采用中频感应炉熔化采用中频感应炉熔化 铜合金铜合金主讲教师：一、实验目的|1. 了解中频感应电 炉工作原理和 结构。|2. 掌握感应电 炉熔炼铜 合金基本 操作方法。二、实验原理n感应电炉是金属材料的主要熔炼设备 之一， 它是利用电磁感应和电流热效应原理而进行 工作，即由电磁感应在金属材料内产生感应 电流，感应电流在金属材料中流动时产 生 热量，使金属材料加热和熔化，这种电炉加 热快、温度高，熔炼温度可达1600 1800，有较强的搅动能力，适于熔炼温度 较高且不须造渣熔炼的合金以及中间合金等 。n感应电炉熔炼铜合金的主要过程包括装料、 熔化、精炼及出炉浇铸等。 n（1）炉料最多的金属应首先入炉进行熔化。 炉料较多的金属先熔化，形成金属熔池后再 逐渐地加入其它金属元素，这样可以减少金 属元素的熔损。n（2）易氧化、易挥发的合金元素应最后入炉 熔化。如熔炼黄铜时要先加铜，铜熔化后再 加锌，因为铜的熔点是1083，而锌的熔点 是417，锌的沸点是907，熔炼时若先加 锌就会造成锌的大量挥发烧损，而熔炼时先 加铜，铜熔化后再加锌，锌在铜液中迅速溶 解，当合金液达到浇铸温度时，即可出炉浇 铸，因此可以减少锌的熔炼烧损。 1. 装料原则及熔化顺序n（3）合金熔化时放出大量热量的金属，不应单独加 入到熔液中，而应与预先留下的基体冷料同时加入 。如熔炼铝青铜时，将铝加入到铜液中时会发生放 热反应，使铜液剧烈地过热，因此熔炼时应先加三 分之二的铜，熔化后再加铝，并同时加入剩余的三 分之一的铜，这样加铝所发出的热量为后加入的铜 所利用，可以避免合金熔体过热。n（4）两种金属熔点相差较大时，应先加入易熔金属 ，形成熔液时，再加入难熔金属，利用难熔金属的 溶解作用，逐渐溶解于熔液中。如熔化含铜80%，含 镍20%的白铜时，先将铜熔化，并加热至1300左右 ，再将镍加入（镍块要小些，容易熔化）液体中， 逐渐熔化。这样缩短熔炼时间，又保证合金成分。n（5）能够减少熔液大量吸收气体的合金元素，应先 入炉熔化。2. 熔炼时金属的损耗和氧化n熔炼过程中，一些合金元素不可避免地要产 生挥发和氧化，造成金属浪费和引起合金化 学成分变化，影响金属材料质量。n（1）金属的挥发主要取决于其蒸汽压的大 小，在相同的熔炼条件下蒸汽压高，金属易 挥发，易烧损，如锌、磷等。n（2） 金属被氧化的程度主要取决于金属的 性质，与氧结合能力强的金属元素容易被氧 化。金属氧化还与温度有关，熔炼温度越高 则氧化烧损越大。如铝、磷、铜等。3. 除气精炼n（1）气体的去除熔炼铜合金的除气方法常用的有：气体除气 法、熔剂除气法、沸腾除气法。气体除气法：采用惰性气体，它与金 属液不发生作用，不溶解在金属液内，也不 与溶解在金属液内的气体作用，如氮气、氩 气。惰性气体除气，就是将氮气（N2）用钢 管通入到金属液的底部，放出很多气泡，气 泡上升时，能将溶解在金属液中的气体带出 来。这是因为当氮气泡在金属液中上升时， 溶解在金属液中的氢气就会向氮气气泡中扩 散，因此随氮气泡的上升而带走。熔剂除气法：熔剂除气是利用熔盐的 热分解或与金属进行置换反应产生不溶于熔 体的挥发性气泡而将氢除去。如铝青铜用冰晶 石（Na3AlF6）除气，其反应式为：2 Na3AlF6+4Al2O3=3(Na2OAl2O3)+4AlF3 或 Na3AlF6=3NaF+AlF3 反应产物AlF3为气体，起除氢作用，另外两种反应 产物为熔渣，通过扒渣除去。由此可见，用熔剂除 气时，还具有除渣作用。沸腾除气法：沸腾除气是在工频有芯 感应电炉熔炼高锌黄铜时常用的一种特殊除 气方法。如熔化黄铜时锌 的蒸发就可以将溶 解在合金液体中的气体去除。由于熔化温度 较高超过锌的沸点（907），因此在熔炼 后期会出现喷火现象，即锌的沸腾，这样 有利于气体的排除。