專利名稱：析出強(qiáng)化型銅合金線桿的在線固溶方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于銅合金線桿的固溶工藝領(lǐng)域，主要涉及的是一種析出強(qiáng)化型銅合金線桿的在線固溶方法。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)銅線桿的生產(chǎn)方法主要有三種浸涂法、上引法及連鑄連軋法。浸涂法含氧量低，具有無(wú)氧銅的優(yōu)點(diǎn)，即柔軟，無(wú)氫脆，可焊性優(yōu)良，導(dǎo)電率高，表面清潔，拉線斷頭率低，是電磁線、通訊電纜及其它特種用途電線電纜的優(yōu)良導(dǎo)體材料，但設(shè)備投資非常大，國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)設(shè)備制造廠生產(chǎn)。
上引法由于生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、投資少、上馬快、產(chǎn)品質(zhì)量好，被廣大國(guó)內(nèi)用戶所接受，成為我國(guó)銅線桿生產(chǎn)的主要方法之一，然而，上引法的能耗較大。國(guó)內(nèi)已有200條以上生產(chǎn)線，如何提高經(jīng)濟(jì)效率，降低能耗是個(gè)現(xiàn)實(shí)問題。另外，采用上引法生產(chǎn)銅合金線桿有一定的局限性，上引法通常只能生產(chǎn)無(wú)氧的低合金材料，其組織為單相固溶體，對(duì)于添加多種合金元素的多相組織銅桿，需要進(jìn)行較大規(guī)模的設(shè)備改造。在無(wú)氧銅基的溶液里添加合金元素，對(duì)恢復(fù)正常的無(wú)氧銅桿生產(chǎn)，還要進(jìn)行技術(shù)性善后處理。因此，用上引法生產(chǎn)多合金元素銅桿，有待于今后進(jìn)一步探討。
20世紀(jì)末，我國(guó)先后從意大利、德國(guó)、美國(guó)引進(jìn)10余條連鑄連軋生產(chǎn)線。連鑄連軋技術(shù)是利用鑄造時(shí)的熱量立即將鑄坯進(jìn)行軋制成材，而不經(jīng)中斷和加熱，具有生產(chǎn)效率高、能耗成本低、工藝過程連續(xù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控程度高、質(zhì)量穩(wěn)定、性能均勻、表面光亮等特點(diǎn)。連鑄連軋技術(shù)一般分為四個(gè)步驟熔化——鑄錠——軋制——繞桿。這一流水線作業(yè)使鑄錠一次成桿，賦予連鑄連軋技術(shù)強(qiáng)大的生命力?，F(xiàn)階段，用連鑄連軋法技術(shù)生產(chǎn)出來的銅線桿氧含量一般在200PPM～500PPM，為低氧韌銅桿，它不僅質(zhì)量良好外，而且在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上也比其它方法具有優(yōu)勢(shì)，世界上90％以上的銅線桿是用連鑄連軋法來生產(chǎn)的，成為當(dāng)今世界上生產(chǎn)銅線桿的主流。然而，受生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的限制，現(xiàn)階段的連鑄連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的銅線桿直徑一般在8mm～22mm之間，它只到了桿材階段(8mm以上)。日本、德國(guó)、法國(guó)、瑞典等大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家雖然采用連鑄連軋法來生產(chǎn)高速電氣化鐵路用CuAg合金電車線，多元銅合金線材的生產(chǎn)有待于進(jìn)一步研究。以生產(chǎn)析出強(qiáng)化型銅合金線桿為例，由于在連鑄連軋生產(chǎn)線上沒有固溶處理工藝，要生產(chǎn)析出強(qiáng)化型銅合金線桿，還需對(duì)生產(chǎn)出的桿材另外再進(jìn)行固溶工藝處理，加大了生產(chǎn)成本，造成能源的浪費(fèi)。面對(duì)銅線桿后續(xù)加工以及對(duì)銅桿質(zhì)量、性能要求的不斷提高，國(guó)外技術(shù)的不斷進(jìn)步，用連鑄連軋的方法直接生產(chǎn)出高強(qiáng)高導(dǎo)等具有優(yōu)良綜合性能的銅合金桿材，將使產(chǎn)品的技術(shù)含量提高，大大提高產(chǎn)品的附加值，使得銅線桿在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即由此產(chǎn)生，提出一種析出強(qiáng)化型銅合金線桿的在線固溶方法，解決連鑄連軋生產(chǎn)設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)在線固溶的問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是在由豎爐、保溫爐、雙鋼帶鑄造機(jī)、銑棱機(jī)及軋機(jī)構(gòu)成的連鑄連軋生產(chǎn)設(shè)備上設(shè)置中間包、感應(yīng)加熱爐和固溶裝置，中間包和感應(yīng)加熱爐位于豎爐與保溫爐之間，其上具有中間合金加入口，中間包的進(jìn)料口與豎爐的流槽連接、出料口與感應(yīng)加熱爐的進(jìn)料口連接，感應(yīng)加熱爐的出料口與保溫爐連接，固溶裝置設(shè)置在軋機(jī)的出料口端，其固溶溫度為750-850℃。
