一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置

《一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置》是大連理工大學、浙江八達銅業有限公司於2005年9月11日申請的專利，該專利的公布號為CN1759955，申請公布日為2006年4月19日，發明人是李廷舉、金鏗、張興國、茹齊洋等。該發明屬於有色金屬冶金及有色金屬加工製備技術領域。

《一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置》是將行波直線磁場發生器固定在水平連鑄板帶水冷銅套的前端、石墨結晶器外側，或石墨結晶器上下兩側同時安裝，或上、下一側安裝，磁場發生器內部水冷。在水平連鑄過程中，磁場發生器通入1－1000赫茲的電流，並在鑄造過程中改變交流電的相位和方向，磁場發生器產生的電磁力或洛侖茲力驅動石墨結晶器內的液體金屬運動，使板帶邊部和中心部熔體的溫度均勻化，促進石墨結晶器內凝固前沿的熔體趨於同時凝固，減輕樹枝晶的生成趨勢，獲得凝固組織均勻、細化，無裂紋、偏析等鑄造缺陷的銅合金板帶。還降低澆注溫度，減少板帶均勻化退火的時間。適用於銅合金帶坯鑄造領域。

2015年11月27日，《一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置
• 申請人：大連理工大學、浙江八達銅業有限公司
• 申請日：2005年9月11日
• 申請號：2005100471937
• 公布號：CN1759955
• 公布日：2006年4月19日
• 發明人：李廷舉、金鏗、張興國、茹齊洋、周文龍、王月明、賈非、錢高祥、余棟、陳姚江
• 地址：遼寧省大連市甘井子區凌工路2號
• 分類號：B22D11/115(2006.01)
• 代理機構：大連八方智慧財產權代理有限公司
• 代理人：馬瑞駒
• 類別：發明專利

專利背景

銅合金具有良好的綜合機械性能，是重要的工業材料。例如，錫磷青銅具有較高的彈性、耐磨性和良好的焊接性能、抗腐蝕易切削、衝擊時不產生火花和高的減摩能力等優良的機械、物理化學性能。被廣泛套用於電子儀表和機械行業，製造端子連線器、波紋管和膜片、彈簧、熔斷保護器、轉換開關等接外掛程式及滑動軸承、摩擦片等機械零件。

20世紀70年代以前，銅合金帶坯是採用鐵模或水冷型鑄造，而後經過開坯、軋制等工藝生產的。這種方法生產效率低、產品質量差，現已基本被淘汰。也有一些工廠採用立式半連續鑄造的方法生產大的扁形鑄錠，然後進行熱軋開坯。但是，偏析嚴重、成材率低、成本高。在20世紀70年代以後，先後有瑞士的Werli公司、德國的Technica-guss公司、奧地利的Metatherm公司、法國的Griset公司等發明和製造了水平連續鑄造的方法生產厚度10-20毫米、卷重2-4噸的長卷坯，然後進行均勻化退火和冷軋。這種方法成為2005年前中國國內外銅合金板坯的主要生產方式。中國從20世紀80年代開始引進中國國外的銅合金板帶水平連鑄機組。2005年前，中國也已經能自主設計、生產同類的生產線。

但是，2005年前的水平連鑄機生產的銅板帶存在裂紋、偏析等缺陷，嚴重影響了銅板的質量。例如，水平連鑄生產的錫磷青銅帶坯的凝固組織晶粒粗大，成份反偏析嚴重。上下二面的等軸晶層既薄且不均勻，在後續的卷取時，外表面受到較大的拉應力，致使帶坯產生微小的細裂紋及不均勻的內應力。為了改善組織和成份均勻化，通常採用在670-690℃下保溫9個小時的均勻退火處理，不但耗費大量的能源，延長產品的製造周期，還對最終產品的表面質量、性能造成不利影響。因此，在改善銅板帶坯的質量，許多人在設備、工藝和材質等方面做了大量的工作。例如，專利02113214.3 採用熱模和磁場加熱的方法改善鈹青銅板帶材的性能。專利02221779.8在水平連鑄銅合金棒材的水冷銅套內安裝了旋轉電磁攪拌裝置，外側由活動蓋板壓緊，用來改善銅合金晶相組織。2005年前，還沒有查閱到水平連鑄銅合金板帶電磁改性的報導。

發明內容

專利目的

該發明的目的是提供一種能夠使水平連鑄銅合金板帶的凝固組織均勻、細化，改善和提高水平連鑄銅合金板帶質量的銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置。

技術方案

《一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置》所述裝置，由保溫爐5、行波直線磁場發生器4、水冷銅套3和石墨結晶器2構成，行波直線磁場發生器4固定在水冷銅套3的前端、石墨結晶器2的外側，石墨結晶器2安裝到保溫爐5側面。行波直線磁場發生器4由導線纏繞在鐵心上製成，外部由金屬殼封閉，內部通冷卻水。行波直線磁場發生器4在石墨結晶器2上下兩側同時安裝。行波直線磁場發生器4在石墨結晶器2一側安裝。

