本實(shí)用新型涉及上引連鑄法生產(chǎn)銅材的裝置，更具體的涉及上引連鑄法生產(chǎn)銅材使用的復(fù)合脫氧裝置。
背景技術(shù)：
上引連鑄法是銅材加工生產(chǎn)的主要方法，銅材的鑄型成型是在連鑄機(jī)結(jié)晶器內(nèi)的石墨模中完成的，其鑄型原理是保溫爐內(nèi)的高溫銅液從石墨模底部進(jìn)入石墨模，高溫銅液在石墨模內(nèi)連續(xù)水冷冷卻成銅桿后被牽引出石墨模，完成銅桿的鑄型。
保溫爐內(nèi)熔融狀態(tài)下的高溫銅液有較強(qiáng)的吸氣能力，熔體吸氣在鑄造過(guò)程中會(huì)造成銅桿產(chǎn)生氣孔、疏松等缺陷，且高溫銅液易與氣體中的氧結(jié)合生成氧化物Cu2O，凝固結(jié)晶后的Cu2O分布在銅晶粒邊界上，容易引起銅的“氫脆”，降低銅桿的塑性，使銅桿很難進(jìn)行冷加工，而且氧在銅桿中是雜質(zhì)元素，降低銅的導(dǎo)電率，嚴(yán)重影響銅桿的性能。
為降低熔煉過(guò)程中高溫銅液中的氣體尤其是氧含量，上引連鑄法采用木炭覆蓋的擴(kuò)散脫氧方法，木炭的主要成分是碳，具有對(duì)熔體保溫、防止吸氣和脫氧等多種作用：木炭在高溫銅液表面燃燒生成還原性氣體CO，它在銅溶液中的溶解度很小，且不與銅發(fā)生反應(yīng)，形成保護(hù)膜，使空氣不能接觸銅液，起到防止吸氣、生成氧化物的作用；其次具有還原作用，木炭的氧化物CO可使銅液表面的氧化物Cu2O還原，起到擴(kuò)散脫氧的作用；木炭是疏松多孔的物質(zhì)，當(dāng)具有一定厚度時(shí)，靠自身燃燒的熱量起保溫作用。但即使在木炭覆蓋工藝最佳的狀態(tài)下，鑄型銅桿內(nèi)氧含量只能控制在20ppm以下，且氧含量不穩(wěn)定。隨著電子、電力和通訊行業(yè)的發(fā)展，尤其是磁控元件都需要采用高純低氧的無(wú)氧銅桿，要求氧含量≤5ppm。該脫氧方法不能滿(mǎn)足高品質(zhì)無(wú)氧銅桿對(duì)含氧量的要求，所以必須采用更有效的脫氧方法和裝置來(lái)降低高溫銅液內(nèi)的氧含量。常用其他高溫銅液脫氧的方法有化學(xué)脫氧法、真空脫氧法：
1、化學(xué)脫氧法：在金屬銅熔煉時(shí)加入脫氧劑，利用其化學(xué)活性高于金屬銅的特點(diǎn)，將熔融銅液中的氧原子置換出來(lái)，降低銅液中的氧含量。該脫氧方法的缺點(diǎn)是脫氧劑會(huì)形成新的雜質(zhì)污染，且脫氧能力有限。
2、真空脫氧法：銅液在真空中熔煉，通過(guò)降低熔煉時(shí)的氣體分壓，使銅液中的氧溢出，降低氧含量。該脫氧方法脫氧效果好，但設(shè)備投資大，工藝繁雜，產(chǎn)量有限，不適用于普通工業(yè)生產(chǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，在于提供一種脫氧效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的應(yīng)用于上引連鑄法的復(fù)合脫氧裝置。
本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案如下：
一種應(yīng)用于上引連鑄法的復(fù)合脫氧裝置，包括高壓惰性氣體發(fā)生裝置、石墨管，所述石墨管的一端與高壓惰性氣體發(fā)生裝置的氣體輸出管連通，其另一端伸入保溫爐內(nèi)，所述石墨管伸入保溫爐內(nèi)一端的底部分布有高壓惰性氣體噴出口；所述保溫爐內(nèi)裝有高溫銅液，高溫銅液的上方設(shè)有木炭層。
依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述高壓惰性氣體噴出口有8-10個(gè)，均勻分布在石墨管伸入保溫爐內(nèi)一端底部的四周。
依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述高壓惰性氣體噴出口為圓形，其直徑為1-3mm。
依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述木炭層的厚度為200-300mm。
