铜板带水平连铸生产工艺及铸坯缺陷探究.pdf
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1、文章编号:2096 2983(2024)02 0070 06DOI:10.13258/ki.nmme.20220505001引文格式:张良利,王松伟,刘劲松,等铜板带水平连铸生产工艺及铸坯缺陷探究J有色金属材料与工程,2024,45(2):70-75DOI:10.13258/ki.nmme.20220505001 ZHANG Liangli,WANG Songwei,LIU Jinsong,et al Research on horizontalcontinuous casting process of copper strip and casting slab defectsJNonferr
2、ous Metal Materials and Engineering,2024,45(2):70-75铜板带水平连铸生产工艺及铸坯缺陷探究张良利1,王松伟2,刘劲松1,2,宋鸿武2,刘羽飞3(1.沈阳理工大学 材料科学与工程学院,辽宁 沈阳 110159;2.中国科学院金属研究所 师昌绪先进材料创新中心,辽宁 沈阳110016;3.江西铜业集团铜板带有限公司,江西 南昌 330096)摘要:随着国民经济的持续快速发展,国内对铜合金带材的需求量也在逐年增加。水平连铸是目前生产铜及铜合金带材的重要工艺。主要从国内外水平连铸技术的发展历史、水平连铸设备、水平连铸的生产工艺流程、结晶器的基本结构和水
3、平连铸的优点等方面对铜板带的水平连铸进行了论述与介绍。并且重点分析了铜合金板带坯在凝固过程中产生表面凹坑、气孔、晶粒不均匀、边部裂纹、反偏析、缩松等缺陷的原因,并提出了相应的改善措施,有效预防了缺陷的产生,提高了带材的成品率,延长了结晶器的使用寿命。并对铜板带水平连铸未来的发展趋势进行了展望。关键词:水平连铸;铜板带;结晶器;质量缺陷;发展趋势中图分类号:TG 290 文献标志码:AResearch on horizontal continuous casting process of copperstrip and casting slab defectsZHANG Liangli1,WAN
4、G Songwei2,LIU Jinsong1,2,SONG Hongwu2,LIU Yufei3(1.School of Materials Science and Engineering,Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China;2.Shi-changxuInnovation Center for Advanced Materials,Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang110016,China;3.JCC Copper Strip Co.,L
5、td.,Nanchang 330096,China)Abstract:With the continuous and rapid development of the national economy,the demand for copperalloy strip in the domestic market has also been increasing year by year.Horizontal continuous casting isan important process for the production of copper and copper alloy strips
6、.This paper mainly discussesand introduces the horizontal continuous casting of copper strips from the aspects of the developmenthistory of horizontal continuous casting technology both domestically and internationally,horizontalcontinuous casting equipment,production process of horizontal continuou
7、s casting,basic structure ofcrystallizer and advantages of horizontal continuous casting.In addition,it also focuses on analyzing thecauses of defects of copper alloy plate and strip during solidification such as surface pits,pores,uneven有 色 金 属 材 料 与 工 程第 45 卷 第 2 期NONFERROUS METAL MATERIALS AND EN
8、GINEERINGVol.45 No.2 2024收稿日期:20220505基金项目:中国科学院重点部署资助项目(ZDRW-CN-2021-3)第一作者:张良利(1996),男,硕士研究生。研究方向:铜板带水平连铸加工研究。E-mail:通信作者:刘劲松(1971),男,副教授。研究方向:精密铜管材加工研究。E-mail:grain distribution,edge cracks,inverse segregation,shrinkage porosity and so on,and the correspondingimprovement measures are put forward
