專利名稱：傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置及生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于有色金屬新材料制備技術領域，特別涉及一種用定向凝固方法以 30° 60°的角度向下傾斜牽引及浸入式冷卻并連續定向凝固鑄造寬幅薄銅及銅合金板 帶材(寬100 1000mm，厚度小于3mm)的傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝 置及生產工藝，板帶內部組織為單晶組織或沿帶材長度方向連續柱狀晶。
背景技術：
隨著電子電訊、儀器儀表、計算機、信息網絡、輸配電技術的飛速發展與產品更新 換代的加快，高精度、高性能與高質量表面的銅及銅合金板帶材的需求量增加迅猛[王濤， 銅及銅合金板帶的生產與市場，有色金屬加工，2009. 2]。連續定向凝固技術是一項把先進的定向凝固技術與高效的連鑄技術相結合的金 屬近凈成型技術，由于具有單向傳熱、固液界面向液體中凸出，凝固過程中析出的氣體及排 出的雜質不會被卷入鑄錠等特點，可用于直接連續生產表面光亮、具有連續柱狀晶組織或 單晶組織的各種板材、線材和管材等制品。連續定向凝固法消除(或減少)了鑄錠中的橫 向晶界，無鑄造缺陷，有利于后續的冷加工，可以減少甚至消除冷加工過程中的中間退火程 序，節省能源，提高產品質量、提高生產效率。文獻(劉雪峰等，連續柱狀晶組織純銅板材的 制備，材料工程，2007. 9)報導的純銅板材樣品(寬25mm，厚5mm)，與普通鑄造的多晶銅板材 比相比，延伸率和導電率顯著提高。我國一項采用定向凝固法制備銅及銅合金帶材的專利，名稱為“一種純銅及銅合 金帶材的短流程高效制備方法”，公開號CN101020231 (
公開日期2007、08、22)。該專利涉 及的牽拉方式是上引式、下拉式或水平式。上引連鑄方式的最大困難是有效隔離熱區與上 方的水冷區，很難實際應用；盡管下拉式不存在隔離熱區和水冷區的問題，但凝固控制困 難，且易出現拉漏現象；水平連鑄方式有結晶器溫度容易控制、引晶容易，裝置比較簡單等 優點，在實際生產中應用較為廣泛，但鑄錠上下的冷卻強度不均勻，給高質量寬幅薄銅板 帶的生產造成困難[胡慧，下引式銅單晶定向凝固連鑄設備的研究，上海大學碩士論文。 2009. 1]。

發明內容
針對定向凝固中上述幾種牽引方式存在的問題，本發明的目的在于提供一種可以 解決定向凝固過程中其他牽引方式中易出現的拉漏和鑄錠上下面冷卻強度不均勻的問題 的傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置及生產工藝，該工藝操作簡單，可制 備出寬100 1000mm、厚度小于3mm的寬幅薄銅及銅合金板帶材，板帶內部組織為單晶組織 或沿帶材長度方向連續柱狀晶。本發明的目的是這樣實現的—種傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置，包括帶有保護氣體入口的爐體、位于爐體下部的基座、位于基座上的金屬溶液高溫區、與金屬溶液高溫區相接通的 金屬預熱區、與金屬預熱區相接通的金屬儲料區、金屬儲料區下面的儲料閘、位于爐體上部 的爐蓋、設置在爐體不同區中的加熱元件，其特征在于金屬溶液高溫區通過溶液導向管與 設置在縱爐爐體中的鑄型相接通，在溶液導向管上設置有高溫金屬液過濾節流閥，在縱爐 爐體中設置有鑄型加熱元件，在縱爐爐體一側設置有縱爐爐蓋，在縱爐爐蓋上開設有開口， 在該開口上設置有開型口鑄型密封，在開型口鑄型密封處設置有與該開口相配合的冷卻導 向輥，冷卻導向輥沿水平方向向下傾斜30° 60°，在冷卻導向輥下面設置有薄板引錠裝 置，在薄板引錠裝置下面設置有使金屬薄板上下面同時浸入冷卻液內的冷卻裝置，在該冷 卻裝置外設置有引導輥、張力控制器以及收集裝置。所述的冷卻裝置包括冷卻液箱體、設置在冷卻液箱體上的拉校輥和定位輥，拉校 輥為兩對靠在一起的輥筒，兩組拉校輥分別設置在冷卻液箱體的進口端和出口端，定位輥
