第2章 熔化和铸造
2.1 熔化
2.1.1 熔化方法和熔炼炉
1.反射炉熔炼
反射炉是利用高温火焰经炉顶辐射及火焰直接辐射传热，来加热和熔化炉料的。反射炉常使用的燃料主要有三种：固体燃料例如块煤和粉煤，气体燃料，例如发生炉煤气和天然气，以及液体燃料，例如重油。现多用液体或气体燃料，温度可达1600～1700℃，这种熔炉容量较大，主要用于紫铜熔炼。
反射炉属传统的火法冶炼设备，具有结构简单、操作方便、容易控制，对原料和燃料的适应性强等优点。主要缺点是热效率较低，一般只有15%～30%，燃料和耐火材料消耗量都比较大、占地面积亦比较大。图2-1是固定式100t铜反射炉结构图。
图2-1 固定式100t铜反射炉结构图
反射炉由炉基、炉底、炉体及炉体支架、炉门、燃烧系统烟道等部分构成。反射炉的主要附属设备包括：供风设备、加料设备、余热利用设备等。炉基通常用混凝土构成，有些基础中预留有冷却通道，利用空气自由流通冷却炉底。混凝土上面铺铸铁板，架空高度通常在350mm左右。反射炉通常采用砖砌反拱形炉底。砖砌反拱炉底砌筑依次为：炉底铸铁板或钢板、石棉板、黏土砖、捣打料层，最上层砌镁砖或镁铝砖反拱。反拱中心角33°～40°。砖砌体外侧通常系铸铁围板、拉筋和立柱等钢结构构成的坚固的立体支架，并固定在基础中。砌体的外层采用硅藻土之类保温砖，内墙采用镁砖或镁铝砖砌筑。重要部分（如炉门口、扒渣口、渣线位置）采用铬镁砖砌。为使炉膛温度能沿长度方向均匀分布，反射炉一般都有1.1～1.2m长的燃烧前室，俗称火桥。如果没有此燃烧前室，则炉膛的前部起着燃烧前室的作用，不过这里比其他部位的温度低，不利于温度均匀分布。周期作业的反射炉通常采用竖式烟道。
扒渣口尺寸应根据渣量多少及操作情况确定。其位置多设定在烧火口对面的后端墙，此处便于插木还原，也有少数设在加料口对面的侧墙。渣口下沿一般应低于最大液面50～200mm。反射炉通常采用小洞眼放铜。
图2-2是反射炉熔炼普通纯铜的工艺流程。反射炉适合熔炼韧铜即普通纯铜。阴极铜是反射炉熔炼普通纯铜的主要原料，向炉内加入适量的木炭保护炉底。装料前需将炉温提高到1300℃以上，装料应尽可能快速进行。装料致密，有利于充分利用炉膛的有效面积，并可以减少加料次数。装料结束应及时封闭炉门，以防冷空气进入炉膛。装料的原则如下。
图2-2 反射炉熔炼普通纯铜的工艺流程
①正确安排装料位置。一般先装炉子的高温区，再装低温区，最后补装高温区。
②炉料整齐排列，充分利用炉子的有效空间。
③力求一次将料装完。若一次装不完，其余料应在炉料未化完之前加入炉内。
熔化期间，炉内应保持微氧化性气氛和正压，尽量提高燃料供给量并控制空气过剩系数，使炉温始终保持在1300～1400℃之间。炉料全部熔化的标志是：a.整个金属熔池液面翻动、沸腾冒气；b.炉底的木炭全部浮起到液面上。
氧化亚铜在铜中的溶解度，与炉气中氧的分压、熔炼温度、保温时间等成正比。如果熔体表面覆盖不严密，或者熔体受到强烈搅动时，都将增加铜液氧化的机会。氧化过程可以通过向金属熔体中吹送压缩空气的方式实现。氧化过程中，随着铜液中氧化亚铜数量的增加，其中的某些杂质例如铝、锰、锌、锡、砷、锑和铅等，将按其与氧亲和力大小的顺序，依次被氧化。其化学反应为：
