专利名称：锌白铜板带的电磁辅助铸造方法
技术领域：
本发明涉及一种锌白铜板带的电磁辅助铸造方法，属于有色金属制备 加工技术领域。
背景技术：
作为一种短流程制备技术，板带水平连铸技术从20世纪70年代出现 至今，得到快速发展和广泛的应用，目前在铜及铜合金制备加工领域得到 推广，并有广泛普及的趋势。锌白铜材料价格相对昂贵、加工难度较大， 采用水平连铸技术的需求更加迫切。
锌白铜具有良好的耐磨性、耐蚀性、钎焊性能以及较高的强度和弹性， 并且易于电镀、适合进行冷热加工等性能，是性能优异的结构功能材料， 广泛应用于制造具有耐蚀、耐磨性能的结构件，如精密仪器仪表件、电子 元器件、医疗器械、通讯仪器和弹性元器件。
目前水平连铸-冷轧工艺生产锌白铜板带的工艺流程可以简单表述为
配料一熔炼一保温一水平连铸一铣面收巻一开坯一退火一中轧一退火、清 洗一精轧一退火、清洗一精整一分条一包装。由于轧制抗力较大，加工硬 化显著，因此轧制过程需要多次退火、清洗，生产周期长，能耗高，成品 率低。
采用传统的水平连铸工艺生产锌白铜，控制板坯铸造质量难度较大。 随着合金含量的增加，锌白铜的综合性能相应提高，但是铸坯成品率却随 着合金含量的增加而下降，特别表现为控制铸坯致密性的难度随着合金含 量的增加而增加，铸坯内部微孔、显微疏松比率随之提高。因此传统水平
连铸工艺生产宽幅BZnl8-26铸坯难度较大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种锌白铜板带的电 磁辅助铸造方法，采用优化的电磁辅助铸造工艺，改善锌白铜水平连铸坯 的铸造质量，提高板坯密度，优化铸造组织，改善锌白铜板坯的加工性能， 提高成材率。
本发明的目的通过以下技术方案来实现
锌白铜板带的电磁辅助铸造方法，在保温炉侧面安装电磁辅助铸造装 置，所述电磁辅助铸造装置包括线性磁场发生器、石墨结晶器和结晶器填 料框架，所述线性磁场发生器设置在石墨结晶器上方，并位于石墨结晶器 与结晶器填料框架之间，特点式所述线性磁场发生器通入电流强度为 15 80安培频率可调的交流电，驱动线性磁场发生器产生频率可调的感应
磁场，感应磁场的频率为2 15赫兹，感应磁场方向为双向往复，感应磁
场的换向周期为7 15秒；所述感应磁场作用于石墨结晶器内熔体结晶前
沿，熔体在感应磁场作用下凝固。
进一步地，上述的锌白铜板带的电磁辅助铸造方法，所述线性磁场发
生器通入电流强度为20 50安培频率可调的交流电。
更进一步地，上述的锌白铜板带的电磁辅助铸造方法，所述感应磁场 的频率为5 10赫兹。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在-
① 本发明采用经过优化的工作频率(2 15赫兹)和工作电流(15 80安培)，制备优良的板坯。本发明技术可以显著增加板坯致密度并细化 组织，有助于获得致密度优良、组织细化的锌白铜水平连铸板坯，从而大 幅度提高铜合金板带的冷塑性变形能力；
② 采用本发明工艺制备的板坯，其加工性能显著提高，与传统工艺相 比，初轧开坯与中轧加工率分别提高约15%和14%，节省两道保温时间为 5~8h、保温温度为650 80(TC的退火工序。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明
图l:本发明工艺设备的结构示意图2a:实施例1施加磁场铸造板坯微观形貌图2b:比较例1未施加磁场铸造板坯微观形貌图;
图3a:实施例4施加磁场铸造板坯微观形貌图3b:比较例4未施加磁场铸造板坯微观形貌图。
图中各附图标记的含义见下表
附图 标记含义附图 标记含义附图 标记含义
1锭坯2石墨结晶器3水冷铜套
4结晶器填料框 架5线性磁场发生 器6保温炉
具体实施例方式
