氮气保护的铜及铜合金铸锭装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种氮气保护的铜及铜合金铸锭装置，属于冶金技术领域。该装置包括结晶器总成、引锭头及铸锭、铸锭井；所述结晶器总成与铸锭井之间设置有气密性保护罩，气密性保护罩上设有氮气回流控制装置；所述铸锭井的井壁安装有氮气注入管及控制阀门，铸锭井的底部设有三次冷却水回流口；所述结晶器总成的一次冷却水进水口联通有水冷却－脱氧装置。本实用新型专利技术通过氮气进行密封保护，防止了在铸造的过程中，外界的空气进入铸锭井同高温的铜锭接触，确保铜锭不被空气氧化，实现工业纯铜、高铜及白铜合金的表面无氧化铸造，达到减少铜金属的氧化损失、降低生产成本的目的，主要适应于直径Φ１５０ｍｍ（或相当断面的板锭）及以上铜及铜合金的铸锭。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于冶金
，涉及一种氮气保护的铜及铜合金铸锭装置，主要 适应于直径φ 150mm (或相当断面的板锭)及以上铜及铜合金的铸锭。
技术介绍
紫铜、磷脱氧铜、无氧铜、银铜、高铜及白铜合金的熔炼温度一般在1120-1350°C之 间。在高温下，这类合金的表面不能形成致密的保护膜，极易氧化形成较厚的氧化皮，对铸 锭品质及后续加工造成影响。在生产无氧铜时，氧还能向铸锭渗透，影响后续加工制品的 性能。目前，国内外对铸造过程中铸锭的外表面基本不采取任何保护措施，特别是直径在 Φ 150mm及以上的铸锭(或相当断面的板锭)，表面往往存在十分严重的氧化现象，对后续加 工产生不良影响。氧化皮增加挤压筒、挤压杆、穿孔针的磨损，使挤压模的寿命大大降低。氧 化皮压入加工制品中造成制品缺陷，严重时导致制品报废。金属铜氧化会造成金属损失、增 加生产成本。在采用立式半连续铸造过程中，不能对铸锭表面进行有效保护，主要原因如下其 一是现有的结晶器只是一个铸锭成型的模腔，结晶器仅能带走高温铜液的15-30%左右的 热量，无法将凝固的铜锭冷却到氧化温度以下。其二是铸锭凝固以后，由于线收缩而在结 晶器与铸锭之间形成气隙，使铸锭表面和结晶器之间无法进行传导传热。此时，铸锭心部 的高温区温度接近铜及铜合金的熔点，通过传导传热使铸锭表面的温度快速升高。铸锭周 围的空气能够迅速氧化高温的铸锭。其三是，铸锭在二次见水冷却前，表面温度很高，二次 冷却水能够进一步氧化高温的铸锭。二次冷却水是经过冷却塔喷淋雾化冷却的，水中溶解 有大量的氧气。在水体喷淋和强烈循环的情况下，水中溶氧量达到14g/m3。 一根直径为 0^60-440mm，长度为5. 5-6. 5m的铜及铜合金铸锭，铸造时间大约为l_2h，在一根铸锭的铸 造过程中，二次水的循环总量为80-100 m3,相当于有1. 22kg的氧气通过铸锭表面与铸锭接 触。500-900°C左右的金属与溶氧之间有很强的亲和力，生成疏松的氧化铜，氧还可以进一 步氧化氧化皮下的金属。1.22kg的氧气足以将铸锭表面充分氧化。其四是，二次水的供水 压力在3^kg/cm2，二次冷却装置喷向铸锭表面的不是纯水而是空气-水的两相流体，混入 水中的空气能够强烈氧化高温铸锭。其五是，二次冷却不能有效地将直径在Φ250πιπι(或相 当断面的板锭)以上的铸锭冷却到185°C (铜开始氧化的温度)以下，经过二次冷却的大规 格铸锭心部温度仍然很高，暴露在空气中的铜锭还会继续氧化。其六是，铸锭井中的三次冷 却水含有很高的氧，还会对大规格铸锭进行进一步氧化。铸锭规格越大、铸造速度越低、铸 锭表面温度越高、冷却所需要的时间越长，铸锭表面氧化也越严重。
技术实现思路
本发技术的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种氮气保护的铜及铜合金铸锭装置。本技术氮气保护的铜及铜合金铸锭装置，包括结晶器总成、引锭头及铸锭、铸锭井；所述结晶器总成与铸锭井之间设置有气密性保护罩，气密性保护罩上设有氮气回流 控制装置；所述铸锭井的井壁安装有氮气注入管及控制阀门，铸锭井的底部设有三次冷却 水回流口 ；所述结晶器总成的一次冷却水进水口联通有水冷却-脱氧装置。所述水冷却-脱氧装置包括敞开式高位冷水槽和气密性低位脱氧水槽。其中，敞 开式高位冷水槽内安装有冷却塔，该冷却塔的上部通过管道、水泵与铸锭井底部的三次冷 却水回流口联通。所述气密性低位脱氧水槽的底部设置有氮气分配管道及氮气控制阀，顶 部设有气体排放阀；气密性低位脱氧水槽内设置有水体氮气在线监测装置及与所述一次冷 却水进水口联通的水泵。