CN210080686U - 易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，一级流槽包含上下两段，上段流槽的上浇口与供液装置相连，下浇口与下段流槽的上浇口相衔接，下段流槽的上浇口端底部通过铰接轴铰接于旋转体上，旋转体上安装有抬升装置，抬升装置的抬升杆与下段流槽的底部铰接，旋转体可驱动下段流槽整体水平旋转，抬升装置可驱动下段流槽的下浇口端绕铰接轴上下转动，下段流槽的下浇口与合金炉的受流口对接或分离，合金炉支撑于翻转机构上，合金炉连接一气氛保护装置，合金炉翻转后其出料口与二级流槽的上浇口相对接，二级流槽的下浇口与浇铸机上浇包相衔接，浇包中合金熔体经浇嘴进入浇铸机。连铸连轧出坯量大，生产效率和成材率高，成分稳定。

Description

易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备

技术领域

本实用新型涉及铜铬锆合金棒线型材连续化生产设备，具体涉及一种易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备。

背景技术

铜铬锆合金中的Zr元素在高温下很活泼，极易氧化，因此铜铬锆传统生产工艺是采用真空炉熔炼铸造，近期也出现了非真空铸造，然后锻造或者挤压开坯，经过淬火、轧制或拉拔等塑性加工、时效处理，获得锻件、板坯、棒线型材。

其中，挤压开坯，由于挤压筒的限制，单根重量有限，因此，采用挤压开坯工艺，不能获得单根重量两吨以上的铜铬锆线坯；如果要获得单重2吨以上的铜铬锆线材，就需要使用连续(或半连续)铸造的坯料，经过轧制或者切变加工等塑性加工工艺。

连续铸造的坯料，因为铸造效率较低，合金在保温炉内停留时间长，所以，成分稳定性差；氧化造渣会导致铸造坯料成分波动，铸坯表面出现氧化、裂纹、冷隔、夹杂物、断裂等缺陷；并且存在结晶器寿命短、炉龄短、铸造成材率低、生产效率低等问题。基于上述原因，尽管一些专利已公开了相关技术，铜铬锆合金线坯仍然不能实现规模化生产，中国高铁已经将铜铬锆合金接触网线材写入接触网线标准，但是截止目前，由于铜铬锆接触线坯料无法量产，导致不能批量挂线。

因此，亟待开发一种稳定可靠、可规模化生产铜铬锆合金线坯的技术及其装备。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，可工业化生产单根重量2吨以上无接头的铜铬锆线材。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，特点是：包含用于提供铜液的供液装置、用于将供液装置中铜液导流至合金炉的一级流槽、用于将合金炉中合金熔体导流至浇铸机的二级流槽、用于从浇铸机牵引出铸造坯料的牵引机以及用于将坯料轧制为线坯的连轧机，一级流槽包含上段流槽以及与其衔接的下段流槽，上段流槽的上浇口与供液装置相连通，其下浇口与下段流槽的上浇口相衔接，下段流槽的上浇口端底部通过铰接轴铰接于旋转体上，旋转体上安装有抬升装置，抬升装置的抬升杆与下段流槽的底部铰接，旋转体可驱动下段流槽整体水平旋转，抬升装置可驱动下段流槽的下浇口端绕铰接轴上下转动，使下段流槽的下浇口可与合金炉的受流口对接或分离，合金炉支撑于翻转机构上，合金炉连接一用于除气的气氛保护装置，合金炉翻转后其出料口与二级流槽的上浇口相对接，二级流槽的下浇口与浇铸机上浇包相衔接，浇包中合金熔体经浇嘴进入浇铸机。

进一步地，上述的易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，其中，所述一级流槽的上段流槽和下段流槽以及二级流槽均为封闭式结构，下段流槽和二级流槽上分别安装有烧嘴，烧嘴均连接还原性气氛装置。

进一步地，上述的易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，其中，所述抬升装置为一升降气缸，气缸的缸座铰接于旋转体上，活塞杆与下段流槽的底部铰接。

进一步地，上述的易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，其中，所述合金炉为工频炉或者中频炉，其上设置有炉盖。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

①本实用新型将一级流槽设为上下两段，下段可水平旋转、可上下转动升降，下段流槽左端底部通过铰接轴铰接于旋转体上，右端下浇口可与合金炉的受流口对接或分离；待合金炉盛满铜水后，下段流槽通过旋转体水平旋转至非工作位置，以便为合金炉倾翻操作留出空间；