2Al+3Cu2O
6Cu+Al2O3
Mn+Cu2O 2Cu+MnO
Zn+Cu2O 2Cu+ZnO
Sn+2Cu2O 4Cu+SnO
Fe+Cu2O 2Cu+FeO
Pb+Cu2O 2Cu+PbO
生成的各种氧化物都将进入熔渣。氧化时，铜液中的氢和硫亦可被去除。其化学反应为：
H2+Cu2O 2Cu+H2O↑
Cu2S+2Cu2O 6Cu+SO2↑
氧化强度取决于铜液温度、吹入压缩空气数量以及其在熔池内部分布的均匀程度等因素。氧化期间，铜液保持适当的温度和尽可能地加大压缩空气吹入的强度，是促进氧化过程快速进行的基本条件。氧化后期，应不断地取样，即通过观察试样断口特征的变化来判断氧化过程的终点。试样断口上的结晶组织，由开始氧化时的细丝状逐渐转变为较粗的柱状，试样断面的颜色逐渐向近似红砖的颜色转变。当采用阴极铜为原料时，呈红砖颜色部分达断口总面积的30%～35%时，可停止氧化；当以其他紫杂铜为原料时，呈红砖颜色部分达断口总面积的80%以上时，方停止氧化。氧化过程中，应及时除去熔池表面上的熔渣。氧化结束，彻底扒渣，封闭炉门，提升炉温。氧化结束，铜液温度以1180～1200℃为宜。
还原的目的有两个：①除去铜液中气体；②还原氧化亚铜。可用作还原剂的物质主要有：木材、重油、天然气、氨气、石油液化气、木屑、炭粉、煤粉等。这些还原剂中都含有大量的碳和碳氢化合物，还原的主要反应有：
Cu2O+C 2Cu+CO↑
4Cu2O+CH4 8Cu+CO2+2H2O↑
Cu2O+CO 2Cu+CO2↑
通常，插木还原是分两次进行的：第一次俗称“小还原”，主要目的在于除气。通过化学反应所产生的大量的不溶于铜液的水蒸气、一氧化碳等气体强烈地洗涤熔体时，可将铜液中大部分气体带出。第一次插木还原的时间依炉子大小而定：小型炉子不超过10min，大型炉子20min或者更长时间。第一次还原结束，熔池表面用木炭覆盖。第二次还原的主要作用是还原氧化亚铜。还原后期应及时取样观察其表面收缩和断口结晶组织变化情况。当试样表面呈细致皱纹，断口呈红玫瑰颜色且具有丝绢光泽时，表明氧含量大约在0.0396%～0.5%之间，可以停止还原，正确的判断还原终点是关键。
氢在铜中的溶解度随着氧含量降低而增加，当氧的含量过低时，有可能造成熔体的重新吸气。浇注时，若铸锭浇口发生所谓的“穿水”现象，即表明已经发生了“过还原”。还原结束，通常控制铜液温度为1160～1180℃，较适合用铁模铸造方式浇注。
2. 竖式炉熔炼
竖式炉比较适合于韧铜熔炼。与反射炉相比，竖式炉的最大优点在于熔炼速度快，并且可以实现连续熔炼。竖式炉通常采用弱还原性的熔炼气氛，不能指望通过熔炼而去除某些杂质元素。竖式炉内的弱还原性气氛也不大可能使氧化亚铜还原，但阴极铜表面附着的某些有机物和硫酸盐等，可以在预热阶段被分解而挥发。竖炉以阴极铜为原料，多使用天然气或甲烷、丙烷、石油液化气等气体燃料。若使用低硫液体燃料例如煤油等燃料时，需进行气化，竖式炉熔炼属于逆流方式作业。