气密性低位脱氧水槽内的中间部位设有隔水栅，其目的是增加水 流阻力，防止从高位冷水槽中流入的含氧量很高的水直接进入吸水口。在铸锭井的上部设有氮含量监测探头，对铸锭井内的氮气浓度进行在线检测。在铸锭井内结晶器总成的下方设有锭长探测装置，用于检测铜锭的铸造长度和铸 造速度。根据铸造长度和铸造速度，控制二次水水泵开停、供水量、供水压力。在铸锭井上对应铸锭平台的位置设有氧含量检测探头和吹扫风机。本技术相对现有技术具有以下优点1、本技术采用气密性保护罩对结晶器出口和铸锭井口之间进行密封保护，防 止在铸造的过程中，外界的空气进入铸锭井同高温的铜锭接触，确保铜锭不被空气氧化。2、本技术采用冷却水-脱氧装置，对进入结晶器和铸锭井的冷却水进行脱氧 除气，确保与铸锭接触的二次水中不含氧气，不造成铸锭表面氧化。3、聚集于铸锭井中的三次冷却水中溶有氮气，不含氧气，不会对大规格铸锭造成 氧化，特别适应于直径Φ 150mm (或相当断面的板锭)及以上铜及铜合金的铸锭。附图说明图1为本技术的结构示意；1——结晶器总成；2——引锭头及铸锭；3——铸锭平台；4——气密性保护罩； 5——铸锭井；6——氮气注入管；7——控制阀门；8——二次冷却水；9——氮气回流控制 装置；10——氮含量监测探头；11——氧含量监测探头；12——吹扫风机；13——三次冷却 水；14——三次冷却水回流口 ； 15——锭长探测装置J6——一次冷却水进水口。图2为本技术的二次水冷却-脱氧装置的结构原理图16——水泵；17——气体排放阀；18——隔水栅；19——水体氮气在线监测装 置；20——气密性低位脱氧水槽；21——氮气分配管；22——氮气控制阀；23——敞开式高 位冷水槽；24——管道；25——冷却塔。具体实施方式下面通过具体实施例对本技术的结构及工作原理进行详细的说明。参见图1，一种氮气保护的铜及铜合金铸锭装置，包括结晶器总成1、引锭头及铸 锭2、铸锭井5。结晶器总成1的一次冷却水进水口沈联通有水冷却-脱氧装置。在结晶 器总成1与铸锭井5之间设置有气密性保护罩4，使结晶器总成1、保护罩4和铸锭井5形 成一个密闭的空间。在气密性保护罩4上设有氮气回流控制装置9。铸锭井5的井壁上安 装有与气源联通的氮气注入管6，氮气注入管6上连接有氮气控制阀门7。铸锭井5的底部设有三次冷却水回流口 14 ；铸锭井的上部设有氮含量监测探头10，在铸锭井内结晶器总成 1的下方设有锭长探测装置15。铸锭井上面对应铸锭平台的位置设有氧含量检测探头11 和吹扫风机12。参见图2，上述冷却水-脱氧装置包括敞开式高位冷水槽23和气密性低位脱氧水 槽20。其中敞开式高位冷水槽23内安装有冷却塔25，该冷却塔的上部通过管道M与铸锭 井底部的三次冷却水回流口 14联通。气密性低位脱氧水槽20的底部设置有氮气分配管道 21及氮气控制阀22，其顶部设有气体排放阀17 ；气密性低位脱氧水槽20内设置有水体氮 气在线监测装置19及与结晶器总成的一次冷却水进水口联通的水泵16。为了防止从高位 冷水槽中流入的含氧量很高的水直接进入吸水口，在气密性低位脱氧水槽20的中间部位 设有隔水栅18。铸锭井中回流的三次水经冷却塔25冷却后输送到密性低位脱氧水槽20 内。开启槽底氮气管道的控制阀门22，向槽底通入氮气，通入的氮气形成一串串气泡 弥散分布于槽内水体中。由于气泡中氧的分压为零，从而促使水中溶解的氧析出并 向气泡中扩散，含氧气泡浮出水面。当槽内水体上方空间的气压达到0.5Ukg/cm 2时，开启气体排放阀7排空，达到去除水体中溶解的氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氮气保护的铜及铜合金铸锭装置，包括结晶器总成（１）、引锭头及铸锭（２）、铸锭井（５），其特征在于：所述结晶器总成（１）与铸锭井（５）之间设置有气密性保护罩（４），气密性保护罩上设有氮气回流控制装置（９）；所述铸锭井（５）的井壁安装有氮气注入管（６）及控制阀门（７），铸锭井（５）的底部设有三次冷却水回流口（１４）；所述结晶器总成的一次冷却水进水口（２６）联通有水冷却－脱氧装置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺永东，杨志强，
申请(专利权)人：金川集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：62[中国|甘肃]