嚴(yán)格區(qū)分,無氧銅應(yīng)分為普通無氧銅和高純無氧銅。普通無氧銅可以在工頻有鐵心感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉,高純無氧銅的熔煉則應(yīng)該在真空感應(yīng)電爐中進(jìn)行。
采用半連續(xù)鑄造方式時(shí),熔體在熔煉爐和保溫爐內(nèi)的精煉過程可以不受時(shí)間約束。連續(xù)鑄造則不同,銅液的質(zhì)量不僅依賴于熔煉爐和保溫爐的精煉質(zhì)量,更重要的是還需要依賴于整個(gè)系統(tǒng)和全過程的穩(wěn)定性。
為了不使熔體被污染,無氧銅熔煉一般不采用任何添加劑的方式熔煉和精煉,熔池表面覆蓋木炭以及所形成的還原性氣氛是普遍采用的熔煉氣氛。
感應(yīng)電爐
熔煉無氧銅的感應(yīng)電爐應(yīng)該具有良好的密封性。
熔煉無氧銅應(yīng)該以優(yōu)質(zhì)陰極銅作為原料。熔煉高純無氧銅,應(yīng)該以高純陰極銅作為原料。陰極銅在進(jìn)入爐膛之前,如果先經(jīng)過干燥和預(yù)熱,可以除去其表面可能吸附的水分或潮濕空氣。
熔煉無氧銅時(shí)爐內(nèi)熔池表面上覆蓋的木炭層厚度,應(yīng)該比熔煉普通純銅時(shí)加倍,并需要及時(shí)更新木炭。木炭覆蓋盡管有許多優(yōu)點(diǎn),例如保溫、隔絕空氣和還原作用,然而它同時(shí)存在一定的缺點(diǎn)。例如木炭容易吸附潮濕空氣,甚至直接吸收水分,從而成為可能使銅液大量吸收氫的渠道。
木炭或一氧化碳對(duì)氧化亞銅具有還原作用,但對(duì)于氫則完全無能為力。因此,木炭在加入爐內(nèi)之前,應(yīng)該進(jìn)行仔細(xì)挑選和煅燒。
在熔煉、轉(zhuǎn)注、保溫以及整個(gè)鑄造過程中,對(duì)熔體采取全面的保護(hù)是無氧銅生產(chǎn)的必要條件。許多現(xiàn)代化的無氧銅熔煉鑄造生產(chǎn)線,不僅熔煉,包括爐料的干燥預(yù)熱、轉(zhuǎn)注流槽、澆注室等都采取了全面的保護(hù)。
現(xiàn)代化的大型無氧銅生產(chǎn)線,有些是以發(fā)生爐煤氣作為保護(hù)性氣體,而煤氣發(fā)生爐則大都以天然氣為原料。
國(guó)外普遍采用的一種保護(hù)性氣體的制造方法是:首先使硫含量比較低的天然氣和94%~96%甲烷用理論值空氣進(jìn)行燃燒,以氧化鎳為媒介除去氫,制成的氣體主要由氮和碳酸氣組成。然后,通過熱木炭使碳酸氣變成一氧化碳,得到含一氧化碳為20%~30%,其余為氮的無氧氣體。
除發(fā)生爐煤氣外,也有采用氮、一氧化碳或氬等氣體作為無氧銅熔體保護(hù)或精煉用介質(zhì)材料。 [2]
真空熔煉
真空熔煉應(yīng)該是熔煉高品質(zhì)無氧銅的最好選擇。
真空熔煉不僅可以使氧含量大大降低,同時(shí)也可以使氫以及某些其他雜質(zhì)元素的含量亦同時(shí)大大降低。
在真空中頻無芯感應(yīng)爐內(nèi)熔煉時(shí),多采用石墨坩堝和選用經(jīng)過兩次精煉的高純陰極銅或重熔銅作為原料。與陰極銅一起裝入爐內(nèi)的,還包括用以脫氧的鱗片狀石墨粉。其實(shí),脫氧主要是通過石墨坩堝材料中的碳進(jìn)行。碳的消耗量,可以通過計(jì)算得知,例如1 kg銅消耗100 g碳。經(jīng)驗(yàn)表明,開始時(shí)銅液中氧含量越高,熔煉初期脫氧反應(yīng)進(jìn)行得越迅速。
通過真空熔煉獲得的無氧銅,其氧含量可以低于0.0005%,氫含量低于0.0001%~0.0003%。實(shí)際上,只有在一定的真空度下熔煉和鑄造的銅,才可能獲得完全不含氧和其他氣體的鑄件,因此生產(chǎn)電子管用銅材所用真空爐的真空度應(yīng)在10-6以上。