CN1179809C - 一种铜合金上引连铸管坯的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种铜合金上引连铸管坯的生产方法。技术涉及有色金属压延工业技术领域。在普通上引连铸炉型基础上进行改进，配套导流装置，采用特制结晶器和电脑自动控制系统，从铸管生产操作方法，过程控制和最终控制方面，很好地解决了上引连铸管的技术难题，可实现上引连铸管坯直接用于位伸管材的目的。该方法可用于各种铜合金冷凝管材和其它管材生产，其技术经济指标和社会效益明显，属节能绿色环保方法。

Description

一种铜合金上引连铸管坯的生产方法

技术领域

木发明涉及凝固学原理和有色金属加工工业技术领域，提供了一种主要用于铜合金上引连铸管坯的制造方法，其产品主要用于冷凝器制造工业。

背景技术

目前国内冷凝管生产制造技术，仍采用立式半连铸和水平连铸提供铸坯，铸坯经挤压机挤压制成半成品管坯，管坯经酸洗后在轧管机上轧制到拉伸所需要的尺寸，再经拉伸、精整制成各种成品管材。此工艺路线生产流程长能耗大、生产成本高，技术已明显落后于当今科学技术发展的要求，寻求节能、低成本冷凝管生产技术势在必行。本发明针对铜合金熔铸工序进行阐述。

在有色金属加工行业熔炼和铸造(简称熔铸)方法，分水平连铸，立式半连铸和上引连铸。立式半连铸其熔铸过程是在同一台电炉上完成的，结晶器是立式安装，铸锭过程是间断性不连续的，在熔炼合金时，易氧化元素熔炼损失大，合金成分不易控制，能耗量大；在铸锭时，铸锭表面易出现麻面、横裂和漏挂，铸锭内部易出现裂纹和疏松缺陷，铸锭质量波动性大，熔模具消耗高，要求操作人员须具备一定的技能，工作环境不尽理想，熔铸成品率低。目前国内基本采用此工艺路线为挤压机提供铜合金铸锭。水平连铸其熔炼和铸造过程分别在两台单体电炉上进行，结晶器水平安装，铸造过程可实现连续化生产。该方法可提供铸棒、线、管坯，但铸管坯易出现偏芯、裂纹、组织疏松、晶粒不均匀和桔皮等缺陷，熔体在转炉时金属损失大，要求操作者须具有良好的生产操作技能，同时生产批量必须具备上一定规模时，才能体现出质量与成本优势。上引连铸其熔炼和铸造过程是在一台连体炉上同时进行，该过程可实现连续化生产，适宜纯铜金属生产，采用此方法可生产小于Φ16mm线坯和小于Φ30mm管坯，目前管坯仅在纯铜上应用，且质量不宜保证；合金类铸管坯目前还未发现公开的相关信息资料。

上述三种方法，水平连铸和上引连铸是今后该行业发展的方向，而立式半连铸由于其独特工艺特性，在生产大规格铸锭方面仍具有一定的优势。但在生产小规格品种上，尤其在管坯生产上与上引连铸相差甚远，相比较立式半连铸生产周期长，工序繁杂，金属单耗高，能耗大，生产过程无法实现自动化，加之操作人员劳动强度大，环境不尽理想。而水平连铸由于铸管易产生偏心、裂纹、结晶晶粒不均匀等缺陷，要求生产人员具有丰富的生产技能，故限制了在国内的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密度、无缺陷的优质上引连铸合金铸管坯生产方法，以期解决铜合金水平连铸铸管过程中存在的偏芯、组织疏松、晶粒不均匀性等问题，配套在线自动控制的最终仪器检验系统，保证铸管直接用于拉伸管材的目的，省去挤压、轧管两高能耗工序，最终实现节能、环保、优质、低成本的目标。

以下所述上引连铸合金管坯方法，是指未经压力加工变形的半成品铸管坯。

本发明在吸收水平连铸工艺工装特点的基础上，结合上引连铸工艺特点，对上引平面式有芯炉型结构进行必要的改进，采用结晶器和加料装置，及保护套，确保铸管坯结晶组织均匀、细密、无疏松、无裂纹。

本发明是这样实现的：

一种铜合金上引连铸管坯的生产方法，该方法所使用的设备包括加料器、熔炼炉、导流控制器、保温炉、结晶器、保护套、温感器、牵引管、牵引电机、牵引轮、金属擦伤仪、升降电机、电脑等，其中熔炼炉炉膛上平面高出保温炉炉膛上平面100-500mm，导流控制器设置在熔炼炉与保温炉炉膛之间，两炉体组成高低式联体炉结构，在熔炼炉与导流控制器连接处下侧处配置一隔热块，以保证熔炼炉下部的感应体不致过热而产生故障；导流控制器可实现熔炼合金化与铸管过程的单独完成，从而从炉型结构上为生产铜合金提供了设备保证，解决了上引连铸平面式炉型熔炼合金化学成分不均匀性的问题，所述的加料器、熔炼炉、导流控制器、升降电机、牵引电机、温感器、金属擦伤仪等与电脑连接。

