CN110508768A

CN110508768A - 一种高性能铜合金铸锭的制备方法

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Publication number: CN110508768A
Application number: CN201910912486.9A
Authority: CN
Inventors: 谯光辉; 赵国天; 刘洪昌
Original assignee: Zhuhai Dahua New Material Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Dahua New Material Co Ltd
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2019-11-29

Abstract

一种高性能铜合金铸锭的制备方法，该方法采用铜合金真空水冷连续铸造设备，使铜合金生产过程的熔炼、成分调整、取样化验、浇铸均处于真空状态，避免了铜合金溶液中易氧化成分发生氧化，保证了铜合金成分的准确控制；同时通过对浇铸过程循环冷却水温度、结晶器内铜水高度及引锭头向下运动速度的控制，实现对结晶器内铜水结晶过程的控制，使生产出的铜合金具有合金成分稳定、定向凝固、无严重β相的优点，最终保证了铜合金产品的高性能。

Description

一种高性能铜合金铸锭的制备方法

技术领域

本发明涉及铜合金生产技术领域，具体涉及一种高性能铜合金铸锭的制备方法。

背景技术

目前国内外铜合金生产方法普遍采用中频感应炉真空熔炼加破真空半连续铸造的方法进行生产，这种方法的优点是：真空熔炼可最大限度减少铜合金中易氧化成分的氧化和挥发，半连续铸造因为强冷却的原因，具有铸锭均匀、湍流与氧化小、冷却快速、定向凝固、无严重的β相，高成品率和模具费用低的优点；但这种生产方法也有不足之处：以铍青铜生产为例，破真空状态下半连续铸造时，由于金属铍在高温下极易氧化，铸造过程中产生的灰尘和废水中氧化铍超标，造成严重环境污染，且极易引起生产现场工人中毒；同时因铍在浇铸过程中的氧化，也造成了铍青铜中铍的含量不稳定，而高性能铍青铜依赖于对铍含量的准确控制，当铍青铜中铍的含量不稳定时，最终影响了铍青铜合金的性能。

中国发明专利CN201710999217.1提出了一种铜合金真空连续熔炼铸造方法，该铸造方法所采用的生产设备中设置有上流槽、下流槽、石墨结晶器等装置；但该专利并未揭示出上流槽与熔炼炉和铸造炉之间的连接密封结构，以及石墨结晶器与铸造炉之间的连接密封结构；而已知的上流槽、石墨结晶器在实际工作中会产生局部高温，局部高温会使熔炼炉和铸造炉产生局部不均匀变形，局部不均匀变形会破坏熔炼炉、铸造炉连接的其它部件的密封结构，因而存在产生泄漏问题，泄漏会导致空气进入铜合金铸造工作空间，使铜合金溶液中易氧化成分发生氧化，造成了铜合金成分的不稳定，最终影响了铜合金的性能。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种高性能铜合金铸锭的制备方法，该方法采用铜合金真空水冷连续铸造设备，使铜合金生产过程的熔炼、成分调整、取样化验、浇铸均处于真空状态，避免了铜合金溶液中易氧化成分发生氧化，保证了铜合金成分的准确控制；同时通过对浇铸过程循环冷却水温度、结晶器内铜水高度及引锭头下行速度的控制，实现对结晶器内铜水结晶过程的控制，使生产出的铜合金具有合金成分稳定、定向凝固、无严重β相的优点，最终保证了铜合金产品的高性能。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种高性能铜合金铸锭的制备方法，采用一种铜合金真空水冷连续铸造设备，该设备包括熔炼真空炉、浇铸真空炉、流槽室、拉铸机和移动流槽；所述熔炼真空炉中设置有中频炉，中频炉连接有翻转机构；熔炼真空炉与浇铸真空炉通过隔断阀固定密封连接；所述浇铸真空炉与流槽室相互连通；所述浇铸真空炉中设置有升降装置和结晶器；所述拉铸机设置在浇铸真空炉下部；拉铸机设置有引锭头，其上下垂直移动；引锭头移动至最上端时，伸入结晶器的腔体中；所述流槽室内设置有移动装置和移动流槽；所述移动流槽包括流槽托架、流槽，流槽活动设置在流槽托架上；所述移动流槽活动设置在移动装置上，沿移动装置水平移动；当移动流槽移动至升降装置上，升降装置带动移动流槽向下移动后，流槽的出料口与结晶器连通；中频炉在翻转状态下，其出料口与流槽开口对应设置；基于铜合金真空水冷连续铸造设备，高性能铜合金铸锭的制备方法具体流程如下：

