注意铜合金的熔炼温度在1200℃左右。碎屑散料应压实或制成团使用，以得到尽量较小材料的表面积；采用高温快速熔化，缩短熔炼时间；易氧化易挥发的合金元素应以中间合金的方式最后加入熔体中，熔炼黄铜时应当低温加锌；适当的炉膛压力可降低金属熔体挥发量。利用工频感应电炉和反射炉熔炼纯铜，两者造成的损耗分别为0.5%和0.8%左右。......
2023-06-22
有效配料方法提升铜合金熔炼效率
【摘要】：表4-11 铜合金熔炼时各种合金元素的烧损率2.配料的计算过程一般的计算方法是以100kg熔炼产品为目标，将计算结果乘以一个系数得到实际所需配料量的。8）核算杂质含量是否符合合金要求，确定最终的配料单。对于易损耗的合金元素，应当把熔炼中的实际烧损率计入计算成分。前一种计算简单，用于新金属、中间合金和厂内合格旧料的配料计算，生产中多采用这种方法。
1.配料的基本原则
配料合理不仅可以充分利用旧料、降低原料成本，还可以避免多次炉前化学成分分析，提高熔炼效率。配料时应遵循的基本原则如下：
1）选择的金属原料品位应高于或稍高于产品的品位。
2）对于贵重的合金元素，尽可能地按照名义成分的中、下限含量配料。
3）充分考虑熔炼过程中各种合金元素的损耗量，确定合适的配料比，表4-11为各种合金元素的烧损率，表4-12为各种铜合金在不同的炉型和熔炼条件下的损耗率。
4）难熔、易挥发、易氧化的合金元素应预先熔制成中间合金。
5）新金属、回炉料应当合理搭配，尽可能选择与产品牌号相同的回炉料。
表4-11 铜合金熔炼时各种合金元素的烧损率（质量分数，%）
2.配料的计算过程
一般的计算方法是以100kg熔炼产品为目标，将计算结果乘以一个系数得到实际所需配料量的。计算过程如下：
1）确定产品的平均化学成分。对于有确定牌号的铜合金，各合金元素一般取名义成分的上、下限含量的平均值。
2）确定合金中各成分的烧损率，最好通过试样的方法来确定，也可参考表4-11和表4-12 提供的数据；再根据烧损率计算出含有烧损量的各种合金元素的用量。
表4-12 各种铜合金在不同炉型和熔炼条件下的损耗率（质量分数，%）
3）确定炉料的组成，即新金属牌号和品位、中间合金成分、回炉料的种类及数量。
4）计算出回炉料中各成分的重量。
5）减掉回炉料中各合金元素的重量，计算出尚需补充的合金元素重量。
6）按照尚需补充的合金元素重量计算出中间合金或新金属的用量。
7）减掉回炉料中铜的含量，最后计算出尚需补充的新金属用量。
8）核算杂质含量是否符合合金要求，确定最终的配料单。
3.计算成分的确定
计算成分指的是配料计算时各合金成分含量的取值。合金的化学成分由国家标准规定，它给出的各种合金元素的含量是一个范围，而不是一个特定的数值。这就需要我们在配料前综合考虑合金的使用性能、工艺性能、合金元素的烧损、杂质的吸收等方面的因素，来决定计算成分。通常情况下，计算成分一般取平均值，在某些情况下也会取其上限或下限。
从合金的使用性能方面考虑，应按照合金元素在合金中所起的作用具体分析来确定其计算成分。例如用来制作弹性元件的QSn6.5-0.1合金，加入Sn和P是为了对合金进行固溶强化和晶界强化，为获得较高的弹性，计算成分应取其上限。
金属的工艺性能包括熔炼、铸造、塑性成形、焊接、机加工、热处理等性能。合金元素与工艺性能密切相关，某一元素含量的加入引起强度提高的同时也降低了合金的工艺性。对于引起合金塑性急剧降低的元素，其计算成分一般取下限。
对于易损耗的合金元素，应当把熔炼中的实际烧损率计入计算成分。合金元素的烧损率通常在很大范围内波动，无法精确定量计算。它不仅与元素本身的性质以及铜液的多少有关，而且与熔炼炉的种类、熔炼工艺密切相关。对于含有易烧损元素的回炉料，需对烧损元素进行一定的补偿。如熔炼旧黄铜时应补偿质量分数为0.2%～5%的Zn；对于其他类型的铜合金，也要对Al、Mn、Si、P等元素进行质量分数为0.05%～7%的补偿。难挥发或难氧化的元素，其质量分数不但不会降低，反而会因为铜的挥发略有上升。
