Diskussion zum Saugproblem von Kupfer
1. Auflösung von Gas
Die in Kupfer löslichen Gase sind hauptsächlich Wasserstoff und Sauerstoff. Zweiatomige molekulare Gase können nicht direkt in Metallschmelzen gelöst werden. Der Auflösungsprozess von Gas ist: Auf der Metalloberfläche adsorbierte Atome – in elementares Gas dissoziierte Atome – diffundieren in das Metallgitter und bilden feste Lösungen und Verbindungen. Wasserstoff und Sauerstoff sind schädliche Elemente in Kupfer. Sie können nicht nur die Leistung von Kupfer verringern, sondern auch zum Auftreten einer „Wasserstoffkrankheit“ führen. Kupferbarren enthalten eine gewisse Menge an Sauerstoff, aber wenn zu viel Sauerstoff oder Wasserstoff gelöst wird, ist dies die Hauptursache für Unfälle mit der Barrenqualität. Daher müssen beim Schmelzen von Kupfer Maßnahmen ergriffen werden, um die Gasquelle zu blockieren und den Kontakt von Luft, Feuchtigkeit, Öl und verschiedenen Schadstoffen mit der Schmelze zu vermeiden oder zu minimieren. Der Auflösungsprozess von Gas besteht darin, den Zustand der „Adsorption“ zu beseitigen, wodurch der Auflösungsprozess nicht etabliert werden kann.
Unter bestimmten Adsorptionsbedingungen hängt der Grad der Gaslöslichkeit im Metall hauptsächlich ab von:
(1) Die Bindungskraft zwischen Gas und Metall.
Das Wasserstoffatom elementarer Gase hat den kleinsten Radius und ist ein äußerst reaktives Element. Es lässt sich in fast allen metallischen Flüssigkeiten und Feststoffen lösen. In vielen Metallen macht Wasserstoff 60 bis 90 % des gesamten Gasgehalts aus, daher wird die Metallabsorption oft als „Wasserstoffabsorption“ bezeichnet. Sauerstoff hat auch eine starke Affinität zu Kupfer in der Flüssigkeit und es kommt zu einer Sauerstoffabsorption oder -oxidation, sodass Cu2O gebildet und in der Kupferflüssigkeit gelöst wird.
(2) Temperatur und Zeit
Je höher die Temperatur des Metalls und je länger die Kontaktzeit zwischen Gas und Metall, desto mehr Gas wird gelöst. Nur wenn die Temperatur weiter erhöht wird und das geschmolzene Metall selbst einen sehr hohen Dampfdruck hat, nimmt die Löslichkeit allmählich ab.
(3) Diffusionsgeschwindigkeit von Gas in flüssigem Kupfer
Der Netzfrequenz-Induktionsofen erhöht die Diffusionsgeschwindigkeit aufgrund des automatischen Rühreffekts der elektromagnetischen Kraft erheblich.
(4) Die Beziehung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in geschmolzenem Kupfer
Das Verhältnis zwischen dem Gehalt an Wasserstoff und Sauerstoff in flüssigem Kupfer ist umgekehrt proportional zu weniger Sauerstoff und mehr Wasserstoff, mehr Sauerstoff und weniger Wasserstoff. Dies kann erklären, warum TP2, das vollständig sauerstofffrei ist, empfindlicher auf Wasserstoffschäden reagiert als T2.
2. Kupferschmelze
Beim Schmelzen von Kupfer im Elektroofen wird Elektrolytkupfer als Rohstoff verwendet. Das elektrolytische Kupfermaterial selbst enthält Gas und sein Oberflächenzustand hat einen wichtigen Einfluss auf die Saugwirkung des Schmelzbades.
Beim Schmelzen von Kupfer wird häufig Holzkohle als Abdeck- und Desoxidationsmittel verwendet. Seine Desoxidation erfolgt nur an der Oberfläche, die mit dem flüssigen Metall in Kontakt kommt, weshalb es als Oberflächendesoxidationsmittel bezeichnet wird. Bei desoxidiertem Kupfer (z. B. TP1, TP2) wird neben der Verwendung von Holzkohle zur Desoxidation auch Phosphorkupfer zur endgültigen Desoxidation verwendet, bevor es aus dem Ofen kommt. Phosphorkupfer kann in das Schmelzbad sinken und sich im gesamten Schmelzbad auflösen und interagiert mit der Oxidation im geschmolzenen Metall. Materialwechselwirkung, Desoxidationseffekt ist erheblich.
