CN101612650B - 含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的方法及装置，包括中频无芯感应熔炼炉、中频感应保温炉和结晶器，在中频感应保温炉上方安装易氧化合金元素送料装置。制备时，先将原料加入到中频无芯感应熔炼炉中升温，覆盖木炭，待熔化后升温至1200℃～1400℃，除氧造渣后将熔体经流槽转移到中频感应保温炉中，流槽和中频感应保温炉中均通入保护气体，保温炉中的熔体采用木炭覆盖；在熔体转移的同时，将易氧化合金元素通过内充保护气体的石墨管送入中频感应保温炉，石墨管外围的保护罩中通入保护气体，熔体温度在1100℃～1300℃；进行水平连铸，铸造过程超过30分钟时进行二次合金化，实现含易氧化合金元素的铜合金的非真空连续铸造。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜合金非真空水平连铸方法，尤其涉及一种含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸方法及其装置，属于有色金属制备技术领域。
背景技术
某些含易氧化合金元素的铜合金如Cu-Cr-Zr、CuTi合金，具有优良的性能。Cu-Cr-Zr合金具有高强度、高导电率的特点，可以应用于电子引线框架、电气化铁路机车导线、大型结晶器等，具有良好的市场前景；CuTi合金具有极高的强度、弹性性能，是理想的高强、高弹环保铜合金材料。
目前工业生产中Cu-Cr-Zr、CuTi合金的制备普遍采用真空熔炼方法，真空制备生产方式存在如下问题：①真空熔炼设备投资较大，设备占地面积较大；②采用真空设备进行半连续铸造，铸造过程需要真空，生产效率较低，不适应大规模生产，限制了Cu-Cr-Zr等合金的产业化生产与应用。
近几年，国内也开始研究Cu-Cr-Zr、CuTi合金非真空技术，相关的报道和专利也层出不穷，但对于工业化大规模生产(如＞1t熔炼炉)的设备和方法较少提及。如今铜加工行业及下游应用市场的反馈信息表明，Cu-Cr-Zr、CuTi合金非真空制备技术推广及其产品具有很大的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的方法及装置，适用于制备较大卷中的含易氧化金属元素的铜合金材料及制品。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的装置，包括熔炼炉、保温炉和结晶器，结晶器与保温炉相衔接，特点是：所述熔炼炉为中频无芯感应熔炼炉，所述保温炉为中频感应保温炉，中频无芯感应熔炼炉的流口高度高于中频感应保温炉，中频无芯感应熔炼炉的流口通过流槽与中频感应保温炉相连通；在中频感应保温炉上方安装易氧化合金元素送料装置，所述易氧化合金元素送料装置包含石墨管、耐火材质保护罩和送料轮，所述石墨管伸入中频感应保温炉中，所述送料轮与石墨管驱动连接，送料轮可驱动石墨管上下运动，在石墨管的外围安装耐火材质保护罩；另外，所述石墨管和流槽还接入保护气体管路。
进一步地，上述的含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的装置，其中，所述耐火材质保护罩接入保护气体管路。
更进一步地，含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的方法，特点是：首先将原料加入到中频无芯感应熔炼炉中升温，并覆盖木炭，继续加热至金属全部熔化，升温至1200℃～1400℃，除氧造渣后将熔体经流槽转移到中频感应保温炉中，流槽和中频感应保温炉中均通入保护气体，中频感应保温炉中的熔体采用木炭覆盖；在熔体从流槽转移进入中频感应保温炉的同时，将配比好的易氧化合金元素通过内充保护气体的石墨管连续送入中频感应保温炉，石墨管外围的耐火材质保护罩中亦通入保护气体，保温加热使熔体温度在1100℃～1300℃；最后进行水平连铸，铸造过程超过30分钟时进行二次合金化以稳定合金成分。
