电工材料2010No.1
覃向忠等:上引连铸的工作原理及影响因素分析
17上引连铸的工作原理及影响因素分析
覃向忠,李镇鹏,刘辉
(桂林金格电工电子材料科技有限公司,广西桂林
541004)
摘要:对用于生产金属或合金线材的上引连铸装置的工作原理及主要因素进行了分析,指出了影响上引连铸的关键因素,以期对实际生产有所帮助。关键词:上引连铸;合金熔液;结晶器;固-液交界面中图分类号:TM205.1
文献标志码:A
文章编号:1671-8887(2010)01-0017-03
AnalysisoftheContinuousUpCastingPrinciple
andtheAffectingFactor
QINXiang-zhong,LIZhen-peng,LIUHui
(GuilinConinstElectrical&ElectronicMaterialCo.Ltd.,Guilin541004,China)
Abstract:Theprincipleofthecontinuousupcastingequipmentwhichmanufactureswirefrommetaloralloymeltisintroduced.Themainfactorthatmayinfluencethequalityofthecontinuousupcastedwireisanalyzed.
Keywords:continuousupcasting;solutionofalloy;continuouscastingmold;interfaceofthesolidandliquid
引言
上引连铸是一种连续铸造的方法,其原理是利用金属熔液冷却结晶的机理,从熔融的金属或合金熔液中缓慢连续地抽出具有一定形状的固态金属线材、板材等。该方法的主要特点是可直接从熔融
1提供保温、保护等。主要由中频感应电源、熔化坩埚
及保温炉组成。
熔液液面跟踪系统:对熔融的金属液面进行跟踪测量,并通过升降机构使熔液冷却结晶系统中的结晶器能够与金属液面因不断地被抽取而发生的高度变化保持同步。主要由碳化硅浮子、信号处理系统、升降机构组成。
熔液冷却结晶系统:对进入到结晶器内的金属熔液进行冷却凝固成形,从而获得固定形状的线材或板材。主要由冷却水进出管道、结晶室、石墨定形管、耐火材料保护套、冷却水系统等组成。
牵引系统:对在结晶器内已形成的短小的固态金属线材或板材进行受控牵引,以获得连续的线材或板材。
收线系统:对牵引出的线材或板材进行弯圈收线,方便储存。
工作原理
图1是上引连铸结晶器的结构示意图。结晶器的下端装有耐火材料保护套、石墨定型管等,从结晶
3
的金属或合金熔液中制取连续的线材或板材,无需
经过铸造、挤压、拉拔、轧制等加工过程,缩短了加工周期,降低了加工过程的污染及损耗;连续生产能力大,单炉生产能力可达500kg,甚至可生产连续的线材、板材;可根据需要生产不同外径的线材和板材。目前该方法大量应用于无氧铜线、钢材的生产。
2
结构组成
上引连铸机主要由熔化系统、熔液液面跟踪系
统、熔液冷却结晶系统、牵引系统、收线系统组成[1]。
熔化系统:对金属块进行加热熔化,并对熔液
作者简介:覃向忠(1972-),男,广西融水人,高级工程师,从事银基触头材料的研究开发和生产管理。收稿日期:2009-11-12
器的顶部预先插入一根外径与石墨定型管内径基本
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压入石墨定型管内。当引子线材在牵引机构的作用下开始上行时,在压力P的作用下,固-液交界面随着上行,上行部分熔液受到快速冷却后,会凝固成固态金属,固-液交界面随着金属熔液的凝固下降到h区。当此过程缓慢连续进行时,就可以得到连续的外形固定的线材。线材的外形与石墨定型管有关。当熔液不断被抽引出后,H高度将变小,此时,熔液液面跟踪系统开始发挥作用,通过相关装置将结晶器整体下降,使H高度保持不变,从而压力P不会明显减弱,这样能够有效保证上引连铸的连续进行。
影响上引连铸的因素分析
影响上引连铸的主要因素有熔液及外部因素。熔液自身的因素主要有粘度、温度及纯净度;外部因素有冷却速度和上引速度等。4
图1上引连铸结晶器结构示意图
一致的金属线材做为引子(铸杆),线材通过石墨定型管并在结晶器的底端露出一小截。通入流动的冷却水,将结晶器浸入熔液中,熔液液面不能超过耐火材料保护套的上端面。将结晶器总成固定在牵引系统的导引轨道上。其工作示意图见图2。
熔液粘度熔液粘度会影响石墨定型管h高度区域内的固-液交界面的上升。熔液粘度高,熔液与石墨定型管内壁的界面张力会变大,摩擦力加大,固-液交界面就不易随着凝固物的上升而上升,这样会造成
