[发明专利]一种新型铜及铜合金板带电磁辅助铸造方法及装置

说明书

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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卷重的坯料，板坯经过开卷、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。

发明内容

本发明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。

本发明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℃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1～2000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。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：