再进一步地，上述的含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的方法，其中，所述保护气体为C0、N2、Ar中的一种或几种的的混合气体。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明在水平连续铸造设备的基础上，设置一套易氧化合金元素送料装置，有效地添加合金元素，使用覆盖剂保护中频无芯感应熔炼炉及中频感应保温炉内的熔体，采用气氛保护工艺和二次合金化工艺，实现含易氧化合金元素的铜合金的非真空连续铸造，从而实现CuCrZr、CuTi等铜合金的非真空产业化制备。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明装置的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
| 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 |
| 1 | 中频无芯感应熔炼炉 | 2 | 中频感应保温炉 | 3 | 石墨管 |
| 4 | 耐火材质保护置 | 5 | 送料轮 | 6 | 木炭 |
| 7 | 结晶器 | 8 | 流槽 |
具体实施方式
提供一种铜合金非真空水平连铸方法及装置，采用该方法及装置能够在气氛保护环境下实现易氧化合金元素的连续添，实现合金成分的调整与控制，从而实现易氧化铜合金的高效、连续化生产。
如图1所示，含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的装置，主要包括熔炼炉1、保温炉2、流槽和结晶器7，其中，熔炼炉1采用中频无芯感应熔炼炉，保温炉2采用中频感应保温炉，中频无芯感应熔炼炉1的流口高度高于中频感应保温炉2，中频无芯感应熔炼炉1的流口通过流槽8与中频感应保温炉2相连通，中频感应保温炉2与结晶器7相衔接；在中频感应保温炉2上方安装易氧化合金元素送料装置，易氧化合金元素送料装置包含石墨管3、耐火材质保护罩4和送料轮5，石墨管3伸入中频感应保温炉2中，送料轮5与石墨管3驱动连接，送料轮5可驱动石墨管3上下运动，在石墨管3的外围安装耐火材质保护罩4；另外，石墨管3和耐火材质保护罩4以及流槽8均接入保护气体管路。
易氧化合金元素送料装置安装在中频感应保温炉上方，易氧化合金元素送料装置中石墨管3的高度可以上下调节，石墨管3内可通入保护气体，防止送料过程熔体受到污染；石墨管外装有保护罩4，保护罩材质为耐火材料，保护罩4内可通入保护气体，以延长石墨管3的使用寿命。
运用上述装置进行含易氧化合金元素铜合金的非真空连续制备时，首先将原料加入到中频无芯感应熔炼炉1中升温，并覆盖木炭，继续加热至金属全部熔化，升温至1200℃～1400℃，除氧造渣后将熔体经流槽8转移到中频感应保温炉2中，流槽8和中频感应保温炉2中均通入保护气体(CO、N2、Ar中的一种或几种的的混合气体)，中频感应保温炉2中的熔体采用木炭6进行覆盖；在熔体从流槽转移进入中频感应保温炉的同时，将配比好的易氧化合金元素通过内充保护气体的石墨管3连续送入中频感应保温炉2，石墨管外围的耐火材质保护罩4中亦通入保护气体，保温加热使熔体温度在1100℃～1300℃；最后进行水平连铸。
在铜合金水平连铸设备基础上，通过安装易氧化合金元素送料装置，采用覆盖剂与保护气氛双重保护工艺及二次合金化工艺，实现含易氧化合金元素铜合金的连续生产。合金元素可以采用线材形式连续送入，也可以采用棒料或颗粒形式添加。中频无芯感应熔炼炉及中频感应保温炉中的熔体采用煅烧木炭作为覆盖剂，另外流槽、保温炉、易氧化合金元素送料装置采用保护气体实施辅助性保护。合金熔体充分熔化后，升温至工艺温度，除氧、造渣、静置，进行初步合金化，成分检验合格后熔体转移。熔体通过流槽从熔炼炉转移至保温炉，流槽内通入保护性气氛，保护气氛可以是CO、N2、Ar，或者几种气体的混合物。通过易氧化合金元素送料装置向保温炉中添加易氧化合金元素，静置均匀后，开始半连续铸造。
