铜加工2005年第3期(总第99期)
SCR连铸连轧铜杆生产线温度的控制
居敏刚 郭均华(海亮集团有限公司 311835)
摘 要:SCR低氧铜杆连铸连轧生产线工艺复杂,需控制的工艺参数较多,本文围绕SCR生产线温度控制展开分析和讨论,并提出对温度的控制措施和方法。关键词:SCR生产线、温度、分析、控制
前 言
目前,国内已投产的铜杆连铸连轧生产线中,以轮式连铸机为多,生产线工艺复杂,影响产品质量的因素也较多。新材料有限公司对SCR改进,本文针对SCR生产线中各点的温度展开分析,并在此基础上提出了对温度的控制措施和方法。
1.竖炉温度的控制1.1 炉口温度
Asarco竖炉具有高效、节能的特点,在铜
③量,,,。
.1.2.1 熔化温度对耐火材料的影响耐火材料是能承受高温下产生的物理化学作用的特殊材料。铜杆连铸连轧生产线使用的耐火材料,通常选用优质的碳化硅、氮化硅砖(SiC、Si3N4)或二者的结合材料,其主要化学成分和特性如表1、2。
竖炉的耐火材料,一般选用碳化硅、氮化硅砖(SiC、Si3N4)或二者的结合材料。碳化硅砖的表面通常用SiO2覆盖,防止高温下被氧化,但在使用过程中受到原料的摩擦和冲击会被损坏。
当竖炉内的温度高于1180℃时,碳化硅将会与CO2发生可逆反应:
SiC+CO2=SiO2+2C
杆连铸连轧生产线中已被普遍采用。在工作
过程中,通过炉口不断排出燃烧后的高温废气。在对竖炉的热平衡测试中发现,当炉口温度大于600℃时,废气带走的热量约占总热量的40%。而铜杆生产过程中燃气消耗占到生产成本的1/3～1/2,合理利用余热可有效降低生产成本。
①原料合理搭配,小批量、多批次加入。减少炉内空间,延长热气流路径和滞留时间,增加热量的对流传导和辐射换热面。
②确定合理的熔化量及炉内的温度梯度;控制好燃烧气氛(如废体中CO和H2的浓度),使可燃混合气体充分燃烧。・30・
当竖炉内的温度达到1500℃以上时,耐火材料表面的保护层SiO2将起以下反应:
SiO2+3C=SiC+2CO-148.5kcal,
因此在高温下,即使竖炉的燃烧气氛控制较好,但燃烧产生的高温也会损耗竖炉耐火材料,使铜液中存在大量的SiC和SiO2微细颗粒。
1.2.2 熔化温度对原料的影响
竖炉熔化过程中对温度的控制是实现金
表1 各种碳化硅砖的性能
性能
50
702.3～2.420～23160080～906.15
8.47SiC的含量/%
802.35～2.4517～201650
902.4～2.5518～24>170090～10010.56
12.76～15.0895～97(再结晶)2.2～2.8510～31>1700
体积浓度/g・cm-3
气孔率/%荷重软化点/℃耐压强度/MPa
导热率1000C/w・m-1・k-1
2.320150050～804.06
表2 氮化硅结合碳化硅砖的理化指标(YB4035-91)
项 目
DTZ-1
DTZ-214739.270202.0
指 标
显气孔率/%体积密度/g・cm-3常温耐压强度/MPa高温抗折强度(1400C)/MPa
SiC/%Si3N4/%Fe2(不大于)(不小于)(不小于))(不小于)(不大于)
176272211.5
表3 在1大气压下氢在铜中的溶解度 升/100kgCu
温度/℃溶解度
4000.06
5000.16
6000.30
7000.49
8000.72
9001.08
10001.58
11006.3
12008.1
130010.0
140011.8
150013.6
属铜发生物理和化学变化的必要条件。达到一定的温度,才能保证固态铜中各种元素的充分溶解。温度越高熔化速度越快。
但是较高的熔化温度不但耐火材料会发生热损耗,而且还使铜液在高温下溶入大量的气体。铜液中气体的溶解量与温度、时间成正比,当铜液温度大于1200℃时,100kg铜液中能溶解大于8升的气体(见表3)。标准阴极铜表面残留的CuSO4・5H2O,在高温下分解成有害的H2和SO2气体将溶入铜液中。增大受热面积或增大熔化的区域、提高热负荷是实现高速熔化的手段;在适当的温度下,获得较大的铜液流量是我们追求的目标。但过激地追求每个烧嘴的发热量来增加竖炉的总熔铜量,易使竖炉局部温度过高,加快耐火材料的损耗,因此需根据竖炉在理想条件下