②合金炉采用工频或者中频感应炉，实现合金成分调整，便于控制合金成分稳定；下段流槽和二级流槽采用气氛保护，调整熔体含气量，防止氧化；由还原性气氛和惰性气体组成的气氛对合金炉进行除气、除氧和气氛保护；合金炉升温温度小于1300℃，避免造成二次吸气；

③气氛含量达标后进行合金化，采用添加纯金属Cr或者CuCr合金及CuZr合金的方式进行合金化，得到成分均匀、温度适当的合金熔体后，倾翻合金炉，合金熔体经二级流槽和浇嘴浇入铸造轮进行铸造；由于连铸连轧效率高，铸造速度10～20吨/时，铸轧成型在30分钟内完成；单位时间出坯量大，生产效率和成材率显著提高；

④合金化过程中，连铸连轧过程暂时中断，待合金化结束，合金炉内合金熔体达到铸造要求，进入后续工艺进行连铸连轧生产；连铸连轧过程分解成间歇性的准连续化过程，留出熔体除气与合金化时间，待熔体成分与温度满足铸造要求时，进行连续铸造和轧制，发挥连铸连轧高效出坯的优势，短时间内将合金炉内的铜铬锆合金铸造并轧制成型；实现铜铬锆棒线坯料的准连续化生产；

⑤采用连铸连轧工艺生产铬锆铜盘卷坯料，在具有气氛保护的合金炉内进行合金化，便于合金成分控制；连铸连轧工艺分解为间歇性的准连续生产，以便留出充分的合金化时间，既能确保获得成分合格和稳定的合金熔体，又能利用高速铸造能力，防止合金成分的氧化与挥发，从而高效生产高品质、大单重铜铬锆棒线坯盘卷；利用连铸连轧高效快速的特点，保证成分的稳定均匀波动小，实现铬锆铜合金盘卷生产；不需要二次加热，直接成盘卷，提高调整合金炉容量，可以大幅度提高单卷重量和生产效率。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型具体实施方式了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1：本实用新型装备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，包含用于提供铜液的供液装置1、用于将供液装置中铜液导流至合金炉7的一级流槽、用于将合金炉7中合金熔体导流至浇铸机10的二级流槽8、用于从浇铸机10牵引出铸造坯料的牵引机12以及用于将坯料轧制为线坯的连轧机16，一级流槽包含上段流槽2以及与其衔接的下段流槽3，上段流槽2的上浇口与供液装置1相连通，其下浇口与下段流槽3的上浇口相衔接，下段流槽3的上浇口端底部通过铰接轴铰接于旋转体5上，旋转体5上安装有抬升装置6，抬升装置6的抬升杆与下段流槽3的底部铰接，旋转体5可驱动下段流槽3整体水平旋转，抬升装置6可驱动下段流槽3的下浇口端绕铰接轴上下转动，使下段流槽3的下浇口可与合金炉7的受流口对接或分离，合金炉7为工频炉或者中频炉，其上设置有炉盖，合金炉7支撑于翻转机构上，合金炉7最大倾转角度95度，以便将合金熔体全部倒出，合金炉7中添加纯金属Cr或者CuCr合金以及CuZr合金的方式进行合金化，合金炉7连接一用于除气除氧的气氛保护装置，合金炉7翻转后其出料口与二级流槽8的上浇口相对接，二级流槽8的下浇口与浇铸机10上浇包11相衔接，浇包11中合金熔体经浇嘴进入浇铸机10，浇铸机10的后方依次布置牵引机12、滚剪机13、梭锭14、校直去角打毛机15、连轧机16、冷却还原装置17以及绕杆成圈机18。冷却还原装置17对铜铬锆盘卷进行在线淬火和表面光亮处理，线杆表面光洁、无氧化，提高成材率。

其中，一级流槽的上段流槽2和下段流槽3以及二级流槽8均为封闭式结构，下段流槽3上盖上安装有多只烧嘴一4，二级流槽8上盖上安装有多只烧嘴二9，多只烧嘴一4和多只烧嘴二9均连接还原性气氛装置；通过调整空气/燃气比，将流槽内调整为还原性气氛，还原性气氛保护铜水与合金熔体。

