铜及铜合金的熔炼工艺特性及操作要点
铜及铜合金加工手册
铜及铜合金加工手册
铜及铜合金加工手册主要介绍了铜及铜合金的加工工艺和技术。
铜是一种古老的金属，其发展历史悠久，早在4800年前，中国就已经能够生产铸造铜刀。
铜及铜合金具有许多优良的特性，如导电性、导热性、耐腐蚀性等，被广泛应用于各个领域。
在铜及铜合金加工手册中，你可以找到各种铜及铜合金的化学成分、性能特点与用途。
此外，手册还详细介绍了铜及铜合金的熔炼与铸造技术，以及铜及铜合金板、带、条、箔、管、棒、型、线材的加工工艺制度、操作技术、制品质量控制及常用设备等。
对于铜合金制品的质量标准及检验方法，手册也进行了简明实用的介绍。
总的来说，铜及铜合金加工手册是一本全面介绍铜及铜合金加工技术和工艺的书籍，对于从事铜及铜合金加工的技术人员来说，是一本非常有价值的参考资料。
铜及铜合金的熔炼技术
铜及铜合金的熔炼技术东北大学成型0902 王玙 20091721 1：概述铜是人类最早使用的金属。
早在史前时代,人们就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武器、工具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。
铜存在于地壳和海洋中。
铜在地壳中的含量约为0.01％，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3－5％。
自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在。
铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿石，经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。
铜矿石分为三类：（1）硫化矿，如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜矿(Cu2S)等。
（2）氧化矿，如赤铜矿(Cu2O)、孔雀石[CuCO3Cu(OH)2]、蓝铜矿[2CuCO3Cu(OH)2]、硅孔雀石(CuSiO32H2O)等。
（3）自然铜。
铜矿石中铜的含量1％左右（0.5％～3％）便有开采价值，因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂质除去，而得到含铜量较高（8％～35％）的精矿砂。
纯铜：面心立方晶格，原子量 63.54，密度8.9，熔点1083℃电阻率0.01673 欧姆 mm2/m ，线性膨胀数17.6×10-6/℃，导热率0-100℃399W/mk。
软态 280MPA，延伸率≥40%从铜矿中开采出来的铜矿石，经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂，铜精矿需要经过冶炼提成,才能成为精铜及铜制品.目前，世界上铜的冶炼方式主要有两种：火法冶炼与湿法冶炼）1．火法:通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜矿。
除了铜精矿之外,废铜做为精炼铜的主要原料之一，包括旧废铜和新废铜，旧废铜来自旧设备和旧机器，废弃的楼房和地下管道；新废铜来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50％左右),一般废铜供应较稳定，废铜可以分为：裸杂铜:品位在90％以上；黄杂铜（电线）:含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。
铜合金熔炼过程特点(精)
如镍、铂、锰、铁能增加氢在铜中的溶解度。而与气体亲和力
小的则相反，如锡、铝、锌、铅、镉和磷。
铜合金铸件铸造技术 课程