该方法包括如下步骤：

1.电铜和合金元素由电脑自动控制实现合金化配料

易氧化合金元素通过加料器直接加入熔炼炉熔体内使合金化，熔体升温后从中取样经化验分析，分析结果输入电脑。

2.熔炼炉内的熔体通过导流控制器转入保温炉内

电脑根据熔炼炉熔体的化验分析结果按设定程序重新自动跟踪各元素含量调整配料，保证熔炼炉熔体合金含量在转炉前须符合熔炼炉出炉标准，导流控制器用于控制熔体流量或关闭，熔炼炉熔化时，控制器处于关闭状态，当需转炉时，控制器处于开启状态，其过程实现由电脑自动控制；

3.定期从保温炉中取样进行化学成分跟踪复检，分析结果输入电脑，电脑根据保温炉熔体的化验分析结果按设定程序重新自动跟踪元素含量调整配料，控制合金化学成分满足保温炉出炉标准，保证铸管合金含量控制在产品所要求合格范围之内。

4.铸管工序

把结晶器安装到牵引机上，在结晶器内冷管中插入引管，紧固双牵引轮压紧引管后，启动牵引机升降电机，待结晶器缓慢浸入保温炉熔体中一定位置时，稍等片刻，即可启动牵引机无级调速牵引电机，从而生产出铜合金连铸管坯，牵引速度是根据所生产的规格尺寸不同由电脑按预先设定的程序进行自动控制。

在铸管工序中还包括如下步骤：

4.1保温炉中熔体温度自动控制

保温炉中熔体温度(铸造温度)由浸入熔体中的温感器与电脑联网实现温度自动控制。

4.2结晶器的冷却强度采用一、二次冷却控制系统，对不同的合金采用不同的冷却制度，实现冷却强度的可调解性；

4.3结晶器浸入熔体深度的液位自动跟踪控制

在熔体液面距保护套上沿15mm处安装限位自动报警装置，并同牵引机升降电机联通，当熔体液面达到保护套上极限位置时，报警装置会自动启动牵引机升降电机带动牵引机上升，直至下极限位停止，组成牵引机升降自动控制系统，用来调整保护套与液面的相对稳定。

4.4探伤

在生产线上配备金属探伤仪，全面跟踪监测管坯内部质量状况，相关信息直接反馈到系统电脑中，实现铸管过程在全面受控状态下进行。对每批铸管坯化学成分、物理性能、金相全面检测，确保铸管坯完全满足拉伸管坯技术质量要求。

本发明的实现，对国内铜管材产品竞争升级具有积极推动作用，在改善劳动工作环境，减轻操作人员劳动强度具有积极效果，可实现模具拆卸快捷方便，而不间断生产；铸管可获得内外观表面光洁，内部结晶组织均匀，致密度高的优质铸管坯，提高铸造速度，实现铸管坯直接用于拉伸和在线控制自动化和程序化，简化工序流程，缩短生产周期，真正体现规模效益化生产目的。生产成本将会显著低于目前国内先进水平，预计金属单耗、能耗、成材率、产品质量稳定性效果显著。尤其在提高生产率、节能、环保方面社会效益明显。

适用合金：高磷铜合金：0.01-7.0％P；余量铜

          铝-砷黄铜：0.2-5.0％Al；0.01-0.2％As；0.001-0.2％B；余量铜

          锡-砷黄铜：0.1-2.0％Sn；0.01-0.05％As；0.001-0.2％B；余量铜

          锌白铜：0.5-16％Zn；余量铜

适用管坯规格：Φ30/Φ20mm-Φ100/Φ80mm×6m；

铸造温度：1120-1250℃

铸造速度：50-800mm/min；

效果：铸管成品率96.5％；铜单耗1006Kg/t；电单耗550kwh/t。

附图说明

图1为本发明的设备及工艺控制示意图

附图中：1-熔炼炉熔体   2-熔炼炉     3-加料器     4-导流控制器

        5-升降电机     6-电脑       7-牵引轮     8-铸管坯

        9-金属探伤仪   10-牵引管    11-牵引电机  12-牵引机

        13-结晶器      14-温感器    15-保温炉    16-保护套

        17-保温炉熔体  18-导流装置  19-隔热块

具体实施方法

下面对照附图就本发明作进一步说明：

炉体设计为高低式结构，熔炼炉(2)炉膛平面高出保温炉(15)炉膛平面100-500mm，在熔炼炉(2)与保温炉(15)联接处设计有导流装置(18)，在熔炼炉(2)与导流装置(18)的下侧配置隔热铁(19)，构成一个完整上引连铸合金炉型，加料器(3)、导流控制器(4)、保温炉熔体温感器(14)及铸管机构与电脑(6)连接。