n（2）除渣精炼静置澄清法：静置澄清过程一般是让 熔体在精炼温度下，保持一段时间使氧化及 熔渣上浮或下沉而除去。浮选除渣法：浮选除渣是利用熔剂或 惰性气体与氧化物产生的某种物理化学作用 ，即吸附或部分溶解作用，造成浮渣而将氧 化物除去。 熔剂除渣法：在熔体中加入熔剂，通 过对氧化物的吸附、溶解、化合造渣，将渣 除去，熔剂的造渣能力越强，除渣精炼的效 果越好。 4影响铸模铸锭质量的主要因素n（1）浇铸温度：浇铸温度过高或过低都是 不利的，因为采用较高的浇铸温度，势必就 要使炉内熔体的温度作相应的提高，这将引 起铜合金在熔化和保温过程中大量的吸气， 同时也会增加烧损，在浇铸时 会使氧化加 剧。此外，过高的浇铸温度也会对铸模的寿 命产生不利影响，尤其是平模浇铸时 模底板 更容易遭到破坏。当浇铸温度偏低时，熔体 流动性变差，不利于气体和夹渣上浮，也易 使铸锭产 生冷隔缺陷。因此，必需根据合金 的性质，结合具体的工艺条件，制定适当的 浇铸温度范围。 n（2）浇铸时间 ：不同牌号的铜合金都有最 适宜的铸造温度，高于或低于这个温度将直 接影响铸锭的质量。对于铸模铸锭方式来 说，铸造温度的控制与浇铸时间 密切相关， 因为浇铸时间 越长，先后浇铸的金属熔体 的温度差越大。对于铸造温度范围较窄的合 金来说，浇铸时间 越长，浇铸温度也就越 难控制。n（3）浇铸速度：浇铸速度通常以锭模内金 属熔体每秒钟上升的毫米数来表示。浇铸速 度的选择原则是：在保证铸锭产 品质量 的前提下，适当提高浇铸速度；对于某一 确定的合金，若合金化程度低，结晶温度范 围小，导热性好，可适当提高浇铸速度； 若锭模的冷却速度大，铸锭直径较小，浇铸 速度可适当提高。 三、实验设备及材料n铜合金熔炼实验 采用无芯中频感应炉GW 10。使用的原材料主要有：电解铜（Cu-1） ，锌锭（Zn-3以上），铝锭（Al99.7）。n熔炼铜合金常用木炭、米糠等作覆盖剂，既 可保温防氧化又可结渣和改善熔体流动性。 除气采用磷铜中间合金（Cu-8P）。除渣采 用冰晶石（Na3AlF6）或80冰晶石和20氟 化钠的混合物，浇铸模采用机油或石墨+机 油润滑，烤干后使用。四、实验步骤和方法n1. 黄铜熔炼工艺熔料准备预热坩埚至发红加铜和木炭 升温至1200熔化加锌（分批加入到熔 体中）搅拌加中间合金（Cu-8P）搅 拌静置出炉扒渣浇铸n2. 铝青铜熔炼工艺熔料准备预热坩埚至发红先加2/3电解 铜加熔剂（冰晶石）升温至1200熔化 加纯铝熔化后再加1/3电解铜加熔剂 熔化搅拌静置出炉扒渣浇铸n3. 操作要点锌能很好地气和脱氧，加入少量Cu-P中间 合金的目的是改善合金熔体的流动性。为了减少熔炼损耗，要在低温加锌。铝青铜中铝为强氧化元素，在熔炼过程中 极易氧化，生成高熔点Al2O3，形成悬浮渣 液，极不易除去，加入冰晶石熔剂除去 Al2O3的效果好。冰晶石熔剂的加入量为炉料量的0.10.3 ，分两次加入。浇铸时 要掌握好浇铸温度和浇铸速度， 确保铸锭质 量。n4铜合金的配比根据铁模尺寸大小要求合金配料总量为 1200g（1）黄铜（H68） 纯铜：1200g68%=816g锌： 1200g32%=384g （需考虑烧损 量 1.52）（2）铝青铜（QAl10） 纯铜： 1200g90%=1080g铝： 1200g10%=120gn5实验组织 与程序（1）每班分成6-8组， 每组4-5人，其中3组 熔炼黄铜，另3组熔炼铝青铜。按上述合金 的配比成分，每组领取电解铜、纯锌、纯 铝，进行配制合金。（2）合金配料完毕后，按上述工艺流程进行 熔炼操作，每组浇铸 出合格的铜合金锭坯。五、实验报告要求n1简述中频感应电 炉熔炼铜 合金基本 过程。n2分析讨论铜 合金熔炼过 程中除气除 渣的作用及注意事项。Thank You !