CN85101474A - 连续铸造炉及连续生产铸件的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造如铜或其合金的细长铸造产品的连续铸造炉。该炉有限定炉膛的炉箱；在炉腔中盛装铸造材料的坩埚；装在坩埚上用以熔炼铸造原料的加热器；气密地伸入炉膛且基本垂直安置的细长浇铸管。炉箱连接一惰性气体源，以便在铸造原料熔炼好后向炉膛中引入惰性气体。当浇铸管底端浸入坩埚内熔炼好的铸造材料中时，该材料在炉膛内惰性气体的压力下沿浇铸管移动。当熔炼好的铸造材料通过与冷却装置相连的浇铸管时被固化而形成细长的铸造产品。

Description

本发明是论述连续铸造细长铸件-如电子元件中的铜铸件及铜合金铸件-的铸造工艺。

随着电子工业的发展，要求在集成电路、大规模集成电路以及相类似的电路上用作引线架的铜合金具有更高的强度和更好的导电性。含有诸如锆、铬和钛等活泼金属的铜合金能满足这一要求。可是，这种铜合金制品通常是在大气中铸造的，因而有一部分活泼金属因氧化而形成氧化物，这种氧化物作为杂质包含在铸件成品中。而且，这种铸件如经轧制，会使轧制成品产生纵纹，这种成品不能用作引线架。为避免这种不良情况，可以把上述铜合金的原材料在真空环境下熔炼并浇铸成铜锭，然后把铜锭轧制成铜棒、铜带或其他类似的成品。可是，这种生产工艺花费很大，因此并不实用。

此外，在电子工业中，要求纯铜丝的直径要小于50微米。如果这种铜丝用普通的铸造方法生产，会容易断丝。据认为，其难点在于铸铜内含有如氧化物等杂质。为避免这一点，必须采用真空熔炼，但这很昂贵，故并不实用。

再者，由普通真空熔炼的方法生产出来的铸锭相对来说其直径比较大，故必须接着进行如热轧等热加工过程，使直径变小，以达到所要求的直径或截面。在这种热加工过程中，铸锭表面的鳞皮会压入线材内，而轧辊上的部分铁成分也传到轧制的线材上，这同样会引起线材断裂。

因此本发明的一个项目是提供一种连续铸造炉，这种炉在不受氧化的环境下把铸造原料熔化，并把熔炼好的铸造材料连续铸成细长的成品。

本发明的另一个项目是提供一种连续生产这种铸件的方法。

根据本发明的第一项，提出了一种供连续生产细长铸件的铸造炉，该铸造炉有一个限定了炉膛大小的炉箱;炉膛内装有一个用于盛放铸造材料、顶部敞口的坩埚;坩埚上装有一个能把坩埚内的铸造原料熔炼成铸造材料的加热器;一根细长的浇铸管与炉箱密闭地连接并伸入炉膛内，该浇铸管通常是垂直放置在坩埚的上面，浇铸管可相对于坩埚移动以便使管的底端浸入坩埚内熔炼好的铸造材料中;一个冷却装置与浇铸管连接在一起;炉箱与一个惰性气体源相连，当铸造材料在坩埚内熔炼好时导入惰性气体，因此当浇铸管的底端浸入熔炼好的铸造材料中时，熔炼好的铸造材料在炉膛内惰性气体压力的作用下沿浇铸管运动，而当这些熔炼好的铸造材料通过浇铸管时，冷却装置使之冷却，从而固化形成细长铸件。

根据本发明的第二项，提出了一种连续生产细长铸件的方法，包括以下步骤：把铸造原料装入置于炉膛中的坩埚内;接着使炉膛内形成无氧化环境;然后加热坩埚，把铸造原料熔炼成为熔炼好的铸造材料;再把通常垂直放置的浇铸管的底端浸入坩埚中已熔炼好的铸造材料内，浇铸管的顶端是在炉膛外面;然后向炉膛内导入惰性气体，使炉膛内压力提高，推动熔炼好的铸造材料沿浇铸管运动;当熔炼好的铸造材料通过浇铸管时，使之冷却，从而固化形成细长铸件。

