一种高导热管非真空熔铸装置及加工工艺.pdf

本发明涉及一种高导热管非真空熔铸装置及加工工艺，包括节流控制式熔炼炉、精炼炉、保温炉以及结晶器，所述节流控制式熔炼炉包括熔炼炉体、入料口，以及位于所述熔炼炉体底部的流槽，所述流槽的出口端设有节流阀，该节流阀位于所述精炼炉内；所述精炼炉包括精炼炉体，精炼剂入口，以及位于所述精炼炉体底部的潜流槽；所述精炼炉通过该潜流槽与所述保温炉的底部连通；所述保温炉包括保温炉体，以及位于所述保温炉体上方的覆盖剂入口；所述保温炉体的底部连接所述结晶器。本发明的装置结构简单，投入少，整个铸造过程铜液与空气零接触，工艺方法引入La元素作为精炼剂，真正意义上实现了定量配比用于生产实践，并实现连续化生产。

1.  一种高导热管非真空熔铸装置，包括节流控制式熔炼炉(1)、精炼炉(2)、保温炉(3)以及结晶器(4)，其特征在于，所述节流控制式熔炼炉(1)包括熔炼炉体(11)、位于所述熔炼炉体上方的入料口(12)，以及位于所述熔炼炉体底部的流槽(13)，所述流槽(13)的出口端设有节流阀(5)，该节流阀(5)位于所述精炼炉(2)内；所述精炼炉(2)包括精炼炉体(21)，位于所述精炼炉体上方的精炼剂入口(22)，以及位于所述精炼炉体底部的潜流槽(6)；所述精炼炉(2)通过该潜流槽(6)与所述保温炉(3)的底部连通；所述保温炉(3)包括保温炉体(31)，以及位于所述保温炉体上方的覆盖剂入口(32)；所述保温炉体(31)的底部连接所述结晶器(4)。

2.  根据权利要求1所述的高导热管非真空熔铸装置，其特征在于，所述节流阀(5)位于所述精炼炉(2)的精炼炉体(21)上方。

3.  采用权利要求1或2任一权利要求所述装置生产高导热管的加工工艺，包括以下步骤：
1)熔炼：铜板经过加料口加料，熔炼温度控制在1180-1200℃，熔融后的铜液表面均匀覆盖一层木炭；
2)精炼：熔炼炉内的铜液通过流槽经由流槽出口端的节流阀流入精炼炉，精炼炉内的铜液上方覆盖一层石墨鳞片，精炼温度控制在1160-1180℃；
3)除杂：通过精炼剂入口向铜液中加入稀土La元素进行除杂；
4)保温：精炼除杂后的铜液通过潜流槽进入保温炉，保温炉温度控制在1150-1170℃，对铜液进行取样化验，当铜液中铜含量稳定到99.99％以上，氧含量<5ppm，杂质元素Bi<0.0001％，Fe<0.001，Pb<0.0005％，
S<0.0015时，进行下一步引铸；
5)引铸：铜液通过石墨结晶器，并经过二次水冷结晶进行引铸。

4.  根据权利要求3所述的加工工艺，其特征在于，步骤1)熔炼过程中，铜液表面覆盖的木炭厚度为150～200mm。

5.  根据权利要求3所述的加工工艺，其特征在于，步骤2)精炼过程中，通过节流阀控制精炼炉内铜液的液位；精炼炉内的铜液上方覆盖的石墨鳞片的厚度为100～150mm。

6.  根据权利要求3所述的加工工艺，其特征在于，步骤3)除杂过程中，稀土La元素的用量为铜液总质量的0.05-0.08wt％，净化稳定5～8min去除杂质元素。

