專利名稱：傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置及生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬新材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用定向凝固方法以 30° 60°的角度向下傾斜牽引及浸入式冷卻并連續(xù)定向凝固鑄造寬幅薄銅及銅合金板 帶材(寬100 1000mm，厚度小于3mm)的傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝 置及生產(chǎn)工藝，板帶內(nèi)部組織為單晶組織或沿帶材長(zhǎng)度方向連續(xù)柱狀晶。
背景技術(shù)：
隨著電子電訊、儀器儀表、計(jì)算機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)、輸配電技術(shù)的飛速發(fā)展與產(chǎn)品更新 換代的加快，高精度、高性能與高質(zhì)量表面的銅及銅合金板帶材的需求量增加迅猛[王濤， 銅及銅合金板帶的生產(chǎn)與市場(chǎng)，有色金屬加工，2009. 2]。連續(xù)定向凝固技術(shù)是一項(xiàng)把先進(jìn)的定向凝固技術(shù)與高效的連鑄技術(shù)相結(jié)合的金 屬近凈成型技術(shù)，由于具有單向傳熱、固液界面向液體中凸出，凝固過程中析出的氣體及排 出的雜質(zhì)不會(huì)被卷入鑄錠等特點(diǎn)，可用于直接連續(xù)生產(chǎn)表面光亮、具有連續(xù)柱狀晶組織或 單晶組織的各種板材、線材和管材等制品。連續(xù)定向凝固法消除(或減少)了鑄錠中的橫 向晶界，無鑄造缺陷，有利于后續(xù)的冷加工，可以減少甚至消除冷加工過程中的中間退火程 序，節(jié)省能源，提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率。文獻(xiàn)(劉雪峰等，連續(xù)柱狀晶組織純銅板材的 制備，材料工程，2007. 9)報(bào)導(dǎo)的純銅板材樣品(寬25mm，厚5mm)，與普通鑄造的多晶銅板材 比相比，延伸率和導(dǎo)電率顯著提高。我國(guó)一項(xiàng)采用定向凝固法制備銅及銅合金帶材的專利，名稱為“一種純銅及銅合 金帶材的短流程高效制備方法”，公開號(hào)CN101020231 (
公開日期2007、08、22)。該專利涉 及的牽拉方式是上引式、下拉式或水平式。上引連鑄方式的最大困難是有效隔離熱區(qū)與上 方的水冷區(qū)，很難實(shí)際應(yīng)用；盡管下拉式不存在隔離熱區(qū)和水冷區(qū)的問題，但凝固控制困 難，且易出現(xiàn)拉漏現(xiàn)象；水平連鑄方式有結(jié)晶器溫度容易控制、引晶容易，裝置比較簡(jiǎn)單等 優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，但鑄錠上下的冷卻強(qiáng)度不均勻，給高質(zhì)量寬幅薄銅板 帶的生產(chǎn)造成困難[胡慧，下引式銅單晶定向凝固連鑄設(shè)備的研究，上海大學(xué)碩士論文。 2009. 1]。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)定向凝固中上述幾種牽引方式存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可以 解決定向凝固過程中其他牽引方式中易出現(xiàn)的拉漏和鑄錠上下面冷卻強(qiáng)度不均勻的問題 的傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置及生產(chǎn)工藝，該工藝操作簡(jiǎn)單，可制 備出寬100 1000mm、厚度小于3mm的寬幅薄銅及銅合金板帶材，板帶內(nèi)部組織為單晶組織 或沿帶材長(zhǎng)度方向連續(xù)柱狀晶。