Bei den beiden oben genannten Desoxidations-Reduktionsreaktionen entstehen Gase, nämlich CO, CO2 und P2O5. Diese Gasprodukte können Wasserstoff mit sich bringen, der beim Aufsteigen der Schmelze von der Flüssigkeitsoberfläche entweicht. Im Vergleich zur Desoxygenierung ist diese Dehydrierung jedoch zweitrangig oder begrenzt.
Allerdings enthält Holzkohle tatsächlich Gas und Feuchtigkeit, insbesondere Holzkohle, die nicht gut kalziniert wurde. Daher ist es schwierig, Oxidation und Wasserstoffabsorption unter den Bedingungen der Holzkohlebedeckung zu vermeiden. Während der Verhüttung, Oxidation und Dehydrierung laufen Wasserstoffabsorptions- und Desoxidationsprozesse häufig gleichzeitig ab. Die Frage ist, wer dominanter ist, die positive oder die schädliche Seite. Dies erfordert eine Steuerung der Prozessbedingungen, um Vorteile zu begünstigen und Nachteile zu vermeiden.
3. Einfluss von Gas auf den Barrenguss
In der Routineproduktion können Blasen auf Kupfermaterialien durch Extrusion oder Barrenguss entstehen und sind zufällige Mängel im technischen Abfall. Die Qualitätsverantwortung für die langfristigen und ungewöhnlich hohen Blasenzahlen liegt im vorherigen Prozess – dem Gießen –, der durch die Poren im Kupferbarren entsteht.
Die Poren im Kupferbarren sind mit Gas gefüllt. Kleinere Poren können nach der Verarbeitung zusammengepresst werden, können aber bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten als Oberflächendefekte – Abblättern – sichtbar werden. Wenn der Kupferbarren viele Poren aufweist, entstehen gleichzeitig auch größere Poren. Zu diesem Zeitpunkt kommt es zur Blasenbildung im mittleren und hinteren Abschnitt des extrudierten Rohrrohlings. Die Blasenbildung verteilt sich größtenteils kontinuierlich entlang der Extrusionsrichtung und wird zum hinteren Ende (dem verbleibenden Ende der Extrusion) hin schwerwiegender. und die Blasenverteilung in Umfangsrichtung ist unregelmäßig. Diejenigen mit starker Blasenbildung können nicht repariert und nur verschrottet werden, während diejenigen mit leichteren Blasen repariert und dann dem Streckprozess zugeführt werden. Allerdings werden beim Recken Abplatzungen und Einschlüsse freigelegt, was sich stärker auf die Ausbeute auswirkt. Beim Extrudieren kleinerer Rohrrohlinge mit Wasserdichtung werden aufgrund der hohen Kühlintensität und der geringen Blasenbildung (das Gas hat keine Zeit, sich zu sammeln und auszudehnen) während des anschließenden Kaltwalz- und Ziehprozesses viele Fehler wie Ablösungen und Einschlüsse aufgedeckt das Rohr endet. Es kam zu einer teilweisen Aufspaltung. Nach dem Glühen weist das gezogene Rohr eine starke, ausschlagartige Blasenbildung auf. Der Unterschied zur Blasenbildung beim extrudierten Knüppel besteht darin, dass die Blasen meist diskontinuierlich und kleiner sind. Die großen Blasen sind wie Reiskörner und die kleinen sind wie Nadelspitzen. Sie sind mit bloßem Auge nicht leicht zu erkennen. Es muss sein. Man kann es erkennen, indem man es fühlt.
Die Bildung von Blasen ist das Ergebnis der Reaggregation und Expansion des Gases unter dem Einfluss von Temperatur und Zeit nach der Porenkomprimierung.
