一种新型铜及铜合金板带电磁辅助铸造方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种新型铜及铜合金板带电磁辅助铸造方法及装置，在铜及铜合金板坯水平连铸结晶器部位设置定磁场发生装置，外加磁场强度５０～２０００高斯；并在石墨结晶器横向侧的两侧壁之间横向施加电流，电流强度１～２０００安培，电流沿横向形成回路，电流回路垂直于板带轴向；改变磁场方向或者改变电流方向可改变电磁搅拌的方向，形成与拉坯方向一致或相反方向的强制搅拌，搅拌可以是轴向的持续或间歇性搅拌；使结晶前沿的熔体受到洛仑兹力作用被强制搅拌，促使凝固区域形成大量游离晶核，有助于生成等轴晶，抑制偏析和反偏析、细化铸造组织、提高板坯表面质量和板带加工成品率；易于实现高锡含量青铜板坯的连续生产，简化均匀化处理工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型铜及铜合金板带电磁辅助铸造方法及装置，属于 有色金属加工

技术介绍
传统的铜合金板带采用半连铸或全连铸工艺制备坯锭，然后经过热轧开坯、冷轧加工等工艺制备出板带产品。20世纪80年代开始，国内铜加 工行业开始采用水平连续铸造技术制备厚度14 18mm的带坯，板坯宽度 通常在300 650mm之间，理论上水平连铸工艺可以获得任意大巻重的坯 料，板坯经过开巻、铣面、冷轧等工序，制备出各种厚度规格的板带产品。 尽管该技术不能全面取代块式法铜合金板带加工工艺，但是铜板坯水平连 铸技术具有节能、环保、高效、节约投资等优点，特别适用于易偏析铜合 金板带的制备。目前传统的水平连铸铜合金板带不能完全满足铜合金板带的制备加 工要求，主要表现为表面粗糙、裂纹，铸造组织粗大、疏松，偏析、反偏 析等缺陷。以锡磷青铜、镍青铜、锌白铜等合金品种为例，合金含量较高 时，铸造组织粗大、偏析及反偏析现象比较严重，合金板带坯料及板带产 品的成品率较低。针对板带水平连铸技术存在的不足，国内外开展了大量的研究；电磁 冶金技术在金属连铸工艺方面的应用研究是关注的焦点之一。专利96121903.3在钢板坯的结晶器宽边施加了方向可变的磁场，在结 晶区域形成稳定的强制搅拌，改善钢板坯的表面质量、抑制夹杂缺陷。专利US-PN4846255及US-PN4741383采用软接触和电磁铸造的方式制造金 属薄板坯。与之相仿，专利200510021740.4采用中频磁场制备金属薄带， 为一种近终形余热热轧工艺技术。上述技术适用于钢薄带的制备，采用软 接触或电磁铸造原理，不涉及铜合金板带制备加工。专利200510047193.7通过施加行波磁场，产生强制搅拌，达到抑制偏 析、细化晶粒的目的。该技术在结晶器与保温炉之间安装电磁发生装置， 搅拌器本体与保温炉近距离接触，存在一定安全隐患，适用性稍差。专利02149110.0及专利02119403.3分别公开了一种铜管坯电磁连铸方 法，在管坯结晶器外侧施加旋转磁场或组合磁场，制备管坯。专利 02221779.7提供了铜合金水平连铸电磁搅拌结晶装置，通过旋转磁场改善 铸造组织。上述技术均不涉及铜及铜合金板坯的制备工艺与装备。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种铜及铜合金板带 电磁辅助铸造方法及其装置，旨在有效提高铜合金板带的成品率，抑制偏 析、细化组织、改善表面质量。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现一种新型铜及铜合金板带电磁辅助铸造装置，包括水平连铸炉组、石 墨结晶器及金属水冷结晶器，石墨结晶器安装在水平连铸炉组的侧面，石 墨结晶器的外侧设置有金属水冷结晶器，特点是还包括磁场发生装置和 直流电源，所述磁场发生装置是永磁体或电磁铁绕组，该磁场发生装置在 石墨结晶器上下两侧同时布置，安装在金属水冷结晶器的外侧或安装于金 属水冷结晶器的内部；所述直流电源的一电极与石墨结晶器横向侧的一侧 壁电性连接，直流电源的另一电极与石墨结晶器横向侧的另一侧壁电性连 接，从而，直流电源在石墨结晶器横向侧的两侧壁之间构成电回路。进一步地，上述的一种新型铜及铜合金板带电磁辅助铸造装置，所述直流电源的一极通过石墨电极与石墨结晶器横向侧的一侧壁电性连接，直 流电源的另一极通过石墨电极与石墨结晶器横向侧的另一侧壁电性连接。 更进一步地，使用上述的装置进行铜及铜合金板带电磁辅助铸造的方法，特点是水平连铸炉组内的铜合金液达到1000 1200°C时，启动牵引机，带动铜合金板坯运动，直流电源的一电极与石墨结晶器横向侧的一 侧壁电性接通，直流电源的另一电极与石墨结晶器横向侧的另一侧壁电性 接通，在石墨结晶器横向侧的两侧壁之间形成电流回路，电流强度在l 2000安培；磁场发生装置产生50 2000高斯的磁场，熔体通过贯穿石墨 结晶器的磁场时，受到洛仑兹力作用，电磁力对石墨结晶器内凝固前沿的 熔体形成强制性搅拌。