析出強(qiáng)化銅合金體系最重要特征是與溫度有關(guān)的平衡固溶度。要獲得沉淀硬化反應(yīng)的最佳條件，首先需要對(duì)合金進(jìn)行固溶處理，產(chǎn)生一個(gè)室溫下的過飽和固溶體，在銅中加入沉淀強(qiáng)化效果強(qiáng)烈的Cr、Zr等合金元素，在足夠高的溫度下加熱合金，以足夠快的冷卻速度保持固溶體中的溶質(zhì)，達(dá)到固溶強(qiáng)化的目的；之后，再通過變形強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化相結(jié)合的方法來提高析出強(qiáng)化型銅合金的性能。合金元素對(duì)銅的導(dǎo)電率的影響與固溶元素的種類和數(shù)量有關(guān)，微量的合金元素對(duì)導(dǎo)電性降低較少，例如，Cr在1076℃時(shí)在銅中最大固溶度高達(dá)0.8％，而在450℃時(shí)為0.04％，在室溫時(shí)為0.03％；Zr在965℃時(shí)，銅中的最大固溶量為0.11～0.15％，冷卻到200℃以下在銅中的固溶量幾乎為零，時(shí)效以后產(chǎn)生強(qiáng)化，同時(shí)合金的電導(dǎo)率也可以恢復(fù)到一個(gè)較高水平。
基于連鑄連軋銅桿生產(chǎn)線的特點(diǎn)和析出強(qiáng)化型銅合金熱處理的特點(diǎn)，在銅合金線桿連續(xù)生產(chǎn)過程中，只要注意鑄造時(shí)向銅液中添加微量元素，熔液成分的均勻性、穩(wěn)定性等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，用連鑄連軋的方法可實(shí)現(xiàn)銅合金線桿的生產(chǎn)，并可實(shí)現(xiàn)析出強(qiáng)化型銅合金線桿的在線固溶，為用戶提供固溶態(tài)銅合金線桿。
因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)的中間包和感應(yīng)加熱爐保證添加的微量元素含量波動(dòng)在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，并連續(xù)穩(wěn)定，分布均勻，設(shè)計(jì)的固溶裝置可實(shí)現(xiàn)在線固溶目的。在連鑄連軋時(shí)，銅桿出軋機(jī)的溫度為800℃左右，實(shí)驗(yàn)研究表明，在700℃固溶處理，仍能得到理想強(qiáng)度和導(dǎo)電率兼顧的銅合金線桿。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單合理，具有較強(qiáng)的可操作性，并且同時(shí)能保證產(chǎn)品的性能。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明固溶裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、豎爐，2、流槽，3、中間包，4、感應(yīng)加熱爐，5、保溫爐，6、鑄造機(jī)，7、銑棱機(jī)，8、軋機(jī)，9、固溶裝置，10、集線池，11、拉線機(jī)，12、收線裝置，13、管道，14、箱體，15、銅桿，16、噴嘴，17、排污口，18、回流泵，19、冷卻水出口，20、冷卻水進(jìn)口。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例如下以Contirod法連鑄連軋銅桿生產(chǎn)設(shè)備為例，如圖1所示其是在現(xiàn)有由豎爐1、保溫爐5、雙鋼帶鑄造機(jī)6、銑棱機(jī)7、軋機(jī)8及收線裝置12構(gòu)成的連鑄連軋生產(chǎn)設(shè)備上設(shè)置中間包3、感應(yīng)加熱爐4和固溶裝置9。中間包3為密閉的容器，其上具有中間合金加入口，中間包3的進(jìn)料口與豎爐1的流槽2連接、出料口與感應(yīng)加熱爐4的進(jìn)料口連接，其容積大于保溫爐5的容積，作用是保證生產(chǎn)的連續(xù)性。以生產(chǎn)Cu-0.1Ag-(0.1～0.8)Cr合金和Cu-0.1Ag-(0.1～0.4)Zr合金為例，加入中間合金Cr或Zr時(shí)，按照質(zhì)量百分比加入0.1％Ag、(0.1～0.8)％Cr或(0.1～0.4)％Zr到中間包2里，Cr、Zr以真空冶煉的中間合金CuCr、CuZr塊的形式加入，在感應(yīng)爐中熔化銅中間合金塊，并使熔液的成分得以均勻化。感應(yīng)加熱爐4采用的是ZG-10B中頻感應(yīng)爐，其出料口與保溫爐5連接。固溶裝置9設(shè)置在軋機(jī)8的出料口端，在連鑄連軋時(shí)，銅桿出軋機(jī)8的溫度為800℃左右，實(shí)驗(yàn)研究表明，Cu-0.1Ag-(0.1～0.65)Cr合金在700℃固溶處理，仍能得到550MP的強(qiáng)度和75％IACS以上的導(dǎo)電率。
