CN113680980B - 一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺 - Google Patents

一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺，具体包括：配料；首次铸造：首次装炉、首次熔炼、精炼除气、铸造、浇铸、铸坯冷却；连续铸造；本发明整体工艺设计合理，制备的铜锰合金，成分均匀一致性好，组织致密，少气孔、夹杂，无宏观、微观偏析等缺陷；并且本发明采用水平连铸的方法能够形成规模化生产，整个工艺具备工艺稳定、操作简便、熔铸生产成本低廉的优势。

Description

一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺
技术领域
本发明涉及铜锰合金制备技术领域，具体涉及一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺。
背景技术
铜锰合金是一种电阻材料，是用来制作电子仪器、测量仪表以及其他工业装置中电阻元件的一种基本材料，广泛用于电机、仪器仪表、汽车、航空航天以及导弹原子能等各个领域。具有很小的电阻温度系数和对铜的电热势低及电阻的高稳定性，具有较高的电阻率，是一种优越的电阻合金材料，并可制成粉、线、箔、片、带、棒、管等形状，表面还可以被覆各种绝缘材料。主要用于制作标准电阻器，分离器，精密或普通电阻元件、高等级计量用电压、电流、电桥、电位差计及其他仪器仪表的精密电阻元件，更适合制作基准用的标准电阻器的电阻元件。具有低温度系数、低热电动势、良好的长期稳定性、低电感，高脉冲负载等特点。
制作成贴片电阻产品，其应用范围非常之广泛，如汽车电子、功率电子、驱动技术、电源检测及医疗技术等方面。
搭接电阻是采用高能电子束将铜和一种合金材料焊接而成，它几乎可以冲压弯折成任何型状，从而灵活满足不同应用和设计的要求。由于其具有的优异性能，越来越广泛的使用在手机、电网、新能源汽车等领域，前景非常广阔。
目前国内市场高端的锰铜合金都是进口的，国内生产工艺虽多采用非真空熔炼，然生产的合金材料杂质含量高，成分组织不均匀，制成的贴片电阻电阻率、电阻温度系数不合格、无法形成规模化生产。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺。
本发明的技术方案为：一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺，具体包括：
S1：配料
按照百分含量：2～10％的Mn元素、0.1～2.0％的Si元素、余量的Cu元素进行配料；
S2：首次铸造
S2-1：首次装炉
依次在加热炉中装入熔剂、覆盖剂、配好的Cu元素原料；其中，加热炉有三个，分别为一个前炉、两个后炉；
S2-2：首次熔炼
升温进行熔化，具体为：冷炉启动时前炉先进行化料，待Cu元素原料开始融化时向前炉加入Mn元素原料，待前炉开始熔化时两个后炉开始加热；
S2-3：精炼除气
待温度升温至1180℃开始除气，过程依次为：氩气除气、CuMg合金脱氧；然后加入铜硅中间合金并调整至硅含量目标值；
S2-4：铸造
当前炉温度升至1230～1280℃时保持温度不变并开始铸造；
S2-5：浇铸
待铸造开始10～15min中内保证两个后炉中熔炼、精炼除气的完成；其中一个后炉开始向前炉开始倾倒，待后炉开始倾倒时同时开启喂丝机，向前炉开始喂丝；并每隔20min取样进行成分检测，当成分含量不合适时及时对喂丝速度进行调整；
S2-6：铸坯冷却
利用结晶器对铸坯以水冷的方式进行首次冷却，同时对凝固后拔出的铸坯以喷水雾的方式进行二次冷却；
S3：连续铸造
待其中一个后炉倾倒完毕后，另一个后炉进行倾倒；倾倒完毕的后炉进行化料、精炼除气、铸造步骤后进一步代替倾倒完毕的后炉向前炉倾倒；两个后炉一直交替进行，其中一台后炉倾倒时另一台后炉开始进行化料。
进一步地，S1所述Mn元素以CuMn37中间合金丝的形式加入；Si元素以CuSi16中间合金的形式加入；Cu元素以电解铜板的形式加入；能够有效地避免原料带来较多杂质的问题。
进一步地，S2-1所述溶剂具体为氟化钠、氟化钙按照质量比1～2:1.5的混合物；所述覆盖剂为木炭、玻璃的按照质量比1～1.5:1的混合物。
进一步地，S2-2、S3所述化料均采用阶梯式升温方式进行，具体为：升温至300℃时开始保温，保温时长为30～45min并以100～110℃的升温阶级进行保温处理，直至物料熔化为止。
进一步地，所述S2-2在升温熔化过程中，在炉口利用惰性气体进行保护；能够有效地避免合金液表面氧化在大气环境中易形成气孔氧化夹杂的缺陷。
进一步地，所述S2-2在熔炼期间用坩埚取样检测Mn含量，待调整熔体成分直至Mn含量达到目标值；材料高温熔化后随时间的变化Mn元素会有烧损，故此要取样进行检测，来调整Mn含量。
进一步地，S2-3所述氩气除气具体为：采用石墨棒将氩气通入熔融态的铜水中，保持25～30min
进一步地，S2-3所述CuMg合金脱氧具体为：按照质量百分比(体积比)直接向熔融的合金熔液中加入0.08～0.1％的铜镁合金。
进一步地，S2-5所述喂丝的速度＝铸造速度*铸坯直径*目标成分含量/丝材直径/中间合金成分/收得率。
