專利名稱：鋅白銅板帶的電磁輔助鑄造方法
技術領域：
本發明涉及一種鋅白銅板帶的電磁輔助鑄造方法，屬于有色金屬制備 加工技術領域。
背景技術：
作為一種短流程制備技術，板帶水平連鑄技術從20世紀70年代出現 至今，得到快速發展和廣泛的應用，目前在銅及銅合金制備加工領域得到 推廣，并有廣泛普及的趨勢。鋅白銅材料價格相對昂貴、加工難度較大， 采用水平連鑄技術的需求更加迫切。
鋅白銅具有良好的耐磨性、耐蝕性、釬焊性能以及較高的強度和彈性， 并且易于電鍍、適合進行冷熱加工等性能，是性能優異的結構功能材料， 廣泛應用于制造具有耐蝕、耐磨性能的結構件，如精密儀器儀表件、電子 元器件、醫療器械、通訊儀器和彈性元器件。
目前水平連鑄-冷軋工藝生產鋅白銅板帶的工藝流程可以簡單表述為
配料一熔煉一保溫一水平連鑄一銑面收巻一開坯一退火一中軋一退火、清 洗一精軋一退火、清洗一精整一分條一包裝。由于軋制抗力較大，加工硬 化顯著，因此軋制過程需要多次退火、清洗，生產周期長，能耗高，成品 率低。
采用傳統的水平連鑄工藝生產鋅白銅，控制板坯鑄造質量難度較大。 隨著合金含量的增加，鋅白銅的綜合性能相應提高，但是鑄坯成品率卻隨 著合金含量的增加而下降，特別表現為控制鑄坯致密性的難度隨著合金含 量的增加而增加，鑄坯內部微孔、顯微疏松比率隨之提高。因此傳統水平
連鑄工藝生產寬幅BZnl8-26鑄坯難度較大。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種鋅白銅板帶的電 磁輔助鑄造方法，采用優化的電磁輔助鑄造工藝，改善鋅白銅水平連鑄坯 的鑄造質量，提高板坯密度，優化鑄造組織，改善鋅白銅板坯的加工性能， 提高成材率。
本發明的目的通過以下技術方案來實現
鋅白銅板帶的電磁輔助鑄造方法，在保溫爐側面安裝電磁輔助鑄造裝 置，所述電磁輔助鑄造裝置包括線性磁場發生器、石墨結晶器和結晶器填 料框架，所述線性磁場發生器設置在石墨結晶器上方，并位于石墨結晶器 與結晶器填料框架之間，特點式所述線性磁場發生器通入電流強度為 15 80安培頻率可調的交流電，驅動線性磁場發生器產生頻率可調的感應
磁場，感應磁場的頻率為2 15赫茲，感應磁場方向為雙向往復，感應磁
場的換向周期為7 15秒；所述感應磁場作用于石墨結晶器內熔體結晶前
沿，熔體在感應磁場作用下凝固。
進一步地，上述的鋅白銅板帶的電磁輔助鑄造方法，所述線性磁場發
生器通入電流強度為20 50安培頻率可調的交流電。
更進一步地，上述的鋅白銅板帶的電磁輔助鑄造方法，所述感應磁場 的頻率為5 10赫茲。
本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在-
① 本發明采用經過優化的工作頻率(2 15赫茲)和工作電流(15 80安培)，制備優良的板坯。本發明技術可以顯著增加板坯致密度并細化 組織，有助于獲得致密度優良、組織細化的鋅白銅水平連鑄板坯，從而大 幅度提高銅合金板帶的冷塑性變形能力；
② 采用本發明工藝制備的板坯，其加工性能顯著提高，與傳統工藝相 比，初軋開坯與中軋加工率分別提高約15%和14%，節省兩道保溫時間為 5~8h、保溫溫度為650 80(TC的退火工序。
下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明
圖l:本發明工藝設備的結構示意圖2a:實施例1施加磁場鑄造板坯微觀形貌圖2b:比較例1未施加磁場鑄造板坯微觀形貌圖;
圖3a:實施例4施加磁場鑄造板坯微觀形貌圖3b:比較例4未施加磁場鑄造板坯微觀形貌圖。
圖中各附圖標記的含義見下表
附圖 標記含義附圖 標記含義附圖 標記含義
1錠坯2石墨結晶器3水冷銅套
4結晶器填料框 架5線性磁場發生 器6保溫爐
具體實施例方式