設置在兩組拉校輥之間的冷卻液箱體內，在冷卻液箱體上設置有冷卻液入口和冷卻液出□。在爐體上設置有測溫元件。在冷卻液箱體中還設置有冷卻液測溫元件和冷凝管。一種傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的生產工藝，其特征在于包括 下述步驟(1)、將電解銅、所需金屬或中間合金切割成塊，然后將表面處理干凈，確保金屬表 面光亮無氧化物雜質，放置于金屬儲料區；(2)、將處理好的電解銅塊、所需金屬塊或中間合金塊從金屬儲料區移至金屬預熱 區，預熱后放入金屬溶液高溫區，進行熔煉，熔煉過程中通過保護氣入口通入稀有氣體保 護，同時對縱爐和鑄型加熱；(3)、當金屬液溫度達到1150°C 1160°C，縱爐20溫度達到1170°C 1180°C，鑄 型溫度達到1085°C 1110°C，取開型口鑄型密封，插入厚度和寬度與型口相同的引錠銅 板，同時從冷卻液入口注入冷卻液，壓下金屬液面控制棒，金屬溶液高溫區內的金屬液面升 高，金屬液流入溶液導向管內，打開高溫金屬液過濾節流閥，金屬液通過金屬液過濾節流 閥流入鑄型內，當引錠控制系統指示后開始拉鑄，初始拉鑄速度控制在20mm/min 30mm/ min ；(4)、金屬薄板在引錠板牽引下，沿斜向下30° 60°方向通過冷卻導向輥、拉校 輥，使金屬薄板上下面同時浸入冷卻液內，將牽引速度調整為30 500mm/min ；(5)、金屬薄板在引錠板牽引下，先后通過定位輥、引導輥和張力控制器，最后在收 集裝置上收集。本發明的優點在于1、采用連續定向凝固法生產寬幅薄銅及銅合金板帶的過程中，板帶(鑄錠)的牽 引采用向下傾斜(30° 60° )，冷卻液不會進入熱區、不易出現拉漏現象。2、牽引的金屬板上下表面同時浸入到冷卻液中，不會出現鑄板上下冷卻強度不均 勻現象。3、通過調節冷卻液的種類或(和)液面的高度可以調節冷卻距離，從而可調節牽 引速度。
4、采用連續定向凝固法生產的純銅及銅合金寬幅薄板帶材的內部組織為單晶組 織或沿帶材長度方向連續柱狀晶組織。


圖1為本發明的裝置的總裝配圖。圖2為本發明的裝置中的冷卻裝置結構示意圖。圖3為本發明的裝置中的縱爐結構示意圖。圖4為本發明的生產工藝流程圖。
具體實施例方式如圖1、2、3所示，本發明的一種傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝 置，包括帶有保護氣體入口 4的爐體9、位于爐體下部的基座5、位于基座5上的金屬溶液高 溫區3、與金屬溶液高溫區3相接通的金屬預熱區2、與金屬預熱區2相接通的金屬儲料區 1、金屬儲料區1下面的儲料閘7、位于爐體上部的爐蓋6、設置在爐體不同區中的加熱元件 8，其特征在于金屬溶液高溫區3通過溶液導向管10與設置在縱爐爐體20中的鑄型13相 接通，在溶液導向管10上設置有高溫金屬液過濾節流閥11，在縱爐爐體20中設置有鑄型加 熱元件12，在縱爐爐體20 —側設置有縱爐爐蓋14，在縱爐爐蓋14上開設有開口，在該開口 上設置有開型口鑄型密封26，在開型口鑄型密封26處設置有與該開口相配合的冷卻導向 輥15，冷卻導向輥15沿水平方向向下傾斜30° 60°，在冷卻導向輥15下面設置有薄板 引錠裝置16，在薄板引錠裝置16下面設置有使金屬薄板上下面同時浸入冷卻液內的冷卻 裝置，在該冷卻裝置外設置有引導輥18、張力控制器25以及收集裝置19。在爐體9上設置 有測溫元件27。