图2-3为竖式炉结构的示意图。竖式炉由炉基、炉体、烟囱、加料车、燃烧系统等部分组成。炉体内部衬有耐火材料，可分为炉身、熔化室、炉缸、炉底等不同的工作区。在熔化室周围，安装有数排高速烧嘴。工作期间，炉料经提升机送到加料口并装入炉内，炉料在下降过程中被火焰加热，并在熔化室附近熔化，铜液落入带斜坡的炉缸（炉底）并在形成液流后经出铜槽流出。
图2-3 竖式炉结构示意图
1—烟罩； 2—烟囱；3—护筒；4—冷热风管；5—炉膛；6—热风烧嘴；7—流槽；8—装料小车；9—装料门
炉子内径以能够装入阴极铜（例如1000mm×1000mm）为原则。炉料在炉内不应有太大的过渡空间，炉子内径以稍大于阴极铜对角线尺寸为宜。最初的竖式炉高6m，后来为了使炉料吸收更多的炉气余热以提高热效率，炉子高度有所增加。
竖式炉内衬的热面通常采用碳化硅质或氮化硅质耐火砖砌筑。最内层耐火材料一般为碳化硅或氮化硅砖，中间层为高铝砖，最外层为高铝质可浇注耐火材料。此种复合式结构的炉衬，一方面可以减少热的损失，另一方面也可以节约成本。
砌筑完成之后经过一昼夜自然干燥，即可进行烘炉。开炉时，先经过15～30min的低效率燃烧，预热炉衬和炉料。当炉料被加热到熔化温度之前的炽热状态时，即可转换成高负荷燃烧以加快熔化速度。随着熔化过程的进行，大约经过30min就可以达到正常的熔化效率。之后，随着炉膛内炉料的下降不断地补加炉料，应同时调整各个烧嘴，并密切监视炉内状况和熔体质量的变化。停炉时，停供燃料1～2min以后即停止出铜。之后，为保持炉内剩余炉料呈铅笔状锥体形状，由烧嘴继续向炉内供风，强制冷却炉料。需要注意的是，冷却过程中不要引起过度氧化。
3. 工频有铁芯感应电炉
图2-4所示的是工频有铁芯感应电炉的原理图。
图2-4 工频有铁芯感应电炉原理
工频有铁芯感应电炉主要由感应体、上炉体、倾动装置、电源和控制系统等部分组成。
感应体工作原理与降压变压器相似，一次线圈和二次线圈都绕在同一磁导体即铁芯上，感应体为耐火材料沟槽中的环状金属熔沟，相当于短路的二次线圈。作为短路的熔沟中的金属导体，在感应电动势作用下产生电流或称涡流。涡流产生的磁通量，总是力图阻止感应线圈内磁通量发生变化。施予线圈的交变电流不停止，熔沟金属中产生的涡流也不会停止。涡流在具有一定电阻的熔沟金属中的流动会产生热量，因此金属被加热以至熔化。
感应电炉最大特点是炉内熔体具有较强的自搅拌作用。图2-5所示的是感应炉中熔体的电磁现象和热现象。
图2-5 熔沟中的电磁力与热现象
电流通过导体时，围绕导体将产生磁场。一次线圈和二次线圈即熔沟金属中的磁力线之间的相互排斥作用的结果，是在熔沟金属中产生一种电磁力，即原动力。熔沟中金属除本身重力以外，同时受到上述原动力作用，两作用力之和为动力方向。熔沟中金属只有在喉口部有两个通往熔池通道，因此熔沟金属中产生斥力的部位应该在最底部。此斥力沿环沟高度的不均匀性，形成了金属在熔沟中运动的一种动力。
熔沟中金属承受的第二种动力来自于压缩效应。熔沟中金属可以看作是若干个同一方向导电体，平行即同方向电流的导线之间具有彼此相吸的力，即熔沟中金属在环沟内承受由外缘向环沟断面中心方向的压缩应力。同时，环沟垂直段内的熔体金属有静压力与此压缩重力抗争。当压缩应力大于静压力时，熔沟中金属熔体会发生喷流现象。
