CN107904432B - 一种大气环境下稳定控制连续铸造铜铬钛锆合金杆成分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，精确控制连铸过程中铜铬合金杆、铜钛合金杆及铜锆合金杆推入熔炼炉内铜液中的间隔时间，是在考虑连铸速度及铬、钛、锆元素烧损基础上提出，将铜铬合金杆、铜钛合金杆及铜锆合金杆置于铜液中，属于半连续加料方式，有利于稳定铜液温度及固液界面，实现稳定连续铸造过程中合金杆成分，该方法可实现连续铸造铜合金杆铬成分波动<0.03%，钛成分波动<0.03%，锆成分波动<0.06%。

Description

一种大气环境下稳定控制连续铸造铜铬钛锆合金杆成分的 方法

技术领域

本发明涉及一种大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法。

背景技术

由于铬、钛、锆元素活性强，容易烧损，因此，在国内（半）连续制备铜铬钛锆合金成分难以控制，尚无法在大气环境下连续制备成分合格且稳定的坯料，使严重影响后续加工。综合考虑铬、钛、锆元素烧损，采用同时补料措施，有望稳定控制连铸铜杆的成分。

发明内容

本发明所提供的大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，是针对铜铬钛锆合金连续铸造过程中成分稳定性等问题，根据铬、钛、锆元素活性与烧损特性，通过优化连续铸造过程中补充铬、钛、锆元素工艺，达到连续制备铜铬钛锆合金杆的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，包括如下补料步骤：

1）准备铜铬合金杆、铜钛合金杆和铜锆合金杆作为添加原料；

2）补料前，所述添加原料与熔炼炉内铜液分离；

3）铜液降温至牵引温度后，开始牵引；牵引开始10至16分钟开始第一次补料，将所述添加原料伸入熔炼炉内铜液中，补充至铜液中，消除因铬、钛和锆的烧损对牵引成分的影响；铬、钛和锆的补料量为目标材料中的对应成分含量与补料系数的乘积；其中，铬的补料系数为0.15%至0.7%之间，钛的补料系数为1%至3%之间，锆的补料系数为0.2%至2%之间；

4）静置25至40秒后；开始第二次补料；从第二次补料起，按节拍将添加原料推入熔炼炉内铜液中；所述铜铬合金杆的节拍为8至11分钟，推入的铬的补料系数为0.5%至1%；所述铜钛合金杆和所述铜锆合金杆的节拍为4至6分钟，钛的补料系数为1.8%至2.5%，锆的补料系数为3%至5%；

5）获得成分稳定的铜铬钛锆合金杆。

进一步，步骤4）中所述保温静置时间为30s。

进一步，步骤4）中所述将铜铬合金杆推入熔炼炉内铜液中的间隔时间为10min。

进一步，步骤4）中所述铬的补料系数为0.65%。

进一步，步骤4）中所述将铜锆合金杆推入熔炼炉内铜液中的间隔时间为5min。

进一步，步骤4）所述钛的补料系数为2.0%至2.2%。

进一步，步骤4）所述锆的补料系数为4%。

进一步，步骤5）中所述合金中铬质量百分数不低于0.18%且不高于0.72%，钛质量百分数不低于0.05%且不高于0.2%，锆质量百分数不低于0.05%且不高于0.27%，其余为铜及杂质。

本发明还提供的上引连续制备铜铬钛锆合金杆的方法，是针对铜铬钛锆合金连续铸造过程中容易断杆等问题，通过改善连续铸造技术工艺，精确控制固液界面，达到连续制备铜铬钛锆合金杆的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种铜铬钛锆合金杆，所述铜铬钛锆合金杆中质量百分比含量铬为0.2%～0.7%，钛为0.05%～0.1%，锆为0.05%～0.2%，其余为铜。

