倾斜牵引连续凝固宽幅薄铜及铜合金板带材的装置及生产工艺

摘要

本发明涉及一种倾斜牵引连续凝固宽幅薄铜及铜合金板带材的装置及生产工艺，用定向凝固方法以30°～60°角度向下倾斜牵引及浸入式冷却并连续定向凝固铸造宽幅薄铜及铜合金板带材，包括炉体、基座、金属溶液高温区、金属预热区、金属储料区、储料闸区、炉盖、加热元件，金属溶液高温区与铸型相通，在溶液导向管上设有高温金属液过滤节流阀，在纵炉炉体中设有铸型加热元件，纵炉炉体设有纵炉炉盖，炉盖上开有开口，在开口处设有冷却导向辊，冷却导向辊向下倾斜30°～60°，冷却导向辊下有薄板引锭装置，在薄板引锭装置下有使金属薄板浸入冷却液内的冷却装置，铸造过程中冷却液不会进入热区、不易出现拉漏现象，铸板上下冷却强度均匀。

说明书

技术领域

本发明属于有色金属新材料制备技术领域，特别涉及一种用定向凝固方法以30°～60°的角度向下倾斜牵引及浸入式冷却并连续定向凝固铸造宽幅薄铜及铜合金板带材(宽100～1000mm，厚度小于3mm)的倾斜牵引连续凝固宽幅薄铜及铜合金板带材的装置及生产工艺，板带内部组织为单晶组织或沿带材长度方向连续柱状晶。

背景技术

随着电子电讯、仪器仪表、计算机、信息网络、输配电技术的飞速发展与产品更新换代的加快，高精度、高性能与高质量表面的铜及铜合金板带材的需求量增加迅猛[王涛，铜及铜合金板带的生产与市场，有色金属加工，2009.2]。

连续定向凝固技术是一项把先进的定向凝固技术与高效的连铸技术相结合的金属近净成型技术，由于具有单向传热、固液界面向液体中凸出，凝固过程中析出的气体及排出的杂质不会被卷入铸锭等特点，可用于直接连续生产表面光亮、具有连续柱状晶组织或单晶组织的各种板材、线材和管材等制品。连续定向凝固法消除(或减少)了铸锭中的横向晶界，无铸造缺陷，有利于后续的冷加工，可以减少甚至消除冷加工过程中的中间退火程序，节省能源，提高产品质量、提高生产效率。文献(刘雪峰等，连续柱状晶组织纯铜板材的制备，材料工程，2007.9)报导的纯铜板材样品(宽25mm，厚5mm)，与普通铸造的多晶铜板材比相比，延伸率和导电率显著提高。

我国一项采用定向凝固法制备铜及铜合金带材的专利，名称为“一种纯铜及铜合金带材的短流程高效制备方法”，公开号CN101020231(公开日期2007、08、22)。该专利涉及的牵拉方式是上引式、下拉式或水平式。上引连铸方式的最大困难是有效隔离热区与上方的水冷区，很难实际应用；尽管下拉式不存在隔离热区和水冷区的问题，但凝固控制困难，且易出现拉漏现象；水平连铸方式有结晶器温度容易控制、引晶容易，装置比较简单等优点，在实际生产中应用较为广泛，但铸锭上下的冷却强度不均匀，给高质量宽幅薄铜板带的生产造成困难[胡慧，下引式铜单晶定向凝固连铸设备的研究，上海大学硕士论文。2009.1]。

发明内容

针对定向凝固中上述几种牵引方式存在的问题，本发明的目的在于提供一种可以解决定向凝固过程中其他牵引方式中易出现的拉漏和铸锭上下面冷却强度不均匀的问题的倾斜牵引连续凝固宽幅薄铜及铜合金板带材的装置及生产工艺，该工艺操作简单，可制备出宽100～1000mm、厚度小于3mm的宽幅薄铜及铜合金板带材，板带内部组织为单晶组织或沿带材长度方向连续柱状晶。