(3) 挥发性 通常衡量金属挥发性的依据是蒸气压、蒸气热或沸点。一 般而言，在相同条件下，蒸气压高的金属易挥发；蒸气热小、 沸点低的金属易挥发。金属的温度越高，其蒸气压越大，越易 挥发。铜的沸点为2846K，蒸发热为303.5kJ／moI，在1357K时
的蒸气压为4.12×101Pa，1901K时，蒸气压为1.42Pa，都小于
大气压，故铜在熔炼时易于挥发，温度越高，挥发越快。
铜合金铸件铸造技术 课程
(4) 吸杂性 铜与铜合金在熔炼过程中都不可避免地从周围介质中吸收杂
质。例如，在酸性炉衬的熔炉内熔炼铝青铜、铝白铜或含铝、
镍的铜合金时，会使合金中的硅含量增加；又如在含有硫的煤 气或重油燃料的气氛中熔炼铜时，就可能使铜中增硫。再如， 用木炭作为某些白铜熔炼的覆盖剂，在高温下会使白铜熔体增 碳；在米糠或麦麸覆盖下熔炼铜及铜合金时，熔体中的磷含量 也会增加。
铜合金熔炼工艺
——熔炼过程特点
铜合金铸件铸造技术课程
铜合金铸件铸造技术 课程
熔炼过程特性
氧化性
吸气性
铜合金的熔炼特性
吸杂性
挥发性
铜合金铸件铸造技术 课程
(1) 氧化性 众所周知，判断金属氧化性的依据是氧化物生成自由能变 化△fGo，分解压力PO2或氧化物的生成焓△fHo，通常△fGo和 PO2值越小，元素越易于氧化。在熔炼温度下(1000℃时)CuO的 分解压PO2为1.01 ×10-2Pa，远远小于大气中氧的分解压2.1 × 104Pa，因此，在大气中熔炼铜和铜合金时，其氧化是不可避 免的。
铜合金铸件铸造技术 课程
铜合金及其熔炼技术
第二篇铜合金及其熔炼技术第5章概述5.1 铜的自然属性铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。
自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。
自然铜及氧化铜的储量少，现在世界上80％以上的铜是从硫化铁矿精炼出来的，这种矿石含铜量极低，一般在2％～3％左右。
纯铜呈浅玫瑰色或淡红色。
铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率和电导率都很高，化学稳定性强，强度大，易熔接，具抗腐蚀性、可塑性、延展性。
铜是一种质地坚硬的金属，耐腐蚀，能在各种不同环境中不受损坏。
铜在化学活性排序的序位很低，仅高于银、铂、金，因而性能极稳定。
铜在大气中还会生成氧化铜膜，防止铜进一步氧化腐蚀，所以当许多同时期的铁制器早已锈迹斑斑，甚而变成氧化物化为灰烬时，铜依然性能良好。
铜的这种耐腐性，在建筑方面得到了广泛的应用。
在西方，铜屋顶是高档建筑的首选建筑屋顶，在供水和供暖系统中更是独占鳌头。
铜还是一种最佳的环保材料，其在环境中的浓度一直处于安全界限之内。
铜可以循环使用，不产生垃圾，而再生铜可保持原铜所有的优越性能，其他再生材料则远不能如此另外与其他材料相比，铜对环境更“友善”之处在于，铜在再生过程中不会产生有害物质及废物。
铜是人体中不可缺少的微量元素，铜含量的多少对维护健康更有重要的作用。
一旦铜的含量减少，就会使脑细胞色素氧化酶减少，活力下降，从而使人出现记忆衰退、思维混乱、反应迟钝以及步态不稳、运动失常等病态，同时，人体在造血过程中，血红蛋白中的铁需要由来源于食物中的二价铁转化为三价铁，这样的转化过程必需有铜的参与才能完成。
如果体内缺铜，就会导致铁的转化困难而诱发贫血而在临床中，许多铁性贫血患者，在单纯补铁效果不佳的A况下，适当增加铜的补充，也会使贫血现象得到缓和。
美国科学家提醒人们，在预防心脏病的时候，绝时不可以忽视铜元素的缺乏，因为，铜在参与体内多种酶的合成中，能够促便胶原物质正常产生。
而胶原物质则可以促使心脏和血管壁保持弹性，从而起到了防止动脉硬化的作用。
铜及铜合金的熔炼设备及技术
一、对铜及铜合金熔炼设备的基本要求铜及铜合金熔炼中突出的问题是合金元素易氧化，合金容易吸气。