如图1所示，锌白铜电磁辅助铸造工艺设备，在保温炉6的侧面安装 电磁辅助铸造装置，电磁辅助铸造装置包括线性磁场发生器5、石墨结晶 器2、水冷铜套3和结晶器填料框架4，板坯水平连铸线性石墨结晶器5 与保温炉6对接，线性磁场发生器5设置在石墨结晶器2上方、并位于石 墨结晶器2与结晶器填料框架4之间，水冷铜套3也设置在石墨结晶器2 与结晶器填料框架4之间、并位于线性磁场发生器5的后侧。线性磁场发 生器工作电源为频率可调的交流电(工频交流电整流成直流电后，再逆变 为频率可调的交流电)，线性磁场发生器生成感应磁场，由于存在集肤效 应，感应磁场对熔体的作用深度随着磁场频率的升高而降低，经过优化的 感应磁场频率范围是2 15赫兹；磁场的工作电流为15 80安培，其中 最佳的电流范围为20 50安培，电磁力作用于石墨结晶器2结晶前沿区 域内的熔体。
5具体铸造时，当保温炉内锌白铜合金熔体温度达到铸造温度(铸造温
度为1210 1280°C)时，开动铸造牵引机，调整水压与拉铸速度，进行水 平连续铸造，开启线性磁场发生器5的电源，输入频率可调的交流电，设 置磁场发生器参数，驱动磁场发生器产生频率可调的感应磁场，感应磁场 的频率在2 15赫兹(优选5 10赫兹)，磁场方向为双向往复，磁场的 换向周期为7 15秒；感应磁场作用于石墨结晶器内熔体结晶前沿，细化 铸坯微观组织、降低熔体含气量、提高铸坯致密度、均匀合金元素、抑制 偏析与反偏析，熔体在感应磁场作用下凝固，由牵引机带动锌白铜合金锭 坯6运动。观察水平连铸锭坯表面变化情况，若凝固线形状发生单侧凸起 或不规则变化，则调整电流或频率，当凝固线趋于平直后设备即运行稳定， 保持状态连续生产带坯。
实施例l
3t水平连铸炉，生产合金牌号为BZnl8-26，磁场发生器工作频率2Hz， 工作电流50A，双向往复搅拌，搅拌周期为10秒，铸造温度1240 1250°C。 微观表征结果表明，施加电磁搅拌后，铸造板坯致密度增加，微观观察表 现为微气孔数量减少，如图2a所示。该板坯冷轧开坯由16mm减薄至 2.0mm，中间无退火。
比较例1
常规工艺得到BZnl8-26合金铸造板坯，铸造板坯由16mm冷轧至 4.5mm，需要进行保温温度为650-800°C 、保温时间5~8h的保温退火，然 后再由4.5mm轧制到2.5mm。常规工艺得到的铸造板坯孔隙率较高，如图 2b所示。
对比显示，实施例1合金板坯冷轧开坯过程可以省略保温温度 650~800°C、保温时间5 8h退火一次。 实施例2
3t水平连铸炉，生产合金牌号为BZnl8-26，磁 发生器工作频率5Hz，工作电流50A，双向往复搅拌，搅拌周期为15秒，铸造温度1220 1240°C。 宏观断口表征结果显示，施加电磁搅拌后，铸造板坯横截面组织得到细化。 该板坯冷轧中坯由2.5mm减薄至1.5mm，中间无退火。 比较例2
常规工艺得到BZnl8-26合金铸造板坯，铸造板坯由2.5mm冷轧至 1.85mm时出现裂边特征，需要进行保温温度为650 800°C 、保温时间5 8h 的退火处理，然后再由1.85mm轧制到1.5mm。
对比显示，实施例2合金板坯中轧过程可以省略保温温度650 800°C、 保温时间5 8h退火一次。
实施例3
3t水平连铸炉，生产合金牌号为BZnl8-26，磁场发生器工作频率10Hz， 工作电流50A，双向往复搅拌，搅拌周期为7秒，铸造温度1210 1250°C。 施加电磁搅拌后，板坯密度增加，检测结果显示，施加电磁后BZnl8-26 合金板坯密度为8.659 (g/cm3)。中精轧变形率40%。
比较例3
常规工艺得到BZnl8-26合金铸造板坯，密度为8.646 (g/cm3)。中精 轧由2.5mm减薄至1.85mm，出现裂边特征，需要进行保温退火，中精轧 变形率约26°/。。
实施例4