本发明还公开了上述铜铬钛锆合金杆的制备方法，包括如下步骤：

1）将铜铬合金、铜钛合金和铜锆合金按所需比例进行配料，将纯铜料和铜铬合金置于坩埚中，加以木炭覆盖，升温至熔化温度对原料进行熔化；

2）所述纯铜料和所述铜铬完全熔化后，将铜钛合金和铜锆合金加入坩埚中，保温静置，并测定熔体温度；

3）待熔体达到牵引温度时，将合金向上连续牵引；

4）得到连续长度铜铬钛锆合金杆料，收卷。

进一步，步骤1）中所述牵引温度=1180℃-（10×铬质量百分数+50×钛质量百分数+100×锆质量百分数）℃；误差不超过±5℃。

进一步，步骤1）中所述熔化温度为1175℃至1205℃之间。

进一步，步骤2）中所述保温静置时间不超过1分钟。

进一步，步骤3）中所述连续牵引的牵引速度为15mm/s，牵引节距为5mm，牵引停顿时间为0.2s至0.3s；牵引速度、牵引节距的误差不超过±5%。

本发明中，精确控制连铸过程中铜铬合金杆、铜钛合金杆及铜锆合金杆推入熔炼炉内铜液中的间隔时间，是在考虑连铸速度及铬、钛、锆元素烧损基础上提出，将铜铬合金杆、铜钛合金杆及铜锆合金杆置于铜液中，属于半连续加料方式，有利于稳定铜液温度及固液界面，实现稳定连续铸造过程中合金杆成分，该方法可实现连续铸造铜合金杆铬成分波动<0.03%，钛成分波动<0.03%，锆成分波动<0.06%（均为质量百分比）。

具体实施方式

下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。

为更进一步阐述本发明为达到预定技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对本发明的工艺过程、特征以及功效详细说明如后。

实施例1

1）按照总质量百分比99%：0.7%：0.1%：0.2%准备铜、铬、钛、锆原料。其中，铬、钛、锆原料分别为铜铬合金、铜钛合金和铜锆合金，铜原料为铜铬合金原料、铜钛合金和铜锆合金原料中的铜，余量用纯铜补齐。采用合金作为材料可以避免活性较高的铬、锆元素在制备过程中被烧损，影响合金的成分。将纯铜、铜铬合金原料置于坩埚中，加以木炭覆盖，升温至原料熔化温度1180℃；温度的误差范围应控制在1175℃至1205℃之间；然后进行保温，待合金熔化。

2）将铜钛、铜锆合金原料加入坩埚中，保温静置不超过1分钟，开始测定熔体温度，可以控制在10至60秒；

3）待熔体温度降至1148℃时，误差应不超过±2℃，将合金向上连续牵引；牵引过程中温度应保持在1148℃，误差应不超过±5℃；铜铬钛锆合金杆的直径为13.5±0.5mm，牵引速度为15mm/s，牵引节距为5mm，两次牵引操作之间的停顿时间为0.2s，也可以延长到0.3s；牵引速度和牵引节距的误差应不超过±5%。

4）准备直径为Φ10mm铜铬合金、Φ10mm铜钛合金与Φ10mm铜锆合金杆作为添加原料，铬元素占铜铬合金的质量百分比为1%，钛元素占铜钛合金的质量百分比为1%，锆元素占铜锆合金的质量百分比为0.4%；当然，也可以用其他尺寸的合金杆；合金的成分也可以调整。发明人经反复试验，发现通过补料来适当提高铬、钛和锆在铜液中的含量，对制出的牵引合金杆的成分稳定有益。补料的量与牵引合金杆的出料量相关。通过分析和调整，铬、钛和锆的补料量为成品材料中的铬、钛和锆的含量与对应成分的补料系数的乘积；其中，首次补料时，铬的补料系数为0.15%至0.7%之间，钛的补料系数为1.0%至3.0%之间，锆的补料系数为0.2%至2%之间。

5）补料前，铜铬合金杆与铜锆合金杆与熔炼炉内铜液不接触，处于分离位置；

6）开始牵引后15min进行首次补料；将铜铬合金杆、铜钛合金杆及铜锆合金杆伸入熔炼炉内铜液中20mm，静置30s；

7）然后开始进行后续补料；将铜铬合金杆每间隔10min推入熔炼炉内铜液中2.25mm进行补料，将铜钛合金杆每间隔5min推入熔炼炉内铜液中1.1mm进行补料，将铜锆合金杆每间隔5min缓慢推入熔炼炉内铜液中10.3mm进行补料；所提到的补料长度的合金杆推入铜液中的时间应小于1分钟。从第二次补料起，按节拍将添加原料推入熔炼炉内铜液中；所述铜铬合金杆的节拍为8至11分钟，推入的材料补料系数为0.5%至1%；所述铜钛合金杆和所述铜锆合金杆的节拍为4至6分钟，钛的补料系数为1.8%至2.5%，锆的补料系数为3%至5%。

8）得到连续长度105m的铜铬钛锆合金杆料，收卷。

在所获得的铜铬钛锆合金杆不同部位处随机取样10个，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定成分质量百分数为：铬元素0.21±0.03%，锆元素0.11±0.06%，钛元素0.08±0.04%。