本发明的目的是这样实现的：

一种倾斜牵引连续凝固宽幅薄铜及铜合金板带材的装置，包括带有保护气体入口的炉体、位于炉体下部的基座、位于基座上的金属溶液高温区、与金属溶液高温区相接通的金属预热区、与金属预热区相接通的金属储料区、金属储料区下面的储料闸、位于炉体上部的炉盖、设置在炉体不同区中的加热元件，其特征在于：金属溶液高温区通过溶液导向管与设置在纵炉炉体中的铸型相接通，在溶液导向管上设置有高温金属液过滤节流阀，在纵炉炉体中设置有铸型加热元件，在纵炉炉体一侧设置有纵炉炉盖，在纵炉炉盖上开设有开口，在该开口上设置有开型口铸型密封，在开型口铸型密封处设置有与该开口相配合的冷却导向辊，冷却导向辊沿水平方向向下倾斜30°～60°，在冷却导向辊下面设置有薄板引锭装置，在薄板引锭装置下面设置有使金属薄板上下面同时浸入冷却液内的冷却装置，在该冷却装置外设置有引导辊、张力控制器以及收集装置。

所述的冷却装置包括冷却液箱体、设置在冷却液箱体上的拉校辊和定位辊，拉校辊为两对靠在一起的辊筒，两组拉校辊分别设置在冷却液箱体的进口端和出口端，定位辊设置在两组拉校辊之间的冷却液箱体内，在冷却液箱体上设置有冷却液入口和冷却液出口。

在炉体上设置有测温元件。

在冷却液箱体中还设置有冷却液测温元件和冷凝管。

一种倾斜牵引连续凝固宽幅薄铜及铜合金板带材的生产工艺，其特征在于：包括下述步骤：

(1)、将电解铜、所需金属或中间合金切割成块，然后将表面处理干净，确保金属表面光亮无氧化物杂质，放置于金属储料区；

(2)、将处理好的电解铜块、所需金属块或中间合金块从金属储料区移至金属预热区，预热后放入金属溶液高温区，进行熔炼，熔炼过程中通过保护气入口通入稀有气体保护，同时对纵炉和铸型加热；

(3)、当金属液温度达到1150℃～1160℃，纵炉20温度达到1170℃～1180℃，铸型温度达到1085℃～1110℃，取开型口铸型密封，插入厚度和宽度与型口相同的引锭铜板，同时从冷却液入口注入冷却液，压下金属液面控制棒，金属溶液高温区内的金属液面升高，金属液流入溶液导向管内，打开高温金属液过滤节流阀，金属液通过金属液过滤节流阀流入铸型内，当引锭控制系统指示后开始拉铸，初始拉铸速度控制在20mm/min～30mm/min；