从获得含气量和氧化夹杂物少、化学成分均匀、合格的高质量合金液以及优质、高产、低消耗地生产铜及铜合金铸件和加工制品及材料出发，对其熔炼设备的要求是：①有利于金属炉料的快速熔化和升温，熔炼时间短，元素烧损和吸气少，合金液纯净；②燃料、电能消耗低，热效率和生产率高，坩埚、炉衬寿命长；③操作简便，炉温便于调整和控制，劳动卫生条件好。
二、铜及铜合金的熔炼炉种类很多，每种熔炉在结构和熔炼工艺等方面各有特点，在不同条件下使用。
因此，在选用熔炼炉时，必须从热能来源、合金种类、质量要求、铸件的大小、批量、产量、操作条件和劳动条件等方面综合考虑、合理地选用，要因地制宜。
在铜合金熔炼中应用最广泛的应属有芯（无芯）感应炉和上述的反射炉。
三、液态、气体燃料坩埚及其熔炼技术与固体燃料坩埚炉相比，这种炉子由于燃料与空气混合均匀，燃烧速度快而稳定，熔化速度快，符合快速熔炼的要求，炉温可以控制，合金液质量较高，劳动条件好，铜与铜合金及中间合金可以熔化，在中、小车间很适用。
但这类炉子炉温控制不如电炉方便，要求有较熟练的操作水平。
这类炉子分为固定式和可倾式两种。
固定式柴油坩埚化铜炉，容量100kg。
喷嘴将风、油混合物以切线方向喷人炉中，火焰自下而上旋绕坩埚运动。
炉膛下部直径较大，使有足够的空间和时间使燃料得以充分燃烧，放出热量。
炉口直径缩小，以增加气流速度，提高传热效果。
这种炉子浇铸时需要有坩埚的起吊设备。
倾斜式柴油坩埚炉，容量150kg。
这种熔炉通过回转手轮、涡轮、蜗杆等旋转机构，使支承在支架上的炉体在90℃范围内倾转倒出铜液，缩短了辅助时间，节省了起吊设备，改善了劳动条件。
每炉熔炼时间40~50min（第一炉容量时间较长），每班产量可达1t左右，生产效率高。
四、电阻坩埚炉及其熔炼技术①电阻坩埚炉是利用电流通过电热体发热加热融化合金，炉子容量一般为100~500kg，大炉子的容量可达1500kg。
铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺
铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺[文摘]详细介绍了铸造用纯铜、青铜、黄铜等主要铜合金的熔炼工艺，并提出了实际生产中应注意的问题，供同行参考。
铸造用纯铜和铜合金是重要的有色金属，在实际生产中应用广泛。
常用的铜合金根据成分不同主要分为两类，即铸造黄铜和铸造青铜。
无论是砂型铸造还是熔模铸造，熔炼都是铸造生产的关键环节。
各种铜合金的熔炼有相似之处，也有不同之处。
在多年的生产实践中，我们总结了纯铜和铜合金，主要是青铜和黄铜的冶炼工艺经验，供相关人员参考。
一、纯铜冶炼冶炼设备用于中频感应炉、热电偶、钢包和石墨桔灾害等。
(1)将柑橘灾害预热至暗红色，在灾害底部加入一层厚度约30-50毫米的干木炭或覆盖剂(60%硼砂和137%碎玻璃),依次加入剩余的碎料、废料和棒料，最后加入纯铜(2)中加入的合金元素可在炉台上预热，严禁向液态金属中加入冷料。
在整个熔化过程中，应频繁移动炉料以防止桥接。
(3)合金完全熔化后，当温度达到1200-1220℃时，加入占合金液重量0.3-0.4%的磷铜进行脱氧，磷与氧化亚铜发生后续反应产生的P2O5气体从合金中逸出，磷酸铜会浮在液面上，通过去渣去除，达到脱氧的目的此外，脱氧过程中需要连续搅拌。
最后，炉渣被剥离并从熔炉中排出。
合金液的浇注温度一般为1100-1200℃以锌为主要合金元素的黄铜铜基合金的熔炼是黄铜，它分为普通黄铜和特种黄铜两种类型普通黄铜是由铜和锌组成的二元合金，主要用于压力加工。
在普通黄铜的基础上加入其他合金元素，如硅、铝、锰、铅、铁和镍，就成了特殊的黄铜。
铸造黄铜主要是特殊的黄铜。
1、合金成分和金属配料要求为铜合金化学成分，由于主要成分变化范围大，所以在配料计算过程中，应根据其性能要求，选择合适的配料合金的化学成分应符合GB1176-1987。
几种常用的黄铜熔炼配料的化学成分应符合表1，炉料应干燥干净。
应进行喷砂处理，以清除任何污垢和铁锈。
2，负担比根据一般的配料惯例，新的配料组成应占配料总重量的30%以上，而返料负担应在70%以下。