Das fertige Rohr (ohne Blasenbildung) weist eine schlechte Druckfestigkeit sowie schlechte Ausdehnungs- und Abflachungseigenschaften auf, was auf den Verlust der Plastizität des Materials zurückzuführen ist.
Ein weiterer Grund für die Blasenbildung an Kupferrohren besteht darin, dass es sich bei dem Barren um eine übersättigte feste Kupferlösung handelt, die das Kristallgitter verzerrt, Spannungen vom dritten Typ verursacht und die Plastizität verringert. Beim Extrudieren oder Glühen fällt Wasserstoff aufgrund von Temperaturänderungen an Grenzflächen wie Korngrenzen oder Einschlüssen entlang der Extrusionsrichtung aus und bildet Blasen.
Durch die Ansaugung des Kupfers bilden sich im Strangpressbarren Blasen. Das Charakteristische an Blasen in geglühten Rohren ist, dass praktisch jedes Rohr Blasen aufweist, was zu einem starken Abfall der Ausbeute und zu Ausschuss in Chargen führt. Dies unterscheidet sich stark von anderen Ursachen für Blasenbildung.
Vorschläge zu Maßnahmen zur Aspirationsprävention
Der übermäßige Gasgehalt in Kupferbarren wird durch eine Kombination von Faktoren wie Produktionsabläufen, die nicht den Anforderungen des Kupferschmelz- und -gießprozesses entsprechen, sowie schlechten Rohstoffen, Abdeckmitteln und Schutzgasen verursacht. Alle ungünstigen Faktoren sollten so weit wie möglich eliminiert werden, um eine Produktion zu gewährleisten, die auf Sicherheit und Qualität basiert. Der Perfektionierungs- und Verbesserungsprozess zeigt, dass das Schmelzbad (Primärabsaugung) den größten Einfluss auf die Absaugung hat. Nachdem dieser Zusammenhang grundsätzlich gelöst ist, wird die Blasenbildung im Kupferrohr deutlich reduziert (die Blasen werden immer kleiner). Nur wenn gleichzeitig die Probleme mit der Sekundärluftansaugung, dem Spindelfuß und der Dichtung gelöst werden, kann die Blasenbildung im Kupferrohr vollständig beseitigt werden.
Der Schlüssel zur Verhinderung einer Aspiration besteht darin, die „Luftquelle“ zu blockieren. Die wichtigsten Maßnahmen sind:
(1) Elektrolytkupfer muss den Normen entsprechen; recycelte Materialien aus Sprudelrohren werden nicht zur Herstellung von Rotkupfer verwendet.
(2) Ladematerialien (Materialien sollten „ölfrei, wasserfrei und nicht gemischt“ sein) müssen mehrmals geladen und vollständig gefüllt werden, um den von der Ladung adsorbierten Wasserdampf vollständig zu entfernen. Konzentrieren Sie sich darauf, einen Ofen zwei- bis dreimal zu befüllen und nicht zu oft.
(3) Die Holzkohle muss trocken sein (kalzinierte Holzkohle wird bevorzugt). ***Holzkohle muss sofort nach dem Laden hinzugefügt werden, mit einer Schichtdicke von 100 mm bis 150 mm, um die Anforderungen an Lufteinatmung, Desoxidation und Hitzeschutz zu erfüllen.
(4) Die Ofentür muss rechtzeitig nach dem Schmelzen der Charge geschlossen werden.
(5) Calciumchlorid (Entwässerungsmittel) wird im Trockner des Gaserzeugungssystems installiert und rechtzeitig ausgetauscht, um die Feuchtigkeit im Gas zu absorbieren. Die Gashaube sollte ordnungsgemäß abgedeckt sein und das Gas sollte 5 bis 10 Minuten vor dem Austritt eingeschaltet werden, um die ursprüngliche Luft in der Haube vollständig zu entfernen.
(6) Der Spindelsockel sollte mit Gas getrocknet und vorgewärmt werden. Trocken verwenden
Als Unterlage sollten Kupferblöcke verwendet werden, Sägemehl sollte nicht als Unterlage verwendet werden.
