专利名称：用水平连铸法生产铁青铜合金带坯的工艺方法及其结晶器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用水平连铸法生产铁青铜(C194)合金带坯的工艺方法及其结晶器。
背景技术：
铁青铜(C194)合金的化学成分百分比为Fe2.1～2.5％，P0.015～0.15％，Zn0.05～0.2％，Pb≤0.03％，Cu余量；相当于中国国家标准的GBQFe2.5，用该合金材料生产的成分合格、铸造组织均匀、表面无裂纹的长卷带坯(宽度200～440mm，厚度12～18mm，长度40～100m)，经过后道铣面、冷轧、热处理和精轧等工序，可生产用于制造半导体和集成电路用的引线框架材料以及电子接插件等。其中使铸坯中铁和铁的化合物均匀分布，并使铸坯无裂纹、裂边等缺陷尤其重要。
目前，国内外生产铁青铜C194合金带卷坯，均采用大锭半连续铸造-热轧的方法，即首先用立式半连续铸造生产块状铸锭，再加热热轧并在热轧终了进行水淬火的固溶处理，这种生产工艺的流程长、设备投资大，并且固溶处理的工艺条件控制困难，导致生产的铁青铜C194合金带坯成本高、能耗大，质量难以稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种用水平连铸法生产铁青铜(C194)合金带坯的工艺方法，其在满足所制造的成品符合要求的前提下，能减少工序，并可大大减小设备投资，达到降低生产成本及减轻工人的劳动强度的目的。
本发明的另一目的是提供一种用水平连铸法生产铁青铜(C194)合金带坯的结晶器，该设备辅助水平连铸生产铁青铜(C194)合金带坯工艺方法的实施，使生产出的铁青铜(C194)合金带坯质量上乘。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案一种用水平连铸法生产铁青铜合金带坯的工艺方法，所述的工艺方法步骤如下1)按照铁青铜C194合金成分配料，加入熔化炉中；2)加入适量的脱氧精炼剂，进行合金的熔炼；3)合金在熔化炉熔化后调整成分合格，并达到合适的熔化温度(1190～1210℃)后，将熔液通过溜槽倒入保温炉中，在保温炉进一步通过取样快速分析调整合金成分，并通过控制感应电炉的输入电压控制铸造温度稳定在1125～1135℃的范围；4)经特制的结晶器冷却处理，采用计算机控制该合金的拉-停-反推的铸造工艺程序，在结晶器出口处进行水淬火的固溶处理；5)连续出铁青铜C194合金带卷坯，每个带卷通过铸坯长度控制，使带卷重量控制适量，送往线外铣面机铣面，得到合格的铁青铜C194合金带。
因为铁青铜C194合金铁含量比较高，Fe的熔点比铜高、比重比铜小、对氧的亲和力比铜大，合金铜水的流动性比较差，故要使铁在铜水中能比较均匀地分布，上述方法中采用500～800HZ的中频无芯感应电炉作为熔化炉。
因铁青铜C194合金是一个固溶强化合金，只有在铸造时采取合适的结晶器和冷却条件，以及合适的引拉工艺程序，才能连续正常地生产合格的长带卷坯，因此本发明采用了特殊结构的结晶器和采用计算机控制该合金的拉-停-反推的铸造工艺程序。
一种用水平连铸法生产铁青铜合金带坯的结晶器，它包括有上、下两块结构和尺寸相同的主体冷却铜板及位于其内侧四边的石墨板，在两块冷却铜板中，分别在纵向开设两组冷却水循环管路，各组冷却水循环管路由并列的若干进水管对应一个出水管构成，每个进水管中装有可调节水流量和流速的芯棒。在结晶器的带坯出口端安装有喷水冷却管，使铸坯能进行水淬急冷，利于固溶处理，使生产合格的C194合金带坯得到保证。
在结晶器两块冷却铜板内侧与边部石墨块接触的位置，各开了一组扁方槽，解决了边部冷却过快的问题，可有利于连铸的铜板带坯不易产生热应力和裂纹，连铸的合金液穴减小、铸造线平稳，减少铸坯的疏松和缩孔。