使用一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造裝置進行水平電磁連續鑄造的方法，保溫爐5內的銅合金液達到1000-1200℃時，開動牽引機，帶動銅合金板帶坯1運動，行波直線磁場發生器4通入1-1000赫茲的電流，行波直線磁場發生器4產生的電磁力驅動石墨結晶器內的液體金屬運動，磁感應強度為5-500高斯；使板帶邊部和中心部熔體的溫度均勻化，促進石墨結晶器內凝固前沿的熔體趨於同時凝固，減輕樹枝晶的生成趨勢，可以獲得凝固組織均勻、細化，無裂紋、偏析等鑄造缺陷的銅合金板帶坯。行波直線磁場發生器4通入的電流是交流電。交流電的相位和方向在鑄造過程中能夠變化，變化的周期範圍為5-50秒。行波直線磁場發生器4通入的電流是周期是5-50秒的脈衝電。

改善效果

《一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置》所達到的效果和益處是，裝置簡單、使用方便，獲得的凝固組織均勻、細化，無裂紋、偏析等鑄造缺陷的銅合金板帶坯，還能夠降低澆 注溫度，減少均勻化退火的時間。

附圖說明

圖1是《一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置》的裝置結構示意圖。

圖中，1.銅合金板帶坯，2.石墨結晶器，3.水冷銅套，4.行波直線磁場發生器，5.保溫爐。

附圖說明

權利要求

1.一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造裝置，其特徵在於，由保溫爐（5）、行波直線磁場發生器（4）、水冷銅套（3）和石墨結晶器（2）構成，行波直線磁場發生器（4）固定在水冷銅套（3）的前端、石墨結晶器（2）的外側，石墨結晶器（2）安裝到保溫爐（5）側面。

2.根據權利要求1所述的一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造裝置，其特徵在於，行波直線磁場發生器（4）由導線纏繞在鐵心上製成，外部由金屬殼封閉，內部通冷卻水。

3.根據權利要求1所述的一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造裝置，其特徵在於，行波直線磁場發生器（4）在石墨結晶器（2）上下兩側同時安裝。

4.根據權利要求1所述的一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造裝置，其特徵在於，行波直線磁場發生器（4）在石墨結晶器（2）一側安裝。

5.使用權利要求1所述的一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造裝置進行水平電磁連續鑄造的方法，其特徵在於，保溫爐（5）內的銅合金液達到1000-1200℃時，開動牽引機，帶動銅合金板帶坯（1）運動，行波直線磁場發生器（4）通入1-1000赫茲的電流，行波直線磁場發生器（4）產生的電磁力驅動石墨結晶器內的液體金屬運動，磁感應強度為5-500高斯。

6.根據權利要求5所述的一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法，其特徵在於，行波直線磁場發生器（4）通入的電流是交流電。

7.根據權利要求6所述的一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法，其特徵在於，交流電的相位和方向在鑄造過程中能夠變化，變化的周期範圍為5-50秒。

8.根據權利要求5所述的一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法，其特徵在於，行波直線磁場發生器（4）通入的電流是周期是5-50秒的脈衝電。

實施方式

實施例1

將行波直線磁場發生器4固定在水平連鑄板帶水冷銅套3的前端、石墨結晶器2上側面，接線端子與50赫茲的三相交流電源相連線，然後將石墨結晶器連同冷卻系統安裝到保溫爐5上，當保溫爐內的錫磷青銅液QSn6.5-0.1達到1140-1170℃時，開動牽引機，開始連續鑄造。開啟電源開關，通過觀察板帶坯1的表面的顏色和凝固痕，調整通入磁場發生器的電流和電流的方向，直到表面顏色為灰白相間、凝固痕平直為止，保持此穩定狀態，進行生產。利用剪扳機截取板帶試樣，觀察其凝固組織，測試其力學性能。鑄態試樣屈服強度降為167兆帕，伸長率達到50％，均勻化退火時間由8-9小時降為5-6小時，鑄造溫度降低20℃。

實施例2

將兩個行波直線磁場發生器4分別固定在水平連鑄板帶水冷銅套3的前端、石墨結晶器2上、下側面，接線端子與30赫茲的二相交流電源相連線，然後將石墨結晶器連同冷卻系統安裝到保溫爐上，當保溫爐內的黃銅銅液H65達到1050-1080℃時，開動牽引機，開始連續鑄造。開啟電源開關，通過觀察板帶坯1的表面狀況，調整通入磁場發生器的電流和電流的方向，直到表面顏色為灰白相間、凝固痕平直為止，保持此穩定狀態，進行生產。利用剪扳機截取板帶試樣，觀察其凝固組織，測試其力學性能。鑄造溫度降低20℃。

榮譽表彰

2015年11月27日，《一種銅合金板帶的水平電磁連續鑄造方法和裝置》獲得第十七屆中國專利獎優秀獎。