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的—種傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置，包括帶有保護(hù)氣體入口的爐體、位于爐體下部的基座、位于基座上的金屬溶液高溫區(qū)、與金屬溶液高溫區(qū)相接通的 金屬預(yù)熱區(qū)、與金屬預(yù)熱區(qū)相接通的金屬儲(chǔ)料區(qū)、金屬儲(chǔ)料區(qū)下面的儲(chǔ)料閘、位于爐體上部 的爐蓋、設(shè)置在爐體不同區(qū)中的加熱元件，其特征在于金屬溶液高溫區(qū)通過溶液導(dǎo)向管與 設(shè)置在縱爐爐體中的鑄型相接通，在溶液導(dǎo)向管上設(shè)置有高溫金屬液過濾節(jié)流閥，在縱爐 爐體中設(shè)置有鑄型加熱元件，在縱爐爐體一側(cè)設(shè)置有縱爐爐蓋，在縱爐爐蓋上開設(shè)有開口， 在該開口上設(shè)置有開型口鑄型密封，在開型口鑄型密封處設(shè)置有與該開口相配合的冷卻導(dǎo) 向輥，冷卻導(dǎo)向輥沿水平方向向下傾斜30° 60°，在冷卻導(dǎo)向輥下面設(shè)置有薄板引錠裝 置，在薄板引錠裝置下面設(shè)置有使金屬薄板上下面同時(shí)浸入冷卻液內(nèi)的冷卻裝置，在該冷 卻裝置外設(shè)置有引導(dǎo)輥、張力控制器以及收集裝置。所述的冷卻裝置包括冷卻液箱體、設(shè)置在冷卻液箱體上的拉校輥和定位輥，拉校 輥為兩對(duì)靠在一起的輥筒，兩組拉校輥分別設(shè)置在冷卻液箱體的進(jìn)口端和出口端，定位輥
設(shè)置在兩組拉校輥之間的冷卻液箱體內(nèi)，在冷卻液箱體上設(shè)置有冷卻液入口和冷卻液出□。在爐體上設(shè)置有測(cè)溫元件。在冷卻液箱體中還設(shè)置有冷卻液測(cè)溫元件和冷凝管。一種傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括 下述步驟(1)、將電解銅、所需金屬或中間合金切割成塊，然后將表面處理干凈，確保金屬表 面光亮無氧化物雜質(zhì)，放置于金屬儲(chǔ)料區(qū)；(2)、將處理好的電解銅塊、所需金屬塊或中間合金塊從金屬儲(chǔ)料區(qū)移至金屬預(yù)熱 區(qū)，預(yù)熱后放入金屬溶液高溫區(qū)，進(jìn)行熔煉，熔煉過程中通過保護(hù)氣入口通入稀有氣體保 護(hù)，同時(shí)對(duì)縱爐和鑄型加熱；(3)、當(dāng)金屬液溫度達(dá)到1150°C 1160°C，縱爐20溫度達(dá)到1170°C 1180°C，鑄 型溫度達(dá)到1085°C 1110°C，取開型口鑄型密封，插入厚度和寬度與型口相同的引錠銅 板，同時(shí)從冷卻液入口注入冷卻液，壓下金屬液面控制棒，金屬溶液高溫區(qū)內(nèi)的金屬液面升 高，金屬液流入溶液導(dǎo)向管內(nèi)，打開高溫金屬液過濾節(jié)流閥，金屬液通過金屬液過濾節(jié)流 閥流入鑄型內(nèi)，當(dāng)引錠控制系統(tǒng)指示后開始拉鑄，初始拉鑄速度控制在20mm/min 30mm/ min ；(4)、金屬薄板在引錠板牽引下，沿斜向下30° 60°方向通過冷卻導(dǎo)向輥、拉校 輥，使金屬薄板上下面同時(shí)浸入冷卻液內(nèi)，將牽引速度調(diào)整為30 500mm/min ；(5)、金屬薄板在引錠板牽引下，先后通過定位輥、引導(dǎo)輥和張力控制器，最后在收 集裝置上收集。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、采用連續(xù)定向凝固法生產(chǎn)寬幅薄銅及銅合金板帶的過程中，板帶(鑄錠)的牽 引采用向下傾斜(30° 60° )，冷卻液不會(huì)進(jìn)入熱區(qū)、不易出現(xiàn)拉漏現(xiàn)象。2、牽引的金屬板上下表面同時(shí)浸入到冷卻液中，不會(huì)出現(xiàn)鑄板上下冷卻強(qiáng)度不均 勻現(xiàn)象。3、通過調(diào)節(jié)冷卻液的種類或(和)液面的高度可以調(diào)節(jié)冷卻距離，從而可調(diào)節(jié)牽 引速度。