固溶裝置9為一箱式冷卻結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，其在箱體14內(nèi)設(shè)置多個(gè)噴嘴16，多個(gè)噴嘴16分別與管道13連接，形成對(duì)稱噴淋結(jié)構(gòu)，對(duì)銅桿15進(jìn)行冷卻。冷卻水為高壓自動(dòng)噴水，水的流量可根據(jù)銅桿的尺寸調(diào)節(jié)。銅桿15從軋機(jī)8中出來后直接進(jìn)入固溶裝置9的箱體14內(nèi)，經(jīng)噴嘴16噴淋后銅桿迅速冷卻，達(dá)到在線固溶的目的。在箱體14上還設(shè)置有排污口17和冷卻水出口19，在冷卻水出口19的管道上設(shè)置有回流泵18，冷卻水進(jìn)口20與管道13連通，冷卻水進(jìn)口20和冷卻水出口19均與冷卻箱連接，由此形成冷卻水循環(huán)結(jié)構(gòu)。
為提高合金的強(qiáng)度，并實(shí)現(xiàn)在線生產(chǎn)銅合金線桿的目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)預(yù)拉工藝。
為了妥善解決拉拔和強(qiáng)化的關(guān)系，就要解決合金在線固溶與拉拔工藝的配合。一般情況下，Φ14.4mm以上的銅桿需經(jīng)軋機(jī)軋成Φ8mm左右的光亮銅桿，再進(jìn)入拉線機(jī)拉伸；Φ14.4mm以下的銅桿可直接進(jìn)入大拉機(jī)進(jìn)行巨拉；有些線纜用的導(dǎo)電線芯必須經(jīng)過軋制后再進(jìn)行拉絲，這就使冷軋機(jī)成了銅桿和拉絲之間需求量較大的重要設(shè)備。
為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了與固溶裝置9連接的集線池10和拉線機(jī)11。如果連鑄連軋系統(tǒng)和拉線系統(tǒng)的速度相匹配，則不需要集線池中的線桿作貯備，可直接進(jìn)拉線機(jī)。拉線機(jī)11采用的是LHD450/13型滑動(dòng)式銅大拉線機(jī)(帶連續(xù)退火裝置)，其適用于將Φ8mm電工用銅桿拉制成Φ1.2-4mm的軟線或半硬線。
權(quán)利要求
1.一種析出強(qiáng)化型銅合金線桿的在線固溶方法，包括豎爐(1)、保溫爐(5)、鑄造機(jī)(6)、銑棱機(jī)(7)、軋機(jī)(8)及收線裝置(12)，其特征在于還設(shè)置中間包(3)、感應(yīng)加熱爐(4)和固溶裝置(9)，所述的中間包(3)和感應(yīng)加熱爐(4)位于所述的豎爐(1)與保溫爐(5)之間，其上具有中間合金加入口，中間包(3)的進(jìn)料口與豎爐(1)的流槽(2)連接、出料口與感應(yīng)加熱爐(4)的進(jìn)料口連接，感應(yīng)加熱爐的出料口與保溫爐(5)連接，固溶裝置(9)設(shè)置在軋機(jī)(8)的出料口端，固溶溫度為750-850℃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的析出強(qiáng)化型銅合金線桿的在線固溶方法，其特征在于所述的固溶裝置(9)為一箱式冷卻結(jié)構(gòu)，在箱體(14)內(nèi)設(shè)置多個(gè)噴嘴(16)，多個(gè)噴嘴(16)分別與管道(13)連接，形成對(duì)稱噴淋結(jié)構(gòu)，對(duì)銅桿(15)進(jìn)行冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的析出強(qiáng)化型銅合金線桿的在線固溶方法，其特征在于在所述的固溶裝置(9)的出口部位設(shè)置集線池(10)和拉線機(jī)(11)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種析出強(qiáng)化型銅合金線桿的在線固溶方法。其在現(xiàn)有由豎爐(1)、保溫爐(5)、鑄造機(jī)(6)、銑棱機(jī)(7)、軋機(jī)(8)及收線裝置(12)構(gòu)成的連鑄連軋生產(chǎn)設(shè)備上設(shè)置中間包(3)、感應(yīng)加熱爐(4)和固溶裝置(9)，中間包和感應(yīng)加熱爐位于豎爐與保溫爐之間，其上具有中間合金加入口，中間包的進(jìn)料口與豎爐的流槽(2)連接、出料口與感應(yīng)加熱爐的進(jìn)料口連接，感應(yīng)爐的出料口與保溫爐連接，固溶裝置設(shè)置在軋機(jī)的出料口端，其固溶溫度為750－850℃。本發(fā)明設(shè)計(jì)的中間包和感應(yīng)加熱爐保證添加的微量元素含量波動(dòng)在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，并連續(xù)穩(wěn)定，分布均勻，設(shè)計(jì)的固溶裝置可實(shí)現(xiàn)在線固溶目的，能得到理想強(qiáng)度和導(dǎo)電率兼顧的銅合金線桿。
文檔編號(hào)C21D1/42GK1912168SQ200510017890
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月13日
發(fā)明者劉平, 雷靜果, 田保紅, 任鳳章, 趙冬梅, 康布熙, 婁花芬, 井曉天 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)