铜合金

大连理工大学硕士学位论文

铜合金管坯水平连铸工艺的研究

姓名：康伟申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：贾振元;陈历辉

20050601

铜合金

大连理工大学工程硕士学位论文

摘要

铸造白铜具有优良的热传导率和抗腐蚀性能，并具有较高的强度、良好的铸造工艺性能，其主要应用于发电厂、舰船、中央空调、海水淡化及综合利用等行业。水平连铸技术被公认为是提供高质量铸坯的高、精、尖的连铸新技术。本文通过结晶器不加磁场的水平连铸方式来铸造白铜（ＢＦｅｌ０．１．１）管坯，并对铸态管坯的表面质量、凝固组织及力学性能进行了分析。通过本课题研究，可得到以

下结论：

提出了用水平连铸法生产ＢＦｅｌ０．１．１铜合金管坯的方法及工艺，采用合理的工艺参数，通过连铸管坯表面质量及凝固组织控制；连铸过程工艺参数的检测与控制，制备出内外表面光整、内部组织致密的水平连铸管坯。管坯凝固组织以柱

状晶为主，合金元素在凝固组织中呈树枝状偏祈：测试了不同温度下的力学性能，

结果显示管坯的力学性能随着温度升高而下降，当温度大于６００＂（２时管坯力学性能急剧降低，不适合在此温度区间进行轧制。

采用扫描电镜对断口进行分析，室温下断口呈典型的韧性断裂。铸态凝固缎织呈现典型的树枝状偏析，其断裂机制为典型的沿晶韧性断裂。

白铜合金中Ｆｅ和Ｍａ的存在方式，Ｆｅ主要以固溶方式存在，Ｍｎ元素主要以金属问化合物的形式存在。

通过对精炼和熔炼的研究，本实验采用Ｃｕ－Ｍｇ合金作为脱氧剂，实现对铜水熔化过程的脱氧，保证了实验所得铜管的成分的准确性。关键词：铸造白铜：水平连铸；组织；力学性能

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铜合金管坯水平连铸工艺的研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｃａｓｔｉｎｇｃｕｐｒｏｎｉｃｋｅｌｈａｓｅｘｃｅｌｌｅｎｔｔｈｅｒｍｏ—ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａＳ

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ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｅｔａ１．ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉＳｗｅｌｌｋｎｏｗｎｆｏｒｉｔｓ

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【Ｉ

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独创性说明

作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导帅指导ｐ。进行

的研究工作及取得研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注

和致谢的地方外，沦文中不包含其他认已经发表或专写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或其他单位的学位或证书所使

用过的材料。与我４同工作的同志对本研究所做的贡献均已在文

中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

盛垡

丝兰年Ｌ月监日

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第一章绪论

１．１铜合金管材及其发展

１．１．１铜合金管材

现代工业生产中，管材除大量应用于气体和液体管道工程外，在航空航天、机械、化工、轻工、交通运输等工业部门也被广泛应用。随着科学技术和工业生产的不断发展，在航天器制造、工程机械、动力机械、农业机械、石油化工、轻工及交通运输等工业部门，正广泛采用管材制造零件。因此，管材生产在现代化工业生产中占有十分重要的地位“４］。

常用的管材，按材质的不同可分为钢管和有色金属管两类。有色金属管包括铜管和铜合金管、铝和铝合金管、镍和镍合金管等。在生产和生活中，铜及铜合

金管被大量应用。

铜水管适应温度可以从一１９６℃到２０５‘Ｃ。因具有良好的韧性、易弯曲、易扭转、不易裂缝、不易折断、抗冻胀和抗冲击性能好，铜管道可以承受极冷和极热的温度，可在任何气候或任何温度条件下安装，使用性能不会因长期使用和温度的变化而降低。铜为惰性元素，活性仅强于金和银，其表面的黑色氧化层是最坚硬的保护层，耐腐蚀性强，不污染水质。同时，铜管还可循环使用。做为铜合金中的一种的白铜，以其良好的抗腐蚀性，越来越受到人们的重用”１１。１．１．２我国铜管业的现状及其发展