依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述木炭層中木炭的粒徑為50-200mm。
依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述高壓惰性氣體發(fā)生裝置的氣體輸出管上設(shè)有減壓閥、壓力表、流量表。
依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述高壓惰性氣體發(fā)生裝置為高壓氬氣瓶。
依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述氣體輸出管與石墨管通過(guò)通孔螺栓連通。
依照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，所述石墨管的外徑為50-80mm，內(nèi)徑為8-10mm。
本實(shí)用新型采用一種復(fù)合脫氧裝置來(lái)降低高溫銅液中的氧含量，其脫氧原理是在高溫銅液表面采用木炭覆蓋的前提下，向高溫銅液中吹入惰性氣體，惰性氣體既不溶解于銅液，也不與銅液發(fā)生反應(yīng)，惰性氣體在銅液中形成大量氣泡，氣泡內(nèi)惰性氣體的分壓為零，而溶于氣泡附近的銅液中的氧分壓遠(yuǎn)大于零，銅液中的氧在惰性氣體氣泡內(nèi)外的分壓差使氧不斷向氣泡內(nèi)擴(kuò)散，隨著氣泡的上升和逸出而排出到大氣中，從而達(dá)到脫氧的目的。向銅液中吹入惰性氣體還有助于熔體中其他氣體的溢出和夾雜物的上浮，吹入的惰性氣體能加快銅液攪動(dòng)，使銅液成分更加均勻，同時(shí)擴(kuò)大了熔融銅液中二氧化碳和木炭的接觸面積，加快了二氧化碳的擴(kuò)散速度，增加了保護(hù)氣體一氧化碳的數(shù)量。
采用本實(shí)用新型所述的復(fù)合脫氧裝置用于高溫銅液脫氧方法的優(yōu)點(diǎn)：
1.脫氧效果好，用于上引連鑄生產(chǎn)的無(wú)氧銅桿，其含氧量≤5ppm。
2.使用惰性氣體，大大減少了脫氧時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本，且對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
3.吹氣裝置的惰性氣體流量可調(diào)節(jié)，能進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定，可獲得高品質(zhì)銅產(chǎn)品。
4.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、成本低，適用于普通工業(yè)生產(chǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型復(fù)合脫氧裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，本實(shí)用新型未提及部分均為現(xiàn)有技術(shù)。
本實(shí)用新型所述的“保溫爐”用來(lái)加熱、保溫和存儲(chǔ)高溫銅液。
參見(jiàn)圖1，一種應(yīng)用于上引連鑄法的復(fù)合脫氧裝置，包括高壓惰性氣體發(fā)生裝置1、石墨管6，所述石墨管6的一端與高壓惰性氣體發(fā)生裝置1的氣體輸出管5a連通，其另一端伸入保溫爐12內(nèi)；保溫爐的上方設(shè)有保溫爐蓋8，用于保溫爐的保溫和隔氣。所述石墨管6伸入保溫爐12內(nèi)一端的底部分布有高壓惰性氣體噴出口13；所述保溫爐12內(nèi)裝有高溫銅液10，高溫銅液的上方設(shè)有木炭層9，木炭層的厚度優(yōu)選為200-300mm，優(yōu)選的所述木炭層中木炭的粒徑為50-200mm；進(jìn)一步起到隔氧、保溫作用，提高高溫銅液的脫氧效果。木炭最好符合下列要求：1其材質(zhì)最好是硬木燒成，外觀灰白色；2含水量不大于5％；3含碳量在83％以上；4氣孔率在75-85％；5顆粒大小均勻。高壓惰性氣體由高壓惰性氣體噴出口13進(jìn)入高溫銅液10中。