反射爐熔煉銅合金

1、職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程制作人：劉振華陜 西 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院反射爐熔煉銅合金銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程反射爐工作原理及熔煉流程反射爐按照能源區(qū)分為火焰反射爐和電阻反射爐兩類。火焰反射爐是利用高溫火焰經(jīng)爐頂輻射及火焰直接傳熱來加熱和熔化爐料，多采用液體和氣體燃料，其工作原理如圖1所示。電阻反射爐是利用安裝在爐頂型磚內(nèi)的電阻產(chǎn)生的熱量，通過輻射傳熱來加熱和熔化爐料，多用作保溫爐。爐內(nèi)傳熱方式不僅是靠火焰的反射，而更主要的是借助爐頂、爐壁和熾熱氣體的輻射傳熱。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程圖圖1 火焰反射爐工作原理圖火焰反射爐工作原理圖反射爐適合熔煉普通純銅

2、，熔煉普通純銅的工藝流程如圖2所示。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程回爐料電解銅木 炭裝 料熔 化氧 化還 原澆 鑄成品廢品殘料扒渣扒渣壓縮空氣木炭圖2 反射爐熔煉普通純銅的工藝流程銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程陰極銅是反射爐熔煉普通純銅的主要原料，同時也可以使用品位相當(dāng)?shù)幕厥浙~。裝料前需將爐溫提高到1300以上，并向爐內(nèi)加入適量的木炭。木炭不僅可以保護(hù)爐底，上浮木炭又可以作為判斷爐料是否徹底熔化的標(biāo)志。裝料應(yīng)盡可能快速進(jìn)行。裝料致密，有利于充分利用爐膛的有效面積，并可以減少加料次數(shù)。裝 料銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程裝料的原則是：1.正確安排裝料位置。一般先裝爐子的高溫區(qū)，再裝低溫區(qū)，最后補(bǔ)裝高溫區(qū)。爐料整齊排列，

3、充分利用爐子的有效空間。2.力求一次性將填料裝完。若一次裝不完，其余料應(yīng)在爐料未熔化完之前加入爐內(nèi)。3.搗筑出銅口；搗筑前先將流口出的殘料和殘?jiān)宄蓛?。一般搗筑材料選用耐火粘土、焦炭粉等。裝料結(jié)束后，應(yīng)及時封閉爐門，以防冷空氣進(jìn)入爐膛。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程熔化期間，爐內(nèi)應(yīng)保持微氧化性氣氛和正壓，盡量提高燃料供給量，并控制空氣過剩系數(shù)。使?fàn)t溫始終保持在1300-1400之間。當(dāng)整個金屬熔池液面翻動、沸騰冒氣；爐底的木炭全部浮起到液面上時，標(biāo)志著爐料全部熔化。爐料熔化后，使用扒渣工具將金屬液表面的熔渣去除。熔 化銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程氧化期爐內(nèi)為氧化性氣氛，氧化亞銅在銅中的溶解度，與爐氣中氧的

4、分壓、熔煉溫度、保溫時間等成正比。如果熔體表面覆蓋不嚴(yán)密，或者熔體受到強(qiáng)烈攪動時，都將增加銅液氧化的機(jī)會。表1為氧化亞銅在銅液中的溶解度與溫度之間的關(guān)系。氧 化溫度/110011501200氧化亞銅在銅液中溶解度/%5.07.8-7.912.4表表1 氧化亞銅在銅液中的溶解度與溫度之間的關(guān)系氧化亞銅在銅液中的溶解度與溫度之間的關(guān)系銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程氧化過程中，隨著銅液中氧化亞銅數(shù)量的增加，其中的某些雜質(zhì)，如鋁、錳、鋅等，按其與氧親和力大小的順序，依次被氧化，生成Al2O3、MnO、ZnO等氧化物都將進(jìn)入熔渣。氧化時銅液中的H和S元素也可被去除。其化學(xué)反應(yīng)為：H2+Cu2O=2Cu+H2OC

5、u2S+2Cu2O=6Cu+SO2銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程圖3顯示了銅液中氫和氧之間的關(guān)系：當(dāng)銅液中氧的含量增加時，氫的含量將減少。反之，當(dāng)銅液中氫含量增加時，氧含量將減少。當(dāng)銅液中含有一定比例的氫和氧時，在它們之間可能會發(fā)生下列反應(yīng)：Cu2O+H2=2Cu+H2O（水蒸氣）生成的氣態(tài)的H2O和SO2都從熔體中逸出。氧化過程可以通過向熔體中吹送壓縮空氣的方式實(shí)現(xiàn)。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程氧化過程中，通常爐溫控制為：開始氧化時：爐膛溫度1300-1400銅液溫度1200-1300氧化終了時：爐膛溫度1200-1250銅液溫度1150-1170圖3 銅液中氫與氧的關(guān)系1-1350；2-1250；3-1

6、150 銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程氧化強(qiáng)度取決于銅液溫度、吹入壓縮空氣數(shù)量以及其在熔池內(nèi)部分布的均勻程度等因素。氧化期間，銅液保持適當(dāng)?shù)臏囟群捅M可能的加大壓縮空氣吹入的強(qiáng)度，是促進(jìn)氧化過程快速進(jìn)行的基本條件。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程氧化后期，應(yīng)不斷地取樣，即通過觀察試樣斷口特征的變化來判斷氧化過程的終點(diǎn)。試樣斷口上的結(jié)晶組織，由開始氧化時的細(xì)絲狀鑄件轉(zhuǎn)變?yōu)檩^粗的柱狀，試樣斷面的顏色鑄件向近似紅磚的顏色轉(zhuǎn)變。氧化過程中，應(yīng)及時除去熔池表面上的熔渣。氧化結(jié)束，徹底扒渣，關(guān)閉爐門，提升爐溫。氧化結(jié)束時，銅液溫度以1180-1200為宜。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程還原的目的：除去銅液中的氣體；還原氧化亞銅?？梢?/p>

7、作還原劑的物質(zhì)主要有：木材、重油、天然氣、木屑、炭粉、煤粉等。這些還原劑中均含有大量的碳和碳?xì)浠衔铮饕倪€原反應(yīng)有：Cu2O+C=2Cu+CO4Cu2O+CH4=8Cu+CO2+2H2OCu2O+CO=2Cu+CO2還 原銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程第一次還原的主要目的是除去銅液中的氣體。通過化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的大量不溶于銅液的水蒸氣、一氧化碳等氣體強(qiáng)烈的洗滌熔體時，可將銅液中大部分氣體帶出。第一次還原結(jié)束，熔池表面用木炭覆蓋。第二次還原的主要目的是還原氧化亞銅。還原過程中應(yīng)注意爐前檢驗(yàn)，當(dāng)試樣表面呈細(xì)致皺紋，斷口呈紅玫瑰色 且具有絲絹光澤時，即可停止還原。銅合金鑄件鑄造技術(shù)課程氫在銅中的溶解度隨著含氧量降低而增加，當(dāng)氧的含量過于低時，有可能造成熔體的重新吸氣。澆注時