连铸铜合金的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及连续铸造对碳具有高的亲合力的铜合金的方法和系统，其中铸造模具至少部分用对要铸造的铜合金有耐受性的材料制成，或者铸造模具至少部分被这样的材料覆盖，并且熔剂覆盖层是由对要铸造的铜合金有耐受性的材料制成的。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及连铸铜合金的方法和系统。更具体地说，它涉及优选用于对碳有高的亲合力的合金的方法和系统。
技术介绍
通常使用的连铸可在垂直的、水平的和向下的方向铸造。许多现有技术文件涉及该铸造
这些现有技术文件例如是US2553921和WO 02/20194A1。在向上的铸造方法中，通过保持水冷却的管口(nozzle)沉浸到熔体中来接收和冷却熔体，使得成形的金属制品被连续地铸造。管口要在熔体中浸得足够深，这样所接收的熔体的固化点低于在外部的熔体的表面，从而使已固化的熔体可被向上拉出同时被进一步冷却。连铸对铸模和铸造环境的要求很高。由于有这些要求，不是所有的合金都适于使用现有技术的连铸方法和系统。例如CuCr，CuCrZr，CuZr或CuTi合金的铸造就主要在生产上限于铸坯铸造。为描述这些技术，术语“连铸”被用来描述铸造厚度/直径最大为50毫米的带或线，用于在工艺中进一步冷加工该材料。在一些情形中，CuCr的连铸是可能的，但是是在低ppm浓度的Cr(＜2500ppm)的情形下。连铸这些合金(CuCr，CuCrZr和CuZr)的限制在于它们对碳的高亲合力。用于对铜和铜合金连铸的典型的模具由石墨制成，它和Cr以及Zr经过还原反应形成碳化物。熔融的石墨覆盖物也是常见的，并且也象铸造模具一样经受相同的反应。在铸造的过程中，Cr和Zr侵蚀模具表面直到因任何下述理由而停止铸造表面缺陷，在液相(liquidius)界面处的棒的分离，由于和Cr以及Zr的反应使得模具逐渐变细导致铸造材料滞留在模具区域等等。
技术实现思路
本专利技术的目标是克服先前所描述的问题，并提供能够连铸对碳具有高的亲合力的铜合金的方法和系统。通过时铸造模具和保护熔体的材料进行选达到这些目标。为了连铸对碳具有高的亲合力的铜合金，用陶瓷、特种陶瓷、稳定的陶瓷、陶瓷复合材料或其它的非反应性材料代替现有技术的模具材料，并改变现有技术类型的熔剂覆盖层。按照后面的独立权利要求中所描述的方法和系统可以达到上述的这些目标。在从属的权利要求中介绍了本专利技术的其它的有益的实施方案。所研制的用于连铸对碳具有高的亲合力的铜合金的新方法和系统可以用于垂直的，水平的和向下的铸造。具体实施例方式在下面使用合适材料的一些例子更详细地描述本专利技术的优选实施方案。为了连铸对碳具有高的亲合力的铜合金，已经发现需更用比石墨模具更不活泼的材料至少部分替换原来的模具材料。其它的可能性是在模上覆盖足够的材料。这样的材料是陶瓷，特种陶瓷，稳定的陶瓷，陶瓷复合材料或其它的非反应性材料。对碳具有高的亲合力的合金例如是CuCr，CuCrZr，CuZr或CuTi合金，但是本方法和系统不只局限于这些例子。本方法和系统可以用于对碳具有高的亲合力的任何合金。现有技术使用石墨模，它们与Cr和Zr接触导致模具的寿命缩短。模具并不是唯一的碳的来源，因此我们还不得不选择其它熔剂覆盖层。铬通过碳化物反应腐蚀石墨模，然后粗糙的模具表面机械地撕破棒材的薄的固化表层。这发生在铸造模内部冷却的金属熔体开始固化的地方。这个现象导致得到质量差的产品。本专利技术的构思是通过将模具和熔剂覆盖层材料替换为更有耐受性的材料，从而防止上述的反应。已经发现一些材料有益于该目的并且抗Cr的侵蚀，例如很多陶瓷(氮化物或氧化物)，陶瓷复合材料或稳定的复合材料。特种陶瓷材料Mn+1+AXn也是合适的，其中M是靠前一些的过渡金属，A是选自A族通常是IIIA或IVA族的元素，X是氮或碳和n是1，2或者3。这些被称作是312(3one2)材料，并按照每个分子中M，A和X元素的原子数目被分成三个组。这些组就是已知的211，312和413材料。迄今为止已知超过50个所谓的MAX相。这些材料的少数几个例子是Ti2AlN，Cr2GaN和Ti3SiC2。可以使用所述的这些材料制成模具，或者只是用它们涂覆。例如可以使用PVD(物理汽相淀积涂覆)、CVD(化学气相淀积涂覆)方法或任何其它已知的适合于涂覆的方法进行涂覆。在大多数情况下石墨的热传导率比陶瓷、陶瓷复合材料、特种陶瓷或稳定的陶瓷的热传导率大三至三十倍。