7.  根据权利要求3所述的加工工艺，其特征在于，步骤4)中保温炉铜液表面覆盖的石墨鳞片厚度为100～150mm。

8.  根据权利要求3所述的加工工艺，其特征在于，步骤5)引铸过程中的拉速为150～300mm/min。

9.  权利要求1-2任一权利要求所述高导热管非真空熔铸装置，及权利要求3-8任一权利要求所述高导热管加工工艺在高纯度无氧铜加工领域的应用。

一种高导热管非真空熔铸装置及加工工艺
技术领域
本发明涉及一种高导热管非真空熔铸装置及加工工艺，尤其涉及一种高纯度无氧铜非真空熔铸设备及工艺，属于金属加工领域。
背景技术
电脑及通讯电子用高导热管普遍采用高纯无氧铜作为管壳材料，高纯无氧铜的热导率仅次于银，20℃时热导率大于300W/(m.℃)，导热性能优良。同时，它还具有延展性好、透气率低、不产生氢脆、耐腐蚀性能好等优点。
目前生产高纯无氧铜的工艺是真空熔炼，但设备投入大、生产效率底，生产成本高。市场方面，高性能高导热管产品，国内供应不到25％，超过75％的比例需要依赖进口。国内部分厂家采用上引铸造法半连续铸造法生产高导热管，产出的产品氧含量＞10ppm，并且杂质含量无法有控制，力学性能也无法和进口产品相媲美。
面对我国高导热管工艺复杂和原料成本逐步攀升形势，如何利用企业自身技术改造创新，研究非真空熔炼方法生产高性能高导热管正成为多数铜加工企业急需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种高导热管非真空熔铸装置及工艺方法，该方法工艺简单，独特的精炼剂应用配比，脱氧去杂明显，装置结构简单、投入少，生产的高导热管坯含氧低、杂质含量少，成分稳定，力学 性能优良。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高导热管非真空熔铸装置，包括节流控制式熔炼炉1、精炼炉2、保温炉3以及结晶器4，其特征在于，所述节流控制式熔炼炉1包括熔炼炉体11、位于所述熔炼炉体上方的入料口12，以及位于所述熔炼炉体底部的流槽13，所述流槽13的出口端设有节流阀5，该节流阀5位于所述精炼炉2内；所述精炼炉2包括精炼炉体21，位于所述精炼炉体上方的精炼剂入口22，以及位于所述精炼炉体底部的潜流槽6；所述精炼炉2通过该潜流槽6与所述保温炉3的底部连通；所述保温炉3包括保温炉体31，以及位于所述保温炉体上方的覆盖剂入口32；所述保温炉体31的底部连接所述结晶器4。
进一步，所述节流阀5位于所述精炼炉2的精炼炉体21上方。
本发明第二方面公开了基于前述高导热管非真空熔铸装置的高导热管加工工艺，包括以下步骤：
1)熔炼：铜板经过加料口加料，熔炼温度控制在1180-1200℃，熔融后的铜液表面均匀覆盖一层木炭；
2)精炼：熔炼炉内的铜液通过流槽经由流槽出口端的节流阀流入精炼炉，精炼炉内的铜液上方覆盖一层石墨鳞片，精炼温度控制在1160-1180℃；
3)除杂：通过精炼剂入口向铜液中加入稀土La元素进行除杂；
4)保温：精炼除杂后的铜液通过潜流槽进入保温炉，保温炉温度控制在1150-1170℃，对铜液进行取样化验，当铜液中铜含量稳定到99.99％以上，氧含量<5ppm，杂质元素Bi<0.0001％，Fe<0.001，Pb<0.0005％，S<0.0015时，进行下一步引铸；
5)引铸：铜液通过石墨结晶器，并经过二次水冷结晶进行引铸。
进一步的，步骤1)熔炼过程中，铜液表面覆盖的木炭厚度为150～200mm。
进一步的，步骤2)精炼过程中，通过节流阀控制精炼炉内铜液的液位；精炼炉内的铜液上方覆盖的石墨鳞片的厚度为100～150mm。
进一步的，步骤3)除杂过程中，稀土La元素的用量为铜液总质量的0.05-0.08wt％，净化稳定5～8min去除杂质元素。
进一步的，步骤4)中保温炉铜液表面覆盖的石墨鳞片厚度为100～150mm。
保温炉设计三流同时引铸，铜液通过石墨结晶器，并经过二次水冷结晶引铸，牵引系统实现拉-停-退-停-拉控制过程替代振动铸造效果。进一步的，步骤5)引铸过程中的拉速为150～300mm/min。
本发明还公开了前述高导热管非真空熔铸装置，及高导热管加工工艺在高纯度无氧铜加工领域的应用。