第三种效应是涡流。涡流效应，是由于环沟中金属和熔池中金属电流密度不相等而产生的。熔沟断面比较小，熔池断面比较大。截面小的熔沟内磁感应强度大，电磁力大，熔体受到的压缩力大，在熔沟出口，即与熔池交汇处发生熔体向上涌动的现象。
上述电磁力效应、压缩效应和涡流效应，构成了熔沟中金属和熔池中金属热能传递的一种综合动力。其实，构成炉内熔体热传递的还有一种自然动力，即熔体自身的热对流作用。熔沟底部的熔体温度高而密度小，而熔池中的熔体温度低却密度大，密度小的高温熔体可以自然地向熔池中流动。
4.无铁芯感应电炉
无铁芯感应电炉的炉体主要由耐火材料坩埚即炉衬及环绕其周围的感应器组成，它相当于一台变压器。感应器相当于变压器的一次线圈，坩埚内金属炉料相当于短路的二次线圈。电流通过感应器产生交变磁场，在金属炉料中产生感应电动势，因其短路便在炉料中产生强大电流，结果使金属炉料被加热和熔化。
按照使用电流频率不同，可将无铁芯感应电炉分为：
①工频无铁芯感应电炉。直接使用频率50Hz的工频电源；
②中频无铁芯感应电炉。使用频率高于50Hz，但低于10000Hz；
③高频无铁芯感应电炉。使用频率高于10000Hz。
与有铁芯感应电炉相比，无铁芯感应电炉有以下优点。
①功率密度和熔化效率比较高，起熔方便。
②铜液可以倒空，变换合金品种方便。
③搅拌能力强，有利于熔体化学成分的均匀性。
④尤其适合熔炼细碎炉料，如机加工产生的各种车屑、锯屑、铣屑等。
⑤不需要起熔体，停、开炉比较方便，适于间断性作业。
无铁芯感应电炉主要由炉体及其倾动、电源及控制系统，以及液压系统、水冷却系统等几个部分组成。炉体及其倾动系统包括：固定支架、炉体框架、感应器、磁轭、炉衬（坩埚）、炉盖，以及炉体倾动液压缸、输电母线、冷却水输送管等。
传统的中、高频无铁芯感应电炉的电源设备，通常是发电机组。现代的中频无铁芯感应电炉中，已经普遍采用了SCR并联逆变中频电源和IGBT串联逆变中频电源技术。
IGBT串联逆变中频电源具有许多优点，主要有：
①功率因数始终保持最佳；
②比较高的过载保护，安全可靠；
③恒功率输出。
中、高频无铁芯感应电炉电气设备中，包括了相当数量的补偿电容器，以提高功率因数。图2-6所示的是无铁芯感应电炉的炉体结构。
图2-6 无铁芯感应电炉的炉体结构
1—倾动油缸；2—支架；3—炉衬；4—磁轭；5—感应器；6—炉盖；7—输电母线
传统的感应器匝间绝缘是用云母或玻璃丝布包扎后，涂以绝缘漆。当匝数不多，即匝间距离较大时，有的可利用空气间隙绝缘。现代的线圈有的外层采用静电喷涂热固化工艺，在线圈外表面涂上一层特殊的绝缘材料，其耐压大于5000V。与传统的涂绝缘漆相比，新的绝缘材料与线圈结合比较牢固，并且不怕潮湿。
大型无铁芯感应电炉的感应器线圈，通常由焊接在其外圆周的数列支持螺栓，并通过螺栓和线圈外侧的硬木质或其他类似材料制成的绝缘支撑条固定。
感应线圈的外表面上，有的还设有若干个用于安装测温探头，以对感应线圈的工作温度进行连续监测。感应器线圈通常用水冷却，以排出线圈自身以及通过炉衬传导出的热量。在感应器线圈的上部和下部，都应当另外设有几匝与感应器线圈尺寸相近似的不锈钢质的水冷圈，以使炉衬材料在轴向方向上的受热均匀。