进一步地，所述S2-6的具体步骤为：利用结晶器对铸坯以温度为25～32℃、流量为3m3/h的冷却水进行首次冷却，同时对离结晶器100～150mm处凝固后拔出的铸坯以喷水雾的方式进行二次冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明整体工艺设计合理，制备的铜锰合金，成分均匀一致性好，组织致密，少气孔、夹杂，无宏观、微观偏析等缺陷；并且本发明采用水平连铸的方法能够形成规模化生产，整个工艺具备工艺稳定、操作简便、熔铸生产成本低廉的优势。
具体实施方式
实施例1：
一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺，具体包括：
S1：配料
按照百分含量：2～10％的Mn元素、0.1～2.0％的Si元素、余量的Cu元素进行配料；其中，Mn元素以CuMn37中间合金丝的形式加入；Si元素以CuSi16中间合金的形式加入；Cu元素以电解铜板的形式加入；
S2：首次铸造
S2-1：首次装炉
依次在加热炉中装入熔剂、覆盖剂、配好的Cu元素原料；其中，加热炉有三个，分别为一个前炉、两个后炉；其中，溶剂使用量为Cu元素原料质量的0.05％，溶剂具体为氟化钠、氟化钙按照质量比1:1的混合物；覆盖剂为木炭、玻璃的按照质量比1:1的混合物，覆盖剂首次添加30kg，在后续的生产过程中随着覆盖剂会不断消耗需进行不断的补充；
S2-2：首次熔炼
升温进行熔化，具体为：冷炉启动时前炉先进行化料，待Cu元素原料开始融化时向前炉加入Mn元素原料，待前炉开始熔化时两个后炉开始加热；并且在升温熔化过程中，在炉口利用惰性气体进行保护；其中，惰性气体具体采用氩气；熔炼期间用坩埚取样检测Mn含量，待调整熔体成分直至Mn含量达到目标值；
S2-3：精炼除气
待温度升温至1180℃开始除气，过程依次为：氩气除气、CuMg合金脱氧；然后加入铜硅中间合金并调整至硅含量目标值；氩气除气具体为：采用石墨棒将氩气通入熔融态的铜水中，保持25～30min；CuMg合金脱氧具体为：按照质量百分比直接向熔融的合金熔液中加入0.1％的铜镁合金；
S2-4：铸造
当前炉温度升至1230～1280℃时保持温度不变并开始铸造；
S2-5：浇铸
待铸造开始10～15min中内保证两个后炉中熔炼、精炼除气的完成；其中一个后炉开始向前炉开始倾倒，待后炉开始倾倒时同时开启喂丝机，向前炉开始喂丝；并每隔20min取样进行成分检测，当成分含量不合适时及时对喂丝速度进行调整；其中，喂丝的速度＝铸造速度*铸坯直径*目标成分含量/丝材直径/中间合金成分/收得率；
S2-6：铸坯冷却
利用结晶器对铸坯以温度为25～32℃、流量为3m3/h的冷却水进行首次冷却，同时对离结晶器100mm处凝固后拔出的铸坯以喷水雾的方式进行二次冷却；
S3：连续铸造
待其中一个后炉倾倒完毕后，另一个后炉进行倾倒；倾倒完毕的后炉进行化料、精炼除气、铸造步骤后进一步代替倾倒完毕的后炉向前炉倾倒；两个后炉一直交替进行，其中一台后炉倾倒时另一台后炉开始进行化料。
其中，S2-2、S3化料均采用阶梯式升温方式进行，具体为：升温至300℃时开始保温，保温时长为30min并以100℃的升温阶级进行保温处理，直至物料熔化为止；即升温至300℃保温30min，再升温至400℃保温30min，再升温至500℃保温30min，再升温至600℃保温30min，逐步依次升温，直至物料熔化为止。
实施例2：
与实施例1不同的是：S2-2、S3化料均采用阶梯式升温方式进行，具体为：升温至300℃时开始保温，保温时长为40min并以105℃的升温阶级进行保温处理，直至物料熔化为止。
实施例3：
与实施例1不同的是：S2-2、S3化料均采用阶梯式升温方式进行，具体为：升温至300℃时开始保温，保温时长为45min并以110℃的升温阶级进行保温处理，直至物料熔化为止。
应用例：
利用实施例1方法生产的8种不同的铜锰合金扁锭，具体制备的铜锰合金的连铸规格、速度及喂丝速度见表1，具体生产的8种不同铜锰合金扁锭成分见表2。
表1：8种不同的铜锰合金的连铸规格、速度及喂丝速度
Figure BDA0003248162710000061
Figure BDA0003248162710000071
表2：生产的8种不同铜锰合金扁锭成分
铸坯成分 Cu Mn Si 杂质 O
实施一 96.831 3.05 0.102 0.015 0.0005
实施二 96.865 3.02 0.099 0.013 0.0008
实施三 97.126 2.81 0.049 0.012 0.0005
实施四 97.111 2.82 0.055 0.013 0.0004
实施五 90.247 8.51 1.22 0.021 0.0006
实施六 90.244 8.48 1.25 0.024 0.0007
实施七 89.435 9.05 1.48 0.033 0.0008
实施八 89.413 9.01 1.54 0.035 0.0005
并且生产的8种不同的铜锰合金铸锭化学成分均匀一致，杂质含量≤0.1wt％；表面光洁，无积瘤、夹杂(渣)、冷隔、结疤、裂纹、裂边等缺陷，铸锭内部组织致密，无气孔、夹杂、疏松、缩孔、偏析、内裂纹等缺陷。