本专利技术技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在通过在铜及铜合金板坯水平连铸结晶器部位设置定磁场发生装置，并 在石墨结晶器横向侧的两侧壁之间横向施加电流，电流沿横向形成回路，电流回路垂直于板带轴向；改变磁场方向或者改变电流方向可以改变电磁 搅拌的方向，形成与拉坯方向一致或相反方向的强制搅拌，搅拌可以是轴 向的持续或间歇性搅拌；从而，使结晶前沿的熔体受到洛仑兹力作用被强 制搅拌，促使凝固区域形成大量游离晶核，有助于生成等轴晶，抑制柱状 及枝晶生长，抑制偏析和反偏析、细化铸造组织、提高板坯表面质量和板 带加工成品率，尤其提高合金含量较高以及易偏析、热加工困难的铜合金 板带的成品率，改善铜合金板坯铸造质量。所施加的磁场发生装置为定磁 场，是永磁铁或电磁铁绕组，安装方便，运行安全可靠；该技术方案实现 了高锡含量青铜板坯的连续生产，简化了均匀化处理工艺，堪称是具有新 颖性、创造性、实用性的新技术。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明图1:本专利技术的结构示意图2:磁场发生装置置于结晶器内，横向施加电流的示意图; 图3:磁场发生装置置于结晶器外，横向施加电流的示意图; 图4:搅拌效果示意图。 图中各附图标记的含义见下表附图 标记含义附图 标记含义附图 标记含义1水平连铸炉组2石墨结晶器3磁场发生装置4直流电源5水冷结晶器6板坯具体实施例方式如图l所示的新型铜及铜合金板带电磁辅助铸造装置，包括水平连铸炉组1、石墨结晶器2、磁场发生装置3和直流电源4及金属水冷结晶器5， 石墨结晶器2安装在水平连铸炉组1的侧面，石墨结晶器2的外侧设置有 金属水冷结晶器5，磁场发生装置3为永磁体或电磁铁绕组，该磁场发生 装置3在石墨结晶器2上下两侧同时布置，如图2，磁场发生装置3安装 在金属水冷结晶器5的内部，如图3,磁场发生装置3安装在金属水冷结 晶器5的外侧；直流电源4的一极通过石墨电极与石墨结晶器2横向侧的 一侧壁电性连接，直流电源4的另一极通过石墨电极与石墨结晶器2横向 侧的另一侧壁电性连接，从而，直流电源4在石墨结晶器2横向侧的两侧 壁之间构成电回路。通过在铜及铜合金板坯水平连铸结晶器部位设置定磁场发生装置3， 外加磁场强度50 2000高斯；并在石墨结晶器2横向侧的两侧壁之间横 向施加电流，电流强度1 2000安培，电流沿横向形成回路，电流回路垂 直于板带轴向。改变磁场方向或者改变电流方向可以改变电磁搅拌的方 向，形成与拉坯方向一致或相反方向的强制搅拌，搅拌可以是轴向的持续或间歇性搅拌，熔体搅拌效果如图4所示。从而，使结晶前沿的熔体受到 洛仑兹力作用被强制搅拌，促使凝固区域形成大量游离晶核，有助于生成 等轴晶，抑制柱状及枝晶生长，从而抑制偏析和反偏析、细化铸造组织、 提高板坯表面质量和板带加工成品率，尤其提高合金含量较高以及易偏 析、热加工困难的铜合金板带的成品率。 实施例l将磁场发生装置3固定在金属水冷结晶器5的内部，如图2，石墨结 晶器2连同金属水冷结晶器5安装到水平连铸炉组1上，当水平连铸炉组 1内的铜合金液达到1000 1200°C时，启动牵引机，开始连续铸造，带 动铜合金板坯6运动，直流电源4的一电极与石墨结晶器2横向侧的一侧 壁电性接通，直流电源4的另一电极与石墨结晶器2横向侧的另一侧壁电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型铜及铜合金板带电磁辅助铸造装置，包括水平连铸炉组（１）、石墨结晶器（２）及金属水冷结晶器（５），石墨结晶器（２）安装在水平连铸炉组（１）的侧面，石墨结晶器（２）的外侧设置有金属水冷结晶器（５），其特征在于：还包括磁场发生装置（３）和直流电源（４），所述磁场发生装置（３）是永磁体或电磁铁绕组，该磁场发生装置（３）在石墨结晶器（２）上下两侧同时布置，安装在金属水冷结晶器（５）的外侧或安装于金属水冷结晶器（５）的内部；所述直流电源（４）的一电极与石墨结晶器（２）横向侧的一侧壁电性连接，直流电源（４）的另一电极与石墨结晶器（２）横向侧的另一侧壁电性连接，从而，直流电源（４）在石墨结晶器（２）横向侧的两侧壁之间构成电回路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李华清，向朝建，李新涛，陈忠平，
申请(专利权)人：苏州有色金属研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]