摘要對(duì)降低無氧銅連鑄錠的含氧量和裂紋消除進(jìn)行了研究。首先通過保溫熔煉整體爐的研制將保溫、熔煉工序合二為一，將銅合金傳統(tǒng)上的三段式制備方法升級(jí)為熔煉保溫和連鑄的兩段式制備方法；其次，提出并實(shí)現(xiàn)了控制熔體流動(dòng)與停止的閘閥技術(shù)，***后對(duì)寬厚比為６５０ｍｍ／２０ｍｍ的無氧銅鑄錠的裂紋缺陷進(jìn)行了分析，通過設(shè)置合理的冷卻參數(shù)，控制鑄錠的含氧量≤０．０００?。矗?，使鑄件密度增大到８．９４～８．９５ｇ／ｃｍ３，裂紋完全消除。

關(guān)鍵詞水平連鑄；無氧銅鑄錠；含氧量；作者：丁磊

無氧銅因具有導(dǎo)電性優(yōu)良的特點(diǎn)而用在電真空和電力等行業(yè)，主要用作制造真空管、計(jì)算機(jī)、微型散熱器、柔性印刷線路板、連接器、同軸射頻電纜、干式變壓器繞組等高端產(chǎn)品件［１］。國(guó)內(nèi)無氧銅板帶材制備方式主要有兩種，一是立式連鑄、熱軋、冷軋、氣隙退火；

二是水平連鑄、冷軋、氫保護(hù)、臥式退火。前者能耗高、流程長(zhǎng)，后者能耗低、流程短。

因市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)水平連鑄生產(chǎn)無氧銅板帶材得到了大力發(fā)展［２，３］，但仍存在無氧銅板材含氧量高、有裂紋和密度低等問題，難以滿足相關(guān)要求［４，５］。傳統(tǒng)銅合金連鑄過程方式為熔煉、保溫和拉鑄三段式，即熔煉、保溫是獨(dú)立的爐子，熔體經(jīng)由爐體表層的流槽由熔煉爐流到保溫爐中，熔體流動(dòng)過程中與空氣接觸。目前國(guó)內(nèi)水平連鑄較國(guó)際上先進(jìn)的真空熔煉方法有以下幾個(gè)技術(shù)不足：①熔煉及流動(dòng)的過程中吸入空氣；②大寬／薄比鑄錠表面和內(nèi)部易產(chǎn)生嚴(yán)重裂紋；③熔體粘度大，結(jié)晶器中的石墨結(jié)晶區(qū)易氧化而縮短工作壽命［６，７］。為使水平連鑄方法接近或達(dá)到真空熔煉方法的低含氧量和高密度的水平，本課題研制一體爐，改進(jìn)了結(jié)晶器，研究了寬厚為６５０ｍｍ／２０ｍｍ的鑄坯減少裂紋的冷卻條件，旨在為實(shí)際生產(chǎn)提供參考。

一、底流一體爐

１.１爐體結(jié)構(gòu)

為避免空氣與轉(zhuǎn)移的熔體接觸，設(shè)計(jì)了底流一體爐，見圖１。把熔煉爐、保溫爐制作成一體，增加精煉室，兩端分別通過中間槽與熔煉室、保溫室聯(lián)接。精煉室能夠使氧化物及雜質(zhì)上浮，均勻熔體溫度以減少保溫室的溫度沖擊。中間流槽的斷面結(jié)構(gòu)見圖２，其開閉由閘閥控制，閘閥為耐火棒或由熔體凝固而來。當(dāng)冷卻水道流過冷卻水時(shí)，中間流槽中的熔體凝固而形成金屬閘閥，阻斷熔體流過流槽，當(dāng)停止冷卻水供給時(shí)，閘閥熔化，中間流槽開通，而耐火棒閘閥由機(jī)械裝置驅(qū)動(dòng)。

1.2氮?dú)獗Ｗo(hù)