高壓惰性氣體發(fā)生裝置優(yōu)選為高壓氬氣瓶，存儲(chǔ)惰性氣體，氬氣的純度≥99.99％；高壓氬氣瓶的氣體輸出管5a上設(shè)有減壓閥2、壓力表3、流量表4，減壓閥2將氬氣降低到給定壓力，壓力表3用來(lái)顯示氣體輸出管中氬氣的氣壓，流量表4用于測(cè)量氬氣的體積流量；氣體輸出管5a通過(guò)通孔螺栓5與石墨管6螺紋緊密連接，將氬氣通入到石墨管6內(nèi)的惰性氣體通道7內(nèi)。從節(jié)省石墨管的材料成本考慮，優(yōu)選的石墨管6的外徑為50-80mm，內(nèi)徑為8-10mm；石墨管插入高溫銅液10中，插入深度根據(jù)保溫爐的深淺而定，木炭層9覆蓋在高溫銅液10上面，起隔氧、保溫作用。
高壓惰性氣體噴出口有8-10個(gè)，均勻分布在石墨管6伸入保溫爐內(nèi)一端的底部四周；氬氣從石墨管伸入保溫爐內(nèi)一端的底部四周的高壓惰性氣體噴出口13均勻、快速?lài)娚溥M(jìn)入高溫銅液，在噴出口處形成射流；在高速氣流的沖擊下，攪動(dòng)高溫銅液混入氣流，將氣體分割成大量細(xì)小的氣泡11，氣泡從高溫銅液通過(guò)時(shí)，高溫銅液中的氧由于氣泡內(nèi)外的分壓差使其不斷向氣泡內(nèi)擴(kuò)散，這些氣泡向上運(yùn)動(dòng)，將高溫銅液中的氧隨氣泡溢出而帶入大氣，降低銅液中的氧含量。高壓惰性氣體噴出口為圓形，其直徑為1-3mm。圓形噴出口既方便加工、又能夠最大程度的減小高壓惰性氣體從噴出口噴出時(shí)的阻力。將圓形噴出口的直徑設(shè)為1-3mm，惰性氣體從該噴出口噴出形成的射流最適宜攪動(dòng)高溫銅液混入氣流。
本實(shí)用新型所述的復(fù)合脫氧裝置的上部固定在保溫爐的上方，下部石墨管插入高溫銅液中，惰性氣體自高壓惰性氣體發(fā)生裝置1出來(lái)，通過(guò)氣體輸出管輸送進(jìn)入到石墨管內(nèi)的惰性氣體通道，最后由石墨管伸入保溫爐內(nèi)一端的底部四周的高壓惰性氣體噴出口吹出。由于惰性氣體壓力很高，遠(yuǎn)大于高壓惰性氣體噴出口處銅液靜壓力、大氣壓力及表面張力之和，惰性氣體以相當(dāng)高的速度噴射進(jìn)入銅液，在高壓惰性氣體噴出口處形成射流。在高速氣流的沖擊下，攪動(dòng)銅液混入氣流，將氣體分割成大量細(xì)小的氣泡，氣泡從銅液中通過(guò)時(shí)，銅液中的氧由于氣泡內(nèi)外的分壓差使其不斷向氣泡內(nèi)擴(kuò)散，這些氣泡向上運(yùn)動(dòng)，將銅液中的氧隨氣泡溢出而帶入大氣，降低銅液中的氧含量。同時(shí)，氣泡與銅液中的其它氣體和夾雜氧化物相遇時(shí)，氣體由于分壓差進(jìn)入氣泡被排出大氣外，夾雜氧化物被氣泡吸附隨氣泡上浮到熔體表面。
為提高凈化效果，吹入的惰性氣體產(chǎn)生的氣泡數(shù)量越多，氣泡半徑越小，分布越均勻越好。因此，惰性氣體壓力要合適：壓力過(guò)大，則氣流速度塊，氣泡的上浮速度加塊，易形成鏈?zhǔn)綒馀萘?，使氣泡與銅液的接觸面積減少，不僅降低吹氣除氧效果，而且氣泡逸出表面時(shí)還會(huì)引起銅液的飛濺，破壞覆蓋在銅液表面的木炭層，使銅液吸氣。壓力過(guò)小，單位時(shí)間內(nèi)氣泡數(shù)量小，氣泡與銅液的接觸面積也變小，除氧效果差。適中的氣體壓力會(huì)形成小直徑非鏈?zhǔn)綒馀萘?，既加?qiáng)銅液攪動(dòng)，又增大銅液與氣泡的接觸面積且直徑小的氣泡上浮速度慢，與熔體時(shí)間長(zhǎng)，凈化除氧效果最佳。而且，惰性氣體吹入銅液的體積流量也要合適：隨著銅液內(nèi)吹入氣流量的增加，銅液中氧含量逐漸下降。隨著氣流量的增加，氧含量下降幅度降低，同時(shí)，氣體流量過(guò)大，造成銅液面不穩(wěn)定，極易引起上引連鑄過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題。因此，合理的惰性氣體流量應(yīng)控制在在0.4-0.6m3/h。
以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的技術(shù)人員在本實(shí)用新型公開(kāi)的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。