S1：将将原材料按生产工艺要求称重配料，加入熔炼真空炉的中频炉内；

S2：对熔炼真空炉抽真空；真空度达到工艺设定要求后，中频炉送电，熔炼原材料；

S3：检查浇铸真空炉、流槽室设备状况、清理结晶器；

S4：检查拉铸机，将引锭头抬升到结晶器腔内，检查引锭头与结晶器支撑板密封状况；

S5：检查流槽完好状态；将流槽移至烘烤室进行升温；

S6：原材料全部熔化成铜水后，将称重好的成分调整料加入铜水中，继续进行熔炼；

S7：成分调整后的铜水进行精炼，同时持续测温；

S8：成分调整后的铜水达到设定温度后，取样进行成分检测；

S9：将烘烤至设定温度的流槽吊入溜槽室，设置在流槽托架上；对浇铸真空炉、流槽室抽真空，直到达到工艺设定要求；

S10：熔炼真空炉、浇铸真空炉、流槽室充入保护性气体，达到工艺设定要求的压强；

S11：打开隔断阀，流槽托架移动至升降装置上，升降装置下降至设定位置，流槽的出料口与结晶器连通；翻转中频炉，将精炼好的铜水按工艺设定速度倒入流槽，铜水经流槽出料口流入结晶器；

S12：引锭头按工艺设定速度向下运动，拉出铜锭，直到中频炉中的铜水全部倒完，拉出完整的铜锭。

进一步的，所述熔炼真空炉包括熔炼真空炉体、熔炼真空炉盖、加料仓、加料仓盖、加料仓隔断阀、支架组合；所述熔炼真空炉体、熔炼真空炉盖、加料仓、加料仓盖活动密封连接，其中熔炼真空炉盖与加料仓之间设置有加料仓隔断阀；所述支架组合更换连接加料装置、测温装置、取样装置，用于铜合金熔炼过程中，成分调整料添加、铜水温度测量及铜水的取样；关闭加料仓隔断阀，即使在支架组合更换连接加料装置、测温装置、取样装置操作时，也能保证熔炼真空炉的真空度。

进一步的，所述结晶器、引锭头中设置有冷却腔，冷却腔内通有循环冷却水，循环冷却水按工艺要求设定温度及流量，使进入结晶器内的铜水强制冷却。

进一步的，所述流槽上设置有塞棒，其下端部的锥头活动设置在流槽出料孔中，塞棒连接有控制装置；控制装置通过控制塞棒高度，控制铜水流入结晶器的速度，进而达到控制结晶器内铜水的高度。

进一步的，熔炼真空炉在熔炼原材料时，真空度低于20Pa。

进一步的，引锭头和结晶器在铜合金铸造时接通冷却水，水温设定为20℃～30℃，流量设定为10～15升/分钟；水温及流量设定根据环境温度及生产铜合金牌号确定。

进一步的，熔炼真空炉、浇铸真空炉、流槽室充入保护性气体的压强为6*10⁴Pa～8×10⁴Pa之间。

进一步的，铜水流入结晶器的速度为60～70毫米/分钟。

进一步的，引锭头工作时，向下运动速度为60～70毫米/分钟；引锭头向下运动速度与铜水流入结晶器的速度基本保持同步。

在铜合金浇铸过程中，通过对浇铸真空度、循环冷却水温度及流量、结晶器内铜水高度及引锭头向下运动速度的控制，实现对铜水合金成分及结晶器内铜水结晶过程的控制，使生产出的铜合金具有合金成分稳定、定向凝固、无严重β相的优点，保证了铜合金的高性能。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明公开的一种高性能铜合金铸锭的制备方法，该方法采用铜合金真空水冷连续铸造设备，使铜合金生产过程的熔炼、成分调整、取样化验、浇铸均处于真空状态，避免了铜合金溶液中易氧化成分发生氧化，保证了铜合金成分的准确控制；同时通过对浇铸过程循环冷却水温度及流量、结晶器内铜水高度及引锭头向下运动速度的控制，实现对结晶器内铜水结晶过程的控制，使生产出的铜合金具有合金成分稳定、定向凝固、无严重β相的优点，最终保证了铜合金产品的高性能。