近年来我国铜管生产技术进步速度加快，不仅依靠自己的力量改造了一些装备，进一步提升了技术装备的水平，而且还开发了一些具有自主知识产权的铜管新产品。但是从总体上看，我国铜管生产企业的技术开发能力与发达国家铜管生产企业之间还有一定的差距，一些落后的生产工艺和技术仍在采用，自主开发的

上引法铸轧管坯技术还不完善。

相对于钢管生产技术来说，国内铜管生产技术仍然比较落后。国内多数铜管生产企业仍在采用传统工艺技术，用较小型的挤压机生产管坯。最大挤压力１６００ｔ，小的只有８００ｔ。由于挤压机技术水平低，产品的偏心度大，重量小，不能用盘拉机生产，所以生产率低，成材率低，能耗高。空心管坯的内外质量和壁厚均匀性，

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将宜接影响到成品管质量的好坏”…。

据了解，近期国内有多个铜管企业与有关院校合作，对电磁铸造技术的应用进行了开发尝试，并取得了一定的经验。在水平连铸管坯的生产工艺中，通过改

进结晶器的结构，增加电磁感应线圈，调整结晶器冷却水的水路系统，取得了初

步成果。因为水平连铸存在着重力对凝固结晶的影响，并且液穴的大小及形状与半连续铸造有差别，所以技术难度比半连续铸造要大些“’６１。

工业发达国家的铜及铜合金管材主要用于机器制造、建筑、电力、交通运输、仪器仪表及海洋开发等方面．约占铜加工材总用量的２５％以上。其中用量最多的是给排水、空调、冻机等方面。美国用于给排水方面的铜管材占管材总量的６０％婶］。

近年来我国铜管的产量大幅度增加，１９９５－－２０００年年均增长率超过１０％。在我

国铜管材的消费中，用量较多的是制冷行业。如空调管和冰箱管，其次是热交换器用冷凝管。在制冷领域，铜管作为高效传热器件也有着广泛的应用。据空调制冷协会调研统计，空调制冷用铜管的消费量每年已达１０万ｔ以上，己占铜管总消费量的３０％以上，是一个相当大的市场。而空调制冷用铜管是所有铜管材品种中要求质量最高的品种。过去空调制冷用铜管主要来源于进口，９０年代以来，随着国内十几条铜管生产线的引进和部分企业的工艺技术装备水平的改进和扩产，全国已有１５万ｔ以上的空调制冷用铜管生产能力，其铜管产品质量在稳步上升的同时，迅速替代进口口“’”。

热交换器用铜合金管（ＧＢ８８９０２８８）材绝大部分用于火电机组和舰船的冷凝器中，又称冷凝管。我国改革开放以来能源交通事业发展迅猛，单就发电而言，

“六

五”末期我国发电总装机容量约９０００万ｋＷ，到“九五”末期预计达到５亿千瓦，其中大部分仍为火力发电，除少量进口机组外，国产机组将需要大量冷凝管。“六五”期间及以后的新建机组逐渐进入检修期，也将需要大量冷凝管。我国今后将大量建造３０万ｋｗ及更大容量的机组，其冷凝管的长度在ｌＯｍ以上。此外，我国除新

疆西藏外．

地区的水质都不同程度受到污染，严重影响冷凝管的寿命，因而火电站检修用管的数量也相当庞大。现在一些计算机生产厂家已经在尝试将铜管使用在Ｐｃ散热系统上。因此，它将是一个常盛不衰的大品种，在铜加工行业中应给予极大的重视。由此可见，铜管有着广阔的市场。做为铜合金中的一种的自铜，以其良好的抗腐蚀性，越来越受到人们的重用。１．１．３铸造白铜

铸造白铜具有优良好的热传导率和抗腐蚀性能并有较高的强度、良好的铸造工艺性能，市场需求较多的白铜管牌号为ＢＩＯ、Ｂ３０、Ｂ７等。其主要应用于发电

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厂、舰船、中央空调、海水淡化及综合利用等行业。

电力行业白铜管年市场需求量在４００－－５００吨，但市场需求起伏较大；中央空调行业年市场需求量在３００－－４００吨，市场趋势比较看好；舰船和潜艇年市场需求量在１００－－２００吨，市场稳定。总的来说，白铜管的国内年市场需求量在１０００吨

