摘要對降低無氧銅連鑄錠的含氧量和裂紋消除進行了研究。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為熔煉保溫和連鑄的兩段式制備方法；其次，提出并實現(xiàn)了控制熔體流動與停止的閘閥技術(shù)，***后對寬厚比為６５０ｍｍ／２０ｍｍ的無氧銅鑄錠的裂紋缺陷進行了分析，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

無氧銅因具有導電性優(yōu)良的特點而用在電真空和電力等行業(yè)，主要用作制造真空管、計算機、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、臥式退火。前者能耗高、流程長，后者能耗低、流程短。

因市場需求，國內(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，熔體流動過程中與空氣接觸。目前國內(nèi)水平連鑄較國際上先進的真空熔煉方法有以下幾個技術(shù)不足：①熔煉及流動的過程中吸入空氣；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。當冷卻水道流過冷卻水時，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，當停止冷卻水供給時，閘閥熔化，中間流槽開通，而耐火棒閘閥由機械裝置驅(qū)動。

1.2氮氣保護

三爐室頂部和底部注入氮氣以防護銅熔體，結(jié)晶器四周的爐體內(nèi)增鋪氮氣管，氮氣透入熔體內(nèi)，當結(jié)晶凝固時，氮氣析出，進一步降低鑄坯的含氧量。原結(jié)晶器的出口部位增加３００ｍｍ長的次冷卻區(qū)，采用循環(huán)冷卻方法。結(jié)晶器內(nèi)也通入氮氣，防止鑄錠高溫氧化。經(jīng)爐體結(jié)構(gòu)和氮氣保護改造后的水平連鑄試驗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，長度達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］。當鑄錠表面溫度分布不均勻時，溫度較高的坯殼有較低的強度，凝殼收縮時產(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?，沿寬度方向鑄錠中心溫度較高，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

。另外加強了冷卻強度，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［９］設(shè)置。經(jīng)生產(chǎn)檢驗，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

，對降低無氧銅鑄錠的含氧量有積極影響。

（２）提出并實現(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　４％、密度增大到８．９４～８．９５ｇ／ｃｍ３。

來源：中國知網(wǎng)