专利名称：一种铜合金上引连铸管坯的生产方法
技术领域：
本发明提供了一种主要用于铜合金上引连铸管坯的制造方法，技术涉及凝固学原理和有色金属加工工业技术领域。产品主要用于冷凝器制造工业。
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。
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。本发明征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；而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。而水平连铸由于其铸管易产生偏芯、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。
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，采用特制结晶器和特制加料装置，及专用保护套，确保铸管坯结晶组织均匀、细密、无疏松、无裂纹。该方案炉体结构为熔炼炉炉膛上平面高出保温炉炉膛上平面尺寸100-500mm之间，两炉体组成高低式联体炉结构，在熔炉与导流装置下侧处配置一隔热块，保证熔炼炉感应体不致过热而生产故障；在熔炼炉与保温炉炉膛之间配制可调导流装置，实现熔炼合金化与铸管过程的单独完成。该结构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。
本发明是这样实现的在熔炼时，电铜和合金元素由电脑自动控制实现合金化配料过程，易氧化合金元素由特制加料器(对普通合金不适用)直接加入熔炼炉熔体内合金化，升温后从熔体中取样经化验分析合格后，把熔体通过可调导流装置转入保温炉内，当其中任一元素含量分析不合格时，由电脑按设定程序重新自动跟踪元素含量调整，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。熔体在转入保温炉铸造时，定期从保温炉中取样进行在线化学成分跟踪复检，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。铸管是把结晶器安装到牵引机上，在结晶器内冷管中轻轻插入引杆，紧固双牵引轮压紧引杆后，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电机牵引，牵引速度是根据所生产的规格尺寸不同，在电脑中预前设定后进行自动控制。保温炉是保证铸管过程中铸造温度的稳定，铸造温度由浸入熔体中的温感器同电脑联网实现温度自动控制；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；导流控制器被用来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；结晶器浸入熔体深度可通过液位自动跟踪器控制，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连通，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。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抻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；下面对照附图
进一步说明附图中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-牵引杆；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。
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)联接处设计导流装置(18)，在熔炼炉(2)与导流装置(18)下侧处配置隔热块(19)，构成一个完整上引连铸合金炉型。该结构即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。
下面对照附图对操作方法进行描述电铜与合金由电脑(6)按比例通过特制加料器(3)被投入熔炼炉(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；转炉即熔炼炉(2)熔体(1)通过导流装置(18)上的控制器(4)开启来实现，当保温炉(15)熔体(17)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，把牵引杆(10)垂直穿过两牵引轮(7)间孔隙，轻轻插入结晶器(13)内冷管中，用牵引轮(7)活动轮压紧牵引杆(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，这样就可获得连续的合金铸管坯(8)。铸造速度由铸造温度，冷却水温和金属探伤仪(9)监测的铸坯结晶组织缺陷信息，直接通过电脑(6)自动调整；铸造温度通过温感器(14)与电脑(6)连接，实现铸造(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检查跟踪，确保送入下道工序铸管坯(8)百分之百合格。
权利要求
1.一种铜合金上引连铸管坯的生产方法。铜和铜合金元素按配比被加入普通上引连铸熔炼炉中熔化，熔化后熔体经化学成分检测，熔炼炉熔体经导流孔进入保温炉，保温炉熔体通过结晶器被冷却结晶，铸出连续的上引连铸管坯。其特征是保温炉(15)与熔炼炉(2)炉体为高低联体结构，配置可调导流装置(4)、特制结晶器(13)和专用保护套(16)，从而有别于平台式普通上引连铸炉型，确保上引连铸合金管坯(8)化学成分和结晶组织稳定可靠，组成连续、可控、自动化上引连铸铜合金铸管坯(8)生产线，达到上引连铸合金管坯(8)直接用于拉伸管材和降低生产成本的目的。
全文摘要
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。
文档编号B22D11/14GK1350897SQ01122700
公开日2002年5月29日 申请日期2001年7月6日 优先权日2001年7月6日
发明者李倬, 吴国仕, 杨守智 申请人:广东南方特种铜材有限公司