Schmelzeigenschaften von sauerstofffreiem Kupfer
Streng unterschieden sollte sauerstofffreies Kupfer in gewöhnliches sauerstofffreies Kupfer und hochreines sauerstofffreies Kupfer unterteilt werden. Gewöhnliches sauerstofffreies Kupfer kann in einem Hochfrequenz-Induktionsofen mit Eisenkern geschmolzen werden, während hochreines sauerstofffreies Kupfer in einem Vakuuminduktionsofen geschmolzen werden sollte.
Beim halbkontinuierlichen Gießen kann der Läuterungsprozess der Schmelze im Schmelzofen und Warmhalteofen unabhängig von Zeitvorgaben erfolgen. Beim Stranggießen ist das anders. Die Qualität des geschmolzenen Kupfers hängt nicht nur von der Raffinationsqualität des Schmelzofens und des Warmhalteofens ab, sondern vor allem auch von der Stabilität des gesamten Systems und Prozesses.
Um einer Verunreinigung der Schmelze vorzubeugen, wird bei der sauerstofffreien Kupferverhüttung in der Regel auf den Einsatz von Zusätzen zum Schmelzen und Raffinieren verzichtet. Die Oberfläche des Schmelzbades ist mit Holzkohle bedeckt und die entstehende reduzierende Atmosphäre ist eine üblicherweise verwendete Schmelzatmosphäre.
Induktionsöfen zum Schmelzen von sauerstofffreiem Kupfer sollten über gute Dichtungseigenschaften verfügen.
Beim Schmelzen von sauerstofffreiem Kupfer sollte hochwertiges Kathodenkupfer als Rohmaterial verwendet werden. Um hochreines sauerstofffreies Kupfer zu schmelzen, sollte hochreines Kathodenkupfer als Rohstoff verwendet werden. Wenn das Kathodenkupfer vor dem Eintritt in den Ofen getrocknet und vorgewärmt wird, kann Feuchtigkeit oder feuchte Luft, die möglicherweise an seiner Oberfläche adsorbiert ist, entfernt werden.
Beim Schmelzen von sauerstofffreiem Kupfer sollte die Dicke der Holzkohleschicht, die die Oberfläche des Schmelzbades im Ofen bedeckt, doppelt so dick sein wie beim Schmelzen von gewöhnlichem reinem Kupfer, und die Holzkohle muss rechtzeitig aktualisiert werden.
Obwohl die Holzkohleabdeckung viele Vorteile hat, wie z. B. Wärmeerhaltung, Luftisolierung und -reduzierung, hat sie auch bestimmte Nachteile. Beispielsweise nimmt Holzkohle leicht feuchte Luft und sogar direkt Feuchtigkeit auf und wird so zu einem Kanal, durch den flüssiges Kupfer eine große Menge Wasserstoff aufnehmen kann.
Holzkohle oder Kohlenmonoxid haben eine reduzierende Wirkung auf Kupferoxid, sind jedoch gegen Wasserstoff völlig wirkungslos. Daher sollte Holzkohle sorgfältig ausgewählt und kalziniert werden, bevor sie in den Ofen gegeben wird.
Während des Schmelz-, Transfer-, Wärmekonservierungs- und gesamten Gießprozesses ist ein vollständiger Schutz der Schmelze eine notwendige Voraussetzung für die Herstellung von sauerstofffreiem Kupfer. In vielen modernen Produktionslinien zum Schmelzen und Gießen von sauerstofffreiem Kupfer sind nicht nur die Schmelze, sondern auch die Trocknung und Vorwärmung der Charge, die Transferrinne, die Gießkammer usw. vollständig geschützt.
Einige moderne große Produktionslinien für sauerstofffreies Kupfer verwenden Generatorgas als Schutzgas, während die meisten Gasgeneratoren Erdgas als Rohstoff verwenden.
Eine im Ausland häufig verwendete Methode zur Herstellung von Schutzgas besteht darin, zunächst Erdgas mit relativ geringem Schwefelgehalt und 94 bis 96 % Methan mit dem theoretischen Wert Luft zu verbrennen und Nickeloxid als Medium zur Entfernung von Wasserstoff zu verwenden. Das entstehende Gas besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Kohlensäuregas. Anschließend wird das Kohlensäuregas mit heißer Holzkohle in Kohlenmonoxid umgewandelt, um ein sauerstofffreies Gas zu erhalten, das 20 bis 30 % Kohlenmonoxid und den Rest Stickstoff enthält.
Neben Generatorgas werden auch Gase wie Stickstoff, Kohlenmonoxid oder Argon als dielektrische Materialien für den sauerstofffreien Kupferschmelzschutz oder die Raffination eingesetzt.
Vakuumschmelzen sollte die beste Wahl zum Schmelzen von hochwertigem sauerstofffreiem Kupfer sein.
Durch das Vakuumschmelzen kann nicht nur der Sauerstoffgehalt, sondern auch der Gehalt an Wasserstoff und bestimmten anderen Verunreinigungselementen stark reduziert werden.
Beim Schmelzen in einem kernlosen Vakuum-Mittelfrequenz-Induktionsofen werden häufig Graphittiegel und hochreines Kathodenkupfer oder umgeschmolzenes Kupfer, das zweimal raffiniert wurde, als Rohstoffe verwendet. Zusammen mit der Kupferkathode in den Ofen gepackt, enthält es auch Flockengraphitpulver zur Desoxidation.
Tatsächlich erfolgt die Desoxidation hauptsächlich über den Kohlenstoff im Graphittiegelmaterial. Die Menge des verbrauchten Kohlenstoffs kann berechnet werden. Beispielsweise verbraucht 1 kg Kupfer 100 g Kohlenstoff. Die Erfahrung zeigt, dass die Desoxidationsreaktion in den frühen Stadien des Schmelzens umso schneller abläuft, je höher der Sauerstoffgehalt in der Kupferflüssigkeit zu Beginn ist.
Durch Vakuumschmelzen gewonnenes sauerstofffreies Kupfer kann einen Sauerstoffgehalt von weniger als 0,0005 % und einen Wasserstoffgehalt von weniger als 0,0001 % bis 0,0003 % haben. Tatsächlich ist es nur möglich, Gussteile zu erhalten, die völlig frei von Sauerstoff und anderen Gasen sind, wenn Kupfer unter einem bestimmten Grad an Vakuum geschmolzen und gegossen wird. Daher sollte der Vakuumgrad des Vakuumofens, der zur Herstellung von Kupfermaterialien für elektronische Röhren verwendet wird, über 10-6 liegen.