9、to effectively prevent the occurrence of defects,improve theyield of strips,and prolong the service life of crystallizer.Furthermore,an outlook on the futuredevelopment trend of horizontal continuous casting of copper strips is presented.Keywords:horizontal continuous casting;copper strip and slab;c
10、rystallizer;quality defects;development trend 随着铜加工装备的不断升级以及人们对铜板带产品的需求量日益增多,用水平连铸的方法生产铜板带坯开始逐步走进人们的视野。尽管铜板带的生产工序相对简便,节约了能源,但由于受铸坯的厚薄、拉坯速度以及工艺稳定性等多方面的影响,国内仍无法达到高精度、优质铜及铜合金板带材生产的制造条件,其合格率也难以进行重大突破,产品规格以及合金的品种也受到了相应的影响。因此,研究铜板带水平连铸的生产工艺,控制铸造时各项工艺参数之间的匹配关系,探究铸坯缺陷的产生原因并提出相应的解决措施,是提高铜板带水平连铸的铸坯质量及摆脱产品规格限制
11、的有效途经,具有重要的经济和技术意义。本文主要论述了某板带公司的铜板带水平连铸生产工艺,重点分析了板带坯在凝固过程中一些常见的缺陷并提出了相应的改善措施。通过工艺的改进有效地预防了缺陷的产生,延长了结晶器的使用寿命,提高了带材的成品率。1 水平连铸装备及生产技术 1.1 水平连铸技术的发展最初,连续铸造技术应用于熔点较高的金属铁,在 1840 年 Bessemer 开始研究单辊和双辊的连续铸造,1950 年连续铸造技术和设备开始运用于工业流程1;到了 20 世纪 60 年代,瑞士 Wertli 公司首先将水平连铸技术应用在铜合金带坯的生产上2;20 世纪 70 年代,欧、美、日本等工业发达国家
12、经过多年在铜板带坯水平连铸工艺技术和装备上的不断摸索与创新,已经拥有了比较成熟和先进的铜板带水平连续铸造技术。至此,这项技术开始被广泛应用于铜及铜合金加工生产领域。而我国的铜及铜合金板带的水平连铸技术起步较晚,1984 年通过对从德国 TG 公司引进的拉坯机、微机控制系统和结晶器三大关键技术进行消化和吸收3,国内的铜合金水平连铸技术才开始迅速发展。用水平连铸法生产的铜带产品涉及范围包括各种不同规格的黄铜、紫铜、锡磷青铜和锌白铜等,最近十几年铜加工行业在锡磷青铜和锌白铜的带坯生产中几乎都采用了水平连铸技术生产带坯4。1.2 水平连铸设备铜板带坯水平连铸机组主要由熔炼炉、保温炉、结晶器、牵引机、剪
13、切机、卷曲机等组成,具有熔炼、铸造、剪切、卷曲等多种功能5。图 1 是铜板带坯水平连铸原理示意图,铜液经由结晶器入口进入型腔,在结晶器中通过冷却水的作用凝固成型后由牵引系统缓慢拉出结晶器,并通过二次冷却水的作用对成型的铸坯进行降温。其中结晶器作为水平连铸生产铜及铜合金板带材的关键部件,直接影响到铸坯的质量及后续的加工流程。铜板带的水平连铸与以往采用的立式半连续铸造相比,其主要特点是铸造的空间封闭。水平连铸在一般情况下都采用石墨内衬结晶器6,结晶器直接和保温炉相连且水平放置,铸坯在水平方向被牵引机缓慢拉出。水平连铸技术生产铜带坯在产品的规格、合金的品种、制造工艺等方面优势明显,带坯的性能、凝固组
14、织也相对容易掌控,目前是锌白铜带、锡磷青铜带、磷脱氧铜空调管等常用铜产品制坯的主要方式。654321 1保温炉;2水冷结晶器;3二次冷却区;4拉辊;5铸坯;6石墨套图 1 铜板带坯水平连铸示意图Fig.1 Schematic diagram of horizontal continuouscasting of copper strip billet第 2 期张良利,等:铜板带水平连铸生产工艺及铸坯缺陷探究71 1.3 水平连铸生产工艺流程铜带坯水平连铸生产工艺流程:配料熔化保温凝固结晶一次冷却二次冷却牵引机剪切机卷曲机7。首先将炉料按照所生产的合金品种配好比例,然后按顺序依次将炉料倒入熔化炉内
15、,待化学成分及温度等条件达到标准规格后将铜液通过流槽转入保温炉内,保温炉上方通过铺满木炭来控制铜液的铸造温度和液位高度在一定的范围之内,铸造过程中铜液在静压作用下流入结晶器8-9,通过循环冷却水的作用结晶成带坯,由牵引机进行引拉,实现拉停反推停的往复动作,引拉出的带坯经过二次冷却装置将温度冷却到常温。该工艺可以直接生产出供冷轧轧制的厚 1418 mm,宽 330650 mm的铜及铜合金带坯,并且带坯宽度在 450 mm 以下的一般采用双流水平连铸机生产,带坯宽度在450 mm 以上的一般采用单流水平连铸机生产5,10。1.4 水平连铸结晶器组合式水冷套由钢套和铜套部分组成,二者通过螺栓紧密相连
16、,产生的间隙用石墨纸填充以便减小热阻。这种分体式水冷套的优点是结晶器使用一段时间后,便于清洗整个水路、清除结垢,延长结晶器的使用寿命。整个结晶器以石墨模具中心为对称轴,上下两部分采用相同的水冷套,整体结构如图 2 所示。石墨模具由 4 块石墨板组成,包括两块上下大面壁石墨板和两侧小石墨边条,边条和下石墨板以石墨销子固定。冷却水路出入口均在钢套部分,热交换主要发生在铜套内部。水路结构为 4 个独立水室结构,水路的热交换面积近乎覆盖整个带面宽度。为保证熔体进入结晶器时,液流稳定均匀,在结晶器入口制作导流斜口,利于熔体流动,防止熔渣进入结晶器。钢套铜套上石墨板石墨边条 图 2 结晶器结构示意图Fig
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