左右。

白铜做为铜合金的一种，是以镍为主要第三种元素，如ｚｎ、Ａ１、Ｍｎ、Ｎｂ等，相应的称为锌白铜（德银），铝白铜、锰白铜和铌白铜等。

Ｃｕ与Ｎｉ能无限互溶而形成连续的固溶体，在３２２℃以下存在一个产生亚稳态相区。添加某些元素后能改变亚稳态区域的大小和位置。

Ｚｎｆｉ２大量溶于ｃｕ—Ｎｉ固溶体，形成ｃｕ—Ｎｉ－－Ｚｎ三元固溶体，提高固溶体的强度、硬度和抗大气腐蚀的能力，并使合金具有银白色。因此，锌白铜除作为耐蚀结构材料使用外，还广泛用作装饰材。

Ｆｅ在Ｃｕ－－Ｎｉ合金中的溶解度很小，少量的Ｆｅ能提高合金的理学性能和耐蚀能力，特别是耐海水冲腐蚀能力。但是，当Ｆｅ含量超过２％时，会引起腐蚀开裂。

Ａｌ在Ｃｕ—Ｎｉ合金中的溶解度也不大，并随温度的下降而减小，由于Ｎｉ３Ａ１化合物的沉淀析出，可提高合金的强度和硬度。

Ｓｎ与Ｎｉ能形成（Ｃｕ Ｎｉ）。Ｓｎ相（即０相），起明显强化作用。Ｎｂ和Ｓｉ同Ｎｉ也能

形成具有沉淀硬化作用的Ｎｉ。Ｎｂ￥口Ｎｉ。Ｓｉ化合物。另外，Ｎｂ还能改善合金的高温塑性。

铸造自铜在大气、淡水和海水中有很高的耐蚀性，在碱性盐溶液和有机化合物溶液中也有很好的耐蚀性。卤素和二氧化碳在室温下几乎对白铜不起作用。

白铜还有良好的抗生物污垢腐蚀性，其中以ＺＣｕＮｉｌＯＦｅ最好，高镍白铜次之“１。

１．２水平连铸技术

１．２．１连铸技术

在结晶器的一端连续进入金属液，金属在结晶器型腔内连续地向另一端移动和凝固成形，在结晶器地另一端连续拔出铸件地铸造方法称连续铸造。

造出铸件达一定长度后，停止铸造过程，取走铸件，再重新开始的连续铸造方法又称半连续铸造。

连续铸造的特点““”：

（１）铸件长度的各处都在相同的条件下凝固成形，故可获得长度方向上性能一致的铸件。

（２）结晶器中凝固的铸件断面上有很大的温度梯度，并有很好的定向凝固和补缩条件，故铸件有较高的致密度。

（３）铸件断面中部是在结晶器外自然冷却或用水强制冷却情况下完成凝固

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的，故可有效提高劳动生产率。

（４）与砂型铸造比节约了大量的造型材料，并由此大大减少了灰尘和气体对环境的污染。

（５）铸造过程无冒口系统，并可用较小铸型多次重复生产较大的铸件，故生产消耗少。

（７）较易实现生产过程自动化。

（８）本法只使用于大量生产断面形状简单，并在长度上形状不变的条、杆、板、柱、线和管状铸件，如各种合金的铸坯线坯，不同断面形状的实心或空心铸

坯料。

连铸技术近十几年来发展极为迅速，各工业发达国家的连铸比均超过或接近９０％，连铸比高低已经成为衡量一个国家工业发达与否的一个重要标志。世界各国做了大量关于连铸的基础理论的研究工作，现在连铸技术已经有了很大的进步，主要表现在“６１”；

