[实用新型]氮气保护的铜及铜合金铸锭装置

说明书

技术领域

本实用新型属于冶金技术领域，涉及一种氮气保护的铜及铜合金铸锭装置，主要适应于直径Φ150mm（或相当断面的板锭）及以上铜及铜合金的铸锭。

背景技术

紫铜、磷脱氧铜、无氧铜、银铜、高铜及白铜合金的熔炼温度一般在1120-1350℃之间。在高温下，这类合金的表面不能形成致密的保护膜，极易氧化形成较厚的氧化皮，对铸锭品质及后续加工造成影响。在生产无氧铜时，氧还能向铸锭渗透，影响后续加工制品的性能。目前，国内外对铸造过程中铸锭的外表面基本不采取任何保护措施，特别是直径在Φ150mm及以上的铸锭（或相当断面的板锭），表面往往存在十分严重的氧化现象，对后续加工产生不良影响。氧化皮增加挤压筒、挤压杆、穿孔针的磨损，使挤压模的寿命大大降低。氧化皮压入加工制品中造成制品缺陷，严重时导致制品报废。金属铜氧化会造成金属损失、增加生产成本。

在采用立式半连续铸造过程中，不能对铸锭表面进行有效保护，主要原因如下：其一是现有的结晶器只是一个铸锭成型的模腔，结晶器仅能带走高温铜液的15-30%左右的热量，无法将凝固的铜锭冷却到氧化温度以下。其二是铸锭凝固以后，由于线收缩而在结晶器与铸锭之间形成气隙，使铸锭表面和结晶器之间无法进行传导传热。此时，铸锭心部的高温区温度接近铜及铜合金的熔点，通过传导传热使铸锭表面的温度快速升高。铸锭周围的空气能够迅速氧化高温的铸锭。其三是，铸锭在二次见水冷却前，表面温度很高，二次冷却水能够进一步氧化高温的铸锭。二次冷却水是经过冷却塔喷淋雾化冷却的，水中溶解有大量的氧气。在水体喷淋和强烈循环的情况下，水中溶氧量达到14g/m³。 一根直径为Φ260-440mm，长度为5.5-6.5m的铜及铜合金铸锭，铸造时间大约为1-2h，在一根铸锭的铸造过程中，二次水的循环总量为80-100 m³，相当于有1.22kg的氧气通过铸锭表面与铸锭接触。500-900℃左右的金属与溶氧之间有很强的亲和力，生成疏松的氧化铜，氧还可以进一步氧化氧化皮下的金属。1.22kg的氧气足以将铸锭表面充分氧化。其四是，二次水的供水压力在3-5kg/cm²，二次冷却装置喷向铸锭表面的不是纯水而是空气-水的两相流体，混入水中的空气能够强烈氧化高温铸锭。其五是，二次冷却不能有效地将直径在Φ250mm（或相当断面的板锭）以上的铸锭冷却到185℃（铜开始氧化的温度）以下，经过二次冷却的大规格铸锭心部温度仍然很高，暴露在空气中的铜锭还会继续氧化。其六是，铸锭井中的三次冷却水含有很高的氧，还会对大规格铸锭进行进一步氧化。铸锭规格越大、铸造速度越低、铸锭表面温度越高、冷却所需要的时间越长，铸锭表面氧化也越严重。

实用新型内容

本发实用新型的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种氮气保护的铜及铜合金铸锭装置。

本实用新型氮气保护的铜及铜合金铸锭装置，包括结晶器总成、引锭头及铸锭、铸锭井；所述结晶器总成与铸锭井之间设置有气密性保护罩，气密性保护罩上设有氮气回流控制装置；所述铸锭井的井壁安装有氮气注入管及控制阀门，铸锭井的底部设有三次冷却水回流口；所述结晶器总成的一次冷却水进水口联通有水冷却-脱氧装置。

所述水冷却-脱氧装置包括敞开式高位冷水槽和气密性低位脱氧水槽。其中，敞开式高位冷水槽内安装有冷却塔，该冷却塔的上部通过管道、水泵与铸锭井底部的三次冷却水回流口联通。所述气密性低位脱氧水槽的底部设置有氮气分配管道及氮气控制阀，顶部设有气体排放阀；气密性低位脱氧水槽内设置有水体氮气在线监测装置及与所述一次冷却水进水口联通的水泵。气密性低位脱氧水槽内的中间部位设有隔水栅，其目的是增加水流阻力，防止从高位冷水槽中流入的含氧量很高的水直接进入吸水口。

在铸锭井的上部设有氮含量监测探头，对铸锭井内的氮气浓度进行在线检测。

在铸锭井内结晶器总成的下方设有锭长探测装置，用于检测铜锭的铸造长度和铸造速度。根据铸造长度和铸造速度，控制二次水水泵开停、供水量、供水压力。

在铸锭井上对应铸锭平台的位置设有氧含量检测探头和吹扫风机。

本实用新型相对现有技术具有以下优点：

1、本实用新型采用气密性保护罩对结晶器出口和铸锭井口之间进行密封保护，防止在铸造的过程中，外界的空气进入铸锭井同高温的铜锭接触，确保铜锭不被空气氧化。

2、本实用新型采用冷却水-脱氧装置，对进入结晶器和铸锭井的冷却水进行脱氧除气，确保与铸锭接触的二次水中不含氧气，不造成铸锭表面氧化。