附图说明

图1为铜合金真空水冷连续铸造设备结构示意图；

图2为熔炼真空炉结构示意图；

图3为移动流槽外观示意图。

图中：1、熔炼真空炉；101、熔炼真空炉体；102、熔炼真空炉盖；103、加料仓；104、加料仓盖；105、加料仓隔断阀；204、支架组合；2、浇铸真空炉；204、结晶器；205、升降装置；3、流槽室；303、移动装置；4、隔断阀；5、拉铸机；501、引锭头；6、中频炉；7、移动流槽；701、流槽托架；702、流槽；7023、塞棒。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。

一种高性能铜合金铸锭的制备方法，采用一种铜合金真空水冷连续铸造设备，该设备包括熔炼真空炉1、浇铸真空炉2、流槽室3、拉铸机5和移动流槽7；所述熔炼真空炉1中设置有中频炉6，中频炉6连接有翻转机构；熔炼真空炉1与浇铸真空炉2通过隔断阀4固定密封连接；所述熔炼真空炉1包括熔炼真空炉体101、熔炼真空炉盖102、加料仓103、加料仓盖104、加料仓隔断阀105、支架组合107；所述熔炼真空炉体101、熔炼真空炉盖102、加料仓103、加料仓盖104活动密封连接，其中熔炼真空炉盖102与加料仓103之间设置有加料仓隔断阀105；所述支架组合107更换连接加料装置、测温装置、取样装置；所述浇铸真空炉2与流槽室3相互连通；所述浇铸真空炉2中设置有升降装置205和结晶器204；所述拉铸机5设置在浇铸真空炉2下部；拉铸机5设置有引锭头501，引锭头501上下垂直移动；引锭头501移动至最上端时，伸入结晶器204的腔体中，结晶器204、引锭头501中设置有冷却腔，冷却腔内通有循环冷却水；所述流槽室3顶部活动密封设置有溜槽室盖，流槽室3内设置有移动装置303，所述移动流槽7活动设置在移动装置303上，沿移动装置303水平移动；当移动流槽7移动至升降装置205上，升降装置205带动移动流槽7向下移动后，移动流槽7的出料口与结晶器204连通；中频炉6在翻转状态下，其出料口与移动流槽7开口对应设置；所述移动流槽7包括流槽托架701、流槽702，流槽702活动设置在流槽托架701上；流槽702上设置有塞棒7023，其下端部的锥头活动设置在流槽702出料孔中；塞棒7023连接有控制装置。

基于上述铜合金真空水冷连续铸造设备，本发明采用以下生产流程：

S1：将原材料按生产工艺要求称重配料；将配置好的原材料加入熔炼真空炉1的中频炉6内；

S2：对熔炼真空炉1抽真空；真空度达到工艺设定要求后，中频炉6送电，熔炼原材料；

S3：检查浇铸真空炉2、流槽室3设备状况、清理结晶器204；

S4：检查拉铸机5，将引锭头501抬升到结晶器204腔内，按工艺要求温度及流量接通引锭头501和结晶器204的循环冷却水；检查引锭头501与结晶器支撑板2034密封状况；

S5：检查流槽702完好状态；检查塞棒7023初始位置及控制装置运动状态；将流槽移至烘烤室进行升温；

S6：将称重好的成分调整料放入加料装置中，并将加料装置设置在支架组合204上；原材料全部熔化成铜水后，将称重好的成分调整料通过加料装置加入铜水中，继续进行熔炼；退出加料装置，将测温装置设置在支架组合204上；

