解析铜与铜合金管坯水平电磁连续铸造工艺

【摘要】本文主要分析了铜与铜合金管坯水平电磁连续铸造工艺，阐述了在当前形势下，加强管坯连续铸造技术的重要性，针对目前水平电磁连续铸造技术进行研究。笔者通过研究，总结和归纳自身多年工作经验，提出一些提高铜与铜合金水平电磁连续铸造工艺的对策。希望通过本文的分析能帮助相关管材生产单位提高工程项目管理工作水平和质量，能更好地应对工作中存在的问题。

【关键词】电磁场；管坯；水平连续铸造

铜和铜合金管坯铸造是一项十分复杂且重要的工作，铸造工艺工作包括很多方面，而水平电磁连续铸造工艺作为铜和铜合金铸造工艺中最重要的铸造方法，其铸造工艺的水平和质量将直接影响着整个铜和铜合金管坯铸造质量，关系着后期管坯的使用周期和使用寿命。因此，探讨、分析铜和铜合金管坯水平电磁连续铸造工艺具有重要的作用和意义，只有管材生产工作人员重视工作、研究工作中水平电磁铸造工艺，最终，才能提高整个通与铜合金管坯铸造工艺的水平和质量。

一、铜与铜合金冷凝管的生产

（一）紫铜冷凝管的生产

紫铜冷凝管的生产方法主要包括两种：铸轧法和焊接法。铸轧法主要具有投资少、能源消耗量低、模具费用低以及工艺流程短等优势，并且成品率可高达85%以上，但其主要的缺点就是对管坯表面的质量要求比较高，在铸轧前需要将表面的缺陷用铣面处理干净，并且在一定程度上受规格限制，同时采用传统铸轧工艺下的空心铜管坯中晶粒粗且大。但是随着科技的发展，铸轧法已经逐渐代替原有的铸造方法，取得了非常好的效果。焊接法主要的优点就是可以使用多种模具且能够生产出较为复杂的齿形管材，同时，不需要。但是，同样也存在一定的缺陷，例如，成本较高，铜带的毛刺、飞边以及表面质量等要求较高。

（二）白铜冷凝管的生产

白铜冷凝管的生产主要包括三种：挤压法、冷轧法以及铸轧法。挤压法是使用最为广泛的一种方法，其优点是管材晶粒组织细小、管坯质量较高，而缺点是制造工艺要求过高、挤压难度大、模具种类多等，成品率仅为45～50%左右。冷轧法主要优点有投资小、占地小、能源消耗量低以及模具费用低。根据相关研究表明该方法生产下的成品率为60%。而采用冷轧法主要的缺点有：在铸轧前应该将表面的缺陷采取铣面处理；在生产过程中容易出现开裂、轧断等质量问题等。铸轧法目前已经形成了大规模的生产，铸轧法主要的优点就是工程投资费用低、能源消耗率低以及工艺流程短等，而相应的缺点所需温度高、磨损严重等。

二、铜与铜合金管坯水平电磁连续铸造工艺

（一）紫铜管坯水平电磁连续铸造工艺

铜管坯水平连续铸造装置主要包括牵引系统、结晶器系统、保温炉以及熔化炉等。在生产过程中，熔化炉应该采用中频感应电炉，在生产过程中可以产生电磁感应使炉料产生感应电流，并提高炉内温度直至温度可以将炉料熔化，并且还要避免金属液吸气氧化，在熔炼过程中应该在金属液的表面铺盖150毫米到200毫米的木炭，并且在金属液出炉之前采用Cu-13%P对其进行脱氧，然后脱氧之后的金属液通过流槽导入保温炉内。保温炉主要采用工频有芯感应炉，是一种耐火材料容器，用来储存金属液的装置。保温炉能够保证金属液在铸造过程中准确的控制其温度和化学成分，从而实现连铸过程顺利进行并且还具有净化金属、去除杂质的作用。牵引系统主要是由控制柜、牵引杆以及拉坯机等构成，其中拉坯机是整个牵引系统中最重要的组成部分，不仅影响着连铸能否正常运行，而且对连铸坯的质量也造成直接影响。按照结晶振动方式主要可以将水平连铸设备分为两类，而常见的拉坯方式有三种：1、拉-反推式；2、拉-反推-停-反推式；3、拉-停-反推-停式。合金强度是选择拉坯模式的主要因素之一，拉-反推式主要适用于强度高的金属；拉-反推-停-反推式主要适用于中等强度的金属；拉-停-反推-停式主要适用于低强度的金属。铜和铜合金属于强度低的金属并且还容易产生裂纹等问题，因此主要选择第三种方式。第三种拉坯方式还具有以下优点：冷却时间久；能够增强坯壳厚度；提高管坯质量且降低拉坯阻力。

