铜合金熔炼的炉料选择优化

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：熔炼铜及其合金的主要原料一般有新金属、废料和中间合金。表4-9 一些常用的铜中间合金锭的化学成分以及物理性能废料废料又称回炉料，它包括加工废料和商业废料。第三种则是将各种金属分开同时熔炼，再将它们混合得到中间合金。

熔炼铜及其合金的主要原料一般有新金属、废料和中间合金。在配置合金前，应先按照合金成分要求选择所需品位的新金属，再根据实际情况匹配一定比例的废料和中间合金，以此来控制合金化学成分、节约贵金属、降低成本。

1.新金属和废料

（1）新金属

新金属是指由冶炼厂提供的纯金属。每种纯金属按照其品位划分牌号，通过牌号可以看出主元素含量和主要杂质元素的限量。电解铜所含杂质元素种类较多，一般按照其铜含量的高低来确定其品位，表4-3和表4-4分别为高纯阴极铜和标准阴极铜的化学成分。电解铝仅含Fe和Si这两种杂质，其品位是按照杂质含量的多少来确定的。表4-5～表4-8为一些常见的用于配置铜合金的新金属牌号及化学成分。

表4-3 高纯阴极铜（Cu-CATH-1，GB/T 467—2010）

表4-4 标准阴极铜（Cu-CATH-2，GB/T 467—2010）

表4-5 锌锭（GB/T 470—2008）

表4-6 锡锭（GB/T 728—2010）

表4-7 铅锭（GB/T 469—2005）

表4-8 铝锭（GB/T 1196—2008）

（2）废料

废料又称回炉料，它包括加工废料和商业废料。

铜加工生产过程中产生的各种半成品和成品废料，料头、料尾、边角料、残屑等统称为铜加工废料。从工厂客户直接回收铜加工边角废料也属于此类，实际生产中常将其称为工厂返回料或旧料，它的重要特征就是化学成分完全符合相应合金牌号的标准。几何尺寸和密度较大的加工废料称为一级废料，可作为配料并直接投炉使用；几何尺寸较小的锯屑和铣屑等加工废料称为二级废料，一般按一定比例搭配使用。(https://www.chuimin.cn)

商业废料指的是使用后的铜合金零件或产品，在使用时应该按照其实际品位区别对待。对于铜母线排、裸导线、水管、结晶器腔体等，可以直接投炉使用；对于弹壳、冷凝器管材、装饰板等，经挑选分类后才能投炉使用；而那些含有多种牌号的铜屑铜渣等都必须经仔细分拣或重熔处理后方可使用。

2.中间合金及其熔制方法

铜合金熔炼过程中，合金元素Zn、Pb和Sn都以金属锭的方式直接加入，其他元素多以中间合金的方式加入。也有某些元素以盐或化合物的方式加入熔体，通过与铜液发生还原反应而成为合金的成分。

使用中间合金一方面可减少合金元素的熔炼损耗，从而实现对合金的化学成分精确控制；另一方面，在降低熔炼温度的同时也缩短了熔炼时间，有利于提高熔炼设备的寿命且节约能源。中间合金一般以较纯的金属或非金属作为原料，应尽量提高添加元素的含量；化学成分均匀，且添加元素以及杂质含量符合相应的标准；熔点最好低于或接近合金的熔炼温度；具有一定的脆性，便于破碎。表4-9为一些常用的铜中间合金锭的化学成分以及物理性能。

中间合金一般都可以直接从市场上购买，也可以自行熔制。常用的制造方法有熔合法、还原法、熔盐电解法和粉末法，其中又以熔合法应用最多。

表4-9 一些常用的铜中间合金锭的化学成分以及物理性能（YS/T283—2009）

熔合法是将两种或多种合金直接熔化混合成为中间合金的工艺，该工艺操作简单，熔炼和铸造设备的要求较低，适于大批量生产多种中间合金，如铜铝、铜硅、铜锰、铅锰、铅镍等中间合金。按照熔合工艺的差别，熔合法可分为三种类型。第一种是先将易熔金属熔化并过热到一定的温度，再将难熔金属分批加入而成，这种工艺操作简单且热损失小。第二种则是先熔化难熔金属，再将易熔金属加入。第三种则是将各种金属分开同时熔炼，再将它们混合得到中间合金。

还原法也称为置换法，是铜铍中间合金和铝钛中间合金常用的制备方法。制备时，分别以BeO和TiO₂作为原料，以C和Al作为还原剂，Be和Ti被还原后分别溶于铜液和铝液中，最终获得中间合金。值得注意的是，含Be的烟尘有毒，必须在有专门防护装置的设备中熔制。

熔盐电解法可用于制备铝铈中间合金。制备时，以电解槽的石墨内衬为阳极，以钼棒作为阴极插入铝液中，以熔融态KCl和CeCl₂盐作为电解液，在铝液温度达到850℃时通电电解即可获得铝铈中间合金。

粉末法是将不易熔合的两种金属分别制成粉末，然后采用一定的工艺方法将粉末成形为中间合金块（如铜铬中间合金）。该方法优点是合金元素含量高，材料损失少。

表4-10为一些熔炼铜合金的中间合金的熔制方法。

表4-10 熔炼铜合金的中间合金的熔制方法