在结晶器上下两块石墨板深入炉膛的头侧，各加工有若干个斜孔，使铁青铜C194合金液能平稳进入结晶器。
本发明的优点是可采用水平连铸的方法生产合格的C194带卷坯，经铣面后可直接进行冷轧，带卷的长度可根据冷轧机的能力进行选择，不需要投资昂贵的锭坯加热炉和热轧机，工艺流程短，设备投资相对较小，生产成本较低，能耗小，工人的劳动强度小。
图1为本发明生产CI94合金带卷坯的水平连铸机组设备组成示意图(主视图)图2为本发明生产CI94合金带卷坯的水平连铸机组设备组成示意图(俯视图)图3为本发明计算机控制系统构成示意框4为本发明用于合金带坯水平连铸的结晶器示意5为图4中A-A剖面结构示意6为本发明结晶器装在保温炉上的剖面结构示意图具体实施方式
图1、图2为本发明生产铁青铜CI94合金带卷坯的水平连铸机组的主要设备组成图，主要工艺流程如下1)按照铁青铜C194合金成分配料单，先在熔炼炉1中加入电解铜和C194合金的合格回材，待加入的材料完全熔化后，再加入经过配料计算的磷铜中间合金、其他精炼剂，和铜铁合金以及铜锌合金，经搅拌均匀，取样用光谱快速分析，成分合格并且控制铜液温度达到要求时，将铜液通过专用溜槽倒入保温炉2；2)在保温炉中用煅烧的木炭作为覆盖剂，通过控制保温炉感应器的输入功率来控制铜液的铸造温度在1130℃±10℃；3)铜液经特制的结晶器3冷却处理，采用计算机控制该合金的拉-停-反推的工艺程序，一般铸造速度为120～150mm/min，生产带坯厚度为15～16mm、宽度为250～330mm，在结晶器出口处，带坯在500～650℃时进行喷水淬火的固溶处理；连续生产合格的CI94合金带坯；4)连续拉出的铁青铜C194合金带坯，经过卷取机8(一般卷成内径500～700mm的带卷坯)并通过铸坯长度控制，达到要求的卷重(一般控制为2～5吨)后，由液压剪7剪断，送往线外铣面机铣面，得到合格的铁青铜C194合金带。
上述设备的选型以及采用的特别的结晶器和引-拉-推处理程序、连续淬火的固溶处理工艺，铸坯组织内Fe的化合物能均匀分布，并且化学成分、坯锭的表面质量和性能均能达到标准要求，通过后道的进一步冷轧和热处理条件的控制，可以生产半导体和集成电路引线框架用的高精度CI94合金铜带，图中4为工艺过程用水箱。
图中牵引机5、导辊6的拉、停或反推动作均采用计算机控制(该控制系统构成参见图3)，计算机控制该合金的拉-停-反推的工艺程序可由现有技术编程实现，此处不赘述。
如图4、图5、图6所示，本实用新型用于铜合金带坯水平连铸的结晶器由主体冷却铜板1’及位于其内侧的石墨板4’构成。
所述的冷却铜板1’由上、下两块结构和尺寸相同的冷却铜板构成，在两块冷却铜板中，分别在纵向各开了两组水路，每组水路由一个出水管2’及若干(以3～4个为佳)的进水管3’联成水路，每个进水管中装有调节水流量和流速的芯棒，各进水管并行排列。
在两块冷却铜板两侧(距冷却铜板边60mm的范围内)与石墨块相接触的部位，各开与冷却铜板长度相同的一组(2～3条宽10mm～15mm×深5mm为佳)的扁方槽5’。
在上下两块石墨板的头侧端各加工有若干个斜孔。
在结晶器的出口安装有喷水冷却管7’。
该结晶器特别适用于用水平连铸的方法生产类似于C194的Cu-Fe-P系列合金带坯，它还适用于生产BZn15-20、BZn18-18、BZn18-26等Cu-Ni-Zn系列的锌白铜合金带坯。