4.1凝固物与熔液面分离,上引连铸中断;熔液粘度低时则反之。一般情况下,在压力P的作用下,熔液粘度不是引起上引连铸失败的主要原因。只有当高度H不够大,使压力P变小时,熔液粘度才会成为引起上引连铸失败的主要原因。
影响熔液粘度的因素主要有:①熔液温度。熔液温度高,熔液的粘度就会下降[2]。但熔液的温度不宜太高,一般不应高于合金熔点的约200℃。熔液温度太高时反而会使进入石墨定型管内的熔液难于凝固,从而使上引连铸失败,且增加损耗。②熔液的化学组元。一些微量的元素(如Ni、Cu等)会降低熔液的粘度。
4.2
图2上引连铸工作示意图
在图2中,当结晶器浸入高温金属熔液中时,原先已预插在结晶器内的线材的外露部分及结晶器h高度以内的部分会因受热而被熔化,而在结晶器内h高度以上的金属线材因受不断流动的冷却水作用而保持固态形状,因此在h高度的区域内形成了一个原始的固-液交界面,这个固-液交界面的实际位置与熔液温度以及受冷却室内流动冷却水的冷却强度有关。
由于结晶器浸入熔液的深度为H,在结晶器的下端口,也就是金属熔液与石墨定型管管口相接处,会产生一个静态压力P,该压力P将金属熔液
熔液温度
当金属或合金熔液气体溶解度达到饱和之前,
在温度越高的情况下,如果熔炼时间或保温时间越长,熔体中含气量就越多,因暴露的熔液与空气的接触,金属熔液在结晶室冷却凝固时越容易产生气孔、疏松等缺陷,易导致上连铸失败[3]。当熔炼温度过低时,金属熔液因粘度增大,不利于流动,使得结晶器内固-液面分离,也易导致上引连铸失败。因此,通
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19常在熔液的表面覆盖一定量的覆盖剂以减少熔液的吸气量,同时还能起到防止金属氧化的作用。
4.3
固-液面以下的金属熔液没有得到有效地冷却凝固,在随后的固态铸芯上行中会使固-液交界面分离,造成断丝。节距太小则会影响生产效率,因此应综合考虑,选择合适的节距。
4.5
熔液纯净度
熔液中有不易熔化的浮渣存在,这些浮渣会在
已凝固的金属与熔液间形成一层薄膜,阻止固-液面的有效结合,或者在凝固后的铸杆的横断面形成孔洞、夹杂等
[4]
上引速度
上引速度越快,进入到石墨定型管内的熔液受
,降低铸杆的强度,致使铸杆在牵引
冷却的时间就会越短,一旦冷却速度跟不上,很容易使结晶区内固-液交界面分离,造成断丝现象,因此在某种情况下,一旦发生抽丝失败时可以考虑降低上引速度。
在图1中,当H高度不是很高时,熔液在结晶器底端所形成的压力P变小,如果上引速度变快,在压力P的作用下进入石墨定型管内的熔液的上升速度可能跟不上上引速度,也就是结晶器内熔液补给跟不上,此时也会形成固-液交界面分离,造成断丝。5
上行时易被拉断,造成上引连铸失败。在这种情况下,应对熔液进行捞渣处理,必要时可适当使用造渣剂,捞完渣后再进行上引连铸。
4.4
冷却速度
冷却速度主要与冷却水的流速有关,水流越
大,冷却速度越快。当冷却管管径、水压等参数固定时,冷却水的流速也被固定,此时冷却速度只受冷却水的初始温度影响,但往往会因为水垢等沉积物的原因导致水流变小,此外水垢沉积层具有隔热作用,因此水垢沉积层会降低冷却速度。为避免水垢沉积物对冷却速度造成影响,应定期清理冷却水流通管道和结晶器内的水垢,条件允许时可使用软化水或纯净水进行冷却。
冷却水的进口端与出口端的温度及温差也是影响冷却速度的主要原因。进口端的水温高,会降低冷却速度,而进口端与出口端的温差小,说明冷却水在结晶器冷却室中的热量交换少,从而也降低了冷却速度。
结晶器底端冷却结晶区的铜套与石墨定型管的接触状态对冷却速度也有影响。若两者接触紧密,可保证热量快速散发,使得上升至该区域的金属熔液能够及时凝固,保证上引能够连续进行。
此外上引节距(上引连铸中铸芯单次上行的距离)对上引连铸也有影响。节距过大,原先存在于结晶区中h高度内的固-液面上升的高度变大,一旦
结束语
在上引连铸中,如何保证在结晶器上部的有效
区域内的金属熔液能够冷却并及时凝固,而且固-液交界面在连续的上行过程中不发生分离是上引连铸能够连续进行的关键。本文所列出的影响因素只是作者的见解。实际生产中,具体的工艺参数以及一些文中未提及的需要控制的因素,还需根据实际情况进行分析、确定,并采取有效的措施解决。参考文献:
[1]
金红,潘毓安,苏建斌.上引连铸工艺在银基电触头材料生产中的应用[J].电工材料,2009(1):23-24.
胡汉起.金属凝固[M].北京:冶金工业出版社,1985:18-37.李志刚.提高上引法无氧铜铸杆质量的生产实践[J].科技信息,2009(13):347-349.
贵金属材料加工手册[M].北京:冶金工业出版社,1978:1-32.
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