纯铜的熔炼
纯铜的熔炼工艺纯铜的熔炼过程要比其他的铜合金复杂的多，铸造工艺方法难以掌握，其主要问题是脱氧、排气、除渣不彻底，铸造工艺和浇注方法不合理，很容易产生铸件缩孔、裂纹、氧化等缺陷使铸件报废。
能否生产出高质量的纯铜铸件，熔炼最为关键，要严格控制好熔炼的每个环节。
首先，金属炉料必须保持干净无油污和氧化，非金属材料必须保持干燥，木炭必须彻底烘干。
将干燥的木炭或者自制的覆盖剂加入到熔炼炉坩埚的低部，加入量以能覆盖住铜液表面后 5 0 ～1 0 0 mm厚度为宜，加入纯铜前先将熔炼炉预热8 ～l 0 min使炉膛温度达到4 0 0 ～6 0 0℃，然后加入纯铜开始熔炼，熔炼过程中，由于木炭或者自制覆盖剂不断燃烧损失要随时补加并保持高度，防止铜液暴露被氧化，当铜液温度升至l 1 8 0 ～l 210℃时，用磷铜( 加入量占铜液总重量的0.3 ％- - , 0.5 ％)合金预脱氧，磷铜合金用石墨钟罩压人铜液底部并轻轻摆动，之后温度升至l220℃左右，分2 ～3次用石墨钟罩加入纯镁( 占铜液总重量的0.05 ％～0.3 ％) ，纯镁尽量加入到距坩埚底部100mm深处，使铜液彻底沸腾起来后，让铜液中的氧化铜质很快从铜液中上浮，净化铜液，一般经过磷铜预脱氧和纯镁二次脱氧后，铜液能满足要求。
但是往往有一些纯铜的含氧量( 0 .0 4％以上)比较高，两次脱氧还不能达到要求，然后进行第三次脱氧，第三次脱氧就不能用磷铜和纯镁，只能用纯锌改性脱氧，这时只要加入占铜液总重量0 .0 5 ％～0 .15 ％的纯锌就能满足要求，锌的加入量不能过多，因为锌能固熔到纯铜里面，降低纯铜的导电性能。
也可以用干燥的惰性气体( 压力0.1 5 - - - 0.2 MP a )用石墨管插入坩埚底部翻腾铜液达到排气清渣之目的。
如果第三次脱氧不成功，该炉铜液不能再处理或者强行浇注铸件，可以加入其它合金材料熔炼相应牌号的铜合金，也可以浇注成纯铜锭，配制青铜和黄铜合金。
铜合金的熔炼
铜合金的熔炼铸造一、有关铜的一些概述众所周知在人类的生活中使用最多的金属，除了铁和铝之后使用最多的就是铜了，铜也是人类最早发现的重要金属之一，在古代人们的生活生产中起着非常重要的作用；和铁铝不同的是，铜具有导电率高（仅次于银）、导热性强、耐腐蚀性强、强度适中及延展性强等特性。
铜可和许多金属化合制成合金、如Cu-Sn合金称为青铜，Cu-Zn 为黄铜，Cu-Ni-Zn为白铜。
此外，还可制成Cu-Al, Cu-Ni, Cu-Be, Cu-Co, Cu-Cd, Cu-Fe, Cu-Pb合金等。
铜及其合金最大量的是运用与电气工业中制造电线、电缆和电子零件；其次其合金应用于机器制造业的轴承、车床，化学工业的蒸馏、酿造锅，国防工业的子弹、炮弹零件，建筑和日常生活用品等。
通过上述我们知道铜以其本身的诸多特性和其形式多样合金性能和功能的多样化被广泛的运用在人民的生活和国家的建设中。
以下先重点介绍下目前市场上的一些常见铜合金；目前市场上常见的一些铜及铜合金有：紫铜、黄铜、青铜、白铜等，它们是通过添加不同的其它金属元素已达到一些特有的性质的，通常以合金的颜色及所加其它金属中最多的一个来命名的，如锌黄铜，锡青铜，镍白铜等等。
二、铜合金在K金中的应用由于K金的制作大多是以中间合金的形式加入黄金进行K金熔炼（首饰行业称作K金补扣），其中中间合金对K金的成色和性能起着主导作用；在K金中的基体元素是Au，而在K红金和K白金的中间合金中又是以铜为基体元素，所以研究铜合金的熔炼成果在对K 金的成色和性能影响就显得尤为重要了。
三、铜合金的熔炼要由纯铜制得铜合金就必然离不开铜的再次熔炼，而要制得符合要求性能的铜合金就必然要做好各种金属成分的控制，精细的做好一系列的熔炼设计，并做好防护措施。