１）连铸机装备水平高，铸机作业率达８０％一９０％，拉坯速度高，铸坯质量好；

２）

自动化程度高，无人浇铸已在一些工厂实现。各项工艺操作的自动控制、工

艺参数的自动调节和优化已在连铸机上实现；

３）浇铸金属不断增多，铸坯质量优于铸锭。金属收得率不断提高；

４）相关技术的发展。

连铸技术是随着连铸机的发展而发展的。连铸机按铸坯断面形状可分为厚板坯、薄板、方坯、小方坯、圆坯等，也可按铸坯运行的轨迹分为立式、立弯式、

垂直一多点弯曲式、垂直——弧形、多半径弧形、水平式及旋转式连铸机。“。

立式连铸机出现最早，其优点是金属液中夹杂易于上浮，凝壳冷却均匀对称，不受弯曲矫直应力，但缺点是设备高度大，建设投资大，且金属液静压力大，易使铸坯产生鼓肚变形，铸坯断面和长度都不能过大，拉速也不宜过高。

立弯式连铸机为降低设备高度，将完全凝固的铸坯顶弯成９０４角，在水平方向出坯，消除了定尺长度的限制，降低了设备的投资，但缺点是铸坯受弯曲矫直

应力，易产生裂纹。

弧形连铸机大大降低了设备的高度，仅为立式的１／２——１／３，操作方便，便

于拉速的提高，但缺点是存在设备对弧较难，内外弧冷却欠均匀，弯曲矫直应力较大及夹杂物在内弧侧聚集的缺点，故对金属液纯净度要求更高。

水平连铸技术近３０年中获得了重大发展，是一项弓｝人注目的新技术。２０世纪９０年代以来，由于科学技术的迅速发展，对原材料的要求越来越高，发展合理的连铸工艺技术以确保材料的技术性能已成为一种必然。由于水平连铸的一些优点，被公认为是提供高质量铸坯的高、精、尖的连铸新技术Ⅲ。２”。

４

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１．２．２水平连铸技术

水平连铸是近几年才得到发展的技术，但由于开发初期铸机技术性能的局

限性和某些技术难点的存在，其产量与效益均不明显，因而未能得到连铸界的重视。９０年代以来，由于科学技术的迅速发展，对原材料的要求越来越高，发展合理的连铸工艺技术以确保材料的技术性能已成为必然。

水平连铸机是高度最低的连铸机，设备简单、投资省、维护方便。水平连铸机结晶器内钢液静压力最小，避免了铸坯的鼓肚变形。由于水平连铸采用密封浇铸，无二次氧化，夹杂物容易在中间包内上浮，铸坯的清洁度高，夹杂物含量小，一般仅为弧形铸坯便铸坯的１／８～１／１６。另外铸坯无需矫直，也就不存在由于弯曲矫直而产生裂纹可能性。铸坯质量好，被公认为是提供高质量铸坯的高、精、尖的连铸新技术，尤其适用于特钢连铸与近终型连铸，因此该项技术近几年来有了较大的发展，其技术水平也有了较大的提高。

水平连铸发展中有三大技术关键“”３…：

（１）中间包与结晶器密封联接一分离环，此联接部位既要“密封”，实现

“密封浇铸”，又要作为凝固的起点“人工液面”。如只采用一般的耐火材料进行密封，容易被钢水侵蚀形成“倒喇叭口”而无法拉出铸坯。此部分材质既要经受得起高温冲击，还要容易加工，才能使它与结晶

器铜套严密配合。

（２）拉坯方式及其驱动。由于中间包与结晶器联成一体，一般采用铸坯振

荡方式，既铸坯作拉一一停一一推～一停或拉一一推一一拉一一推的

动作，使铸坯向前运动。一般每分钟１００～２００次，反推量的精度要控制到０．１ｍｍ。拉坯方式及其驱动，直接影响铸坯质量与连铸工艺正

常进行。

（３）结晶器的结构与正确设计。结晶器是连铸的核心部件，水平连铸中结

晶器铜套进口处受钢水静压大，及拉坯特殊型式引起钢水流呈漩涡运动，因而使凝固传熟密度高度集中于结晶器前端，它又是多种特殊材质在高温下工作的组合体，热胀设计比较复杂。