实施例1：CuCrZr合金非真空制备
首先将电解铜投入中频无芯感应熔炼炉1中加热，覆盖木炭，待电解铜部分熔化时加入Cr或者CuCr中间合金，继续加热至金属全部熔化，升温至1200℃～1400℃，除氧造渣，取样分析，Cr元素含量达标后将熔体经流槽8转移到中频感应保温炉2中；
在熔体从流槽8转移进入中频感应保温炉2的同时，将配比好的易氧化合金元素(如Zr、Mg、Si、Ti等)通过内充保护气氛的石墨管3连续送入中频感应保温炉2，石墨管外层的耐火材质保护罩4中亦通入保护性气体，以延长其使用寿命，保温加热使熔体温度在1100℃～1300℃之间；
对中频感应保温炉2中熔体取样分析，成分合格后开始水平连铸，铸造过程超过30分钟时进行二次合金化以稳定合金成分。
实施例2：CuTi合金非真空制备
将电解铜放入中频无芯感应熔炼炉1中加热，覆盖木炭，待电解铜全部熔化，升温至1200℃～1400℃，除氧造渣后将熔体经流槽8转移到中频感应保温炉2中。
在熔体从流槽8转移进入中频感应保温炉2的同时，将配比好的易氧化合金元素Ti或CuTi合金通过内充保护气氛的石墨管3连续送入中频感应保温炉2，石墨管外层的耐火材质保护罩4中亦通入保护性气体，以延长其使用寿命，保温加热使熔体温度在1100℃～1300℃之间；
对保温炉中熔体取样分析，成分合格后开始水平连铸，铸造过程超过30分钟时进行二次合金化以稳定合金成分。
综上所述，本发明在水平连续铸造设备的基础上，设置一套易氧化合金元素送料装置，有效地添加合金元素，使用覆盖剂保护中频无芯感应熔炼炉及中频感应保温炉内的熔体，采用气氛保护工艺和二次合金化工艺，实现含易氧化合金元素的铜合金的非真空连续铸造，从而实现CuCrZr、CuTi等铜合金的非真空产业化制备。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (4)
1.含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的装置，包括熔炼炉、保温炉和结晶器，结晶器与保温炉相衔接，其特征在于：所述熔炼炉为中频无芯感应熔炼炉，所述保温炉为中频感应保温炉，中频无芯感应熔炼炉的流口高度高于中频感应保温炉，中频无芯感应熔炼炉的流口通过流槽与中频感应保温炉相连通；在中频感应保温炉上方安装易氧化合金元素送料装置，所述易氧化合金元素送料装置包含石墨管、耐火材质保护罩和送料轮，所述石墨管伸入中频感应保温炉中，所述送料轮与石墨管驱动连接，送料轮可驱动石墨管上下运动，在石墨管的外围安装耐火材质保护罩；另外，所述石墨管和流槽还接入保护气体管路。
2.根据权利要求1所述的含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的装置，其特征在于：所述耐火材质保护罩接入保护气体管路。
3.利用权利要求1所述装置实现含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的方法，其特征在于：首先将原料加入到中频无芯感应熔炼炉中升温，并覆盖木炭，继续加热至金属全部熔化，升温至1200℃～1400℃，除氧造渣后将熔体经流槽转移到中频感应保温炉中，流槽和中频感应保温炉中均通入保护气体，中频感应保温炉中的熔体采用木炭覆盖；在熔体从流槽转移进入中频感应保温炉的同时，将配比好的易氧化合金元素通过内充保护气体的石墨管连续送入中频感应保温炉，石墨管外围的耐火材质保护罩中亦通入保护气体，中频感应保温炉中熔体温度保持在1100℃～1300℃；最后进行水平连铸，铸造过程超过30分钟时进行二次合金化稳定合金成分。
4.根据权利要求3所述的含易氧化合金元素铜合金的非真空水平连铸的方法，其特征在于：所述保护气体为CO、N2、Ar中的一种或几种的混合气体。
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