实施例1(以生产厚度为15mm、宽度为300mm，带材长度为66m的铁青铜C194合金带卷坯为例)本发明采用有效容量为1吨的中频无芯感应电炉作为熔化炉，按照C194合金成分进行配料(Fe2.3％，P0.035％，Zn0.06％，Pb≤0.03％，Cu余量)，选用电源频率750HZ，以及适宜的加料顺序和脱氧精炼剂，进行合金的熔炼，每炉配料量为800Kg(其中新料65％，C194回材35％)，合金在熔化炉熔化和调整成分以及达到合适的熔化温度后，通过装有顶盖和煤气保护的流槽将铜水倒入容量为2.5吨的工频有芯感应电炉(保温炉)，并进一步在保温炉调整和控制铜液的铸造温度(1125～1135℃)，经计算机控制该合金的拉-停-反推的工艺程序，平均铸造速度150mm/min，并在结晶器出口于550～700℃进行水淬火的固溶处理，连续生产厚度为16mm、宽度为300mm的C194合金带卷坯，每个带卷通过铸坯长度控制，使带卷重量控制为3吨左右，送往线外铣面机铣面，对带卷的上下表面各铣去0.50～0.80mm的面层，再送往冷轧-退火-精整工序生产0.254mm厚的高精度C194合金铜带。
其它实施例工艺条件同实施例1，生产厚度为18mm、宽度为260mm，厚度为12mm、宽度为280mm，厚度为18mm、宽度为400mm等，带材长度为60～80m的铁青铜C194合金带卷坯，只要合理调整引拉程序和铸造速度，均能达到合格的带卷，经铣面后采取合适的冷轧加工的工艺，生产了厚度为0.11～0.5mm的C194铜带。
权利要求
1.一种用水平连铸法生产铁青铜合金带坯的工艺方法，其特征在于所述的工艺方法步骤如下1)按照铁青铜C194合金成分配料，加入熔化炉中；2)加入适量的脱氧精炼剂，进行合金的熔炼；3)合金在熔化炉熔化后调整成分合格，并达到合适的熔化温度(1190～1210℃)后，将熔液通过溜槽倒入保温炉中，在保温炉进一步通过取样快速分析调整合金成分，并通过控制感应电炉的输入电压控制铸造温度稳定在1125～1135℃的范围；4)经特制的结晶器冷却处理，采用计算机控制该合金的拉—停—反推的铸造工艺程序，在结晶器出口处进行水淬火的固溶处理；5)连续出铁青铜C194合金带卷坯，每个带卷通过铸坯长度控制，使带卷重量控制适量，送往线外铣面机铣面，得到合格的铁青铜C194合金带。
2.根据权利要求1所述的用水平连铸法生产C194合金带坯的工艺方法，其特征在于所述的熔化炉采用中频无芯感应电炉，选用电源频率在150～850HZ。
3.一种用于铜合金带坯水平连铸的结晶器，包括主体冷却铜板及位于其内层的石墨板，其特征在于所述的主体冷却铜板由上、下两块结构和尺寸相同的冷却铜板构成，在两块冷却铜板中，分别在纵向各开了两组水路，每组水路由一出水管及若干进水管联成水路，每个进水管中装有调节水流量和流速的芯棒。
4.根据权利要求3所述的结晶器，其特征在于在两块冷却铜板两侧与石墨块相接触的部位各开与冷却铜板长度相同的一组的扁方槽。
5.根据权利要求3所述的结晶器，其特征在于在上下两块石墨板的头侧端各加工有若干个斜孔。
6.根据权利要求1所述的用水平连铸法生产C194合金带坯的工艺方法，其特征在于在结晶器的出口安装有喷水冷却管。
全文摘要
本发明公开了一种用水平连铸法生产铁青铜合金带坯的工艺方法，其采用中频无芯感应电炉作为熔化炉，选用合适的电功率和频率以及适宜的加料顺序和脱氧精炼剂，进行CI94合金的熔炼，达到合适的合金成分和熔化温度后，倒入水平连续铸造生产线的保温炉，在保温炉上安装了特别的结晶器，采用CI94合金的专用引拉工艺程序，并在生产线上采用特殊的能在550～700℃进行水淬火的固溶处理工艺和设备，连续生产宽度200～440mm，厚度12～18mm合格的CI94合金带卷坯，每个带卷重量可根据要求控制为2～5吨；这种生产工艺和装备，与国内外通常采用的大锭半连续铸造一热轧的工艺和装备相比，具有流程短、设备投资大大减小、生产成本降低、能耗小、工人的劳动强度小等明显优点。
文档编号B22D11/045GK1657199SQ20041003915
公开日2005年8月24日 申请日期2004年2月16日 优先权日2004年2月16日
发明者胡长源, 程镇康, 马万军, 马华法, 方乃云, 王建立, 汪德强, 谢水生, 闫晓东 申请人:宁波兴业电子铜带有限公司, 北京有色金属研究总院