S7：成分调整后的铜水进行精炼，使用测温装置对铜水测温；

S8：当成分调整后的铜水达到设定温度后，退出测温装置，将取样装置设置在支架组合204上，对铜水取样进行成分检测；

S9：将烘烤至设定温度的流槽702吊入溜槽室，设置在流槽托架701上，关闭溜槽室盖；对浇铸真空炉2、流槽室3抽真空，达到工艺设定要求；

S10：熔炼真空炉1、浇铸真空炉2、流槽室3充入保护性气体，达到工艺设定要求的压强；

S11：打开隔断阀4，流槽托架701移动至升降装置205上，升降装置205下降至设定位置，流槽702的出料口与结晶器204连通；翻转中频炉6，将精炼好的铜水按工艺设定速度倒入流槽702，铜水经流槽出料口流入结晶器；通过控制塞棒7023高度，控制铜水流入结晶器速度；

S12：引锭头501按工艺设定速度向下运动，拉出铜锭，直到中频炉6中的铜水全部倒完，拉出完整的铜锭。

以牌号为TBe2的铍青铜合金为例，其制备方法具体流程如下：

S1：按重量百分比，将原材料依照表一要求称重配料，总重三吨；将配置好的原材料加入熔炼真空炉1的中频炉6内，关闭隔断阀4；

表一S2：对熔炼真空炉1抽真空，真空度低于20Pa后，中频炉6送电，熔炼原材料；

S3：检查浇铸真空炉2、流槽室3设备状况、清理结晶器204；

S4：检查拉铸机5，将引锭头501抬升到结晶器204腔内，接通引锭头501和结晶器204的循环冷却水，水温设定为30℃，流量设定为10升/分钟；用0.05毫米塞尺检查引锭头501与结晶器支撑板之间间隙；

S5：目测检查流槽702完好状态；检查塞棒7023初始位置及控制装置运动状态；将流槽移至烘烤室进行升温；

S6：将称重好的颗粒状铜铍合金放入加料装置中，并将加料装置设置在支架组合204上；原材料全部熔化成铜水后，将铜铍合金通过加料装置加入铜水中，继续进行熔炼；退出加料装置，将测温装置设置在支架组合204上；

S7：加入颗粒状铜铍合金的铜水进行精炼20～30分钟，使用测温装置对铜水测温；

S8：当成分调整后的铜水达到1200～1280℃温度后，退出测温装置，将取样装置设置在支架组合204上，对铜水取样进行成分检测；

S9：将烘烤至设定温度的流槽702吊入溜槽室，设置在流槽托架701上；对浇铸真空炉2、流槽室3抽真空；抽真空时间控制在5分钟内，真空度低于100Pa；

S10：熔炼真空炉1、浇铸真空炉2、流槽室3充入保护性气体，充入保护性气体后的压强为6*10⁴Pa～8×10⁴Pa之间；

S11：打开隔断阀4，流槽托架701移动至升降装置205上，升降装置205下降至设定位置，流槽702的出料口与结晶器204连通；翻转中频炉6，将精炼好的铜水按工艺设定速度倒入流槽702，铜水经流槽出料口流入结晶器；通过控制塞棒7023高度，控制铜水流入结晶器速度为60～70毫米/分钟；

S12：引锭头501以65毫米/分钟的速度向下运动，拉出铜锭，直到中频炉6中的三吨铜水全部倒完，拉出完整的铜锭。

本发明未详述部分为现有技术。

Claims

1.一种高性能铜合金铸锭的制备方法，其特征是：采用一种铜合金真空水冷连续铸造设备，该设备包括熔炼真空炉（1）、浇铸真空炉（2）、流槽室（3）、拉铸机（5）和移动流槽（7）；所述熔炼真空炉（1）中设置有中频炉（6），中频炉（6）连接有翻转机构；熔炼真空炉（1）与浇铸真空炉（2）通过隔断阀（4）固定密封连接；所述浇铸真空炉（2）与流槽室（3）相互连通；所述浇铸真空炉（2）中设置有升降装置（205）和结晶器（204）；所述拉铸机（5）设置在浇铸真空炉（2）下部；拉铸机（5）设置有引锭头（501），其上下垂直移动；引锭头（501）移动至最上端时，伸入结晶器（204）的腔体中；所述流槽室（3）内设置有移动装置（303）和移动流槽（7）；所述移动流槽（7）包括流槽托架（701）、流槽（702），流槽（702）活动设置在流槽托架（701）上；所述移动流槽（7）活动设置在移动装置（303）上，沿移动装置（303）水平移动；当移动流槽（7）移动至升降装置（205）上，升降装置（205）带动移动流槽（7）向下移动后，流槽（702）的出料口与结晶器（204）连通；中频炉（6）在翻转状态下，其出料口与流槽（702）开口对应设置；基于铜合金真空水冷连续铸造设备，高性能铜合金铸锭的制备方法具体流程如下：