本发明的装置在使用时，工艺方法为：将高纯电解铜送入熔炼炉初步熔炼，铜液表面煅烧木炭覆盖，完全熔化的铜液通过流槽流入精炼炉，精炼炉入中设计有节流阀，来控制液位，铜液表面覆盖石墨鳞片，通过加入一定配比的稀土La元素作为精炼剂，进一步脱氧去杂，成分稳定后的铜液，通过潜流槽进入保温炉，保温炉铜液表面覆盖石墨鳞片，通过结晶器连续引铸。
通过改进的设备，熔炼炉初步实现铜的熔炼，改变传统倾倒方式，设计潜流液位控制阀，铜液采用煅烧干燥木炭及石墨鳞片全覆盖，达到隔绝空气及脱氧的作用，精炼炉进行静化提纯，静化后的铜液通过流槽口，流入保温炉，通过石墨结晶器，经过两次水冷引铸，实现熔铸过程铜液无空气接触，通过此方式有效控制材料含氧量，可使含氧量控制在3ppm最佳范围以内，另外可实现三流同时连续引铸，效率比传统熔铸方式提高40％。
本发明的有益效果是：本发明的装置结构简单，投入少，整个铸造过程铜液与空气零接触，工艺方法引入La元素作为精炼剂，真正意义上实现了定量配比用于生产实践，并实现连续化生产。
附图说明
图1为一种高导热管非真空熔铸装置结构示意图。
1.节流控制式熔炼炉
2.精炼炉
3.保温炉
4.结晶器
5.节流阀
6.潜流槽
11.熔炼炉体
12.入料口
13.流槽
14.煅烧木炭层
21.精炼炉体
22.精炼剂入口
23.石墨鳞片层
31.保温炉体
32.覆盖剂入口
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示的一种高导热管非真空熔铸装置，包括节流控制式熔炼炉1、精炼炉2、保温炉3以及结晶器4，节流控制式熔炼炉1包括熔炼炉体11、位于所述熔炼炉体上方的入料口12，以及位于所述熔炼炉体底部的流槽13，所述流槽13的出口端设有节流阀5，该节流阀5位于精炼炉2内；精炼炉2包括精炼炉体21，位于所述精炼炉体上方的精炼剂入口22，以及位于所述精炼炉体底部的潜流槽6；精炼炉2通过该潜流槽6与保温炉3的底部连通；保温炉3包括保温炉体31，以及位于所述保温炉体上方的覆盖剂入口32；保温炉体31的底部连接所述结晶器4。节流阀5位于所述精炼炉2的精炼炉体21上方。本实施例所采用的节流控制式熔炼炉为节流控制式有芯工频感应熔炼炉，精炼炉为工频感应精炼炉，保温炉为工频感应保温炉。
采用本发明所述高导热管非真空熔铸装置时，工艺流程如下：
1、加料熔炼
有芯工频感应熔炼炉升温，选用的高纯阴极铜板，通过入料口加料，熔炼温度控制在1160～1200℃，铜液表面均匀覆盖150～200mm经煅烧干燥的木炭(煅烧木炭层14)，待全部熔化后，经过流槽流入节流阀，由节流阀控制精炼炉液位。
2、精炼炉精炼
铜液进入精炼炉，铜液上方需覆盖100～150mm石墨鳞片(石墨鳞片层23)，用于隔绝空气及脱氧的作用。精炼炉温度控制在1160～1180℃之间。
3、添加稀土La，微化晶粒，去除杂志
精炼过程从精炼炉的入料口按比例加入0.06～0.08％稀土La元素，La元素原料的纯度要达到99.99％，按照设计的工艺要求进行5～8min净化稳定，去除杂质元素。
4、保温炉成分稳定过程
精炼去杂后铜液通过潜流槽移流到保温炉，温度控制1150～1170℃之间，保温炉铜液表面同样覆盖100～150mm石墨鳞片(石墨鳞片层23)，并取样化验，铜含量稳定到99.99％以上，氧含量<3ppm，杂质元素Bi<0.0001％，Fe<0.001，Pb<0.0005％，S<0.0015时，方可引铸。
5、连续引铸
保温炉设计三流同时引铸，铜液通过石墨结晶器，并经过二次水冷结晶引铸，牵引系统实现拉-停-退-停-拉控制过程替代振动铸造效果，拉速控制在150～300mm/min范围。
实施上述非真空熔铸方案，产出的产品性能优良，各项指标：Cu>99.99％，O<0.0003％，Bi<0.0001％，Fe<0.001，Pb<0.0005％，S<0.0015，晶粒度0.005-0.01/mm，热导率>360W/(m.℃)，相比传统真空熔铸技术产出的产品，杂质含量极低，传热效率高，力学性能更加优益，后续弯曲、压扁等再加工，铜管表面光滑无凹陷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。