（４）

目前，国内在生产上使用有多段多级式结晶器、导流型结晶器、圆环

拉方坯结晶器等型式ｏ“”１。

目前在生产中试用的水平连铸机，按铸坯尺寸分主要有五种机型：

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表１水平连铸机型

Ｔａｂｌｅ１Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓ

机型中间包容量（ｔ）

流间距

（ｍｍ）

铸坯尺寸

（ｍｍ）

最高拉坯

设备长度

（ＩｆＩ）

产量（万

ｔ／ａ）

速度

（ｍ／ｍｉｎ）

ＳＬＤ一２００

１５

１２００

中ｌＯＯ～０２０００９０～中１２０

３．５

５６

８～１０

ＳＬＤ一１５０

１０

１０００

中８０～中１５０中７０～中１４０

４

４８

６～８

ＳＬＤ一１００

５８００

０６０～中１００中５０～中９０

４．５３９

３～５

ＳＬＤ一６０

３６００

中４０～中７０ｍ３２～中７０

５３０

２～３

ＳＬＤ一２０

０．３～Ｏ．５

１５０

中８～中２０

６２０

０．１～０．２

机型选择时主要按照电炉容量、冶炼周期、浇注所需铸坯断面尺寸来确定，

一般要保证在一小时之内浇铸完毕。

水平连铸中间包主要是联系炼钢炉与连铸机的中间环节。中间包的主要作用

是：

（１）保温、储存钢水；（２）夹杂物能更充分上浮；

（３）容易实现“多炉连浇”。

中间包容量按炼钢炉容量或钢包容量选择。

在炼钢炉容量较小时，钢包温降大，为了保温中间包容量与钢包容量相同。在炼钢炉较大时，可分为３～４次将一包钢水注入中间包内，中间包容量为钢包容

量１／２或ｉ／３。

中间包容量过大，将引起炉村材料消耗大，并且中间包烘烤困难，从而使连

铸成本增加。

中间包包衬为铬镁整体打结或铬镁砖砌成，也可以使用绝热板作包衬。水平连铸拉坯模式按拉、停、推组合方式来分有以下几种：

（１）拉一停ｌ一推一停。

（单反推式）

（２）拉一推一拉一推

（３）拉一推ｌ一停一推。

（振荡式）（双反推式）

单反推式为国外通用（德、英、美）型式，振荡式类似弧形连铸机拉坯方式

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（日本），双反推式是我国研究反推德作用，创造的一种新式拉坯模式。

水平连铸拉坯参数有：

拉程（ｍｍ）、反推量（ｒａｍ）、中停时间（Ｓ）、拉程速度（％）、反推速度（％）、平均拉坯速度（ｍ／ｍｉｎ）、频率（次／ｍｉｎ）。以上参数构成拉坯模式与拉坯曲线，可以显示在操作屏幕上。操作者可以按连铸工艺要求随时进行调节。

水平连铸冷却系统的特点：

水平连铸冷却系统的一般要求除如水质、水量、事故水等与弧形连铸基本相同外，还有一下特点：

（１）

由于水平连铸采取密封浇铸，结晶器铜套壁面易沉积冷凝水，所以在开浇前结晶器要采用热水循环系统，热水温度约８０＂Ｃ，使铜套温度超过空气露点。开浇时再切换成“冷水冷却”。因此有热水循环

系统及其相应的冷热水切换阀门装置。

（２）

为了提高结晶器导热性能，结晶器冷却采用“低水量、高水压、高温差”的操作制度，水平连铸与弧形连铸水量在同～铸坯断面相比要少近３０％，温差要高一倍（２０℃）。水压为０．８ＭＰａ，要高４０％。但水量过低、温差过高将降低铜套寿命，结晶器密封圈易损坏。