如圖2所示，所述的冷卻裝置包括冷卻液箱體22、設置在冷卻液箱體22上的拉校 輥17和定位輥23，拉校輥17為兩對靠在一起的輥筒，兩組拉校輥17分別設置在冷卻液箱 體22的進口端和出口端，定位輥23設置在兩組拉校輥17之間的冷卻液箱體22內，在冷卻 液箱體22上設置有冷卻液入口 21和冷卻液出口 24。在冷卻液箱體22中還設置有冷卻液 測溫元件28和冷凝管29。如圖3所示，所述的金屬溶液高溫區3通過溶液導向管10與設置在縱爐爐體20 中的鑄型13相接通，在溶液導向管10上設置有高溫金屬液過濾節流閥11，在縱爐爐體20 中設置有鑄型加熱元件12，在縱爐爐體20 —側設置有縱爐爐蓋14，縱爐爐蓋14與鑄型13 之間還設置有隔熱支撐板31，在縱爐爐體20上安裝有測溫元件30，在縱爐爐蓋14上開設 有開口，在該開口上設置有開型口鑄型密封26，在開型口鑄型密封26處設有與該開口相配 合的冷卻導向輥15 ；在縱爐爐蓋14的開口處還設置有測溫元件32，在開型口鑄型密封26 上設有爐口壓板33，金屬溶液高溫區3、金屬預熱區2、金屬儲料區1構成位于爐體中的坩堝 34。具體制備工藝如下1、處理電解銅及所需金屬塊或中間合金，將電解銅和所需金屬或中間合金切割成 適當大小的塊，然后將表面處理干凈，確保金屬表面光亮無氧化物等雜質，放置于金屬儲料 區1。
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2、將上述處理好的金屬塊電解銅塊、所需金屬塊或中間合金塊從金屬儲料區1移 至金屬預熱區2預熱后放入金屬溶液高溫區3，進行熔煉，熔煉過程中通過保護氣入口 4通 入稀有氣體如氬氣保護；同時，對縱爐20、鑄型13加熱。3、當金屬液溫度達到1150°C 1160°C，縱爐20溫度達到1170°C 1180°C，鑄型 溫度達到1085°C 1110°C，取開型口密封，插入引錠銅板厚度和寬度與型口相同，同時從 冷卻液入口 21注入冷卻液。壓下料棒，金屬溶液高溫區3內的金屬液面升高，金屬液流入 溶液導向管10內，打開高溫金屬液過濾節流閥11，金屬液通過金屬液過濾節流閥11，流入 鑄型內，當引錠控制系統指示后開始拉鑄，初始拉鑄速度控制在20mm/min 30mm/min。4、金屬薄板在引錠板牽引下，沿斜向下30° 60°方向通過冷卻導向輥15、拉校 輥17，使金屬薄板上下面同時浸入冷卻液內，根據冷卻液的種類和性能或調節冷卻液液面 的高度調節冷卻距離，將牽引速度調整為30 500mm/min。5、金屬薄板在引錠板牽引下，先后通過定位輥23、引導輥18和張力控制器25，最 后在收集裝置19上收集。6、按照規定的標準，對金屬薄板進行包裝。
權利要求
一種傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置，包括帶有保護氣體入口(4)的爐體(9)、位于爐體下部的基座(5)、位于基座(5)上的金屬溶液高溫區(3)、與金屬溶液高溫區(3)相接通的金屬預熱區(2)、與金屬預熱區(2)相接通的金屬儲料區(1)、金屬儲料區(1)下面的儲料閘(7)、位于爐體上部的爐蓋(6)、設置在爐體不同區中的加熱元件(8)，其特征在于金屬溶液高溫區(3)通過溶液導向管(10)與設置在縱爐爐體(20)中的鑄型(13)相接通，在溶液導向管(10)上設置有高溫金屬液過濾節流閥(11)，在縱爐爐體(20)中設置有鑄型加熱元件(12)，在縱爐爐體(20)一側設置有縱爐爐蓋(14)，在縱爐爐蓋(14)上開設有開口，在該開口上設置有開型口鑄型密封(26)，在開型口鑄型密封(26)處設置有與該開口相配合的冷卻導向輥(15)，冷卻導向輥(15)沿水平方向向下傾斜30°～60°，在冷卻導向輥(15)下面設置有薄板引錠裝置(16)，在薄板引錠裝置(16)下面設置有使金屬薄板上下面同時浸入冷卻液內的冷卻裝置，在該冷卻裝置外設置有引導輥(18)、張力控制器(25)以及收集裝置(19)。