该炉体结构既保持了上引炉型热效率高，铸造过程密封性好的特点，又可实现上引铸造合金管坯的目的，最大限度地发挥上引连铸的技术特性。

下面就铸管工艺控制作进一步的说明：

电铜与合金由电脑(6)按比例通过加料器(3)投入熔炼炉(2)熔化、升温，合金合量控制由熔炼炉(2)熔体(1)中取出试样，经快速处理被送往化验室快速分析，分析结果符合熔炼炉(2)化学成分出炉标准时，即可转炉；对不合格熔体(1)由电脑(6)按设定程序自动跟踪，合格后转炉，转炉是将熔炼炉(2)熔体(1)通过导流装置(18)转入保温炉(15)中，其通过控制器(4)开启来实现。

当保温炉(15)的熔体(17)的液位、温度、合金含量满足铸造条件时，即可把预备好的结晶器(13)安装到牵引机架(12)上，把牵引管(10)垂直穿过两牵引轮(7)间孔隙，轻轻插入结晶器(13)铜头中，用牵引轮(7)活动轮压紧牵引管(10)，启动牵引机升降电机(5)慢慢下降，待结晶器(13)保护套(16)上沿距熔体(17)液面20mm左右时，停止牵引机(12)下降，此时可启动牵引电机(11)牵引铸造，经化验分析合格的熔体(17)，通过结晶器(13)结晶凝固，就可获得连续的合金铸管坯(8)。

铸造速度由铸造温度(即保温炉(15)中熔体(17)的温度)、结晶器(13)中冷却水温和金属探伤仪(9)监测的铸管坯结晶组织缺陷信息通过电脑(6)自动调整；铸造温度通过温感器(14)与电脑(6)连接，实现铸管(保温炉)温度自动控制，保温炉(15)熔体(17)合金含量定期监测，确保在线铸管坯(8)化学成分合格。对铸管坯(8)半成品每批布点抽检化学成分全分析，并进行在线金属探伤仪检查跟踪，确保送入下道工序铸管坯(8)百分之百合格。

Claims (2)

1.一种铜合金上引连铸管坯的生产方法，该方法所使用的设备包括加料器(3)、熔炼炉(2)、导流控制器(4)、保温炉(15)、结晶器(13)、保护套(16)、温感器(14)、牵引管(10)、牵引电机(11)、牵引轮(7)、金属探伤仪(9)、升降电机(5)、电脑(6)等，其中熔炼炉炉膛上平面高出保温炉炉膛上平面100-500mm，导流控制器(4)设置在熔炼炉(2)与保温炉(15)炉膛之间，两炉体组成高低式联体炉结构，在熔炼炉(2)与导流控制器(4)连接处下侧处配置一隔热块(19)，所述加料器(3)、导流控制器(4)、升降电机(5)、牵引电机(11)、温感器(14)、金属探伤仪(9)等与电脑(6)电连接；该方法包括如下步骤：

(1)电铜和合金元素由电脑(6)自动控制实现合金化配料：

易氧化合金元素通过加料器(3)直接加入熔炼炉(2)熔体内使合金化，熔体升温后从中取样经化验分析，分析结果输入电脑；

(2)熔炼炉(2)内的熔体通过导流控制器(4)转入保温炉内：

电脑根据熔炼炉(2)熔体的化验分析结果按设定程序重新自动跟踪元素含量调整配料，保证熔炼炉熔体合金含量在转炉前须符合熔炼炉出炉标准，导流控制器(4)用于控制熔体流量或关闭；

(3)定期从保温炉(15)中取样进行化学成分跟踪复检，分析结果输入电脑，电脑根据保温炉(15)熔体的化验分析结果按设定程序重新自动跟踪元素含量调整配料，控制合金化学成分满足保温炉出炉标准，保证铸管合金含量控制在产品所要求合格范围之内；

(4)铸管工序：

把结晶器(13)安装到牵引机上，在结晶器(13)内冷管中插入牵引管(10)，紧固双牵引轮(7)压紧牵引管(10)后，启动牵引机(12)的升降电机(5)，待结晶器(13)缓慢浸入保温炉(15)熔体中一定位置时，稍等片刻，即可启动牵引机(12)无级调速牵引电机(11)，从而生产出铜合金连铸管坯。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铸管工序还包括如下步骤：

(1)保温炉中熔体温度自动控制；

(2)结晶器的冷却强度采用一、二次冷却控制系统，对不同的合金采用不同的冷却制度，实现冷却强度的可调解性；

(3)结晶器浸入熔体深度的液位自动跟踪控制：

在熔体液面距保护套(16)上沿15mm处安装限位自动报警装置，并同牵引机升降电机联通，当熔体液面达到保护套上极限位置时，报警装置会自动启动牵引机升降电机带动牵引机上升，直至下极限位停止，组成牵引机升降自动控制系统，用来调整保护套与液面的相对稳定；

(4)探伤。

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