本發明專利技術涉及銅及銅合金板帶電磁輔助鑄造方法及裝置，在銅及銅合金板坯水平連鑄結晶器部位設置定磁場發生裝置，外加磁場強度５０～２０００高斯；并在板坯結晶前沿區域施加電流，電流強度１～２０００安培，電流沿軸向或橫向形成回路；從而，使結晶前沿的熔體受到洛侖茲力作用被強制攪拌，促使凝固區域形成大量游離晶核，有助于生成等軸晶，抑制柱狀及枝晶生長，從而抑制偏析和反偏析、細化鑄造組織、提高板坯表面質量和板帶加工成品率，尤其提高合金含量較高以及易偏析、熱加工困難的銅合金板帶的成品率；可實現高錫含量青銅板坯的連續生產，簡化均勻化處理工藝。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種銅及銅合金板帶電磁輔助鑄造方法及裝置，屬于有色 金屬加工
技術介紹
傳統的銅合金板帶采用半連鑄或全連鑄工藝制備坯錠，然后經過熱軋開坯、冷軋加工等工藝制備出板帶產品。20世紀80年代開始，國內銅加 工行業開始采用水平連續鑄造技術制備厚度14 18mm的帶坯，板坯寬度 通常在300 650mm之間，理論上水平連鑄工藝可以獲得任意大巻重的坯 料，板坯經過開巻、銑面、冷軋等工序，制備出各種厚度規格的板帶產品。 盡管該技術不能全面取代塊式法銅合金板帶加工工藝，但是銅板坯水平連 鑄技術具有節能、環保、高效、節約投資等優點，特別適用于易偏析銅合 金板帶的制備。目前傳統的水平連鑄銅合金板帶不能完全滿足銅合金板帶的制備加 工要求，主要表現為表面粗糙、裂紋，鑄造組織粗大、疏松，偏析、反偏 析等缺陷。以錫磷青銅、鎳青銅、鋅白銅等合金品種為例，合金含量較高 時，鑄造組織粗大、偏析及反偏析現象比較嚴重，合金板帶坯料及板帶產 品的成品率較低。針對板帶水平連鑄技術存在的不足，國內外開展了大量的研究；電磁 冶金技術在金屬連鑄工藝方面的應用研究是關注的焦點之一。專利96121903.3在鋼板坯的結晶器寬邊施加了方向可變的磁場，在結 晶區域形成穩定的強制攪拌，改善鋼板坯的表面質量、抑制夾雜缺陷。專利US-PN4846255及US-PN4741383采用軟接觸和電磁鑄造的方式制造金 屬薄板坯。與之相仿，專利200510021740.4采用中頻磁場制備金屬薄帶， 為一種近終形余熱熱軋工藝技術。上述技術適用于鋼薄帶的制備，采用軟 接觸或電磁鑄造原理，不涉及銅合金板帶制備加工。專利200510047193.7通過施加行波磁場，產生強制攪拌，達到抑制偏析、細化晶粒的目的。該技術在結晶器與保溫爐之間安裝電磁發生裝置， 攪拌器本體與保溫爐近距離接觸，存在一定安全隱患，適用性稍差。專利02149110.0及專利02119403.3分別公開了一種銅管坯電磁連鑄方 法，在管坯結晶器外側施加旋轉磁場或組合磁場，制備管坯。專利 02221779.7提供了銅合金水平連鑄電磁攪拌結晶裝置，通過旋轉磁場改善 鑄造組織。上述技術均不涉及銅及銅合金板坯的制備工藝與裝備。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種銅及銅合金板帶 電磁輔助鑄造方法及其裝置，旨在有效提高銅合金板帶的成品率，抑制偏 析、細化組織、改善表面質量。本專利技術的目的通過以下技術方案來實現銅及銅合金板帶電磁輔助鑄造裝置，包括水平連鑄爐組、石墨結晶器 及金屬水冷結晶器，石墨結晶器安裝在水平連鑄爐組的側面，石墨結晶器 的外側設置有金屬水冷結晶器，特點是還包括磁場發生裝置和直流電源， 所述磁場發生裝置為永磁體或電磁鐵繞組，該磁場發生裝置在石墨結晶器 上下兩側同時布置，安裝在金屬水冷結晶器的外側或安裝于金屬水冷結晶 器的內部；所述直流電源的一極與石墨結晶器前端內的熔體電性連接，直 流電源的另一電極與石墨結晶器后端的板坯電性連接，從而，直流電源在 熔體與板坯之間構成回路。進一步地，上述的銅及銅合金板帶電磁輔助鑄造裝置，所述直流電源的一 電極通過石墨電極與石墨結晶器前端內的熔體電性連接，所述直流電 源的另一電極通過滾輪與石墨結晶器后端的板坯電性連接。更進一步地，使用上述的裝置進行銅及銅合金板帶電磁輔助鑄造的方 法，特點是水平連鑄爐組內的銅合金液達到1000 1200°C時，啟動牽 引機，帶動銅合金板坯運動，直流電源的一極與石墨結晶器前端內的熔體 電性接通，直流電源的另一電極與石墨結晶器后端的板坯電性接通，在熔 體與板坯之間構成電流回路，電流強度在1 2000安培；磁場發生裝置產生50 2000高斯的磁場，通電的熔體通過貫穿石墨結晶器的磁場時，受 到洛侖茲力作用，電磁力對石墨結晶器內凝固前沿的熔體形成強制性攪 拌。