铜合金水平连铸动态合金化方法及专用合金加入装置 【技术领域】
本发明涉及铜合金管材制备技术，具体地说是一种铜合金水平连铸动态合金化方法及专用合金加入装置，尤其适合于铜合金连铸棒管的生产。
背景技术
铜合金管材因具有良好的抗腐蚀能力和较高的强度，因而广泛地应用于发电用冷凝器、船舶冷凝器、供水加热器、蒸馏器、油冷却器及水处理装置用热交换器等工业。连铸管是生产管材最常用和最重要的坯料，其质量和技术水平直接关系到铜合金管材的质量。对于铜合金连铸管而言，连铸过程的合金化是最关键的问题之一，连铸过程铜合金化的主要问题是合金加入方法，保证合金化在连续生产过程具有均一性和统一收得率是急需解决的主要技术问题。
铜合金的主要合金元素是锌、锡、镍、铝等，它们与铜的密度和熔点相差较大。此外，锌的熔点很低在熔炼过程易于蒸发，铝的熔点低且极易发生氧化。目前铜合金连铸已有一些加入的合金方法，主要是在熔炼炉内直接加入或在中间包加入，加入的合金有块状、丝状和粉料纯金属或中间合金等，其中在熔炼炉内加入法的优点是简便易于操作，适用于各种合金元素；其缺点是合金成分难以保证均一性，且易于产生局部偏析，不适合成分要求严格的合金的连铸生产。在中间包内加入法的优点是合金成分的局部偏析很小，由于中间包内不断有新的熔体流入，使包内不易形成因比重差引起的成分不均；其缺点是对于易于发生蒸发和氧化的元素，而且对于连铸过程地成分同一性是难保证的。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种能避免合金元素发生蒸发、氧化和偏析的铜合金水平连铸动态合金化方法及专用合金加入装置。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
铜合金水平连铸动态合金化方法为：通过改变合金元素的加入方式，实现了合金成分的动态控制，即在结晶器上设置专用合金加入装置，将合金含量低于10％的合金元素在进行水平连铸过程中从所述合金加入装置连续加入，以保证连铸过程的成分同一性；所述在合金加入装置连续加入的同时，可以与在熔炼炉内直接加入或在中间包加入合金方法相配合，即对于合金含量高于、等于10％的元素，可以配合在熔炼炉或中间包中加入方法，作为补偿合金化元素的损失，以保证成分均匀性；
所述丝状金属材料可以直接送入结晶器内；所述粉状金属材料用铜管包覆；所述粉状金属材料用铜管包覆特别指易于氧化的活性金属；对于难熔金属(Mn、Nb、Ni、Mo、Fe、Cr、Cd、Si)应与铜熔炼预制中间合金，然后制成丝材，以提高熔解速度；所述难熔金属在制备丝材有困难的情况下，可以将中间合金研磨成粉，用铜管包覆；
其专用合金加入装置，在结晶器上具有浇注口，其内部装有石墨芯，在结晶器上加设加入孔，一引导管安装在加入孔上，用铜管包覆的或制备成丝材的金属材料装于引导管里。
本发明具有如下有益效果：
1.采用本发明方法进行连铸过程合金化时，通过改变合金元素的加入方式，实现了合金成分的动态控制，提高连铸坯的冶金质量，元素的吸收率几乎达到100％。
2.用本发明方法进行连铸过程合金化可以加入极易氧化的元素。
3.与现有方法相比，采用本发明生产实施简便，易于实现自动化控制，可降低原材料成本和熔炼技术难度，能确保连铸坯料成分的同一性。
4.本发明方法特别适用于水平连铸动态合金化生产铜合金管棒坯，也可与在熔炼炉内直接加入和在中间包加入合金方法配合，作为补偿合金化元素的损失，以保证成分均匀性。
【附图说明】
图1为本发明水平连铸动态合金化法的专用合金加入口结构示意图。
图2为图1的A-A剖示图。
图3为本发明专用合金加入口的一个实施方式的结构剖示图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明铜合金水平连铸动态合金化方法为：
通过改变合金元素的加入方式，实现了合金成分的动态控制，即在结晶器上设置专用浇注装置，将合金含量低于10％的合金元素在进行水平连铸过程中从所述合金浇注装置连续加入，以保证连铸过程的成分同一性；所述丝状金属材料可以直接送入结晶器。