熔炼过程中，熔体与炉衬、炉气、熔剂的相互作用容易引发杂质的积累，在确定计算成分时应将这些杂质控制在下限。
4.配料计算列举
配料计算时有两种情况，一种是不考虑杂质含量的配料，另一种是严格考虑杂质含量的配料。前一种计算简单，用于新金属、中间合金和厂内合格旧料的配料计算，生产中多采用这种方法。后一种计算方法多用于炉料级别低、杂质含量高的废料的配料计算，计算过程繁琐，一般只在处理废品及变料时采用。
1）合金改制的配料计算。这类计算指的是主要合金元素相同的高品位合金改制成低品位合金的计算。
例题：计算利用H68黄铜旧料改制配制100kg的H62黄铜的配料，计算时，H68和H62的平均wCu分别为68%和62%，余量为Zn，Zn的烧损定为2%。
解：100kg的H62合金中wCu为
100×62%kg=62kg
所需H68旧料的质量为62÷68%kg=91kg
需要补充的纯Zn质量为（100-91）kg=9kg
补充的Zn烧损质量为（100-62）×2%kg=0.76kg
需要的纯Zn总质量为（9+0.76）kg=9.76kg
合金配料组成为
H68旧料：91kg，纯Zn：9.76kg
2）新料加旧料的配料计算。利用旧料配加一定量的新料来熔炼所需的合金。
例题：计算配制300kg的HSn70-1锡黄铜的配料，其中加入100kg的H96黄铜旧料，Zn和Sn用新料。已知HSn70-1的成分为wCu=69%～71%，wSn=0.8%～1.3%，Zn余量。计算时，取wCu=70%，wSn=1.3%。
解：H96旧料中wCu按中限96%计算，
则旧料中wCu为100×96%kg=96kg，Zn含量为（100-96）kg=4kg
300kg的HSn70-1各成分的质量为
Cu：300×70kg=210kg，Sn：300×1.3%kg=3.9kg，Zn：（300-210-3.9）kg=86.1kg
所以，合金配料组成为
H96旧料：100kg，Cu：（210-96）kg=114kg，Sn：3.9kg，Zn：（86.1-4）kg=82.1kg
3）降低合金元素计算，亦称冲淡计算。当合金元素的含量超出了合金名义化学成分的上限时，就需要用基体金属来冲淡。纯金属的加入势必造成其他合金元素含量的降低，因此会引起多种元素的补料。冲淡计算按下式进行：
X=X1+X2+…+Xi
式中 b——冲淡元素的名义含量（质量分数）（%）；
s——冲淡元素的实际含量（质量分数）（%）；
X——补加炉料质量（kg）；
M——冲淡前炉料质量（kg）；
c1，c2，…，ci——非冲淡元素含量（质量分数）（%）。
例题：现有500kg的QAl9Mn2合金，Al和Mn的实际含量（质量分数）分别为12%和2%，余量为电解铜，计算将合金调整至合格范围内应补加的各种料的质量。Al和Mn的名义含量（质量分数）分别为10%和2%，铜为余量。
解：可以看出，合金的Al含量偏高。将标准含量代入式4-4可得补加炉料的总质量：
补加炉料由铜和Mn两种元素组成，其中
Mn一般以中间合金方式加入，若补加的是CuMn30，则补加的质量为
2.22÷30%kg=7.4kg
补加的铜质量为
（97.78-7.4×70%）kg=92.6kg
所以，合金配料组成为
CuMn30：7.4kg，Cu：92.6kg
4）补加合金元素的计算。当合金元素的含量低于合金标准化学成分的下限时，就需要补加该合金元素。二元合金补加量可按下式计算：
多元合金的补加量可按下式计算：
式中 b——补加元素的名义含量（质量分数）（%）；
s——补加元素的实际含量（质量分数）（%）；
X——补加元素的质量（kg）；
M——补加前炉料质量（kg）；
X1，X2，…，Xi——补加其他元素的质量（kg）。
例题：现有400kg的QAl9Mn2合金，Al和Mn的实际含量（质量分数）分别为9.6%和1.5%，将wMn提高到标准范围内的2%。
解：将b=2，s=1.5，m=400代入式（4-5）可得
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