实施例2

1）按照总质量百分比99%：0.7%：0.05%：0.05%准备铜、铬、钛、锆原料。其中，铬、钛、锆原料分别为铜铬合金、铜钛合金和铜锆合金，铜原料为铜铬合金原料、铜钛合金和铜锆合金原料中的铜，余量用纯铜补齐。采用合金作为材料可以避免活性较高的铬、钛、锆元素在制备过程中被烧损，影响合金的成分。将纯铜、铜铬合金原料置于坩埚中，加以木炭覆盖，升温至原料熔化温度1180℃；温度的误差范围应控制在±2℃；然后进行保温，待合金熔化。

2）将铜钛、铜锆合金原料加入坩埚中，保温静置10至60秒，开始测定熔体温度；

3）待熔体温度降至1165.5℃时，误差应不超过±2℃；将合金向上连续牵引；铜铬钛锆合金杆的直径为13.5±0.5mm，牵引速度为15mm/s，牵引节距为5mm，两次牵引操作之间的停顿时间为0.2s；牵引速度和牵引节距的误差应不超过±5%。

4）准备直径为Φ10mm铜铬合金、Φ10mm铜钛合金与Φ10mm铜锆合金杆作为添加原料，铬元素占铜铬合金的质量百分比为1%，钛元素占铜钛合金的质量百分比为1%，锆元素占铜锆合金的质量百分比为0.4%；当然，其他尺寸的合金杆；合金的成分也可以调整。

5）补料前，铜铬合金杆与铜锆合金杆与熔炼炉内铜液不接触，处于分离位置；

6）开始牵引后15min进行首次补料；将铜铬合金杆、铜钛合金杆及铜锆合金杆伸入熔炼炉内铜液中20mm，静置30s；

7）然后开始进行后续补料；将铜铬合金杆每间隔10min推入熔炼炉内铜液中2.25mm进行补料，将铜钛合金杆每间隔5min推入熔炼炉内铜液中0.5mm进行补料，将铜锆合金杆每间隔5min推入熔炼炉内铜液中2.6mm进行补料；

8）得到连续长度128m的铜铬钛锆合金杆料，收卷。

在所获得的铜铬钛锆合金杆不同部位处随机取样10个，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定成分质量百分数为：铬元素0.68±0.03%，钛元素0.06±0.03%，锆元素0.07±0.03%。

实施例3

1）按照总质量百分比99%：0.2%：0.1%：0.2%准备铜、铬、钛、锆原料。其中，铬、钛、锆原料分别为铜铬合金、铜钛合金和铜锆合金，铜原料为铜铬合金原料、铜钛合金和铜锆合金原料中的铜，余量用纯铜补齐。采用合金作为材料可以避免活性较高的铬、钛、锆元素在制备过程中被烧损，影响合金的成分。将纯铜、铜铬合金原料置于坩埚中，加以木炭覆盖，升温至原料熔化温度1180℃；温度的误差范围应控制在±2℃；然后进行保温，待合金熔化。

2）将铜钛、铜锆合金原料加入坩埚中，保温静置10至60秒，开始测定熔体温度；

3）待熔体温度降至1153℃时，误差不超过±2℃。将合金向上连续牵引；铜铬钛锆合金杆的直径为13.5±0.5mm，牵引速度为15mm/s，牵引节距为5mm，两次牵引操作之间的停顿时间为0.2s；牵引速度和牵引节距的误差应不超过±5%。

4）准备直径为Φ10mm铜铬合金、Φ10mm铜钛合金与Φ10mm铜锆合金杆作为添加原料，铬元素占铜铬合金的质量百分比为1%，钛元素占铜钛合金的质量百分比为1%，锆元素占铜锆合金的质量百分比为0.4%；当然，其他尺寸的合金杆；合金的成分也可以调整。

5）补料前，铜铬合金杆与铜锆合金杆与熔炼炉内铜液不接触，处于分离位置；

6）开始牵引后15min进行首次补料；将铜铬合金杆、铜钛合金杆及铜锆合金杆伸入熔炼炉内铜液中20mm，静置30s；

7）然后开始进行后续补料；将铜铬合金杆每间隔10min推入熔炼炉内铜液中0.64mm进行补料，将铜钛合金杆每间隔5min推入熔炼炉内铜液中1.1mm进行补料，将铜锆合金杆每间隔5min推入熔炼炉内铜液中10.3mm进行补料；

8）得到连续长度128m的铜铬钛锆合金杆料，收卷。

在所获得的铜铬钛锆合金杆不同部位处随机取样10个，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定成分质量百分数为：铬元素0.21±0.03%，钛元素0.09±0.03%，锆元素0.18±0.06%。