对于合金含量高于、等于10％的金属，可以配合在熔炼炉或中间包中加入方法，利用本方法进行动态定量补给，以保证成分的稳定；如：黄铜中的Zn金属。
如图1～3所示，其专用浇注装置，在结晶器2上具有浇注口4，其内部装有石墨芯3，在结晶器2上加设加入孔，一引导管1安装在加入孔上，用铜管包覆的或制备成丝材的金属材料5装于引导管1里。
黄铜H62连铸中，在中间包中加入Zn量为38％，采用本方法加入Zn量为8％，可以使连铸过程中损失的Zn得到连续补充，保证了连铸管坯的成分同一；加入的Zn为φ4丝材，连铸管坯为φ80×20，拉坯速度340mm/min，每段长13m；结晶器冷却水流量40升/min，进水温度≤30℃，出水温度≤55℃，连铸过程的送丝速度为28mm/s，得到的管坯成分同一性很好，每50米管坯的Zn含量差≤±0.5％，在结晶器2外部装置的牵引下，制成管坯，实现在管坯连铸过程的连续合金化。
本发明原理是实现合金元素的连续动态加入，以保证连铸过程的成分同一性。由于合金元素在结晶器的浇注口附近进入熔体，随浇注液流得到充分混合并很快到凝固区，使元素比重差引起的偏析来不及发生；还由于结晶器内是封闭系统全部充满熔体，消除了元素的蒸发和氧化，加之对于难熔金属元素采用预制中间合金丝材方法，可以提高熔解速度。
本发明方法是通过改变合金元素的加入方式，实现了合金成分的动态控制，提高连铸坯的冶金质量并降低成本。
本发明铜合金的连铸过程为：
在熔炼炉里铜熔化成熔体，流入中间包6，在中间包6内得到温度均匀化，铜液通过结晶器2的浇注口4流入，在结晶器2上设置加入合金元素用的引导管1，金属材料5预制成盘卷，由两对以上的辊轮驱动，将合金丝5送入结晶器2内，送合金丝5的速度由辊轮控制，具体根据加入的合金量和合金丝直径以及拉坯速度决定(如本实施例黄铜H62连铸，管坯φ80×20，拉坯速度100mm/min，每段长13m；结晶器冷却水流量40升/min，进水温度≤30℃，出水温度≤55℃，连铸过程的送丝速度为28mm/s)，这些工艺参数是可以调整的。在结晶器2外部装置的牵引下，制成管坯，实现在管坯连铸过程的连续合金化。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
对于合金含量低于10％的金属，可以全部利用本方法加入；本实施例：HSn62-1合金管坯φ60×15，拉坯速度50mm/min，每段长8m；结晶器冷却水流量20升/min，进水温度≤30℃，出水温度≤55℃，的Sn金属，制成的金属丝为φ4，连铸过程的送丝速度为20mm/s。
实施例3
与实施例1不同之处在于：
所述粉状金属材料用铜管包覆；所述粉状金属材料用铜管包覆特别指易于氧化的活性金属；易于氧化的活性金属，如：(碱土金属Be、Mg、Ca，稀土元素Ce等)采用铜管包覆，本实施例在铍青铜QBe2管坯中，管坯φ60×15，拉坯速度50mm/min，每段长8m；结晶器冷却水流量25升/min，进水温度≤30℃，出水温度≤55℃，加入的碱土金属Be，将Be放入φ6×0.4的铜管中制成丝材，连铸过程的送丝速度为15mm/s。
实施例4
与实施例1不同之处在于：对于难熔金属(Mn、Nb、Ni、Mo、Fe、Cr、Cd、Si等)应与铜熔炼预制中间合金，然后制成丝材，提高熔解速度；本实施例在锰黄铜HMn58-2管坯中，管坯φ60×15，拉坯速度50mm/min，每段长8m；结晶器冷却水流量25升/min，进水温度≤30℃，出水温度≤55℃，加入的金属Mn在铜液中熔解较慢，将Mn制成Cu-Mn中间合金，并预制成φ5的丝材，连铸过程的送丝速度为17mm/s。
实施例5
与实施例1不同之处在于：
对于所述难熔金属(Mn、Nb、Ni、Mo、Fe、Cr、Cd、Si等)在制备丝材有困难的情况下，可以将中间合金研磨成粉，用铜管包覆；本实施例在硅黄铜HSi80-3管坯中，管坯φ60×15，拉坯速度50mm/min，每段长8m；结晶器冷却水流量20升/min，进水温度≤30℃，出水温度≤55℃，加入的Si，制成Cu-Si中间合金，将Cu-Si合金研磨成粉，放入φ6×0.4的铜管中制成丝材，连铸过程的送丝速度为25mm/s。