（３）

结晶器冷却水与设备冷却水均为全封闭循环用水，水处理设备大大简化。

１。３铜合金的精炼技术

精炼：熔体中经常含有少量的有害杂质元素和夹渣，在熔炼过程中需要除去

的过程。１）氧化精炼

在熔炼用氧化法除去有害杂质元素的方法常称为氧化精炼。采用这种方法的必要条件是杂质（Ｍｅ’）与氧的亲和力大于基体金属（Ｍｅ）与氧的亲和力。

氧化精炼过程一般分为氧化和还原两个阶段。氧化过程可向熔池内通入压缩空气或富氧空气，或采用氧化熔剂。

２Ｍｅ＋０２－－－２Ｍｅ０ＭｅＯ＋Ｍｅ’＝Ｍｅ’Ｏ＋Ｍｅ

氧化精炼效果取决于以下因素：杂质对氧的亲和力大大超过被精炼金属对氧的

亲和力；杂质在金属中的溶解度小澉精炼金属的氧化物在金属中的溶解度大，且易

还原；杂质的氧化物不溶于金属中，且其密度小。２）除渣精炼

熔体中的夹渣主要是氧化渣。在铜及合金熔炼过程中，除渣方法有以下三种。

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（１１静置澄清法

静置澄清过程一般是让熔体在精炼温度下，傈持一段时间，使氧化及熔渣上

浮或下沉而除去。氧化渣的沉浮速度或静置时间，取决于氧化物颗粒大小、与金属的相对密度和熔体的粘度。熔炼过程中的固体氧化物往往细小分散，单纯采用

静置除渣效果不理想。一般是在一定的过热温度下，用熔剂搅拌结渣，然后再静

置除渣。

但）浮选除渣法

将气体通入熔池底部或加入熔剂发生反应而产生气泡，气泡在上升过程中将

遇到的许多悬浮的氧化物带至表面。当气泡上升到表面而破裂时，氧化物溜于表

层而被出去。例如，精炼铝青铜Ｑ越５时，加入０．０５％ＺｎＣｌ２，除去氧化铝，效果

显著。

（３）熔剂除渣法

在熔体中加入熔剂，通过对氧化物的吸附、溶解、化合造渣，将渣除去。铜及合金熔体密度较大。一般固体氧化物密度都小于金属熔体的，它主要聚集与熔体表面层，自下而上逐渐增加。选择的除渣熔剂密度也要比金属液小，熔池表面的熔剂与氧化物接触而进行吸附、溶解和化合造渣，于是就出现了一层干净的金属层，向下沉降，直到整个熔池内的氧化物的绝大部分为熔剂吸收为止。３）熔剂

熔炼有色金属及其合金时常用的熔剂，通常是碱金属和碱土金属的氯盐或氟盐。这些熔剂或单独使用，或配制成不同成分的复合熔剂使用。

使用熔剂的作用是：防止吸气、氧化；除气、除渣：细化晶粒；通过熔剂加入某些合金元素。

熔剂按用途分为覆盖剂、精炼剂、氧化剂、还原剂、变质荆。有的熔剂兼起覆盖剂、精炼剂等多种作用。按化学性质熔荆又分为酸性、碱性、中性三类。酸性熔剂如硼砂、硅砂等，用来除去碱性和中性氧化物；而碱性熔剂如苏打、碳酸钙，则用以除去酸性及中性氧化物；中性熔剂有碱金属、碱土金属的氯盐和氟盐，如ＫＣｌ、ＮａＣＩ、ＣａＣｌ：、ＣａＦｚ等以及木炭、米糠、玻璃等。此类熔剂应用广泛，因为此类熔剂既可以作覆盖剂，又可作精炼剂和变质剂。

铜和铜合金常用木炭、米糠等作覆盖剂，既可保温和防氧化，又可结渣和改善流动性。石墨粉覆盖和硼砂、玻璃覆盖都能有效隔开水蒸气与铜液的接触，后者效果尤佳；氢的初始浓度较低时在严密覆盖隔断吸氢的条件下，纯铜铸件中的气孔形成取决于氧的浓度，只要脱氧好，纯铜铸件中就不会出现针孔缺陷；通过理论分析及实验验证，可以准确判断磷铜的加入量，使残余磷极少，且氧含量也极小，可通过进一步脱氧除去。获得的铸件针孔度低，导电率高。