4、采用連續(xù)定向凝固法生產(chǎn)的純銅及銅合金寬幅薄板帶材的內(nèi)部組織為單晶組 織或沿帶材長(zhǎng)度方向連續(xù)柱狀晶組織。


圖1為本發(fā)明的裝置的總裝配圖。圖2為本發(fā)明的裝置中的冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的裝置中的縱爐結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2、3所示，本發(fā)明的一種傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝 置，包括帶有保護(hù)氣體入口 4的爐體9、位于爐體下部的基座5、位于基座5上的金屬溶液高 溫區(qū)3、與金屬溶液高溫區(qū)3相接通的金屬預(yù)熱區(qū)2、與金屬預(yù)熱區(qū)2相接通的金屬儲(chǔ)料區(qū) 1、金屬儲(chǔ)料區(qū)1下面的儲(chǔ)料閘7、位于爐體上部的爐蓋6、設(shè)置在爐體不同區(qū)中的加熱元件 8，其特征在于金屬溶液高溫區(qū)3通過溶液導(dǎo)向管10與設(shè)置在縱爐爐體20中的鑄型13相 接通，在溶液導(dǎo)向管10上設(shè)置有高溫金屬液過濾節(jié)流閥11，在縱爐爐體20中設(shè)置有鑄型加 熱元件12，在縱爐爐體20 —側(cè)設(shè)置有縱爐爐蓋14，在縱爐爐蓋14上開設(shè)有開口，在該開口 上設(shè)置有開型口鑄型密封26，在開型口鑄型密封26處設(shè)置有與該開口相配合的冷卻導(dǎo)向 輥15，冷卻導(dǎo)向輥15沿水平方向向下傾斜30° 60°，在冷卻導(dǎo)向輥15下面設(shè)置有薄板 引錠裝置16，在薄板引錠裝置16下面設(shè)置有使金屬薄板上下面同時(shí)浸入冷卻液內(nèi)的冷卻 裝置，在該冷卻裝置外設(shè)置有引導(dǎo)輥18、張力控制器25以及收集裝置19。在爐體9上設(shè)置 有測(cè)溫元件27。如圖2所示，所述的冷卻裝置包括冷卻液箱體22、設(shè)置在冷卻液箱體22上的拉校 輥17和定位輥23，拉校輥17為兩對(duì)靠在一起的輥筒，兩組拉校輥17分別設(shè)置在冷卻液箱 體22的進(jìn)口端和出口端，定位輥23設(shè)置在兩組拉校輥17之間的冷卻液箱體22內(nèi)，在冷卻 液箱體22上設(shè)置有冷卻液入口 21和冷卻液出口 24。在冷卻液箱體22中還設(shè)置有冷卻液 測(cè)溫元件28和冷凝管29。如圖3所示，所述的金屬溶液高溫區(qū)3通過溶液導(dǎo)向管10與設(shè)置在縱爐爐體20 中的鑄型13相接通，在溶液導(dǎo)向管10上設(shè)置有高溫金屬液過濾節(jié)流閥11，在縱爐爐體20 中設(shè)置有鑄型加熱元件12，在縱爐爐體20 —側(cè)設(shè)置有縱爐爐蓋14，縱爐爐蓋14與鑄型13 之間還設(shè)置有隔熱支撐板31，在縱爐爐體20上安裝有測(cè)溫元件30，在縱爐爐蓋14上開設(shè) 有開口，在該開口上設(shè)置有開型口鑄型密封26，在開型口鑄型密封26處設(shè)有與該開口相配 合的冷卻導(dǎo)向輥15 ；在縱爐爐蓋14的開口處還設(shè)置有測(cè)溫元件32，在開型口鑄型密封26 上設(shè)有爐口壓板33，金屬溶液高溫區(qū)3、金屬預(yù)熱區(qū)2、金屬儲(chǔ)料區(qū)1構(gòu)成位于爐體中的坩堝 34。具體制備工藝如下1、處理電解銅及所需金屬塊或中間合金，將電解銅和所需金屬或中間合金切割成 適當(dāng)大小的塊，然后將表面處理干凈，確保金屬表面光亮無氧化物等雜質(zhì)，放置于金屬儲(chǔ)料 區(qū)1。