(4)、金属薄板在引锭板牵引下，沿斜向下30°～60°方向通过冷却导向辊、拉校辊，使金属薄板上下面同时浸入冷却液内，将牵引速度调整为30～500mm/min；

(5)、金属薄板在引锭板牵引下，先后通过定位辊、引导辊和张力控制器，最后在收集装置上收集。

本发明的优点在于：

1、采用连续定向凝固法生产宽幅薄铜及铜合金板带的过程中，板带(铸锭)的牵引采用向下倾斜(30°～60°)，冷却液不会进入热区、不易出现拉漏现象。

2、牵引的金属板上下表面同时浸入到冷却液中，不会出现铸板上下冷却强度不均匀现象。

3、通过调节冷却液的种类或(和)液面的高度可以调节冷却距离，从而可调节牵引速度。

4、采用连续定向凝固法生产的纯铜及铜合金宽幅薄板带材的内部组织为单晶组织或沿带材长度方向连续柱状晶组织。

附图说明

图1为本发明的装置的总装配图。

图2为本发明的装置中的冷却装置结构示意图。

图3为本发明的装置中的纵炉结构示意图。

图4为本发明的生产工艺流程图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明的一种倾斜牵引连续凝固宽幅薄铜及铜合金板带材的装置，包括带有保护气体入口4的炉体9、位于炉体下部的基座5、位于基座5上的金属溶液高温区3、与金属溶液高温区3相接通的金属预热区2、与金属预热区2相接通的金属储料区1、金属储料区1下面的储料闸7、位于炉体上部的炉盖6、设置在炉体不同区中的加热元件8，其特征在于：金属溶液高温区3通过溶液导向管10与设置在纵炉炉体20中的铸型13相接通，在溶液导向管10上设置有高温金属液过滤节流阀11，在纵炉炉体20中设置有铸型加热元件12，在纵炉炉体20一侧设置有纵炉炉盖14，在纵炉炉盖14上开设有开口，在该开口上设置有开型口铸型密封26，在开型口铸型密封26处设置有与该开口相配合的冷却导向辊15，冷却导向辊15沿水平方向向下倾斜30°～60°，在冷却导向辊15下面设置有薄板引锭装置16，在薄板引锭装置16下面设置有使金属薄板上下面同时浸入冷却液内的冷却装置，在该冷却装置外设置有引导辊18、张力控制器25以及收集装置19。在炉体9上设置有测温元件27。

如图2所示，所述的冷却装置包括冷却液箱体22、设置在冷却液箱体22上的拉校辊17和定位辊23，拉校辊17为两对靠在一起的辊筒，两组拉校辊17分别设置在冷却液箱体22的进口端和出口端，定位辊23设置在两组拉校辊17之间的冷却液箱体22内，在冷却液箱体22上设置有冷却液入口21和冷却液出口24。在冷却液箱体22中还设置有冷却液测温元件28和冷凝管29。

如图3所示，所述的金属溶液高温区3通过溶液导向管10与设置在纵炉炉体20中的铸型13相接通，在溶液导向管10上设置有高温金属液过滤节流阀11，在纵炉炉体20中设置有铸型加热元件12，在纵炉炉体20一侧设置有纵炉炉盖14，纵炉炉盖14与铸型13之间还设置有隔热支撑板31，在纵炉炉体20上安装有测温元件30，在纵炉炉盖14上开设有开口，在该开口上设置有开型口铸型密封26，在开型口铸型密封26处设有与该开口相配合的冷却导向辊15；在纵炉炉盖14的开口处还设置有测温元件32，在开型口铸型密封26上设有炉口压板33，金属溶液高温区3、金属预热区2、金属储料区1构成位于炉体中的坩埚34。

具体制备工艺如下：

1、处理电解铜及所需金属块或中间合金，将电解铜和所需金属或中间合金切割成适当大小的块，然后将表面处理干净，确保金属表面光亮无氧化物等杂质，放置于金属储料区1。

2、将上述处理好的金属块电解铜块、所需金属块或中间合金块从金属储料区1移至金属预热区2预热后放入金属溶液高温区3，进行熔炼，熔炼过程中通过保护气入口4通入稀有气体如氩气保护；同时，对纵炉20、铸型13加热。

3、当金属液温度达到1150℃～1160℃，纵炉20温度达到1170℃～1180℃，铸型温度达到1085℃～1110℃，取开型口密封，插入引锭铜板厚度和宽度与型口相同，同时从冷却液入口21注入冷却液。压下料棒，金属溶液高温区3内的金属液面升高，金属液流入溶液导向管10内，打开高温金属液过滤节流阀11，金属液通过金属液过滤节流阀11，流入铸型内，当引锭控制系统指示后开始拉铸，初始拉铸速度控制在20mm/min～30mm/min。

4、金属薄板在引锭板牵引下，沿斜向下30°～60°方向通过冷却导向辊15、拉校辊17，使金属薄板上下面同时浸入冷却液内，根据冷却液的种类和性能或调节冷却液液面的高度调节冷却距离，将牵引速度调整为30～500mm/min。

5、金属薄板在引锭板牵引下，先后通过定位辊23、引导辊18和张力控制器25，最后在收集装置19上收集。

6、按照规定的标准，对金属薄板进行包装。