不行，事先不準(zhǔn)備好扒渣后就無法實(shí)現(xiàn)及時添加；再次木炭的數(shù)量要嚴(yán)格控制，保溫爐用50kg，爐頭箱用16kg。爐頭箱的木炭覆蓋，一般在完成保溫爐覆蓋后立即進(jìn)行，爐頭箱加入木炭后，不要立即覆蓋，要敞口8-10分鐘后再加蓋爐頭箱蓋，以保證炭中硫的氧化物排出。第四，保溫爐靜置時間。一般我們在保溫爐完成木炭覆蓋后靜置40分鐘，其目的在于：（1）充分靜置確保銅水的質(zhì)量；（2）還原熔體吸入過多的氧；（3）預(yù)熱爐頭，保證開澆時銅水溫度不發(fā)生急劇下降；（4）晃爐三次，確保銅水整體溫度的一致性和氧含量的一致性。因此保溫爐的靜置時間要嚴(yán)格控制，這就要求鑄機(jī)、結(jié)晶器、澆鑄用的工裝模具、引錠頭的準(zhǔn)備工作要緊密銜接，確保各個操作的時間的緊湊，確保如期開澆。第五，保溫爐銅水溫度的控制。保溫爐完成覆蓋后要盡快開溫至1145～1155℃，以確保靜置過程的溫度，同時又要保證溫度的穩(wěn)定，只有溫度穩(wěn)定，銅水中氧含量才會得到穩(wěn)定的結(jié)果。同時在開澆前至少要測溫三次，前二次主要監(jiān)控靜置過程中的銅水溫度，前后一次是保證開澆溫度，在鑄造過程中間要測溫一次，嚴(yán)密監(jiān)控鑄造溫度的穩(wěn)定性。2.3鑄造機(jī)部分第一，機(jī)械液壓控制。儀表的點(diǎn)檢，確保其動作、監(jiān)控正常，這里就不再論述了。第二，工裝模具的準(zhǔn)備。（1）結(jié)晶器的準(zhǔn)備主要是：a.完成上一根鑄造錠的鑄造后要結(jié)晶器內(nèi)外徹底清理干凈，首先用水管將內(nèi)腔中殘余的炭黑沖洗干凈，再將鑄造小車上部和結(jié)晶器外部的雜物和噴出的冷銅清理干凈；b.用壓縮空氣將結(jié)晶器內(nèi)壁吹干，目視及手感檢查其內(nèi)腔表面，如有劃傷或結(jié)疤要用專用工具清理干凈，再用細(xì)砂紙打磨拋光，確保內(nèi)腔清潔平穩(wěn)；c.水平位置和定位的檢查，以確保其水平及和引錠頭的對中；d.其固定結(jié)構(gòu)的檢查，確保其在鑄造過程中的牢固可靠；e.內(nèi)壁的烘烤：開澆前結(jié)晶器內(nèi)壁一定要充分預(yù)熱，現(xiàn)場一般采取兩只1000W的碘鎢燈烘烤預(yù)熱，時間不得小于30分鐘；f.一次冷卻水路、二次冷卻水路的檢查，要做冷卻通水實(shí)驗，使其通水正常達(dá)到結(jié)晶器圖紙設(shè)計要求。（2）引錠頭的檢查及預(yù)熱烘干，引錠頭在二冷水的沖擊下，鑄造完成后，上面會有殘余的水，一般要求引錠頭的各面，包括側(cè)面和上表面要認(rèn)真檢查，上表面的平整，側(cè)表面不能有殘留的銅疤，以免升入結(jié)晶器內(nèi)腔劃傷內(nèi)面，另外引錠頭和加高座連接處要認(rèn)真檢查，確保安全可靠。（3）澆鑄件系統(tǒng)的檢查：a.塞棒動作機(jī)構(gòu)靈活性的檢查；b.大底碗的檢查，有無過渡氧化現(xiàn)象，一般說來，由于富氧銅的生產(chǎn)銅水中氧含量的增加會加劇這些澆鑄件的氧化，因此塞棒、大底碗（錐管）應(yīng)優(yōu)先選擇碳化硅材質(zhì)，延長使用時間，減少更換頻次；c.小底碗（錐管）的檢查，需要指出的是必須采用抗高溫氧化的石墨制成，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗，一根小錐管最多只能生產(chǎn)二根鑄錠，這涉及到生產(chǎn)成本的控制，其材質(zhì)的選擇也是我們需要認(rèn)真研究的課題；d.澆鑄管的檢查和預(yù)熱：首先澆管必須達(dá)到圖紙設(shè)計的要求，澆管的型式和結(jié)構(gòu)是鑄造中最為重點(diǎn)研究的內(nèi)容，我們在專題文章中論述，此處不詳細(xì)說明；e.結(jié)晶器供水系統(tǒng)的檢查，首先是和結(jié)晶器連接的管道和接頭必須完好可靠，否則出現(xiàn)問題會出現(xiàn)安全事故的現(xiàn)場一定要引起高度的重視，另外供水主管道上的壓力、溫度、流量的指標(biāo)儀表要正常，而且要定期校驗。總的說來，大的原則是澆鑄管中心、結(jié)晶器中心、引錠頭中心要三點(diǎn)一線，相關(guān)工裝模具要嚴(yán)格按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工藝控制標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，這樣才能為鑄造的正常和鑄錠的品質(zhì)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