磁轭通常由0.3mm左右的高磁导率冷轧取向硅钢片叠制而成，主要起磁屏蔽作用，改善炉子的电效率和功率因数。磁轭同时具有支撑和固定感应器的作用，因此应该采用仿形结构，当其紧贴感应线圈外侧时，可以最大限度地约束线圈向外散发的磁场，减少外磁路磁阻。比较大的磁轭，应该考虑通水冷却。
炉衬，即坩埚，略呈圆锥形，上口直径大于平均直径。熔炼作业时，熔体金属上表面不应超过水冷线圈上的平面。除通过炉嘴向外倾倒铜液方式以外，无铁芯中频感应电炉中的铜液也可以通过炉体倾转枢轴中心的出铜管道向外注铜，即熔体金属通过枢轴中心的出铜管道直接注入铸造机的中间包中，这样可以避免熔体飞溅，同时有利于减少熔体吸气的机会。
5.真空感应电炉
真空感应电炉装置，按照其真空室的启闭方式可分为卧式和立式两种。
卧式是真空室在垂直面上分开，开启时真空室的可移动部分向一侧水平移动，将感应线圈和坩埚暴露出来。这种结构便于坩埚的制作、真空室的清理、维修、检查，大型炉子以该方式较多。立式的真空室上方有一个盖，来启闭真空室，这种结构占地面积小，容量10～500kg。由于立式的真空结构可以提供高度方向上的优势，可以浇注规格相对较小、相对较长的铸锭，并且可以一次浇注2～3根铸锭。目前国内生产铜合金应用的最大真空感应熔炼炉为3t。
图2-7～图2-9分别是卧式、立式和半连续式真空感应熔炼炉示意图。
图2-7 卧式真空感应炉示意图
1—真空系统；2—转轴；3—加料装置；4—坩埚；5—感应器；6—取料和捣料装置；7—测温装置；8—可动炉壳
图2-8 立式真空感应炉总装示意图
1—机械泵；2—增压泵；3—扩散泵；4—取样装置；5—测温装置；6—捣料装置；7—观察孔；8—炉盖；9—炉体；10—铸模移动机构
图2-9 半连续式真空感应熔炼炉总装示意图
1—炉体外壳；2—坩埚；3—抽气口；4—装料室；5—锭模；6—加料槽；7—取料装置；8—热电偶；9—安全阀；10—操作盘；11，12—浇注室隔离阀；13—装料室隔离阀；14—浇注室阀门；15—装料室阀门
真空感应电炉的外壳由双层壁水冷却。坩埚上方有搅拌、测温和取样装置，能在真空下取样、测温。炉盖上有特制的加料箱，可盛装不同的合金元素，在真空下根据工艺要求依次加入坩埚。真空泵通过真空阀与炉室相连。根据真空泵的配制不同，可以获得不同的真空度。生产中控制真空度也靠开动不同的真空泵来实施。
2.1.2 熔体处理
1.变质处理
对合金熔体作变质处理而达到改善铸锭结晶组织或某种性能的目的，称为变质处理。添加变质剂、振动下结晶等都是常见的变质处理方法。
变质处理的主要作用如下。
（1）细化铸锭的结晶组织，变粗大柱状晶为细小等轴晶。
（2）减少晶界上某些低熔点物，或促使其球化。
（3）改变某些有害元素在铸锭结晶组织中的分布状况。
（4）兼有脱氧及除气作用。
（5）提高铸锭的高温塑性。
选择及使用变质剂的原则如下。
（1）至少与合金中的一种组元形成化合物，如通过包晶反应形成大量的化合物质点。变质剂元素能与合金中的主要组元形成化合物最为理想。
（2）成为晶核或形成化合物质点，熔点应高于合金熔点。结晶之前应以分散的质点均匀地分布于熔体中。
（3）具有较强的变质能力，避免引起负面影响。
（4）加入时机和加入方法得当，减少烧失。
表2-1为铜及铜合金熔体变质处理的应用实例。