实施例4

1）按照总质量百分比99%：0.2%：0.05%：0.05%准备铜、铬、钛、锆原料。其中，铬、钛、锆原料分别为铜铬合金、铜钛合金和铜锆合金，铜原料为铜铬合金原料、铜钛合金和铜锆合金原料中的铜，余量用纯铜补齐。采用合金作为材料可以避免活性较高的铬、钛、锆元素在制备过程中被烧损，影响合金的成分。将纯铜、铜铬合金原料置于坩埚中，加以木炭覆盖，升温至原料熔化温度1180℃；温度的误差范围应控制在±2℃；然后进行保温，待合金熔化。

2）将铜钛、铜锆合金原料加入坩埚中，保温静置10至60秒，开始测定熔体温度；

3）待熔体温度降至1170.5℃时，温度误差应不超过±2℃；将合金向上连续牵引；铜铬钛锆合金杆的直径为13.5±0.5mm，牵引速度为15mm/s，牵引节距为5mm，两次牵引操作之间的停顿时间为0.2s；牵引速度和牵引节距的误差应不超过±5%。

4）准备直径为Φ10mm铜铬合金、Φ10mm铜钛合金与Φ10mm铜锆合金杆作为添加原料，铬元素占铜铬合金的质量百分比为1%，钛元素占铜钛合金的质量百分比为1%，锆元素占铜锆合金的质量百分比为0.4%；当然，其他尺寸的合金杆；合金的成分也可以调整。

5）补料前，铜铬合金杆与铜锆合金杆与熔炼炉内铜液不接触，处于分离位置；

6）开始牵引后15min进行首次补料；将铜铬合金杆、铜钛合金杆及铜锆合金杆伸入熔炼炉内铜液中20mm，静置30s；

7）然后开始进行后续补料；将铜铬合金杆每间隔10min推入熔炼炉内铜液中0.64mm进行补料，将铜钛合金杆每间隔5min推入熔炼炉内铜液中0.5mm进行补料，将铜锆合金杆每间隔5min推入熔炼炉内铜液中2.6mm进行补料；

8）得到连续长度128m的铜铬钛锆合金杆料，收卷。

在所获得的铜铬钛锆合金杆不同部位处随机取样10个，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定成分质量百分数为：铬元素（0.23±0.03）%，钛元素（0.05±0.03）%，锆元素（0.06±0.02）%。

上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。

Claims (8)

1.一种大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，其特征在于，包括如下补料步骤：

1）准备铜铬合金杆、铜钛合金杆和铜锆合金杆作为添加原料；

2）补料前，所述添加原料与熔炼炉内铜液分离；

3）铜液降温至牵引温度后，开始牵引；牵引开始10至16分钟开始第一次补料，将所述添加原料伸入熔炼炉内铜液中，补充至铜液中，消除铬、钛和锆的烧损对牵引成分的影响；铬、钛和锆的补料量为目标材料中对应成分的含量与补料系数的乘积；其中，铬的补料系数为0.15%至0.7%之间，钛的补料系数为1%至3%之间，锆的补料系数为0.2%至2%之间；

4）静置25至40秒后；开始第二次补料；从第二次补料起，按节拍将添加原料推入熔炼炉内铜液中；所述铜铬合金杆的节拍为8至11分钟，推入的铬的材料补料系数为0.5%至1%；所述铜钛合金杆和所述铜锆合金杆的节拍为4至6分钟，钛的补料系数为1.8%至2.5%，锆的补料系数为3%至5%；

5）获得成分稳定的铜铬钛锆合金杆。

2.如权利要求1所述大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，其特征在于，步骤4）中所述保温静置时间为30s。

3.如权利要求1所述大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，其特征在于，步骤4）中所述将铜铬合金杆推入熔炼炉内铜液中的间隔时间为10min。

4.如权利要求1所述大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，其特征在于，步骤4）中所述铬的补料系数为0.65%。

5.如权利要求1所述大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，其特征在于，步骤4）中所述将铜锆合金杆推入熔炼炉内铜液中的间隔时间为5min。

6.如权利要求1所述大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，其特征在于，步骤4）所述钛的补料系数为2.0%至2.2%。

7.如权利要求1所述大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，其特征在于，步骤4）所述锆的补料系数为4%。

8.如权利要求1所述大气环境下稳定控制连续制备铜铬钛锆合金杆成分的方法，其特征在于，步骤5）中所述合金中铬质量百分数不低于0.18%且不高于0.72%，钛质量百分数不低于0.05%且不高于0.2%，锆质量百分数不低于0.05%且不高于0.27%，其余为铜及杂质。