Claims (7)

1.一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺，其特征在于，具体包括：
S1：配料
按照百分含量：2～10％的Mn元素、0.1～2.0％的Si元素、余量的Cu元素进行配料；所述Mn元素以CuMn37中间合金丝的形式加入；Si元素以CuSi16中间合金的形式加入；Cu元素以电解铜板的形式加入；
S2：首次铸造
S2-1：首次装炉
依次在加热炉中装入熔剂、覆盖剂、配好的Cu元素原料；其中，加热炉有三个，分别为一个前炉、两个后炉；
S2-2：首次熔炼
升温进行熔化，具体为：冷炉启动时前炉先进行化料，待Cu元素原料开始融化时向前炉加入Mn元素原料，待前炉开始熔化时两个后炉开始加热；
S2-3：精炼除气
待温度升温至1180℃开始除气，过程依次为：氩气除气、CuMg合金脱氧；然后加入铜硅中间合金并调整至硅含量目标值；所述氩气除气具体为：采用石墨棒将氩气通入熔融态的铜水中，保持25～30min；所述CuMg合金脱氧具体为：按照质量百分比直接向熔融的合金熔液中加入0.08～0.1％的铜镁合金；
S2-4：铸造
当前炉温度升至1230～1280℃时保持温度不变并开始铸造；
S2-5：浇铸
待铸造开始10～15min中内保证两个后炉中熔炼、精炼除气的完成；其中一个后炉开始向前炉开始倾倒，待后炉开始倾倒时同时开启喂丝机，向前炉开始喂丝；并每隔20min取样进行成分检测，当成分含量不合适时及时进行喂丝速度调整；
S2-6：铸坯冷却
利用结晶器对铸坯以水冷的方式进行首次冷却，同时对凝固后拔出的铸坯以喷水雾的方式进行二次冷却；
S3：连续铸造
待其中一个后炉倾倒完毕后，另一个后炉进行倾倒；倾倒完毕的后炉进行化料、精炼除气、铸造步骤后进一步代替倾倒完毕的后炉向前炉倾倒；两个后炉一直交替进行，其中一台后炉倾倒时另一台后炉开始进行化料。
2.根据权利要求1所述的一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺，其特征在于，S2-1所述熔剂具体为氟化钠、氟化钙按照质量比1～2:1.5的混合物；所述覆盖剂为木炭、玻璃的按照质量比1～1.5:1的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺，其特征在于，S2-2、S3所述化料均采用阶梯式升温方式进行，具体为：升温至300℃时开始保温，保温时长为30～45min并以100～110℃的升温阶级进行保温处理，直至物料熔化为止。
4.根据权利要求1所述的一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺，其特征在于，所述S2-2在升温熔化过程中，在炉口利用惰性气体进行保护。
5.根据权利要求1所述的一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺，其特征在于，所述S2-2在熔炼期间用坩埚取样检测Mn含量，待调整熔体成分直至Mn含量达到目标值。
6.根据权利要求1所述的一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺，其特征在于，S2-5所述喂丝的速度＝铸造速度*铸坯直径*目标成分含量/丝材直径/中间合金成分/收得率。
7.根据权利要求1所述的一种采用水平连铸铜锰合金的生产工艺，其特征在于，所述S2-6的具体步骤为：利用结晶器对铸坯以温度为25～32℃、流量为3m3/h的冷却水进行首次冷却，同时对离结晶器100～150mm处凝固后拔出的铸坯以喷水雾的方式进行二次冷却。
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