铜合金

大连理工大学工程硕士学位论文

白铜熔炼：ＢＦｅｌＯ一１—１

脱氧剂以ｃｕ—Ｍｇ加入，新料：０．０４％Ｍｇ；旧料：０．０２％Ｍｇ覆盖剂选用煅烧木炭变质剂选用０．０７％扁锭

１．４本课题研究的目的与意义

本实验属于工程实验，所用实验设备与实际生产所用设备也相当。本实验通过结晶器不加磁场的水平连铸方式来铸造出白铜（ＢＦｅｌ０一ｌ一１）管坯，提出用水平连铸法生产ＢＦｅｌ０一卜１铜合金管坯的方法及工艺。采用该工艺制各了击８３Ｘ２ｌｍｍ空心管坯，并对铸态管坯的表面质量、凝固组织及力学性能进行了分析。通过连铸管坯表面质量及凝固组织控制；连铸过程工艺参数的检测与控制，制备出内外表面光整、内部组织致密的水平连铸管坯，通过分析进一步掌握精炼剂在白铜的熔炼与精炼过程中的作用，以及对连铸铸件组织性能方面的作用。

９

铜合金

铜合金管坯水平连铸工艺的研究

第二章实验设备和实验方法

２．１主要实验仪器设备

本实验主要的仪器设备有：熔炼炉，卧式保温炉（如图ｌ，２），电源（如图３），结晶器（如图４，５），牵引系统（如图６，７），冷却水控制系统等。

２．１．１熔炼炉

本实验中使用的是中频感应熔化炉，铜料在中频熔化炉熔化。

２．１．２卧式保温炉

●

２

图１卧式保温炉示意图

１．炉壳２．熔沟箱３．结晶器４．二次冷却水套

Ｆｉｇ．１

１，ｆｕｒｎａｃｅｈｕｌｌ

Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ

ｈｅａｔ

ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｆｕｒｎａｃｅ

ｗａｒｅ

２．ｍｅｌｔｉｎｇｂｏｘ

３．ｃｏｏｌｉｎｇ

４．ｔｗａｉｎ

ｃｏｏｌｉｎｇ

ｃｏｖｅｒ

本实验中使用的保温炉是工频感应炉，功率５０ｋｗ。

水平连铸保温电炉的作用是使合金液经过其保温后，通过结晶器变成固体型坯。保温时间长短，直接影响着材料的消耗（铜合金约在５％）和电的浪费，在保证质量的情况下，利用最短的时间，将液态金属变为型坯，以取得最低成本。

铜合金

大连理工大学工程硕士学位论文

图２保温炉实物

２．１，３电源

图３显示了试验用的电源设备的实物照片。

图３电源实物照片

铜合金

铜合金管坯水平连铸工艺的研究

２．１．４结晶器

水平连铸中结晶器的好坏直接影响着连铸管坯的质量和试验的成功与否。连

铸管坯的凝固过程在结晶器中进行，结晶器和石墨芯结构设计及冷却系统是连铸

的核心技术。一般铜合金的凝固存在较大的结晶区间，有些还发生共晶或包晶等反应过程，使得凝固过程复杂化。这些特性都对结晶器产生重要影响，所以石墨

芯、结晶器和冷却系统是关键的研制项目。

对结晶器的基本要求。１：

（１）结晶器由石墨模具和水冷铜套组成。为使金属液迅速凝固，要求结晶器内壁有良好的导热性。紫铜的导热性最好，石墨的缓冷性好、耐高温、线膨胀系数小且有一定的润滑性。本文所用的结晶器内壁材料就是紫铜和石墨。其中石墨模具外径１１８ｎⅡｎ，内径８４，６ｍｍ，长度３８５ｍｍ，石墨芯小端３８．４ｍｍ，锥度为１。

（２）为减小铸锭与结晶器内壁的摩擦，减少结晶器内壁的磨损，要求结晶器内壁有较高的光洁度及耐磨性。铜质内壁的光洁度一般在７以上，并镀以０．０５～Ｏ．１２毫米的铬层，以提高耐磨性。高纯石墨的机械强度硬度和不渗透压力比普通石墨高得多，因此较普通石墨耐用，使用效果好。本实验中使用的芯子为高纯石墨，内套为普通石墨。

图４水平连铸结晶器的示意图

Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ

（３）为避免结晶器变形，要求结晶器内壁核外壳有足够的刚度。在确定结晶器内壁厚度时，应同时考虑导热性和刚度两者不同的需要。铜质内壁厚度一般在

５～２５毫米之间。紫铜的导热系数很高，其壁厚变化对导热性影响不大，可厚一些