3鑄造工藝參數(shù)

3.1熔化爐。（1）熔煉溫度：1160℃～1170℃；（2）加料及熔煉時間：3.5小時；（3）轉(zhuǎn)爐溫度：1160℃（目標(biāo)值）；（4）轉(zhuǎn)爐時間：3分鐘；（5）木炭覆蓋要求：原則上整個加料及熔煉過程中，木炭加入總量控制在60-100kg左右，但現(xiàn)場操作時，以熔化爐內(nèi)不裸露銅水為目標(biāo)，盡量不要過多添加。當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)異常時，熔化爐可適當(dāng)多覆蓋木炭，并要適當(dāng)降溫爐溫（1130℃）。當(dāng)原料全部使用本廠回料時，銅屑料要兩批加入，當(dāng)原料中去除本廠回料外還有新購電解銅時，電解銅板最后加入。3.2保溫爐。（1）鑄造溫度：1145℃～1155℃或1140～1150℃，當(dāng)結(jié)晶器采用氮?dú)飧采w時，取1145℃～1155℃，盡量控上限；（2）受銅后扒渣時間：10min；（3）從扒渣后覆蓋木炭開始計時，到開澆前靜置時間：40min；（4）保溫爐加木炭30-80kg，爐頭箱加木炭10-30kg（爐頭箱加木炭后8～10min，蓋蓋兒密封）；（5）扒渣要求：每次扒渣必須將上爐澆完爐內(nèi)銅水表面木炭殘渣扒除干凈，如果在10min內(nèi)即可扒完，必須延長銅水裸露時間至10min后，馬上添加木炭。3.3鑄造部分。（1）結(jié)晶器烘烤時間：不小于30min；（2）引錠頭烘烤時間：不小于10min；（用油噴燈烤）（3）引錠頭進(jìn)入結(jié)晶器的高度：根據(jù)結(jié)晶器高度定，一般為：（結(jié)晶器總高度-銅液面距結(jié)晶器高度）÷2；（4）澆管埋入銅液內(nèi)的高度：20-25mm；（5）澆管形式：石墨側(cè)出平流式（6）振動頻次：50次/min；振幅：3mm（用氮?dú)獗Ｗo(hù)澆鑄時，振動頻率一般控制在30次/min）；（7）結(jié)晶器內(nèi)銅液面高度±3mm；（8）起拉到正常鑄造時的參數(shù)控制（見表1）；（9）停拉工藝參數(shù)控制。當(dāng)鑄造長度距目標(biāo)長度剩余150mm時，將鑄造速度降至30mm/min，水流量減至25m3/n，抬起爐頭，停止放流。當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)銅液面接近1/2時，停止拉鑄，仔細(xì)觀察冒口處，待其凝殼后，快速將結(jié)晶器內(nèi)已經(jīng)凝殼的冒口端拉出，然后做吊裝鑄錠的準(zhǔn)備。

4用氮?dú)飧采w結(jié)晶器完成高氧銅鑄造的工藝控制要點(diǎn)

（1）保溫爐木炭覆蓋量調(diào)整保溫爐內(nèi)30-80kg，爐頭箱內(nèi)先加10-30kg，鑄造一半時再加入一定量的木炭。（2）氮?dú)饬髁靠刂疲?0-80L/min氮?dú)庵泻琀2量越小越好，因為H在氮?dú)庵械姆謮涸酱髸绊懡Y(jié)晶器內(nèi)銅水氮的排出。（3）較炭黑覆蓋的小車振動要適當(dāng)減小，具體根據(jù)現(xiàn)場定。

5其他需要注意的細(xì)節(jié)問題

（1）結(jié)晶器四面供水的均衡性保證。（2）結(jié)晶器大面的方向要始終保持一致，不要再維護(hù)保養(yǎng)再次使用時任意改變方向。（3）結(jié)晶器在小車上的固定要牢固，不要發(fā)生位置變化。（4）結(jié)晶器內(nèi)銅水的液面一定要穩(wěn)定，急劇變化會產(chǎn)生冷隔。（5）爐臺人員要不斷提高現(xiàn)場操作水平和豐富操作經(jīng)驗，如何根據(jù)上一根鑄造完成后木炭的殘留量，上根鑄錠的含氧量，爐內(nèi)銅水的情況，靈活運(yùn)用精細(xì)調(diào)整是生產(chǎn)富氧銅的關(guān)鍵。

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作者:姜業(yè)欣 肖柱 單位:1.中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司2.中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院