图1是根据本发明提出的连续铸造炉的简略剖面图

图2是装在铸造炉内的浇铸管剖面图，图中表示出一根插入其中的起始线

图3是一台经修改的连续铸造炉的剖面图

图1是一台连续铸造炉10的略图，图中有一个尺寸相当大的箱形气密炉箱11，其内为炉膛12。真空管道13的一端连接到炉箱11侧壁的第一个孔口13a处，另一端与真空源13b相连，这样可以在炉膛内产生10^-3～10^-4毫米汞柱的真空度。另一管道14的一端连接到炉箱11侧壁的第二个孔口14a处，另一端与惰性气体源相连，可以把惰性气体导入炉膛12内。管道13和14的其他分路（图中未示出）也可以分别与真空源和惰性气体源相连。阀15和阀16分别装在管道13和14上。

一个供熔炼诸如铜或铜合金等铸造材料的坩埚18装在炉箱11内，坩埚18的顶部是敞口的，铸造原料通过那里装入坩埚18内。在坩埚18的周围绕有高频感应线圈19，因此坩埚18受高频感应加热，对装于其内的铸造原料进行熔炼。

炉箱11的顶壁上开有凸缘孔21;具有圆管形截面的浇铸管23以气密的方式装在凸缘孔21内，以便在其中作轴向滑动，浇铸管23是垂直放置的。浇铸管23也可以是带多边形（如方形截面）的。浇铸管23装有水冷装置，但图中未示出。浇铸管23作为连续铸造的一根铸模将在下文详细叙述。浇铸管23牢固地放置在坩埚18的中心，通过一个传动装置（未示出）使之作垂直向运动，当运动到上面位置时为不工作位置，此时浇铸管23的底端从坩埚18内提上来;当运动到下面位置时为工作位置，此时浇铸管23的底端浸入坩埚18内已熔炼好的铸造材料中。帽盖25可以活动地装在浇铸管23的顶端，以气密的方式把管23密封起来。浇铸管23可用石墨制造，但是，石墨浇铸管23的内孔表面最好是涂以保护层，例如，如要生产含有锆和铬等活泼金属的铜合金时，最好是涂上碳化硅层。

现在叙述连续铸造炉10的操作情况。

首先，拧开阀15，通过管道13把炉膛12抽到预定的真空度。此时，浇铸管23处于上面的不工作位置，浇铸管的顶端由帽盖25密封。然后给感应线圈19通电，把坩埚18内的铸造原料熔炼成铸造材料26，再关闭阀15，停止对炉膛12抽真空，接着拧开阀16，让惰性气体（如氩气）通过管道14进入炉膛12内，把炉膛12的压力加大到等于大气压，然后，向下移动浇铸管23，使其底端浸入坩埚18内已熔炼好的铸造材料中，再把帽盖25从浇铸管23的顶端移开，然后把一根截面为圆形的起始线28的一端从上面插入浇铸管内如图2所示，起始线28的直径稍小于浇铸管23的内径，起始线28的另一端连到一个适当的卷线装置-如卷线盘上（图中未示出），然后，增加炉膛12内的惰性气体压力，使之增大到稍高于大气压，这样，就会推动坩埚18内熔炼好的铸造材料26沿浇铸管23向上运动并与起始线28的下端接触，然后，把起始线28连续或间断地向上拉，因而当熔炼好的材料通过浇铸管23时，受到水冷装置的冷却而固化，生成圆截面与浇铸管23的孔径一致的铸丝29，这样生产出来的铸丝29绕在卷线盘上，在铸造过程中，坩埚18内熔炼好的材料不断减少，因此浇铸管23在生产过程中也要逐渐向下移动，以确保浇铸管23的底端浸入坩埚18内熔炼好的材料中，当坩埚18内铸造材料将用尽时，铸造操作即停止。然后再重复上述操作过程。

使用连续铸造炉10时，含有诸如锆、铬和钛等活泼金属的铜合金是在真空下熔炼成的，并且是在惰性气体中进行铸造，因此，活泼金属不会氧化，结果，铜合金铸件也不会由于活泼金属氧化而形成任何纵纹，这样就能得到质量好的铸造成品，此外，通过细长的浇铸管23，使铸品成形为线状，因此，只需把它们再拉丝或轧制成规定的截面，就能得到细长的最终成品，从而降低了加工成本。