这个事实使得能更精确地控制在铸造模具的内部熔体的固化点。这对最终产品的质量是非常关键的。合适的陶瓷例如氮化硼(BN)，被氧化锆掺杂的氮化硼(BN+ZrO2)，氧化锆(ZrO2)，和掺杂的锆氧化物(ZrO2Me，其中Me＝Ba，Ca或Sr)。现在可得到的这些材料被发现能提供本专利技术问题的最佳解决方案。由于氮化铝具有与铜合金低的润湿角，氮化铝(AlN)已经被发现也是另一种可选择的模具材料。从Ellingham图可以知道当在Cr和/或Zr富集的环境中操作时，上述材料具有优于石墨的性质。可以使用其它的合适的陶瓷，稳定的陶瓷(例如钇稳定的氧化锆或镁部分稳定的氧化锆)或陶瓷复合材料等，在这里就不一一提及了。就垂直的或水平铸造棒材而言，模具可以完全由经选择的陶瓷，稳定的陶瓷，陶瓷复合材料或其它的合适的材料制成。在特殊的场合，模可以这样构造以致所选择的材料仅仅是铸造模具中的型芯(insert)。对向下或水平铸造而言，也可以完全由所选择的材料组成模具，并且在省些场合，模具可以是由所选择的材料的薄片或堆叠的层叠体构成。至少适合于涂覆的陶瓷，其例子是氮化物或氧化物比如TiN，ZrN，Al2O3或Cr2O3。这些只是适合于该目的的例子，无论如何并不仅仅限于这些材料。主要目的是生产尽可能少地与熔体反应的模具。为了保护熔体，现已发现用于铸造CuCr，CuCrZr和CuZr的最有效的熔体熔剂是基于氯化物的盐。例如可以使用BaCl2，CaCl2和SrCl2。它们的熔点分别是962℃，772℃和874℃，并且在铜的熔点上下以液体存在。使用上述氯化物时，与熔点和化学反应性一道也很重要的另一个特征是该氯化物分解的产物即BaO，CaO和SrO的相容性。二元的氯化物-氧化物系统的熔点必须低于铸造温度以便保证合金表面完全被熔融的熔剂覆盖。例如从相图可以知道在1200℃所有的氯化物(MeCl2，其中Me＝Ba，Ca或Sr)可以溶解20-50摩尔％的相应氧化物(MeO)。在所选择的物质之中CaCl2大概是最敏感的，因为它溶解氧化物的能力是最小的，但是仍然相当可观，大于20摩尔％。在蒸气压估计的基础上，BaCl2和SrCl2优于CaCl2，因为它们的蒸气压较CaCl2的稍小些。在1200℃下BaCl2和SrCl2的蒸气压大约是10-3.4巴，然而CaCl2的大约是10-3巴。这样BaCl2和SrCl2的蒸发损失将因此稍微弱一些。虽然已经参考优选实施方案描述了本专利技术，但应当理解的是本领域技术人员可以作各种改进和变化。这样的改进和变化也落入附后的权利要求的范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
铸造对碳具有高的亲合力的铜合金的方法，包括步骤：－选择对要铸造的铜合金有耐受性的模具材料；和－选择对要铸造的铜合金有耐受性的熔剂覆盖层材料。

【技术特征摘要】
US 2004-10-4 10/958,1591.铸造对碳具有高的亲合力的铜合金的方法，包括步骤-选择对要铸造的铜合金有耐受性的模具材料；和-选择对要铸造的铜合金有耐受性的熔剂覆盖层材料。2.根据权利要求1的方法，其中至少部分用所述对要铸造的铜合金有耐受性的材料进行对模具的涂覆。3.根据权利要求1的方法，其中整个模具是用所述对要铸造的铜合金有耐受性的材料进行对模具的涂覆。4.根据权利要求1的方法，其中模至少部分是用对要铸造的铜合金有耐受性的材料制成的。5.根据权利要求1的方法，其中整个模是用对要铸造的铜合金有耐受性的材料所制成的。6.根据权利要求1到5任何一项的方法，其中从陶瓷，例如氮化硼(BN)，氧化锆掺杂的氮化硼(BN+ZrO2)，氧化锆(ZrO2)和掺杂的氧化锆(ZrO2Me)等中选择模具材料。7.根据权利要求1到5任何一项的方法，其中从特种312陶瓷材料Mn+1+AXn中选择模具材料，其中M是靠前一些的过渡金属，A是选自A族通常是IIIA或IVA族的元素，X是氮或碳，和n是1，2或者3。8.根据权利要求1到5任何一项的方法，其中从稳定的陶瓷，比如钇稳定的氧化锆，镁部分稳定的氧化锆等中选择模具材料。9.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：R尼珀特，B斯旺克，I希耶卡宁，M吉塔，I科皮宁，
申请(专利权)人：奥托库姆普铜产品公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]