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1、热型连铸铜合金的概述汇报人 赵猛 钟江伟1，热型连铸的基本概念2，热型连铸的发展现状3，热型连铸铜合金的工艺影响因素4，热型连铸铜合金的生产设备5，热型连铸的局限性1 热型连铸的概念 1.1 热型连铸工艺提出 热型连铸技术，又0.C.C(OhnoContinuousCasting)， 是由日本千叶工业大学的大野笃美教授(AOhno)1978年发明，并于1986年首次发表，它是一项把先进的定向凝固技术与高效的连铸技术相结合的新型金属近净成型技术，为研发新型功能材料开辟了一个新的途径。 1.2 热型连铸工艺的原理 根据大野笃美教授所提出的“结晶游离论”。他认为：如果将传统连铸中的冷铸型改为加热的铸
2、型，则可阻止晶粒在铸型壁上的形核，铸锭的凝固依靠引锭棒端晶粒的不断长大，从而可获得单向凝固的柱状晶连续铸锭。此外，由于单向凝固过程中晶粒的竞争生长机制，若条件控制适合，就可以获得完全的单晶铸锭，实现单晶的连铸生产。1.3 热型连铸与传统连铸对的区别传统连铸与热型连铸原理示意图 O.C.C连铸技术与传统连铸工艺的区别在于：O.C.C连铸技术的铸型不是强制冷却，而将铸型加热到被铸造金属的液相线温度之上，避免在铸型壁上发生结晶；通过铸型外的冷却装置对铸锭喷水进行强制冷却，使金属液的热量沿拉铸方向由铸型出口向冷却区传输。合理的控制铸型的加热温度、冷却强度以及拉铸速度等参数，可使凝固的固，液界面保持在离
3、铸型的出口35mm附近，从而使金属液在铸型出口端凝固并被连续拉出。2 热型连铸的发展现状 热型连铸技术作为新型的成形技术，成为研发新型功能材料及近净成型的重要方法，主要用来研制用于音频传输导线的金属单晶材料(单晶铜和单晶铝等)、用于硬质合金和不锈钢的特种焊接材料、优质铜合金管材和用于集成电路的封装材料键合线等。由此可见，研发热型连铸新产品和新装备，具有十分显著经济效益和社会效益，符合国家产业技术政策，技术含量高、创新性强、产品附加值高并满足电子通讯行业快速发展需求，能够替代同类进口产品降低成本，提高我国电气和电子行业的国际竞争力，缩短与先进国家的技术差距，具有明显的经济和社会意义。 热型连铸应
4、用的领域主要有：制备金属单晶材料，复杂截面形状的管件，制备高强度高导电性能铜。真空热型连铸炉铜管热型连铸连轧全套生产线3 热型连铸铜合金工艺影响因素 热型连铸工艺的技术关键是避免凝固界面附近的侧面散热,维持很强的轴向散热,创造一个良好的定向凝固条件,并使金属与铸型保持液态接触,保证固液界面的稳定性。这就要在铸型的出口端与冷却区之间造成悬殊的温度差和高的温度梯度,使型内的金属液的热量主要沿拉铸方向单向传递,造成有利于单向凝固的条件,同时严格控制铸型出口处的静压头以保证金属液能够靠表面张力维持形状,不至于变形或漏液。 因此热型连铸工艺的主要控制参数有:铸型出口温度、冷却距离(喷水处到铸型出口的距离
5、)、拉铸速度、金属液压头等。合理控制这些工艺参数,使他们综合作用的结果将固液界面的位置保持在铸型出口处,并保持铸件截面形状。 以制备单晶铜棒为例，经研究发现，想得到表面光滑的单晶铜棒，热型连铸的工艺参数设定如下：在纯铜热型连铸试验中，当铸型出口温度为11350C、拉铸速度为74mms、冷却距离为20mm时，能够拉铸出表面良好的准单晶铜棒材。1.4 热型连铸铜合金的生产设备1.4 热型连铸铜合金的生产设备 设备的主要组成部分包括：熔化保温炉，铸型加热炉、冷却系统、牵引系统及控制系统等。 1 熔铜炉选择中频无心感应电炉，保温炉选用工频有芯感应炉 2 铸型加热炉是热型连铸设备的关键部件，其主要功能是
6、对铸型内的铜液保温，避免在铜液在铸型内壁行核并成长为杂晶，铸型加热炉与冷却系统相配合，使铜液在离开铸型时凝固，此时，固一液界面为指向熔体的凸形。 铸型加热炉选用内辐射方式加热的高温电阻炉。 水冷套结构示意图铸型加热炉结构示意图 冷却系统的设计原则有： 1）由于冷却距离的对冷却强度的影响远大于冷却水量，所以冷却距离要尽量小，以提高温度梯度。 2）提高冷却强度，冷却水量要适中，因此在结构设计时要避免冷却水溅到铸型上，发生爆炸的危险。 3）冷却距离是影响热型连铸的重要因素，此外冷却器安放位置不当会影响铸棒表面的质量，因此，冷却器的安放要方便在三个方向上的调节。 牵引系统设计的原则： 1）牵引装置能够
7、完成对不同直径线材的牵引； 2）牵引装置的牵引速度能在一定范围内无级的连续变化； 3）牵引装置的机械性能必须稳定，任何不规则的变动都会在铜杆表面形成波纹，并且具有遗传性，严重影响铸锭的质量； 4）牵引装置的夹紧力要适当并可以调节，避免出现打滑、跳动和震动。 控制系统包括温度控制系统和拉铸速度控制系统 1）温度控制系统 为了保证固，液界面的稳定，获得高质量的柱状晶铸锭，因此对铸型内金属液的温度的控制精度要求高并且波动小。 2）拉铸速度控制系统 拉铸速度的控制用变频调速电源来完成。通过调整面板上的电机输入中源的设定频率来实现不同的连铸速度。1.5 热型连铸的局限性 热型连铸技术虽然有很多优点,但是
8、它也有不足之处。 首先,对各个工艺参数控制精度要求很高,调整这些工艺参数达到最合适的情况以确保固液界面位置稳定比较困难,在实际生产中容易发生拉漏等事故。 其次,热型连铸工艺生产效率低下,即使是小直径铸锭(12 mm)一般的拉铸速度也不过每分钟百十毫米,加上其较高的能耗,生产成本较高,不适合在企业中推广应用。 要想推广使用热型连铸技术,必须对其工艺设备进行改进,更加深入系统地研究工艺参数对生产过程的各种影响,使这些工艺参数的控制精度更高,并使这些工艺参数能够更好地协调,在提高生产效率方面大幅提高拉铸速度的可行性不大,可以提高铸件的直径或截面积。在目前的情况下,用横引法提高铸件的直径或截面积的可能性不大,这是由于横引法在铸坯截面上静压头分布不均的局限性所至。在竖直下引法中增大铸件直径和截面积是一种值得探索的途径。