本專利技術技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在通過在銅及銅合金板坯水平連鑄結晶器部位設置定磁場發生裝置，并在板坯結晶前沿區域施加電流，電流沿軸向或橫向形成回路；從而，使結晶前沿的熔體受到洛侖茲力作用被強制攪拌，促使凝固區域形成大量游離 晶核，有助于生成等軸晶，抑制柱狀及枝晶生長，抑制偏析和反偏析、細 化鑄造組織、提高板坯表面質量和板帶加工成品率，尤其提高合金含量較 高以及易偏析、熱加工困難的銅合金板帶的成品率，改善銅合金板坯鑄造 質量。所施加的磁場發生裝置為定磁場，是永磁鐵或電磁鐵繞組，安裝方便，運行安全可靠；該技術方案實現了高錫含量青銅板坯的連續生產，簡 化了均勻化處理工藝，其應用前景十分廣闊。附圖說明下面結合附圖對本專利技術技術方案作進一步說明圖1:本專利技術的結構示意圖；圖2:攪拌效果示意圖；圖3a:施加磁場前凝固線形狀示意圖；圖3b:施加磁場后凝固線形狀示意圖。圖中各附圖標記的含義見下表:附圖 標記含義附圖 標記含義附圖 標記含義1水平連鑄爐組2石墨結晶器3磁場發生裝置4直流電源5水冷結晶器6板坯具體實施方式如圖l所示的銅及銅合金板帶電磁輔助鑄造裝置，包括水平連鑄爐組1、石墨結晶器2、磁場發生裝置3和直流電源4及金屬水冷結晶器5，石 墨結晶器2安裝在水平連鑄爐組1的側面，石墨結晶器2的外側設置有金 屬水冷結晶器5，磁場發生裝置3為永磁體或電磁鐵繞組，該磁場發生裝 置3在石墨結晶器2上下兩側同時布置，安裝在金屬水冷結晶器5的外側 或安裝于金屬水冷結晶器5的內部；直流電源4的一電極通過石墨電極與 石墨結晶器2前端內的熔體電性連接，直流電源4的另一電極通過滾輪與 石墨結晶器2后端的板坯電性連接，直流電源4在熔體與板坯之間構成回 路。通過在銅及銅合金板坯水平連鑄結晶器部位設置定磁場發生裝置3 ， 外加磁場強度50 2000高斯；并在板坯結晶前沿區域施加電流，電流強 度1 2000安培，電流沿軸向形成回路，電流回路平行于板帶軸向；從而， 使結晶前沿的熔體受到洛侖茲力作用被強制攪拌，攪拌效果如圖2所示， 促使凝固區域形成大量游離晶核，有助于生成等軸晶，抑制柱狀及枝晶生 長，從而抑制偏析和反偏析、細化鑄造組織、提高板坯表面質量和板帶加 工成品率，尤其提高合金含量較高以及易偏析、熱加工困難的銅合金板帶 的成品率。實施例l將磁場發生裝置3固定在金屬水冷結晶器5的外側，石墨結晶器2連 同金屬水冷結晶器5安裝到水平連鑄爐組1上，當水平連鑄爐組1內的銅 合金液達到1000 1200°C時，啟動牽引機，開始連續鑄造，帶動銅合金 板坯6運動，直流電源4的一電極與石墨結晶器2前端內的熔體電性接通， 直流電源4的另一電極與石墨結晶器2后端的板坯電性接通，在熔體與板 坯之間構成電流回路，電流強度在50 500安培;磁場發生裝置3產生50 500高斯的磁場，通電的熔體通過貫穿石墨結晶器2的磁場時，受到洛侖 茲力作用，電磁力對石墨結晶器2內凝固前沿的熔體形成強制性攪拌。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 試樣屈服強度為300 350MPa ，伸長率45 55% ;均勻化退火時間由8 12小時降為4小時以下，鑄造溫度降低20 3(TC。實施例2將磁場發生裝置3固定在金屬水冷結晶器5的內部，石本文檔來自技高網...
【技術保護點】
銅及銅合金板帶電磁輔助鑄造裝置，包括水平連鑄爐組（１）、石墨結晶器（２）及金屬水冷結晶器（５），石墨結晶器（２）安裝在水平連鑄爐組（１）的側面，石墨結晶器（２）的外側設置有金屬水冷結晶器（５），其特征在于：還包括磁場發生裝置（３）和直流電源（４），所述磁場發生裝置（３）是永磁體或電磁鐵繞組，該磁場發生裝置（３）在石墨結晶器（２）上下兩側同時布置，安裝在金屬水冷結晶器（５）的外側或安裝于金屬水冷結晶器（５）的內部；所述直流電源（４）的一電極與石墨結晶器（２）前端內的熔體電性連接，直流電源（４）的另一電極與石墨結晶器（２）后端的板坯電性連接，從而，直流電源（４）在熔體與板坯之間構成電回路。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李華清，向朝建，李新濤，陳忠平，
申請(專利權)人：蘇州有色金屬研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：32[中國|江蘇]
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