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2、將上述處理好的金屬塊電解銅塊、所需金屬塊或中間合金塊從金屬儲(chǔ)料區(qū)1移 至金屬預(yù)熱區(qū)2預(yù)熱后放入金屬溶液高溫區(qū)3，進(jìn)行熔煉，熔煉過程中通過保護(hù)氣入口 4通 入稀有氣體如氬氣保護(hù)；同時(shí)，對(duì)縱爐20、鑄型13加熱。3、當(dāng)金屬液溫度達(dá)到1150°C 1160°C，縱爐20溫度達(dá)到1170°C 1180°C，鑄型 溫度達(dá)到1085°C 1110°C，取開型口密封，插入引錠銅板厚度和寬度與型口相同，同時(shí)從 冷卻液入口 21注入冷卻液。壓下料棒，金屬溶液高溫區(qū)3內(nèi)的金屬液面升高，金屬液流入 溶液導(dǎo)向管10內(nèi)，打開高溫金屬液過濾節(jié)流閥11，金屬液通過金屬液過濾節(jié)流閥11，流入 鑄型內(nèi)，當(dāng)引錠控制系統(tǒng)指示后開始拉鑄，初始拉鑄速度控制在20mm/min 30mm/min。4、金屬薄板在引錠板牽引下，沿斜向下30° 60°方向通過冷卻導(dǎo)向輥15、拉校 輥17，使金屬薄板上下面同時(shí)浸入冷卻液內(nèi)，根據(jù)冷卻液的種類和性能或調(diào)節(jié)冷卻液液面 的高度調(diào)節(jié)冷卻距離，將牽引速度調(diào)整為30 500mm/min。5、金屬薄板在引錠板牽引下，先后通過定位輥23、引導(dǎo)輥18和張力控制器25，最 后在收集裝置19上收集。6、按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)金屬薄板進(jìn)行包裝。
權(quán)利要求
一種傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置，包括帶有保護(hù)氣體入口(4)的爐體(9)、位于爐體下部的基座(5)、位于基座(5)上的金屬溶液高溫區(qū)(3)、與金屬溶液高溫區(qū)(3)相接通的金屬預(yù)熱區(qū)(2)、與金屬預(yù)熱區(qū)(2)相接通的金屬儲(chǔ)料區(qū)(1)、金屬儲(chǔ)料區(qū)(1)下面的儲(chǔ)料閘(7)、位于爐體上部的爐蓋(6)、設(shè)置在爐體不同區(qū)中的加熱元件(8)，其特征在于金屬溶液高溫區(qū)(3)通過溶液導(dǎo)向管(10)與設(shè)置在縱爐爐體(20)中的鑄型(13)相接通，在溶液導(dǎo)向管(10)上設(shè)置有高溫金屬液過濾節(jié)流閥(11)，在縱爐爐體(20)中設(shè)置有鑄型加熱元件(12)，在縱爐爐體(20)一側(cè)設(shè)置有縱爐爐蓋(14)，在縱爐爐蓋(14)上開設(shè)有開口，在該開口上設(shè)置有開型口鑄型密封(26)，在開型口鑄型密封(26)處設(shè)置有與該開口相配合的冷卻導(dǎo)向輥(15)，冷卻導(dǎo)向輥(15)沿水平方向向下傾斜30°～60°，在冷卻導(dǎo)向輥(15)下面設(shè)置有薄板引錠裝置(16)，在薄板引錠裝置(16)下面設(shè)置有使金屬薄板上下面同時(shí)浸入冷卻液內(nèi)的冷卻裝置，在該冷卻裝置外設(shè)置有引導(dǎo)輥(18)、張力控制器(25)以及收集裝置(19)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置，其特征 在于所述的冷卻裝置包括冷卻液箱體(22)、設(shè)置在冷卻液箱體(22)上的拉校輥(17)和 定位輥(23)，拉校輥(17)為兩對(duì)靠在一起的輥筒，兩組拉校輥(17)分別設(shè)置在冷卻液箱體 (22)的進(jìn)口端和出口端，定位輥(23)設(shè)置在兩組拉校輥(17)之間的冷卻液箱體(22)內(nèi)， 在冷卻液箱體(22)上設(shè)置有冷卻液入口(21)和冷卻液出口(24)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置，其特征 在于在爐體(9)上設(shè)置有測(cè)溫元件(27)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置，其特征 在于在冷卻液箱體(22)中還設(shè)置有冷卻液測(cè)溫元件(28)和冷凝管(29)。