如圖1所示，鋅白銅電磁輔助鑄造工藝設備，在保溫爐6的側面安裝 電磁輔助鑄造裝置，電磁輔助鑄造裝置包括線性磁場發生器5、石墨結晶 器2、水冷銅套3和結晶器填料框架4，板坯水平連鑄線性石墨結晶器5 與保溫爐6對接，線性磁場發生器5設置在石墨結晶器2上方、并位于石 墨結晶器2與結晶器填料框架4之間，水冷銅套3也設置在石墨結晶器2 與結晶器填料框架4之間、并位于線性磁場發生器5的后側。線性磁場發 生器工作電源為頻率可調的交流電(工頻交流電整流成直流電后，再逆變 為頻率可調的交流電)，線性磁場發生器生成感應磁場，由于存在集膚效 應，感應磁場對熔體的作用深度隨著磁場頻率的升高而降低，經過優化的 感應磁場頻率范圍是2 15赫茲；磁場的工作電流為15 80安培，其中 最佳的電流范圍為20 50安培，電磁力作用于石墨結晶器2結晶前沿區 域內的熔體。
5具體鑄造時，當保溫爐內鋅白銅合金熔體溫度達到鑄造溫度(鑄造溫
度為1210 1280°C)時，開動鑄造牽引機，調整水壓與拉鑄速度，進行水 平連續鑄造，開啟線性磁場發生器5的電源，輸入頻率可調的交流電，設 置磁場發生器參數，驅動磁場發生器產生頻率可調的感應磁場，感應磁場 的頻率在2 15赫茲(優選5 10赫茲)，磁場方向為雙向往復，磁場的 換向周期為7 15秒；感應磁場作用于石墨結晶器內熔體結晶前沿，細化 鑄坯微觀組織、降低熔體含氣量、提高鑄坯致密度、均勻合金元素、抑制 偏析與反偏析，熔體在感應磁場作用下凝固，由牽引機帶動鋅白銅合金錠 坯6運動。觀察水平連鑄錠坯表面變化情況，若凝固線形狀發生單側凸起 或不規則變化，則調整電流或頻率，當凝固線趨于平直后設備即運行穩定， 保持狀態連續生產帶坯。
實施例l
3t水平連鑄爐，生產合金牌號為BZnl8-26，磁場發生器工作頻率2Hz， 工作電流50A，雙向往復攪拌，攪拌周期為10秒，鑄造溫度1240 1250°C。 微觀表征結果表明，施加電磁攪拌后，鑄造板坯致密度增加，微觀觀察表 現為微氣孔數量減少，如圖2a所示。該板坯冷軋開坯由16mm減薄至 2.0mm，中間無退火。
比較例1
常規工藝得到BZnl8-26合金鑄造板坯，鑄造板坯由16mm冷軋至 4.5mm，需要進行保溫溫度為650-800°C 、保溫時間5~8h的保溫退火，然 后再由4.5mm軋制到2.5mm。常規工藝得到的鑄造板坯孔隙率較高，如圖 2b所示。
對比顯示，實施例1合金板坯冷軋開坯過程可以省略保溫溫度 650~800°C、保溫時間5 8h退火一次。 實施例2
3t水平連鑄爐，生產合金牌號為BZnl8-26，磁 發生器工作頻率5Hz，工作電流50A，雙向往復攪拌，攪拌周期為15秒，鑄造溫度1220 1240°C。 宏觀斷口表征結果顯示，施加電磁攪拌后，鑄造板坯橫截面組織得到細化。 該板坯冷軋中坯由2.5mm減薄至1.5mm，中間無退火。 比較例2
常規工藝得到BZnl8-26合金鑄造板坯，鑄造板坯由2.5mm冷軋至 1.85mm時出現裂邊特征，需要進行保溫溫度為650 800°C 、保溫時間5 8h 的退火處理，然后再由1.85mm軋制到1.5mm。
對比顯示，實施例2合金板坯中軋過程可以省略保溫溫度650 800°C、 保溫時間5 8h退火一次。
實施例3
3t水平連鑄爐，生產合金牌號為BZnl8-26，磁場發生器工作頻率10Hz， 工作電流50A，雙向往復攪拌，攪拌周期為7秒，鑄造溫度1210 1250°C。 施加電磁攪拌后，板坯密度增加，檢測結果顯示，施加電磁后BZnl8-26 合金板坯密度為8.659 (g/cm3)。中精軋變形率40%。
比較例3
常規工藝得到BZnl8-26合金鑄造板坯，密度為8.646 (g/cm3)。中精 軋由2.5mm減薄至1.85mm，出現裂邊特征，需要進行保溫退火，中精軋 變形率約26°/。。
實施例4
3t水平連鑄爐，生產合金牌號為BZnl8-18，磁場發生器工作頻率5Hz， 工作電流20A，雙向往復攪拌，攪拌周期為10秒，鑄造溫度1220 1270°C。 微觀表征結果表明，施加電磁攪拌后，鑄造板坯致密度增加，微觀觀察表 現為鑄造組織細化，枝晶間距減小，如圖3a所示，對比合金檢驗顯示，電 磁輔助獲得的合金鑄坯密度提高1~1.5°;。該板坯冷軋開坯由15.6mm減 薄至1.8~2.0mm，中間無退火。