表2-1 铜及铜合金熔体变质处理的应用实例
2.除气精炼
（1）氧化除气
向熔体中输入氧时，大量铜将被氧化，其反应式为：
4Cu+O2 2Cu2O
生成的氧化亚铜首先溶于铜液中，然后氧化亚铜又与铜液中的氢发生反应：
Cu2O+H2 2Cu+H2O↑
结果铜被还原，水蒸气从熔体中逸出。反应连续不断地进行时，铜液中的氢将不断减少。
氧化铜液方法：用风管向熔池内输送压缩空气或氧和氮的混合气体；采用氧化性熔剂等。氧化过程中应不断取样检查熔体被氧化的程度，当认定铜液中的含氧量已达到要求时应立即停止氧化。经氧化的铜液出炉前应该对铜液进行脱氧处理，以除去铜液中多余的氧。
（2）沸腾除气
从图2-10看出，黄铜的沸腾温度随含锌量的增加而降低。
图2-10 黄铜的沸腾温度与锌含量关系
锌的蒸气压随着温度的升高而增高，在沸点即907℃时所达到的压力等于一个大气压，锌的蒸发强度在还原气氛下将增大若干倍，此时锌的挥发不是通常的氧化性气氛所能左右的。ZnO的分解压力在1127℃时为5.4×10-21MPa。当熔融金属过热到1250℃时，ZnO的分解压力不超过1.4×10-17MPa。ZnO的分解压力如此小，锌蒸气被迅速氧化是不可避免的。
工频有铁芯感应电炉熔炼黄铜时熔沟中温度高，形成锌蒸气泡上浮。随着熔池温度升高，锌蒸气气压逐渐增大，当整个熔池温度升高到接近或超过沸点时，大量蒸气从熔池喷出，即形成喷火现象。这种喷火程度越强烈，喷的次数越多，则熔体中的氢进入蒸气泡也越多，除气效果就越好。由于蒸气泡自下向上分布较均匀，沸腾除气的效果较好。
含锌低于20%的黄铜不能采用沸腾除气方法。
（3）惰性气体除气
用钢管将氮气、氩气等通入金属熔体时，气泡内的氢气分压为零，而溶于气泡附近熔体中的氢气分压远大于零，基于氢气在气泡内外分压之差，使溶于熔体中的氢不断向气泡扩散，并随着气泡的上升和逸出而排除到大气中，达到除气目的。
气泡越小，数量越多，对除气越有益。由于气泡上浮的速度快，通过熔体的时间短，且气泡不可能均匀地分布于整个熔体中，故用此法除气不容易彻底；随着熔体中含氢量的减少，除气效果显著降低（图2-11）。为提高除气精炼效果，应控制气体的纯度。研究表明精炼气体中氧含量不得超过0.03%（体积分数），水分不得超过3.0g/L。若氮气中氧含量为0.5%和1%，除气效果分别下降40%和90%。
图2-11 吹气时间与除气程度的关系
（4）真空除气
真空熔炼主要具有以下特点：①可以避免合金元素的氧化损失和吸气，而且为熔体中气体的析出创造了良好条件；②熔体免受污染，在某种程度上可以提高纯度，有利于获得纯度比较高的金属及合金；③有利于提高材料的某些物理或力学性能。
小型真空感应电炉通常采用石墨质材料制造的坩埚炉衬，可以免受其他耐火材料对熔体的污染，同时也可充分利用碳的良好脱氧作用。真空熔炼的主要缺点是可以造成某些沸点比较低、蒸气压力较高的合金元素的大量挥发损失。因此，出现了先抽真空然后向熔室中充以某种惰性气体，例如充氩气的熔炼方式。