S1：将原材料按生产工艺要求称重配料，加入熔炼真空炉（1）的中频炉（6）内；

S2：对熔炼真空炉（1）抽真空；真空度达到工艺设定要求后，中频炉（6）送电，熔炼原材料；

S3：检查浇铸真空炉（2）、流槽室（3）设备状况、清理结晶器（204）；

S4：检查拉铸机（5），将引锭头（501）抬升到结晶器（204）腔内，检查引锭头（501）与结晶器支撑板（2034）密封状况；

S5：检查流槽（702）完好状态；将流槽移至烘烤室进行升温；

S7：成分调整后的铜水进行精炼，同时持续测温；

S9：将烘烤至设定温度的流槽（702）吊入溜槽室，设置在流槽托架（701）上；对浇铸真空炉（2）、流槽室（3）抽真空，直到达到工艺设定要求；

S10：熔炼真空炉（1）、浇铸真空炉（2）、流槽室（3）充入保护性气体，达到工艺设定要求的压强；

S11：打开隔断阀（4），流槽托架（701）移动至升降装置（205）上，升降装置（205）下降至设定位置，流槽（702）的出料口与结晶器（204）连通；翻转中频炉（6），将精炼好的铜水按工艺设定速度倒入流槽（702），铜水经流槽出料口流入结晶器；

S12：引锭头（501）按工艺设定速度向下运动，拉出铜锭，直到中频炉（6）中的铜水全部倒完，拉出完整的铜锭。

2.根据权利要求1所述高性能铜合金铸锭的制备方法，其特征是：所述熔炼真空炉（1）包括熔炼真空炉体（101）、熔炼真空炉盖（102）、加料仓（103）、加料仓盖（104）、加料仓隔断阀（105）、支架组合（107）；所述熔炼真空炉体（101）、熔炼真空炉盖（102）、加料仓（103）、加料仓盖（104）活动密封连接，其中熔炼真空炉盖（102）与加料仓（103）之间设置有加料仓隔断阀（105）；所述支架组合（107）更换连接加料装置、测温装置、取样装置。

3.根据权利要求4所述高性能铜合金铸锭的制备方法，其特征是：所述结晶器（204）、引锭头（501）中设置有冷却腔，冷却腔内通有循环冷却水。

4.根据根据权利要求1所述高性能铜合金铸锭的制备方法，其特征是：所述流槽（702）上设置有塞棒（7023），其下端部的锥头活动设置在流槽（702）出料孔中；塞棒（7023）连接有控制装置。

5.根据根据权利要求1所述高性能铜合金铸锭的制备方法，其特征是：熔炼真空炉（1）工作时，真空度低于20Pa。

6.根据根据权利要求1所述高性能铜合金铸锭的制备方法，其特征是：引锭头（501）和结晶器（204）工作时接通冷却水，水温设定为20℃~30℃，流量设定为10~15升/分钟。

7.根据根据权利要求1所述高性能铜合金铸锭的制备方法，其特征是：熔炼真空炉（1）、浇铸真空炉（2）、流槽室（3）充入保护性气体的压强为6*10⁴Pa~8×10⁴Pa之间。

8.根据根据权利要求1所述高性能铜合金铸锭的制备方法，其特征是：铜水流入结晶器（204）的速度为60~70毫米/分钟。

9.根据根据权利要求1所述高性能铜合金铸锭的制备方法，其特征是：引锭头（501）工作时，向下运动速度为60~70毫米/分钟。