5.一種傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括下 述步驟(1)、將電解銅、所需金屬或中間合金切割成塊，然后將表面處理干凈，確保金屬表面光 亮無氧化物雜質(zhì)，放置于金屬儲(chǔ)料區(qū)(1)；(2)、將處理好的電解銅塊、所需金屬塊或中間合金塊從金屬儲(chǔ)料區(qū)(1)移至金屬預(yù)熱 區(qū)(2)，預(yù)熱后放入金屬溶液高溫區(qū)(3)，進(jìn)行熔煉，熔煉過程中通過保護(hù)氣入口(4)通入稀 有氣體保護(hù)，同時(shí)對(duì)縱爐(20)和鑄型(13)加熱；(3)、當(dāng)金屬液溫度達(dá)到1150°C 1160°C，縱爐20溫度達(dá)到1170°C 1180°C，鑄型溫 度達(dá)到1085°C 1110°C，取開型口鑄型密封(26)，插入厚度和寬度與型口相同的引錠銅 板，同時(shí)從冷卻液入口(21)注入冷卻液，壓下金屬金屬液面控制棒，金屬溶液高溫區(qū)(3)內(nèi) 的金屬液面升高，金屬液流入溶液導(dǎo)向管(10)內(nèi)，打開高溫金屬液過濾節(jié)流閥(11)，金屬 液通過金屬液過濾節(jié)流閥(11)流入鑄型內(nèi)，當(dāng)引錠控制系統(tǒng)指示后開始拉鑄，初始拉鑄速 度控制在 20mm/min 30mm/min ；(4)、金屬薄板在引錠板牽引下，沿斜向下30° 60°方向通過冷卻導(dǎo)向輥(15)、拉校 輥(17)，使金屬薄板上下面同時(shí)浸入冷卻液內(nèi)，將牽引速度調(diào)整為30 500mm/min ；(5)、金屬薄板在引錠板牽引下，先后通過定位輥(23)、引導(dǎo)輥(18)和張力控制器 (25)，最后在收集裝置(19)上收集。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種傾斜牽引連續(xù)凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置及生產(chǎn)工藝，用定向凝固方法以30°～60°角度向下傾斜牽引及浸入式冷卻并連續(xù)定向凝固鑄造寬幅薄銅及銅合金板帶材，包括爐體、基座、金屬溶液高溫區(qū)、金屬預(yù)熱區(qū)、金屬儲(chǔ)料區(qū)、儲(chǔ)料閘區(qū)、爐蓋、加熱元件，金屬溶液高溫區(qū)與鑄型相通，在溶液導(dǎo)向管上設(shè)有高溫金屬液過濾節(jié)流閥，在縱爐爐體中設(shè)有鑄型加熱元件，縱爐爐體設(shè)有縱爐爐蓋，爐蓋上開有開口，在開口處設(shè)有冷卻導(dǎo)向輥，冷卻導(dǎo)向輥向下傾斜30°～60°，冷卻導(dǎo)向輥下有薄板引錠裝置，在薄板引錠裝置下有使金屬薄板浸入冷卻液內(nèi)的冷卻裝置，鑄造過程中冷卻液不會(huì)進(jìn)入熱區(qū)、不易出現(xiàn)拉漏現(xiàn)象，鑄板上下冷卻強(qiáng)度均勻。
文檔編號(hào)B22D11/045GK101920319SQ20101026232
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者介明山, 劉光林, 吳勝利, 封存利, 張國(guó)戰(zhàn), 朱建莊, 李洪剛, 武國(guó)旗, 范廣新 申請(qǐng)人:焦作市森格高新材料有限責(zé)任公司