抬升装置6为一升降气缸，气缸的缸座铰接于旋转体5上，活塞杆与下段流槽3的底部铰接。

易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的方法，包含以下步骤：

1)受流：供液装置1中的电解铜液经一级流槽的上段流槽2和下段流槽3流入合金炉7，下段流槽3有气氛保护，合金炉7内铜液温度控制在1150℃～1300℃；

受流结束后，下段流槽3绕铰接轴向上转动，抬升装置6将其顶起，下段流槽3的下浇口与合金炉7的受流口有效分离后，旋转体5驱动分离后的下段流槽3整体水平旋转，为合金炉7留出倾翻空间；

2)除气、除氧：向合金炉7中通入惰性气体和还原性气体，惰性气体为氩气，还原性气体为一氧化碳，惰性气体通过物理吸附的原理将氮氢氧等气体带出熔体，还原性气体通过化学方法与氧发生反应生成CO₂，降低氧含量；将铜液氧含量(含氧量≤400ppm)降低到30ppm以下，检测铜液氧含量达标后，进行合金化；

3)熔体合金化：对合金炉7除气结束后，氧气含量小于30ppm，将中间合金CuCr10和CuZr50添加到合金炉7中，中间合金为固态块状或颗粒状，按照比例计算合金重量，经合金炉7的投料口加入铜水中；待中间合金进入铜液后，提升合金炉7功率，升温，合金迅速熔化、扩散、均匀，升温5～10分钟，合金炉7内合金熔体温度控制在1150℃～1300℃，静置约5分钟，取样检测化验成分，成分合格后准备铸造；

4)高速铸造：静置后的合金熔体温度在1150℃～1250℃，合金炉7倾转将合金熔体倒入二级流槽8，合金熔体经二级流槽8流入浇包11，再经浇嘴进入浇铸机10，铸造成型；二级流槽8及浇包11均有气氛保护；合金炉7中5吨(成分合格)合金熔体在15～30分钟一次性铸造完毕，铸造速度10～20吨/时；高速铸造解决了易氧化元素烧损、合金成分下降、铸坯成分波动大的问题；

5)收卷：连铸连轧坯料经在线淬火，绕杆成圈机18收成线坯盘卷，获得表面光亮且充分固溶的铜铬锆线坯。

需说明的是，合金炉7氧气含量小于30ppm以后，才可开始合金化，合金化温度1250℃；为了让中间合金快速熔化、成分均匀，需要提升合金炉7的功率，温度升高有利于合金熔化，合金炉7为中频感应电炉，中频感应炉设有电磁搅拌装置，利于合金快速均匀。

合金化使用中间合金，中间合金为固态块状或颗粒状，中间合金通过合金炉7的投料口加入铜水中；如果中间合金是小颗粒状，需用铜皮包裹后再加入合金炉7内，铜皮包裹合金颗粒，可以减少损耗，提高合金收得率。

合金炉升温温度小于1300℃，避免造成二次吸气。

本实用新型连铸连轧装备，一级流槽具有上段流槽2和下段流槽3，下段流槽3可水平旋转、可上下转动升降，下段流槽左端底部通过铰接轴铰接于旋转体5上，右端下浇口可与合金炉7的受流口对接或分离；待合金炉盛满铜水后，下段流槽3通过旋转体5水平旋转至非工作位置，以便为合金炉倾翻操作留出空间。

合金炉采用中频感应炉，实现合金成分调整，便于控制合金成分稳定。下段流槽3和二级流槽8采用气氛保护，调整熔体含气量，防止氧化。气氛保护装置提供的还原性气氛和惰性气体组成的气氛对合金炉进行除气、除氧和气氛保护，除氧可采用气氛覆盖、吹气或者底吹，气氛可采用惰性气体或者还原性气氛或者二者的混合气氛，除气与除氧原理为物理除气和还原除氧。

气氛含量达标后进行合金化，采用添加纯金属Cr或者CuCr合金及CuZr合金的方式进行合金化，得到成分均匀、温度适当的合金熔体后，倾翻合金炉，合金熔体经二级流槽8和浇嘴浇入铸造轮进行铸造。由于连铸连轧设备铸造效率高，铸造效率≥10吨/小时，5吨合金铸轧成型在30分钟内完成。

合金化过程中，连铸连轧过程暂时中断，待合金化结束，合金炉7内合金熔体达到铸造要求，进入后续工艺进行铸造与轧制；连铸连轧过程分解成间歇性的准连续化过程，留出熔体除气与合金化时间，待熔体满足铸造要求时，进行连续铸造和轧制，发挥连铸连轧高效出坯的优势，短时间内将合金炉内的铜铬锆合金铸造并轧制成型，然后在线淬火，线坯光亮收卷；实现铜铬锆棒线坯料的准连续化生产。

