[发明专利]软接触电磁连铸用两段式无切缝结晶器套管的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金设备制造技术领域，特别涉及软接触电磁连铸用两段式无切缝结晶器套管的制造方法。

背景技术

软接触电磁连铸技术是利用交变磁场透过结晶器套管作用到结晶器套管中的钢液上，在钢液中产生电磁压力来降低铸坯与结晶器套管壁的接触压力和振动压力，使接触角增大，渣道变宽，渣液的流入更加通畅，有利于改善连铸的初始凝固过程，减轻铸坯的表面振痕，减小表面裂纹发生的比率，同时提高拉速，提高产量。然而，钢的软接触电磁连铸技术能否在工业生产中得以成功应用，关键取决于结晶器套管是否能同时满足透磁率高、冷却效果良好的要求，这也是该技术实现实际工业生产的瓶颈所在。

目前，钢的软接触电磁连铸结晶器套管按其材质及结构的不同可分为切缝式软接触结晶器套管和无缝式软接触结晶器套管两种。切缝式软接触结晶器套管显著提高了透磁性，但同时带来结晶器套管内磁场分布不均匀，结晶器套管强度下降，以及冷却水回路设计复杂等难题，一直未能应用于实际的工业生产。无缝软接触结晶器套管是近年来提出的一种新型结构，其中，两段式无缝软接触电磁连铸结晶器套管上段采用透磁效果良好的材料，下段采用冷却效果良好的材料。此结晶器套管既可以保证磁场在金属弯月面附近具有均匀良好的透磁性达到“软接触”效果，同时又保证在弯月面以下液态金属具有良好的冷却效果，解决目前软接触电磁连铸用切缝式结晶器套管冷却和透磁效果不能两全的问题，而且该结晶器套管具有足够的强度和耐热变形性能。两段式无缝软接触结晶器套管虽然具有提高结晶器的整体强度，在一定程度上保证磁场的穿透性，使结晶器套管内磁场分布均匀，且简化冷却水回路系统的优点，但在材质的选择、制备工艺上存在较大的困难。因此，结合生产实际，找到满足生产要求的两段式结晶器套管的制造方法是当务之急。

发明内容

针对现有切缝式软接触结晶器内磁场分布不均匀，结晶器强度下降，冷却水回路设计复杂，无缝式软接触结晶器材质选择，制备工艺困难的问题，本发明提供如下软接触电磁连铸用两段式无切缝结晶器套管的制造方法。

将电解铜与其他合金制成具有一定的机械强度，高温耐磨性好，且具有高透磁效果的铜基合金管，其材质按重量百分比为含Mn 2～10％、Si 3～8％、Al 1～3％、Ti 1～4％、P 0～2.1％的铜基合金材料；采用钨极氩弧焊接法、真空电子束焊接法、真空钎焊法、爆炸焊接法或梯度连接的方法，将铜合金与传统连铸结晶器中普遍使用的磷脱氧铜、铬铜或铬锆铜等铜质管材料制备成长度在700～1500mm，外径为50～200mm，厚度为5～25mm的两段式无切缝结晶器套管。

本发明的主要包括以下步骤：

1、焊接法制备两段式无切缝结晶器套管的方法：

1.1、高透磁效果的铜基合金管的真空感应加热熔炼铸造法：

将电解铜块放入真空感应熔炼炉内的石墨坩锅中，将Cu-50Mn合金、金属铝、Ti-50Si合金、硅粒和Cu-14P合金放在炉盖上部的合金加料器中，各原料使用比例按重量百分比为电解铜∶Cu-50Mn合金∶Ti-50Si合金∶硅粒∶金属铝∶Cu-14P合金＝50～91∶4～20∶2～8∶2～4∶1～3∶0～15；在真空感应熔炼炉中抽真空，当真空度达到0.133Pa时开始升温，加热至1300℃以上，使电解铜块全部熔化后，依次加入Cu-50Mn合金、金属铝、Ti-50Si合金、Si粒和Cu-14P合金，保持炉内的真空度为0.133Pa，将物料全部熔化，保温20～30min；然后搅拌出炉，浇注入金属模中，制备成铜基合金坯，然后加工成管，其材质按重量百分比为含Mn 2～10％、Si 3～8％、Al1～3％、Ti 1～4％、P 0～2.1％的铜基合金材料。

1.2、高透磁效果的铜基合金管的粉末冶金法：

将Mn粉、铝粉、Si粉、Ti粉、Cu-14P合金粉末和电解铜粉末放在球磨机中，以120r/min的速度混粉4～12h，各原料使用比例按重量百分比为电解铜粉末∶Mn粉∶Si粉∶Ti粉∶铝粉∶Cu-14P合金粉末＝61～93∶2～10∶3～8∶1～4∶1～3∶0～15；于室温下在60吨的万能油压实验机上沿横向进行单向压制，压力400～900MPa，制备成铜基合金坯；然后在推杆式氢气保护炉中进行烧结，烧结温度保持在850～950℃，保温时间为1～5h，随炉冷却，制成铜基合金坯，然后加工成管，其材质按重量百分比为含Mn 2～10％、Si 3～8％、Al 1～3％、Ti 1～4％、P 0～2.1％的铜基合金材料。