结晶器系统主要分为两个部分：冷却系统以及石墨模具。冷却系统主要分为两个部分：一冷和二冷。其中一冷区主要是在水平连铸过程中将金属液的热量散出，同时当管坯从一冷区出来进入二冷区后，直接喷水将管坯冷却下来。二冷区的冷却水流量随着管坯的温度升高而增大。电磁系统主要由两个部分组成：电磁发生器以及电源。电磁发生器中的磁轭能够产生强烈的磁感应强度，并且磁感应强度越高金属液的搅拌强度以及流动速度也会随之增加，在使用时还要考虑其使用的安全性。影响电磁发生器的磁感应强度还有一个因素就是压板的材质，而在水平电磁连续铸造铜管坯时，弱导磁的不锈钢是炉前压板材料最适用的材料，可以避免或是减少对电磁发生器的影响。

（二）BFe10-1-1白铜管坯水平电磁连续铸造工艺

本文主要分析的是BFe10-1-1白铜管坯的水平电磁连续铸造工艺，在熔炼过程中，主要采用中频感应电炉熔炼铜合金液并将石墨坩锅作为炉膛内衬，同时，为了避免合金元素遇气氧化，可以在金属液的表面铺上30毫米厚烘烤后的木炭。将电源的频率设定在2500Hz，并采用快速铂铑热电偶对金属液的温度进行测量，达到出炉的温度之前还要通过Cu-15%Mg中间合金对金属液进行脱氧，为了避免在浇包转注使金属液温度降低，因此，我们可以将浇包的温度控制在650℃。

BFe10-1-1白铜管坯的水平电磁连续铸造过程中容易产生一些缺陷，例如，裂纹、冷隔以及气孔等。裂纹产生的重要原因就是在铸造过程中，由于金属液在冷却时，随着温度的降低，管坯的表面开始收缩，但是管坯的内外温度存在一定的差别，因此，导致管坯的外部收缩量大而内部收缩量小，从而产生拉应力和压应力，导致管坯出现裂纹。在铸造过程中为了降低这种缺陷，应该尽量采取低温浇注的方式。冷隔产生的主要原因是浇注温度过低而冷却强度过大而造成的。在浇注过程中，由于温度过低导致金属液在石墨模具中很难完整充型；而在凝固区域，由于金属液的温度降低而导致其表面形成薄坯壳，所以可以适当采用降低一次冷却温度、增加浇注温度的方法尽量避免出现这种缺陷。气孔产生的原因是配置合金时采用的炉料中含带一定量的油污、水分等杂质，在熔炼过程中容易造成熔体吸气，而且溶解在金属液中的气体是极度不稳定的，在凝固过程中，金属液中的溶解度会急速下降，从而引起大量的气体溢出，由此，产生了气孔。为了改善这种情况，我们可以采用新旧料搭配使用以及旧料加入前加热的方法，同时，还要注意在熔炼和保温的阶段要对脱氧剂加入量进行严格控制。

结束语

综上所述，本文主要分析了本文主要分析了铜与铜合金管坯水平电磁连续铸造工艺。水平电磁连续铸造工艺是管材生产中最重要的一种生产方式，笔者希望更多的专业人士能投入到该课题研究中，针对文中存在的不足，提出指正建议，为提高我国铜与铜合金管坯水平电磁连续铸造工艺做出重要的贡献。

参考文献

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