一种铜镁硅合金及其制备方法和结晶器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铜基合金技术领域，具体涉及一种铜镁硅合金及其制备方法和结晶 器。
【背景技术】
[0002] 连续铸造是目前铜坯、钢坯、铝坯生产中最常用的方法，结晶器是连铸生产中的核 心部件，通常由铜合金内衬，外加冷却水套组成，其用途是将浇铸的金属液成形，并把金属 液体的热量传递出去，使金属液体冷却，凝固，在液体外部生成足够厚度的凝壳，以保证铸 锭在牵引机作用下，拉出结晶器时，不会发生金属液泄漏现象。铜合金的技术性能参数直接 影响到连铸坯的表面质量、连铸机拉速、连铸机作业率等指标。
[0003] 理想的用于结晶器的铜合金材料需要具有以下性能：（1)导热系数高：结晶器铜 合金内衬是将金属熔体的热量传导到冷却水中，从而实现熔体的凝固成型，因此需要铜合 金具有优良的导热性能；(2)在高温下具有足够的抗拉强度和屈服强度：浇铸过程中，结晶 器铜合金内衬直接与金属液接触，外表面通过10~40°C的冷却水，因此铜合金内外存在很 大的温度梯度和热应力，容易引起其变形，因此需要铜合金具有好的机械强度，具有足够的 抗拉强度和屈服强度；(3)耐磨性能好：铸锭在牵引机作用下，移向二次冷却带时，会与结 晶器铜管发生摩擦，在镀层局部磨损的情况下会造成内衬严重划伤，因此需要铜合金具有 很好的耐磨性能；⑷塑性好，易于加工：若铜合金的软化温度过低，不具有很好的塑性，会 造成结晶器管材的软化变形、失效，因此需要铜合金具有较高的软化温度，较好的塑性。
[0004] 现有结晶器用铜合金为磷-铜、银-铜、铍青铜、铜-铬-锆系列合金，如赵建学等 在《板坯结晶器铜板改进》的研宄中公开了将结晶器铜板材质由含银铜板改进成铬锆铜板 以提高钢板强度，解决铜板变形问题，但是磷-铜合金、银-铜合金屈服强度和拉伸强度低， 软化温度和再结晶温度低，作为结晶器铜板材料使用时易发生软化变形而失效，寿命短； 铜-铬-锆合金屈服强度和拉升强度虽然优于磷-铜合金和银-铜合金，但是其导热系数 低，作为结晶器铜板材料热量传导效率低，熔体凝固成型效率低，最终导致生产速率下降， 综合使用性能低。因此，研制出一种既具有好的导热性又具有强的机械性能的铜合金，对结 晶器性能的提高和使用寿命的增长具有重要的意义。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种导热系数、屈服强度 和抗拉强度高的铜镁硅合金。
[0006] 本发明的目的之二在于提供一种铜镁硅合金的制备方法。
[0007] 同时，本发明还在于提供一种连铸生产用结晶器。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0009] -种铜镁娃合金，由以下质量百分含量的组分组成：镁0.01%~0. 09%，娃 0? 2%~1. 5%，稀土元素0? 09%~0? 5%，余量为铜。
[0010] 为了进一步提高铜镁硅合金的性能，优选的稀土元素为铈、镧。
[0011] 为了进一步提高铜镁硅合金的性能，减少合金中的杂质，优选的铜为电解铜。
[0012] 可以采用常规方法熔融各组分成浇铸液，再浇铸成型的方式制备上述铜镁硅合 金，为了进一步详细的说明本发明铜镁硅合金的制备过程，本发明提供了如下铜镁硅合金 的制备方法，包括将镁、硅和稀土元素加入熔融铜液中在1250-1300°C温度下熔炼成浇铸 液，在1050-1100°C的浇铸温度下浇铸7-10分钟，浇铸成型，即得。
[0013] 为了保证熔炼效率，所述熔炼的时间为20-40分钟。
[0014] 所述熔融铜液由铜在1250-1280°C温度下精炼熔融制得。
[0015] 为了保证精炼效率，所述精炼时间为2-4小时。
[0016] 一种连铸生产用结晶器，结晶器内衬材料为上述铜镁硅合金。
[0017] 本发明铜镁硅合金，为镁、硅和稀土元素为次要组分的铜基合金，少量的镁提高铜 合金强度、提高合金高温抗氧化能力，娃提高合金强度和耐磨性能，而稀土元素使合金晶粒 细化、净化，强化上述镁和硅的作用，各组分在限定的用量范围内协同作用，使制备的铜镁 硅合金的导热性能与传统的银铜合金相当，且软化温度、再结晶温度、屈服强度和抗拉强度 明显高于银铜合金，提高了合金的抗蠕变、抗裂能力。另外，本发明的铜镁硅合金作为结晶 器铜材，高的屈服强度和抗拉强度，避免结晶器内外温度梯度和热应力引起的铜材变形；高 的软化温度和再结晶温度，避免结晶器铜材在高温下软化变形失效；采用本发明铜镁硅合 金制备的结晶器的寿命较银铜合金提高了 30%以上，而且本发明铜镁硅合金的导热系数 大，在用于结晶器板材时，具有高的热量传导效率，提高熔体凝固成型的速率，进而提高拉 坯成型效率，提高结晶器的综合使用性能。同时本发明铜镁硅合金的导电率达到95%以上， 最高达到98 %，可用作导线铜材等其他领域，尤其可适用于制备轨道交通领域导线。
[0018] 本发明铜镁硅合金的制备方法，采用首先熔融各组分制成浇铸液，再浇铸成型的 工艺方法制备铜镁硅合金，操作简便，易于控制，成本低，适于工业化推广应用。
[0019] 本发明连铸生产用结晶器，其内衬由本发明铜镁硅合金制作而成，热量传导效率 高，拉坯生产效率高，使用寿命长。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但不构成对本发明的任何限 制。
[0021] 下述实施例中采用5吨的真空感应冶炼炉进行熔炼。
[0022] 实施例1
[0023] 本实施例铜镁娃合金，由以下质量百分含量的组分组成：镁0. 01%、娃0. 2%、铺 0? 09%，电解铜 99. 7%。
[0024] 本实施例铜镁硅合金的制备方法，具体操作步骤为：
[0025] (1)在坩埚内加入电解铜3489. 5kg，合金流槽内加入镁0.35kg、硅7kg、铈 3. 15kg；
[0026] (2)设定熔炼温度为1300°C，精炼融化电解铜2小时，制得铜液；
[0027](3)将镁、硅和铈通过合金流槽加入步骤⑵制备的铜液中，温度为1300°C熔炼20 分钟，制得合金浇铸液；
[0028] (4)将步骤⑶制备的合金浇铸液以1050°C的浇铸温度，浇铸10分钟，冷却3小 时后取出浇铸成型的铜镁硅合金铸锭，即完成。
[0029] 本实施例铜镁硅合金采用常规的方法可制备成结晶器内衬。
[0030] 实施例2
[0031] 本实施例铜镁娃合金，由以下质量百分含量的组分组成