比較例4常規工藝得到的BZnl8-18合金鑄造板坯，密度為8.717 (g/cm3)。初 軋由15.6mm減薄至4mm，出現裂邊特征，需要進行保溫退火，開坯變形 率約74%。常規工藝得到的鑄造板坯孔隙率較高，如圖3b所示。
實施例5
3t水平連鑄爐，生產合金牌號為BZnl8-18，磁場發生器工作頻率10Hz， 工作電流15A，雙向往復攪拌，攪拌周期為9秒，鑄造溫度1220 1270°C。 微觀表征結果表明，施加電磁攪拌后，鑄造板坯致密度增加，微觀觀察表 現為微氣孔數量減少，對比合金檢驗顯示，電磁輔助獲得的合金鑄坯密度 提高1~1.2%。。該板坯冷軋開坯由16mm減薄至1.85mm，板帶無裂邊現象。
實施例6
3t水平連鑄爐，生產合金牌號為BZnl8-18，磁場發生器工作頻率15Hz， 工作電流80A，雙向往復攪拌，攪拌周期為13秒，鑄造溫度1220 1270°C。 微觀表征結果表明，施加電磁攪拌后，鑄造板坯致密度增加，微觀觀察表 現為微氣孔數量減少，該板坯冷軋開坯由16mm減薄至2.0mm，板帶無裂 邊現象。
綜上所述，磁場作用于熔體結晶前沿，提高鑄坯致密度、降低含氣量、 細化鑄坯微觀組織。運用電磁輔助鑄造工藝獲得鋅白銅鑄造板坯，冷軋開 坯過程加工率>87%，中精軋過程加工率>40%，與常規坯料軋制工藝相比， 減少兩道保溫溫度為650-800°C、保溫時間為5 8h的退火工序；產品成材 率、成品率、生產效率均得到提高，能耗下降，生產周期相應縮短。
需要理解到的是上述說明并非是對本發明的限制，在本發明構思范 圍內，所進行的添加、變換、替換等，也應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.鋅白銅板帶的電磁輔助鑄造方法，在保溫爐側面安裝電磁輔助鑄造裝置，所述電磁輔助鑄造裝置包括線性磁場發生器、石墨結晶器和結晶器填料框架，所述線性磁場發生器設置在石墨結晶器上方，并位于石墨結晶器與結晶器填料框架之間，其特征在于所述線性磁場發生器通入電流強度為15～80安培頻率可調的交流電，驅動線性磁場發生器產生頻率可調的感應磁場，感應磁場的頻率為2～15赫茲，感應磁場方向為雙向往復，感應磁場的換向周期為7～15秒；所述感應磁場作用于石墨結晶器內熔體結晶前沿，熔體在感應磁場作用下凝固。
2. 根據權利要求1所述的鋅白銅板帶的電磁輔助鑄造方法，其特征 在于所述線性磁場發生器通入電流強度為20 50安培頻率可調的交流 電。
3. 根據權利要求1所述的鋅白銅板帶的電磁輔助鑄造方法，其特征 在于所述感應磁場的頻率為5 10赫茲。
全文摘要
本發明提供一種鋅白銅板帶的電磁輔助鑄造方法，在保溫爐側面安裝電磁輔助鑄造裝置，電磁輔助鑄造裝置包括線性磁場發生器、石墨結晶器和結晶器填料框架，線性磁場發生器設置在石墨結晶器上方，并位于石墨結晶器與結晶器填料框架之間，線性磁場發生器通入頻率可調的交流電，驅動線性磁場發生器產生頻率可調的感應磁場，感應磁場的頻率為2～15赫茲，感應磁場方向為雙向往復，感應磁場的換向周期為7～15秒；感應磁場作用于石墨結晶器內熔體結晶前沿，熔體在感應磁場作用下凝固。磁場作用于熔體結晶前沿，提高鑄坯致密度、降低含氣量、細化鑄坯微觀組織、抑制合金元素的偏析與反偏析。
文檔編號B22D11/115GK101612656SQ20091018237
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月10日 優先權日2009年7月10日
發明者向朝建, 李華清, 陳忠平 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司