再者，由于熔炼好的材料26是在炉膛压力的作用下，克服重力影响而迫使沿浇铸管23运动的，并且是在浇铸管内加压固化，因而提高了铸造成品的坚固性。

又，当完成铸造操作时，存在于浇铸管23下部的熔炼好材料又回到坩埚18内（因向上运动曾离开坩埚18），这样，熔炼好的材料26事实上没有损失，因而大大提高了回收率。

另一方面，这一操作也可不用真空，在这种情况下，当铸造材料在坩埚18内熔炼时，惰性气体从惰性气体源14b中导入炉膛12内，再使浇铸管23向下运动把底端浸入坩埚18内熔炼好的铸造材料内，然后把起始线28插入浇铸管23内，提高炉膛12内惰性气体的压力，这样坩埚18内熔炼好的铸造材料沿浇铸管23向上运动并与起始线28的底端接触。

图3表示一台修改了的连续铸造炉10a，其中包括一个限定炉膛12的炉箱11，真空管道13与炉箱11相连，与炉箱11相连的还有一惰性气体管道（图中未示出），炉箱11由底座30上的支腿31支承，底座30又通过支腿33支承在水平地板32上，水套34密闭地安装和紧固到凸缘孔21上，浇铸管23装在水套34内，浇铸管23的底端从水套34的下端伸出。在底板30上装有液压缸35并密闭地通过炉箱11的底壁伸入到炉内，油缸35有垂直放置的工作活塞杆35a，坩埚18放在支承板36上。坩埚18的周围绕有高频感应线圈19。安装板38通过支腿39安装在底座30上。电机41通过安装件42装在安装板38上，电机41的输出轴41通过减速齿轮系45连接到一对相对的夹送辊44上。

连续铸造炉10a的操作大体上如以上对图1的连续铸造炉10所描述的那样进行。更具体些讲，液压缸35动作伸出其活塞杆35a以将坩埚朝着浇铸管35向上移动，致使浇铸管23的底端浸入坩埚18内的熔炼好的铸造材料26中。接着，一根起始线（未示出）插入浇铸管23，炉膛内惰性气体压力升高，使得坩埚18内的熔炼好的铸造材料26沿着浇铸管23向上移动，并与起始线的下端接触，该起始线如同上面对图1的连续铸造炉10所描述的那样。在此，起始线是由夹送辊44托住。然后，电机41动作使起始线沿着夹送辊向上运动，这样，出自浇铸管23的连铸丝便由导辊47、48导向并且缠绕在一个卷线盘（未示出）上。当熔炼好的铸造材料通过浇铸管23时，它就被水套34冷却并固化形成铸造丝。随着铸造操作的进行，液压缸35的活塞杆35a就逐渐伸出以保证浇铸管23的底端浸没在熔炼好的铸造材料26中。

现借助以下实施例对本发明进行说明。

实施例1、

采用图3的连续铸造炉10a铸造一种具有园横截面的铜合金丝，该铜合金中有0.4%的铬和0.1%的锆。浇铸管23由石墨制成，在浇铸管孔口表面上做有碳化硅保护涂层，浇铸管的内径为12毫米。坩埚18是石墨坩埚（^＃60），其容量是50公斤。用于高频感应线圈19的电源功率是70千瓦。在熔炼坩埚18内的铸造材料过程中，炉膛12的真空度保持在1×10^-4毫米汞柱。熔炼操作完成后，氩气被送入炉膛12，在铸造操作时，炉膛12内氩气的压力保持在1.5kg/cm²G（大气压+0.5kg/cm²）。通过上述方式，具有直径为12毫米的园横截面铜合金丝就被连续铸造出来。接着，该铸造丝的直径修整到10毫米，然后修整过的铸造丝的直径通过冷轧和拉伸的方法进一步减小到60微米以形成一种细线。经观察这种线的结构发现，在细线中不存在纵纹并且该线具有光滑的质地，在拉伸操作中，丝的断裂少于每70公斤丝一次。由此，丝的强度很好，另外其导电性也很好。直径10毫米的修整过的铸丝还通过横轧制成宽40毫米厚0.2毫米的带条。在这种带条中没有发现纵纹。接着对该带条进行涂镀，带条的涂镀缺陷发生率少于每平米一次。因此，它很适合用做集成电路的引线架或类似的元件。