3t水平连铸炉，生产合金牌号为BZnl8-18，磁场发生器工作频率5Hz， 工作电流20A，双向往复搅拌，搅拌周期为10秒，铸造温度1220 1270°C。 微观表征结果表明，施加电磁搅拌后，铸造板坯致密度增加，微观观察表 现为铸造组织细化，枝晶间距减小，如图3a所示，对比合金检验显示，电 磁辅助获得的合金铸坯密度提高1~1.5°;。该板坯冷轧开坯由15.6mm减 薄至1.8~2.0mm，中间无退火。
比较例4常规工艺得到的BZnl8-18合金铸造板坯，密度为8.717 (g/cm3)。初 轧由15.6mm减薄至4mm，出现裂边特征，需要进行保温退火，开坯变形 率约74%。常规工艺得到的铸造板坯孔隙率较高，如图3b所示。
实施例5
3t水平连铸炉，生产合金牌号为BZnl8-18，磁场发生器工作频率10Hz， 工作电流15A，双向往复搅拌，搅拌周期为9秒，铸造温度1220 1270°C。 微观表征结果表明，施加电磁搅拌后，铸造板坯致密度增加，微观观察表 现为微气孔数量减少，对比合金检验显示，电磁辅助获得的合金铸坯密度 提高1~1.2%。。该板坯冷轧开坯由16mm减薄至1.85mm，板带无裂边现象。
实施例6
3t水平连铸炉，生产合金牌号为BZnl8-18，磁场发生器工作频率15Hz， 工作电流80A，双向往复搅拌，搅拌周期为13秒，铸造温度1220 1270°C。 微观表征结果表明，施加电磁搅拌后，铸造板坯致密度增加，微观观察表 现为微气孔数量减少，该板坯冷轧开坯由16mm减薄至2.0mm，板带无裂 边现象。
综上所述，磁场作用于熔体结晶前沿，提高铸坯致密度、降低含气量、 细化铸坯微观组织。运用电磁辅助铸造工艺获得锌白铜铸造板坯，冷轧开 坯过程加工率>87%，中精轧过程加工率>40%，与常规坯料轧制工艺相比， 减少两道保温温度为650-800°C、保温时间为5 8h的退火工序；产品成材 率、成品率、生产效率均得到提高，能耗下降，生产周期相应縮短。
需要理解到的是上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范 围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.锌白铜板带的电磁辅助铸造方法，在保温炉侧面安装电磁辅助铸造装置，所述电磁辅助铸造装置包括线性磁场发生器、石墨结晶器和结晶器填料框架，所述线性磁场发生器设置在石墨结晶器上方，并位于石墨结晶器与结晶器填料框架之间，其特征在于所述线性磁场发生器通入电流强度为15～80安培频率可调的交流电，驱动线性磁场发生器产生频率可调的感应磁场，感应磁场的频率为2～15赫兹，感应磁场方向为双向往复，感应磁场的换向周期为7～15秒；所述感应磁场作用于石墨结晶器内熔体结晶前沿，熔体在感应磁场作用下凝固。
2. 根据权利要求1所述的锌白铜板带的电磁辅助铸造方法，其特征 在于所述线性磁场发生器通入电流强度为20 50安培频率可调的交流 电。
3. 根据权利要求1所述的锌白铜板带的电磁辅助铸造方法，其特征 在于所述感应磁场的频率为5 10赫兹。
全文摘要
本发明提供一种锌白铜板带的电磁辅助铸造方法，在保温炉侧面安装电磁辅助铸造装置，电磁辅助铸造装置包括线性磁场发生器、石墨结晶器和结晶器填料框架，线性磁场发生器设置在石墨结晶器上方，并位于石墨结晶器与结晶器填料框架之间，线性磁场发生器通入频率可调的交流电，驱动线性磁场发生器产生频率可调的感应磁场，感应磁场的频率为2～15赫兹，感应磁场方向为双向往复，感应磁场的换向周期为7～15秒；感应磁场作用于石墨结晶器内熔体结晶前沿，熔体在感应磁场作用下凝固。磁场作用于熔体结晶前沿，提高铸坯致密度、降低含气量、细化铸坯微观组织、抑制合金元素的偏析与反偏析。
文档编号B22D11/115GK101612656SQ20091018237
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者向朝建, 李华清, 陈忠平 申请人:苏州有色金属研究院有限公司