2.根據權利要求1所述的傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置，其特征 在于所述的冷卻裝置包括冷卻液箱體(22)、設置在冷卻液箱體(22)上的拉校輥(17)和 定位輥(23)，拉校輥(17)為兩對靠在一起的輥筒，兩組拉校輥(17)分別設置在冷卻液箱體 (22)的進口端和出口端，定位輥(23)設置在兩組拉校輥(17)之間的冷卻液箱體(22)內， 在冷卻液箱體(22)上設置有冷卻液入口(21)和冷卻液出口(24)。
3.根據權利要求1所述的傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置，其特征 在于在爐體(9)上設置有測溫元件(27)。
4.根據權利要求2所述的傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置，其特征 在于在冷卻液箱體(22)中還設置有冷卻液測溫元件(28)和冷凝管(29)。
5.一種傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的生產工藝，其特征在于包括下 述步驟(1)、將電解銅、所需金屬或中間合金切割成塊，然后將表面處理干凈，確保金屬表面光 亮無氧化物雜質，放置于金屬儲料區(1)；(2)、將處理好的電解銅塊、所需金屬塊或中間合金塊從金屬儲料區(1)移至金屬預熱 區(2)，預熱后放入金屬溶液高溫區(3)，進行熔煉，熔煉過程中通過保護氣入口(4)通入稀 有氣體保護，同時對縱爐(20)和鑄型(13)加熱；(3)、當金屬液溫度達到1150°C 1160°C，縱爐20溫度達到1170°C 1180°C，鑄型溫 度達到1085°C 1110°C，取開型口鑄型密封(26)，插入厚度和寬度與型口相同的引錠銅 板，同時從冷卻液入口(21)注入冷卻液，壓下金屬金屬液面控制棒，金屬溶液高溫區(3)內 的金屬液面升高，金屬液流入溶液導向管(10)內，打開高溫金屬液過濾節流閥(11)，金屬 液通過金屬液過濾節流閥(11)流入鑄型內，當引錠控制系統指示后開始拉鑄，初始拉鑄速 度控制在 20mm/min 30mm/min ；(4)、金屬薄板在引錠板牽引下，沿斜向下30° 60°方向通過冷卻導向輥(15)、拉校 輥(17)，使金屬薄板上下面同時浸入冷卻液內，將牽引速度調整為30 500mm/min ；(5)、金屬薄板在引錠板牽引下，先后通過定位輥(23)、引導輥(18)和張力控制器 (25)，最后在收集裝置(19)上收集。
全文摘要
本發明涉及一種傾斜牽引連續凝固寬幅薄銅及銅合金板帶材的裝置及生產工藝，用定向凝固方法以30°～60°角度向下傾斜牽引及浸入式冷卻并連續定向凝固鑄造寬幅薄銅及銅合金板帶材，包括爐體、基座、金屬溶液高溫區、金屬預熱區、金屬儲料區、儲料閘區、爐蓋、加熱元件，金屬溶液高溫區與鑄型相通，在溶液導向管上設有高溫金屬液過濾節流閥，在縱爐爐體中設有鑄型加熱元件，縱爐爐體設有縱爐爐蓋，爐蓋上開有開口，在開口處設有冷卻導向輥，冷卻導向輥向下傾斜30°～60°，冷卻導向輥下有薄板引錠裝置，在薄板引錠裝置下有使金屬薄板浸入冷卻液內的冷卻裝置，鑄造過程中冷卻液不會進入熱區、不易出現拉漏現象，鑄板上下冷卻強度均勻。
文檔編號B22D11/045GK101920319SQ20101026232
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月25日 優先權日2010年8月25日
發明者介明山, 劉光林, 吳勝利, 封存利, 張國戰, 朱建莊, 李洪剛, 武國旗, 范廣新 申請人:焦作市森格高新材料有限責任公司