熔炼铜合金的所做第一步工作是：①配料及化学成分的的调整，合理的配料能够保证熔体质量、节约贵重金属、提高金属的收率并且能够有效的降低成本，而在配料的设计中涉及到一些非常重要的配料原则，首先精炼品位较高的金属及合金时，应该选较高品位的金属做原料，熔炼一般品味的金属及合金是时，在不影响产品质量的前提下，可以采用品位较低的金属；为保证某些制品的特殊要求，在国家标准范围内可制定生产实际控制的内部标准；在合金化学成分允许范围内，可适当地调整某些合金元素的配料比，一节约贵重金属；确定合金的配料比时，应考虑个元素在熔炼过程中的烧损情况，提高配料比及确定补偿量；最后合金中某些难熔或易挥发、易氧化的元素应制成中间合金进行配料。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铜及铜合金的熔炼工艺特性及操作要点
铜及铜合金的熔炼是什么？铜及铜合金的熔炼工艺特性是什么？操作要点又有哪些呢？首先来看熔炼定义：熔炼是铸造生产工艺之一。
将金属材料及其它辅助材料投入加热炉溶化并调质，炉料在高温(1300～1600K)炉内物料发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的火法冶金过程。
炉料除精矿、焙砂、烧结矿等外，有时还需添加为使炉料易于熔融的熔剂，以及为进行某种反应而加入还原剂。
此外，为提供必须的温度，往往需加入燃料燃烧，并送入空气或富氧空气。
粗金属或金属富集物由于与熔融炉渣互溶度很小和密度差分为两层而得以分离。
富集物有锍、黄渣等，它们尚须经过吹炼或其他方法处理才能得到金属。
铜及铜合金的熔炼图1
常见铜及铜合金的熔炼工艺特性及操作要点：
黄铜熔炼工艺特性及操作要点：
1）锌的除气和脱氧性能很好，操作中加入脱氧剂铜-磷的目的，主要是改善合金的流动性；
2）含锌大于20％的黄铜，一般可按喷火次数作为实际出炉依据；
3）尽量低温加锌，高温捞渣，以减少熔炼损耗；
4）以冰晶石作熔剂的合金，冰晶石加入量约为炉料重量的0.1％；
5）铁以Cu-Fe或Al-Fe中间合金加入，易氧化元素如砷、铍等与铜制成中间合金加入。
青铜熔炼工艺特性及操作要点：
1）青铜宜采用中频感应电炉熔炼，硅砂或镁砂炉衬，但用有芯感应炉熔炼铝青铜时，最好使用中性或碱性炉衬；
2）硅青铜、锡锌铅青铜吸气性强，应使用煅烧木炭作覆盖剂，装料后立即加入足够木炭，直到浇铸完毕不再向炉内添加木炭。
铜及铜合金的熔炼图2
白铜熔炼工艺特性及操作要点：
1）白铜宜采用工频或中频感应电炉熔炼，硅砂或镁砂炉衬；
2）为提高普通白铜的热塑性，可加入钛、锆作变质剂。
3）装料时如炉内残留铜水过少，镍、铁不易熔化时，允许先加入少量紫铜以加速熔化。
镍和镍合金熔炼工艺特性及操作要点：
1）镍和镍合金采用中频或高频感应电炉熔炼，高铝砂或镁砂炉衬；
2）为提高纯镍和镍合金的热塑性，细化晶粒，可加入少量钛作变质剂，在炉料全部熔化后加入；
3）加炭脱氧时，可用小块木炭慢慢加于液面，一次加入过多或过快易造成金属液上涨，甚至外溢。
木炭加入量视木炭与金属液反应情况而增减；
4）加镁脱氧时，镁用镍片包住，迅速插入金属液中。
也可采用镍镁中间合金作脱氧剂。
铜及铜合金的熔炼图3
以上介绍了“铜及铜合金的熔炼工艺特性及操作要点”的内容，这里也来介绍一下铜及铜合金熔炼过程中降低熔炼损耗的方法：
1、选用熔池面积小的炉子熔炼。
如采用工频炉代替反射炉。
2、制定合理的操作规程。
易氧化、挥发的合金元素应制成中间合金在最后加入，或在熔剂覆盖下熔化。
装料时要做到炉料合理分布，尽量采用高温快速熔化，缩短熔炼时间。
熔炼黄铜时采用低温加锌。
3、碎屑散料应制成捆或团使用。
4、正确控制炉温。
在保证熔融金属的流动性及其它工艺要求的条件下，选择适当的熔炼温度。
5、炉气一般以控制微氧化性气氛较好；
6、选用覆盖剂可防止金属氧化和减少挥发损失。
含有铝、铍等元素的合金，由于能在熔融金属表面形成致密的氧化膜，一般不再加覆盖剂；但操作中应注意勿使氧化膜遭到破坏；
7、正确选择覆盖剂或熔剂，使具有足够的流动性和覆盖能力，同时采取高温扒渣、捞渣等措施，降低渣中金属损耗。
8、利用脱氧剂使基体金属的氧化物还原。
9、采用真空熔炼或保护性气体熔炼。