实施例2

用以实施例1相同的过程铸造出一种12毫米直径的铸丝50公斤，不同之处是制造原料是无氧铜并且在石墨浇铸管23的孔口表面上没有涂层。对该铸丝进行修整，冷轧、拉伸和退火处理，使得丝径最后减至25微米形成一种很细的丝。由于铸造原料是在真空中熔炼。其铸丝中的杂质含量可以忽略不计。由于铸造是在压力下进行，在铸丝中就不产生铸造缺陷。进而，由于出自浇铸管23的铸丝有一个小至12毫米的直径，热轧操作就可以省掉，这样就使铸丝上没有任何热轧过程中产生的氧化皮。因此，该铸丝在上述的后加工阶段不会断裂。

Claims (9)

1、一种用来制造细长的铸造产品的连续铸造炉包括：

(a)，一个限定一个炉膛的炉箱；

(b)，一个有敞开顶部的坩埚装在上述炉膛中用来盛放铸造材料；

(c)，一个安装在所说坩埚上的加热器用来熔炼坩埚内的铸造原料以提供熔炼好的铸造材料；

(d)，一个细长的浇铸管气密地连接到上述炉箱上并伸入该炉膛，该浇铸管与坩埚大体上垂直安装，浇铸管与坩埚中有一件可朝着另一件移动，使该浇铸管的底端浸入到坩埚内的熔炼好的铸造材料中；

(e)，与上述浇铸管相关联的冷却装置；

(f)，上述炉箱与一个惰性气体源相连，当坩埚内的铸造原料熔炼好时，将惰性气体引入上述炉膛，由此，当浇铸管的底端浸入熔炼好的铸造材料中时，熔炼好的铸造材料就在惰性气体的压力下沿着浇铸管运动，当它通过浇铸管时，所说冷却装置将熔炼好的铸造材料冷却，从而使其固化形成细长的铸造产品。

2、根据权项1所说的连续铸造炉，其中所说的炉箱连接到一个真空源上，在惰性气体引入炉膛之前，熔炼铸造材料时在炉膛中产生一个真空。

3、根据权项1所说的连续铸造炉，还包括一个驱动装置，用来移动出自所说浇铸管的细长的铸造产品。

4、一种连续地制造细长的铸造产品的方法包括以下步骤：

（a），在位于一个炉膛中的一个坩埚中填入铸造原料;

（b），在该炉膛中产生一个非氧化环境;

（c），而后加热坩埚熔炼铸造原料以形成熔炼好的铸造材料;

（d），然后将一个大体上垂直安置的细长的浇铸管浸入到坩埚中熔炼好的铸造材料中，该浇铸管的顶端安置在炉膛的外边;

（e），接着在压力下将惰性气体引入上述炉膛来增加炉膛中的压力，使熔炼好的铸造材料沿着浇铸管运动;

（f），当熔炼好的铸造材料通过所说浇铸管时，冷却该材料使其凝固形成细长的铸造产品。

5、根据权项4所说的方法，其中所述非氧化环境是真空。

6、根据权项4所说的方法，其中所述非氧化环境是一种惰性气体环境。

7、一种连续生产细长的铸造产品的方法包括如下步骤：

（a），提供一个连续铸造炉，它包括，（ⅰ）一个限定一个炉膛的炉箱;（ⅱ）一个具有敞开顶部的装在该炉膛中的坩埚;（ⅲ）一个装在该坩埚上的加热器;（ⅳ）一个细长的浇铸管气密地连接到上述炉箱上并伸入该炉膛，该浇铸管大体上垂直地安置在所说坩埚上面;（ⅴ）一个与该浇铸管相关联的冷却装置;浇铸管与坩埚中的一件能向另一件移动;

（b），在所说坩埚内填入铸造原料;

（C），在所说炉膛中产生一个非氧化环境;

（d），然后起动上述加热器熔炼坩埚中的铸造原料以形成熔炼好的铸造材料;

（e），接着使浇铸管与坩埚中的一件向另一件移动使该浇铸管的底端浸入到坩埚中熔炼好的铸造材料中;

（f），而后在压力下将惰性气体引入该炉膛以增加炉膛内压力使熔炼好的铸造材料沿着所说的浇铸管运动;

（g），当熔炼好的铸造材料通过浇铸管时，冷却熔炼好的浇铸材料使其固化形成细长的铸造产品。

8、根据权项7所说的方法，其中所说非氧化环境是真空。

9、根据权项7所说的方法，其中所说非氧化环境是一种惰性气体环境。

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