Happettoman kuparin sulamisominaisuudet
Happivapaa kupari tulee jakaa tiukasti tavalliseen hapettomaan kupariin ja erittäin puhtaaseen hapettomaan kupariin. Tavallinen happivapaa kupari voidaan sulattaa tehotaajuisessa rautasydämisessä induktiouunissa, kun taas erittäin puhdas hapeton kupari tulisi sulattaa tyhjiöinduktiouunissa.
Puolijatkuvaa valua käytettäessä sulatteen jalostusprosessi sulatusuunissa ja säilytysuunissa voi olla riippumaton aikarajoituksista. Jatkuva valu on eri asia. Sulan kuparin laatu ei riipu vain sulatusuunin ja säilytysuunin jalostuslaadusta, vaan mikä tärkeämpää, se riippuu myös koko järjestelmän ja prosessin stabiilisuudesta.
Sulatteen saastumisen estämiseksi hapettomassa kuparin sulatuksessa ei yleensä käytetä mitään lisäaineita sulatukseen ja jalostukseen. Sulan altaan pinta on peitetty puuhiilellä ja muodostuva pelkistävä ilmakehä on yleisesti käytetty sulatusilmakehä.
Happivapaan kuparin sulattamiseen tarkoitetuilla induktiouunilla tulee olla hyvät tiivistysominaisuudet.
Happivapaan kuparin sulatuksessa tulee käyttää raaka-aineena korkealaatuista katodikuparia. Erittäin puhtaan hapettoman kuparin sulattamiseksi raaka-aineena tulisi käyttää erittäin puhdasta katodikuparia. Jos katodikupari kuivataan ja esilämmitetään ennen uuniin menemistä, sen pinnalle mahdollisesti adsorboitunut kosteus tai kostea ilma voidaan poistaa.
Happivapaata kuparia sulatettaessa tulisi uunissa sulan altaan pintaa peittävän hiilikerroksen paksuuden olla kaksinkertainen tavallista puhdasta kuparia sulattaessa, ja puuhiili on päivitettävä ajoissa.
Vaikka hiilipäällyksellä on monia etuja, kuten lämmön säilyvyys, ilman eristäminen ja vähentäminen, sillä on myös tiettyjä haittoja. Esimerkiksi puuhiili imee helposti kosteaa ilmaa ja jopa suoraan itseensä kosteutta, jolloin siitä tulee kanava, jonka kautta nestemäinen kupari voi imeä suuren määrän vetyä.
Hiilellä tai hiilimonoksidilla on kuparioksidia pelkistävä vaikutus, mutta ne ovat täysin tehottomia vetyä vastaan. Siksi puuhiili tulee valita huolellisesti ja kalsinoida ennen uuniin lisäämistä.
Sulatuksen, siirron, lämmönsäilytyksen ja koko valuprosessin aikana sulatteen täydellinen suojaus on välttämätön edellytys hapettoman kuparin tuotannolle. Monissa nykyaikaisissa hapettomissa kuparin sulatus- ja valutuotantolinjoissa ei ainoastaan sulatus, vaan myös panoksen kuivaus ja esilämmitys, siirtopesuri, kaatokammio jne. ovat täysin suojattuja.
Jotkut nykyaikaiset suuret happivapaat kuparin tuotantolinjat käyttävät generaattorikaasua suojakaasuna, kun taas useimmat kaasugeneraattorit käyttävät maakaasua raaka-aineena.
Ulkomailla yleisesti käytetty suojakaasun valmistusmenetelmä on: poltetaan ensin suhteellisen alhainen rikkipitoisuus ja 94-96 % metaania sisältävä maakaasu teoreettisella ilmalla ja vedynpoistoväliaineena käytetään nikkelioksidia. Tuloksena oleva kaasu koostuu pääasiassa typestä ja hiilihappokaasusta. Sitten hiilihappokaasu muutetaan hiilimonoksidiksi käyttämällä kuumaa hiiltä hapettoman kaasun saamiseksi, joka sisältää 20-30 % hiilimonoksidia ja loppuosa on typpeä.
Generaattorikaasun lisäksi kaasuja, kuten typpeä, hiilimonoksidia tai argonia, käytetään myös dielektrisinä materiaaleina hapettomaan kuparisulan suojaamiseen tai jalostukseen.
Tyhjiösulatuksen tulisi olla paras valinta korkealaatuisen hapettoman kuparin sulattamiseen.
Tyhjiösulatus ei voi ainoastaan vähentää suuresti happipitoisuutta, vaan myös vähentää suuresti vedyn ja tiettyjen muiden epäpuhtauselementtien pitoisuutta.
Tyhjiökeskitaajuisessa ytimettömässä induktiouunissa sulatettaessa käytetään usein raaka-aineina grafiittiupokkaita ja kahdesti jalostettua erittäin puhdasta katodikuparia tai uudelleensulatettua kuparia. Uuniin pakattuna kuparikatodin kanssa se sisältää myös hiutalegrafiittijauhetta hapettumisen poistamiseen.
Itse asiassa deoksidaatio tapahtuu pääasiassa grafiittiupokkaan materiaalissa olevan hiilen kautta. Kulutetun hiilen määrä voidaan laskea. Esimerkiksi 1 kg kuparia kuluttaa 100 g hiiltä. Kokemus osoittaa, että mitä korkeampi happipitoisuus kuparinesteessä on alussa, sitä nopeammin hapettumisreaktio etenee sulatuksen alkuvaiheessa.
Tyhjiösulatuksella saadun hapettoman kuparin happipitoisuus voi olla alle 0.0005 % ja vetypitoisuus alle 0,0001-0,0003 %. Itse asiassa vain kun kupari sulatetaan ja valetaan tietyssä tyhjiössä, on mahdollista saada valukappaleita, jotka ovat täysin vapaita hapesta ja muista kaasuista. Siksi elektroniikkaputkien kuparimateriaalien valmistukseen käytetyn tyhjiöuunin tyhjiöasteen tulee olla yli 10-6.