三爐室頂部和底部注入氮?dú)庖苑雷o(hù)銅熔體，結(jié)晶器四周的爐體內(nèi)增鋪氮?dú)夤?，氮?dú)馔溉肴垠w內(nèi)，當(dāng)結(jié)晶凝固時(shí)，氮?dú)馕龀觯M(jìn)一步降低鑄坯的含氧量。原結(jié)晶器的出口部位增加３００ｍｍ長(zhǎng)的次冷卻區(qū)，采用循環(huán)冷卻方法。結(jié)晶器內(nèi)也通入氮?dú)?，防止鑄錠高溫氧化。經(jīng)爐體結(jié)構(gòu)和氮?dú)獗Ｗo(hù)改造后的水平連鑄試驗(yàn)過程取得了較好的效果，無氧銅鑄錠的含氧量降低，模具的壽命得到提高，結(jié)果見表１。

二、工藝參數(shù)與裂紋

2.１裂紋形貌與成因

生產(chǎn)寬６５０ｍｍ，厚２０ｍｍ的無氧銅鑄錠時(shí)常有宏觀和微觀裂紋。圖３為鑄錠表面典型的宏觀裂紋。可以看出，宏觀裂紋基本位于鑄錠寬度的中部，沿拉鑄方向伸長(zhǎng)并沿晶界開裂，宏觀裂紋約占鑄錠總裂紋的９０％。宏觀裂紋的寬度在０．５～１ｍｍ，深度一般為２～５ｍｍ，長(zhǎng)度達(dá)２０～２００ｍｍ。圖４為鑄錠內(nèi)部典型的微觀裂紋形貌，其位于鑄錠寬度靠近邊緣２００～３００ｍｍ處，裂紋寬度一般在０．２～０．４ｍｍ，深度一般為１～２ｍｍ，長(zhǎng)度為５～２０ｍｍ。

由微裂紋彎曲及宏觀裂紋面貌，且沿晶界開裂，推斷鑄坯微裂紋形成于結(jié)晶器內(nèi)，出結(jié)晶器后鑄錠中心微裂紋繼續(xù)發(fā)展成宏觀裂紋，裂紋形成的原因是不均勻的熱應(yīng)力［８］。當(dāng)鑄錠表面溫度分布不均勻時(shí)，溫度較高的坯殼有較低的強(qiáng)度，凝殼收縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力超過該部分坯殼臨界應(yīng)力和臨界應(yīng)變而產(chǎn)生裂紋。

2.2工藝參數(shù)優(yōu)化

鑄錠在結(jié)晶器末端和出結(jié)晶器時(shí)表面局部溫度較高，是裂紋產(chǎn)生的主要原因，因此，冷卻水量分布是鑄坯裂紋產(chǎn)生的重要因素。為獲得合理的冷卻水量分布，針對(duì)寬厚比為６５０ｍｍ／２０ｍｍ的板坯，在熔體溫度為１?。玻常啊薄。玻矗?/span>℃、鑄造速度為１１０～１２０ｍｍ／ｍｉｎ下，利用溫度傳感器測(cè)試結(jié)晶器出口鑄錠上下表面的溫度。沿鑄錠寬度方向上下表面的溫度分布見圖５和圖６?？梢钥闯觯貙挾确较蜩T錠中心溫度較高，兩邊溫度逐漸降低。上表面較下表面溫度分布曲線陡峭、溫度梯度大，這也是上表面裂紋多于下表面裂紋的原因。

按鑄錠表面溫度分布規(guī)律，設(shè)計(jì)和調(diào)控各冷卻水管的流量，使鑄錠表面溫度趨于基本一致

。另外加強(qiáng)了冷卻強(qiáng)度，即由原來的水流量３～４ｍ３／ｈ改為５～７ｍ３／ｈ。冷卻水參數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)［９］設(shè)置。經(jīng)生產(chǎn)檢驗(yàn)，鑄錠裂紋缺陷基本消除。

三、結(jié)論

（１）改造傳統(tǒng)銅合金熔煉、保溫、連鑄三段式生產(chǎn)方法為熔煉保溫、連鑄兩段式方法

，對(duì)降低無氧銅鑄錠的含氧量有積極影響。

（２）提出并實(shí)現(xiàn)一體爐中，控制熔體由熔煉室到精煉室再到保溫室的閘閥技術(shù)。

（３）找出了寬厚比為６５０ｍｍ／２０ｍｍ無氧銅鑄錠裂紋的原因，并通過過程參數(shù)優(yōu)化消除了裂紋。使無氧銅鑄錠含氧量≤０．０００?。矗ァ⒚芏仍龃蟮剑福梗础福梗担纾悖恚?。

來源：中國(guó)知網(wǎng)

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