熱型連鑄銅合金工藝

1、熱型連鑄銅合金的概述匯報人 趙猛 鐘江偉 1，熱型連鑄的基本概念 2，熱型連鑄的發(fā)展現狀 3，熱型連鑄銅合金的工藝影響因素 4，熱型連鑄銅合金的生產設備 5，熱型連鑄的局限性1 熱型連鑄的概念 1.1 熱型連鑄工藝提出 熱型連鑄技術，又0.C.C(OhnoContinuousCasting)， 是由日本千葉工業(yè)大學的大野篤美教授(AOhno)1978年發(fā)明，并于1986年首次發(fā)表，它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新型金屬近凈成型技術，為研發(fā)新型功能材料開辟了一個新的途徑。 1.2 熱型連鑄工藝的原理 根據大野篤美教授所提出的“結晶游離論”。他認為：如果將傳統連鑄中的冷鑄型改

2、為加熱的鑄型，則可阻止晶粒在鑄型壁上的形核，鑄錠的凝固依靠引錠棒端晶粒的不斷長大，從而可獲得單向凝固的柱狀晶連續(xù)鑄錠。此外，由于單向凝固過程中晶粒的競爭生長機制，若條件控制適合，就可以獲得完全的單晶鑄錠，實現單晶的連鑄生產。1.3 熱型連鑄與傳統連鑄對的區(qū)別傳統連鑄與熱型連鑄原理示意圖 O.C.C連鑄技術與傳統連鑄工藝的區(qū)別在于：O.C.C連鑄技術的鑄型不是強制冷卻，而將鑄型加熱到被鑄造金屬的液相線溫度之上，避免在鑄型壁上發(fā)生結晶；通過鑄型外的冷卻裝置對鑄錠噴水進行強制冷卻，使金屬液的熱量沿拉鑄方向由鑄型出口向冷卻區(qū)傳輸。合理的控制鑄型的加熱溫度、冷卻強度以及拉鑄速度等參數，可使凝固的固，液界

3、面保持在離鑄型的出口35mm附近，從而使金屬液在鑄型出口端凝固并被連續(xù)拉出。2 熱型連鑄的發(fā)展現狀 熱型連鑄技術作為新型的成形技術，成為研發(fā)新型功能材料及近凈成型的重要方法，主要用來研制用于音頻傳輸導線的金屬單晶材料(單晶銅和單晶鋁等)、用于硬質合金和不銹鋼的特種焊接材料、優(yōu)質銅合金管材和用于集成電路的封裝材料鍵合線等。由此可見，研發(fā)熱型連鑄新產品和新裝備，具有十分顯著經濟效益和社會效益，符合國家產業(yè)技術政策，技術含量高、創(chuàng)新性強、產品附加值高并滿足電子通訊行業(yè)快速發(fā)展需求，能夠替代同類進口產品降低成本，提高我國電氣和電子行業(yè)的國際競爭力，縮短與先進國家的技術差距，具有明顯的經濟和社會意義。

4、熱型連鑄應用的領域主要有：制備金屬單晶材料，復雜截面形狀的管件，制備高強度高導電性能銅。真空熱型連鑄爐銅管熱型連鑄連軋全套生產線3 熱型連鑄銅合金工藝影響因素 熱型連鑄工藝的技術關鍵是避免凝固界面附近的側面散熱,維持很強的軸向散熱,創(chuàng)造一個良好的定向凝固條件,并使金屬與鑄型保持液態(tài)接觸,保證固液界面的穩(wěn)定性。這就要在鑄型的出口端與冷卻區(qū)之間造成懸殊的溫度差和高的溫度梯度,使型內的金屬液的熱量主要沿拉鑄方向單向傳遞,造成有利于單向凝固的條件,同時嚴格控制鑄型出口處的靜壓頭以保證金屬液能夠靠表面張力維持形狀,不至于變形或漏液。 因此熱型連鑄工藝的主要控制參數有:鑄型出口溫度、冷卻距離(噴水處到鑄型

5、出口的距離)、拉鑄速度、金屬液壓頭等。合理控制這些工藝參數,使他們綜合作用的結果將固液界面的位置保持在鑄型出口處,并保持鑄件截面形狀。 以制備單晶銅棒為例，經研究發(fā)現，想得到表面光滑的單晶銅棒，熱型連鑄的工藝參數設定如下：在純銅熱型連鑄試驗中，當鑄型出口溫度為11350C、拉鑄速度為74mms、冷卻距離為20mm時，能夠拉鑄出表面良好的準單晶銅棒材。1.4 熱型連鑄銅合金的生產設備1.4 熱型連鑄銅合金的生產設備 設備的主要組成部分包括：熔化保溫爐，鑄型加熱爐、冷卻系統、牽引系統及控制系統等。 1 熔銅爐選擇中頻無心感應電爐，保溫爐選用工頻有芯感應爐 2 鑄型加熱爐是熱型連鑄設備的關鍵部件，其

6、主要功能是對鑄型內的銅液保溫，避免在銅液在鑄型內壁行核并成長為雜晶，鑄型加熱爐與冷卻系統相配合，使銅液在離開鑄型時凝固，此時，固一液界面為指向熔體的凸形。 鑄型加熱爐選用內輻射方式加熱的高溫電阻爐。 水冷套結構示意圖鑄型加熱爐結構示意圖 冷卻系統的設計原則有： 1）由于冷卻距離的對冷卻強度的影響遠大于冷卻水量，所以冷卻距離要盡量小，以提高溫度梯度。 2）提高冷卻強度，冷卻水量要適中，因此在結構設計時要避免冷卻水濺到鑄型上，發(fā)生爆炸的危險。 3）冷卻距離是影響熱型連鑄的重要因素，此外冷卻器安放位置不當會影響鑄棒表面的質量，因此，冷卻器的安放要方便在三個方向上的調節(jié)。 牽引系統設計的原則： 1）牽

7、引裝置能夠完成對不同直徑線材的牽引； 2）牽引裝置的牽引速度能在一定范圍內無級的連續(xù)變化； 3）牽引裝置的機械性能必須穩(wěn)定，任何不規(guī)則的變動都會在銅桿表面形成波紋，并且具有遺傳性，嚴重影響鑄錠的質量； 4）牽引裝置的夾緊力要適當并可以調節(jié)，避免出現打滑、跳動和震動。 控制系統包括溫度控制系統和拉鑄速度控制系統 1）溫度控制系統 為了保證固，液界面的穩(wěn)定，獲得高質量的柱狀晶鑄錠，因此對鑄型內金屬液的溫度的控制精度要求高并且波動小。 2）拉鑄速度控制系統 拉鑄速度的控制用變頻調速電源來完成。通過調整面板上的電機輸入中源的設定頻率來實現不同的連鑄速度。1.5 熱型連鑄的局限性 熱型連鑄技術雖然有很多優(yōu)點,但是它也有不足之處。 首先,對各個工藝參數控制精度要求很高,調整這些工藝參數達到最合適的情況以確保固液界面位置穩(wěn)定比較困難,在實際生產中容易發(fā)生拉漏等事故。 其次,熱型連鑄工藝生產效率低下,即使是小直徑鑄錠(12 mm)一般的拉鑄速度也不過每分鐘百十毫米,加上其較高的能耗,生產成本較高,不適合在企業(yè)中推廣應用。 要想推廣使用熱型連鑄技術,必須對其工藝設備進行改進,更加深入系統地研究工藝參數對生產過程的各種影響,使這些工藝參數的控制精度更高,并使這些工藝參數能夠更好地協調,