采用连铸连轧工艺生产铬锆铜盘卷坯料，具有气氛保护的合金炉内进行合金化，便于合金成分控制；连铸连轧工艺分解为间歇性的准连续生产，以便留出充分的合金化时间，既能确保获得成分合格和稳定的合金熔体，又能利用高速铸造能力，防止合金成分的氧化与挥发，从而高效生产高品质、大单重铜铬锆棒线坯盘卷。利用连铸连轧高效快速的特点，保证成分的稳定均匀波动小，实现铬锆铜合金盘卷生产(卷重≥4吨)。

该装备适用于生产包括但不限于CuCr、CuZr、CuTi等易挥发易氧化合金元素的合金线坯以及CuNi、CuNiSi、CuNiSn等难成型和开坯阶段易开裂的合金坯料。

综上所述，本实用新型连铸连轧单位时间出坯量大，生产效率高，生产的铜铬锆棒线成分稳定，成材率显著提升。而传统连续铸造方式，效率低、时间长，铸造铜铬锆合金时合金损耗大、成分波动大、炉龄短、模具寿命短、铸坯表面质量不稳定，生产效率低和成材率均极低。

本实用新型不需要二次加热，直接成盘卷，提高调整合金炉容量，可以大幅度提高单卷重量，是铜铬锆棒线卷坯的理想生产工艺。而目前的半连铸+热轧开坯工艺，铸造速度虽较连续铸造有所提高，但是生产效率较连铸连轧仍然偏低，成分波动和表面质量差异均会降低成材率，且热轧开坯需要二次加热，采用大型轧制设备热轧开坯，能耗较高。

具有气氛保护的合金炉进行合金化，间歇性的准连续化生产，以便留出充分的合金化时间，既能保证合金成分的稳定，又能发挥连铸连轧生产线高效的优势，高速铸造可防止合金成分的氧化与挥发，从而生产高品质、大单重铜铬锆棒线坯盘卷。而现有的连铸连轧生产工艺，由于采用燃气加热、竖炉熔化、转炉保温，熔体氧含量高(150～400ppm)，连续化生产过程没有合金化时间，无法生产铜铬锆合金。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (4)

1.易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，其特征在于：包含用于提供铜液的供液装置(1)、用于将供液装置中铜液导流至合金炉(7)的一级流槽、用于将合金炉(7)中合金熔体导流至浇铸机(10)的二级流槽(8)、用于从浇铸机(10)牵引出铸造坯料的牵引机(12)以及用于将坯料轧制为线坯的连轧机(16)，所述一级流槽包含上段流槽(2)以及与其衔接的下段流槽(3)，上段流槽(2)的上浇口与供液装置(1)相连通，其下浇口与下段流槽(3)的上浇口相衔接，下段流槽(3)的上浇口端底部通过铰接轴铰接于旋转体(5)上，旋转体(5)上安装有抬升装置(6)，抬升装置(6)的抬升杆与下段流槽(3)的底部铰接，旋转体(5)可驱动下段流槽(3)整体水平旋转，抬升装置(6)可驱动下段流槽(3)的下浇口端绕铰接轴上下转动，使下段流槽(3)的下浇口可与合金炉(7)的受流口对接或分离，合金炉(7)支撑于翻转机构上，合金炉(7)连接一用于除气除氧的气氛保护装置，合金炉(7)翻转后其出料口与二级流槽(8)的上浇口相对接，二级流槽(8)的下浇口与浇铸机(10)上浇包(11)相衔接，浇包(11)中合金熔体经浇嘴进入浇铸机(10)。

2.根据权利要求1所述的易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，其特征在于：所述一级流槽的上段流槽(2)和下段流槽(3)以及二级流槽(8)均为封闭式结构，下段流槽(3)和二级流槽(8)上分别安装有烧嘴，烧嘴均连接还原性气氛装置。

3.根据权利要求1所述的易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，其特征在于：所述抬升装置(6)为一升降气缸，气缸的缸座铰接于旋转体(5)上，活塞杆与下段流槽(3)的底部铰接。

4.根据权利要求1所述的易氧化铜铬锆三元合金连铸连轧的装备，其特征在于：所述合金炉(7)为工频炉或者中频炉，其上设置有炉盖。

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