真空熔炼炉的炉体多和真空铸造装置安装在同一真空室中，受设备能力限制适合于小批量生产某些纯度比较高，或者某些高铜合金、铜镍合金。真空条件下熔池表面的气压极低，原溶于铜液中的氢等气体容易逸出。真空除气的除气速度和程度较高，活性难熔金属及其合金、耐热及精密合金等，采用真空熔铸法除气效果更好。大气压下和真空中熔炼的紫铜其中的气体含量差别，如表2-2所示。
表2-2 不同条件熔炼纯铜熔体含气量比较
3.脱氧精炼
（1）扩散脱氧
表面脱氧剂的脱氧反应主要在熔池表面进行，内部熔体的脱氧主要是靠氧化亚铜不断向熔池表面扩散的作用实现。氧化亚铜的密度比铜小，易于向熔池表面浮动。熔池表面的氧化亚铜不断被还原，浓度不断降低，浓度差作用的结果使熔池内部氧化亚铜不断上浮。铜液在木炭覆盖下，温度为1200℃，保持时间20min，铜液中氧化亚铜的含量可由原来的0.7%下降到0.5%。木炭的脱氧反应是：
2Cu2O +C 4Cu +CO2↑
除了木炭以外，还可以用某些密度远小于铜的可还原氧化亚铜的熔剂，例如硼化镁（Mg3B2）、碳化钙（CaC2）、硼渣（Na2B4O6·MgO）等作表面脱氧剂。
（2）沉淀脱氧
铜及铜合金常用的沉淀脱氧剂有磷、硅、锰、铝、镁、钙、钛、锂等，脱氧结果形成气态、液态或固态生成物。主要反应式如下：
5Cu2O +2P P2O5 +10Cu Cu2O +P2O5 2CuPO3（L）
Cu2O +Mg MgO（S）+2Cu Cu2O +Li Li2O（S）+2Cu
脱氧反应所产生的细小固体氧化物，使金属的黏度增大或成为金属中分布不均匀的夹杂物。采用这类脱氧剂时，应控制加入量。沉淀脱氧能在整个熔池内进行，脱氧效果显著。缺点是脱氧剂残余可能形成夹杂。
（3）磷铜脱氧
除电工材料用的纯铜外，磷是应用最广泛的脱氧剂；磷以磷铜中间合金形式加入，P-Cu二元相图中在8.4%P处形成Cu+Cu3P共晶，熔点714℃，超过14%P后，磷以蒸气形式逸出，故常用的磷铜含磷量低于14%。磷铜加入铜液后，即在整个熔池内进行脱氧反应。脱氧第一阶段，磷蒸气与铜液中的Cu2O作用：
5Cu2O +2P P2O5 ↑ +10Cu
反应产物P2O5的沸点为347℃，在铜液中以气泡形式上浮，上浮过程中继续与铜液中的Cu2O起反应，进入脱氧第二阶段：
Cu2O +P2O5 2CuPO3
当Cu2O含量较高，磷蒸气逸出较慢时，磷也可能直接与Cu2O反应：
6Cu2O +2P 2CuPO3+10Cu
偏磷酸铜CuPO3的熔点低，密度比铜小，容易上浮至液面而被除去。
电工器材用的高电导率铜不能用磷铜脱氧，以免剧烈降低电导率。熔炼高电导率铜时，可先加磷0.03%进行预脱氧，然后加锂0.03%终脱氧。锂以Li-Ca或Li-Cu中间合金形式加入。残留锂对电导率影响较少，故使用广泛，但锂的价格昂贵，仅在终脱氧时加入，加入量要严格计算好。
铜合金脱氧时，磷铜通常分二次加入，第一次是纯铜化清后，加入2/3，使铜液中的Cu2O还原。再依次加入合金元素。第二次在浇注前加入剩余的1/3，终脱氧并提高铜液的流动性，降低铜液黏度。此外，P2O5还能与铜液中的SiO2、Al2O3等夹杂物形成低熔点的复合化合物。这些复合化合物的密度比铜液小，易于凝聚上浮。生产经验表明，浇注前加入磷铜后，铜液立即会清亮起来。
黄铜含锌量高，锌本身能脱氧，铝青铜、硅青铜中的铝、硅是强脱氧剂，因此都不必脱氧操作。