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1、2010年3月铜熔体的精炼净化技术11铜熔体的精炼净化技术江钟章文槐(江西铜业集团铜材有限公司,330096)摘要:本文详细的介绍了铜熔体精炼净化过程中除杂、脱气、脱氧的各种技术现状,分析了铜熔炼所用熔剂的基本要求。关键词:铜熔体精炼净化除杂脱氧脱气1前言9ηHt=(1)2铜及其合金具有一系列优良的性能,其加工产品2g(ρCu-ρi)r被广泛用于电气、仪表、热工、机械制造和军工等部式中,H为夹渣上浮的速度,由Stokes公式决定,cm/s;门[1-3]。然而铜在熔炼过程中易产生氧化、吸气和吸η为熔体的黏度
2、,Pa·s;3杂[4],使铜熔体产生污染,降低材料的工艺性和产品的ρ为密度,g/cm;性能。r为夹渣半径,cm;2熔体的氧化是指铜在熔炼过程中,铜熔体与环境g为重力加速度,cm/s。中的氧发生反应,形成氧化亚铜及在随后的冷却过程2.1.2浮选法中生成氧化铜[5]。这些氧化物夹杂会恶化铜的工艺浮选发是利用通入熔体中的惰性气体或加入的熔性,降低铜的导电性能。溶解于熔体中的氢是使铸锭剂所产生的气泡,在上浮过程中与悬浮的夹渣相遇时,产生气孔、缩松、气泡和分层的主要原因,使随后的加夹渣被吸附到气泡表面并被带到熔体液
3、面的熔剂中工过程发生氢脆。氢主要以固溶体的形式存在于铜熔去,如下图所示。气泡的数目越多、尺寸越大,浮选的体中,它主要来自于熔体还原时所用的碳氢化合物和效果越好。所用的惰性气体一般为氮气或氩气。[6]炉气及环境中的水蒸气和结晶水。铜在熔炼过程中熔体还常常会吸收各种杂质。这些杂质包括各种金属杂质元素和非金属夹杂物,它们对铜制品的最终使用性能往往会产生不利的影响。为了获得最终合乎质量要求的铜制品,铜熔体在浇注前一般都需要进行必要的精炼净化处理。2技术现状2.1除杂图1浮选法除渣原理示意图铜熔炼过程中夹杂主要通过
4、密度差作用、吸附作2.1.3熔剂法用、化合作用和机械过滤作用去除。密度差利用铜液熔剂法是通过熔剂与夹渣之间的吸附、溶解、化合在高温静置时,非金属夹杂物的密度小于铜液密度,上8]等作用而实现除渣[。如下图所示。熔剂加在铜液的浮出铜液表面而去除。吸附作用是向熔体中导入惰性表面,熔池上层的夹渣与熔剂接触,发生吸附、溶解或气体或采取熔剂产生中性气体,在气泡上浮过程中,与化合作用而进入熔剂中。这时,与熔剂接触的一薄层悬浮的夹渣相遇时,夹渣便可能被吸附在气泡表面而铜液较纯,其密度比含渣的金属液大而向下运动,与此被带出
5、熔体。化合作用是夹渣和熔剂之间有一定亲和同时,含渣较多的下层金属液则上升与熔剂接触,其中力并能形成化合物或络合物,最后利用静置的方法分的夹渣又不断地与熔剂发生吸附、溶解或化合作用而离除去。所谓机械过滤作用,是指当铜液通过过滤介滞留在熔剂中。这一过程一直进行到整个熔池内的夹质时,过滤介质会对非金属夹杂物产生机械的阻挡作渣几乎被熔剂吸收完为止。用。2.1.4过滤法2.1.1静置澄清法根据所使用的过滤介质不同,过滤法有以下几这种方法一般是将铜液在精炼温度和覆盖剂覆盖[9][7]种:的条件下保持一段时间,让夹杂物
6、上浮而去除。静(a)网状过滤法此法是让熔体通过由耐热金属丝置的时间为:制成的网状过滤器,夹渣受到机械力阻挡而与熔体分12江西化工2010年第1期离。这对于除去薄片状氧化膜和大块夹渣效果显著。过滤器的网格尺寸一般为(0.5～0.17)mm×(0.5～1.7)mm。这种过滤器结构简单,制造方便,可安装在静置炉到结晶器之间的任何部位。但它只能过滤掉尺寸大的夹渣,因而净化效果较差,过滤器易于破损,寿命短,需频繁更换。图3网状过滤法示意图1-耐热金属丝;2-压板格子;3-流槽;4-排放孔(b)填充床过滤法这种过滤器
7、是由不同尺寸,不同材料(熔剂、耐火材料、陶瓷等),不同形状(球形、块状、颗粒状、片状)的过滤介质组成的填充床。填充床除具有机械阻挡作用外,还有过滤介质与夹渣之间的吸附、溶解或化合作用。其优点是熔体与过滤介质之间有较大的接触面积,过滤除渣效果比网状过滤法更好。通常过滤层越厚,介质粒度越小,过滤效果越好。但粒度小会影响熔体的流量,降低生产效率。其缺点是装置笨重,占用场地面积达,使用过程中要加保温装置,能耗高,有时还易产生“沟流”现象。图2熔剂法除渣示意图1-熔剂;2-熔剂+夹渣图4填充床过滤法示意图1-结晶器
8、;2-漏斗;3-块体材料;4-流槽;5-片状陶瓷;6-陶瓷球;7-隔板;8-氩气或氮气;9-熔体入口;10-熔体出口(c)刚性微孔过滤法刚性微孔过滤器分陶瓷微的铜液从中流过时,夹渣在管壁的摩擦、吸附、惯性沉孔管过滤其和陶瓷泡沫过滤器。降等作用下与熔体分离而留于管内,铜液则通过此微陶瓷微孔过滤管由一定粒度的刚玉砂加入低硅玻孔。此法可滤除比微孔半径小的微粒夹渣,是目前最璃作粘结剂,经压制成型,低温烘干、高温烧结而成。可靠的熔体过滤