的熔铜量来确定其产能。
2.浇铸温度的控制
浇铸过程中保持铸坯质量的连续、稳定是保证产品质量的重要因素,浇铸温度是其中的关键,将直接影响金属晶体的生长及热的对流和传导。
2.1 晶体的生长及热对流遵循的原则:
①在固定金属池中,晶体朝平行于散热方向生长;②若熔池中有对流存在,则它对向前延伸的液固界面产生剪切作用,而晶体将逆流而长;③一旦晶体生长方向形成,需有干扰,如剪力、气泡、一条等轴晶体等,才能改变此方向;④液固界面上的剪力可能从向前延伸的界面上剪去凝固金属碎片,使其成为等轴晶
・31・
的晶核。不管这些晶核是否依赖高温而残存于液态金属内。
⑤熔融金属温度越高,则越容易产生对流。型腔的高宽比值高,则热对流就强;比值低可抑制对流。
2.2 各温度区间铜液的结晶①当铜液浇铸温度低于1100℃时
纯金属的结晶温度区间较小,铜的导热率高,铜液由液态向固态的转变较快。较低的温度能使铜液在浇铸前析出部分高熔点的有害物质。浇铸温度越低铸坯显微结构越细,氧及其它杂质分布越均匀。
过低的铜液温度,流动性差、粘度高,严重阻碍了铜液中气体的逸出,铸坯中将滞留了20mm以下的气孔;由于过热度的不足,从而导致凝固过程中,等轴晶占优势。
②当铜液浇铸温度高于延长,,铸坯中。相互交错的晶枝间包容了过多高氧的共晶区,杂质和氧化铜颗粒也富集于此,杂质的偏析和热裂纹越明显,在轧制过程中产生更多开裂的倾向。当中心的凝固点大于180℃,铸坯将俘获更多未逸出的气体。
③SCR型轮式铸机浇铸温度在1130℃—1150℃之间时,可避免因温度的原因而导致的大部分铸造缺陷
。
3.出坯温度
SCR轮式连铸机出坯为上引式,铸坯的
温度过高导致完全凝固点处于高位,铜液可能发生倒流,一旦铸坯中心出现熔孔(见图1),这将是致命的。
高温状态的铸坯强度低,在出坯时较大的变形角度,使铸坯底部承受较大的应力,易造成开裂、产生裂纹;而温度过低将无法保证轧制温度。一般出坯温度控制在950℃-970℃为好。
4.铸轮、钢带温度
90-110℃。当,铸轮、钢带上的冷却水不易完全蒸发,破坏涂层的完整性和均匀性,在高温下汽化后被铜液吸入,并在铸坯表层形成疏松,这可能是铜粉剥离量较高的原因之一;当温度较高时,碳黑的表面附着力低,易被铜液冲刷而脱落,起不到相应的作用,还可能使铸坯夹杂
。
系列1为铸轮腔内壁的温度变化 系列2为铸轮外腔侧表面的温度变化
图2 铜液浇铸温度1132℃,脱模温度977℃,铸
轮腔高宽比1/1.5,冷却水进温度30℃、出水温度46℃。
5.铸坯入轧温度
紫铜具有良好的热塑性。但铸坯入轧温
图1 出坯温度1003℃时铸坯中心出现熔孔
度高于890℃时,热塑性将转变成热脆性,在轧制时出现开裂的倾向。因此在810-
・32・
850℃之间,可获得较好的热塑性,能避免出2H2O+2C2H4O
CuO(Cu2O)+2C2H4O=Cu(2Cu)+2CH3COOH
现热脆性。
当铸坯中包含了相对较多的高熔点化合物时,将入轧温度适当提高,反而有助于减少这些杂质对产品质量的影响。
较高的轧制温度易产生前滑现象,导致线径偏小、易堵杆、拉坯;较低的轧制温度易产生后滑现象,凸起的飞边被压入铜杆表层,将导致折叠、皱边等缺陷;当轧制平衡被打破,秒体积流量严重不均,轧件将存在内部的开裂或裂纹。
6.铜杆出轧与收线温度
收线温度的控制主要是考虑将铜杆表面雾状水溶性保护蜡烘干,防止铜杆表面被氧化。
7.乳化液与酒精溶液的温度需考虑以下
几点因素: A、高温使酒精挥发过快、浓度降低,增加生产成本;过低的酒精浓度会抑制氧化铜的还原反应。
B、,。C,,导致结束语
在SCR铜杆连铸连轧生产线中,各点的温度对产品质量影响都非常大。我们重点应该围绕着熔化和浇铸过程中温度的控制,来展开SCR铜杆连铸连轧生产过程中对工艺的全面监控。
铸坯经轧制后表面残留的氧化物,在拉丝过程中以铜粉的形式表现出来。它对漆包线生产影响非常大,将使漆膜附着性下降塞漆模、产生漆瘤原的方法,℃以上才能,并需一定的时间,所以实际控制温度应在630一570℃之间。
与醇类反应时,醇先被氧化成醛,后被氧化成酸。
CuO(Cu2O)+2C2H5OH=Cu(2Cu)+
(上接61页)
6.结论
6.1 铜线坯质量特性可分为:产品质量
生产是保证使用质量和过程质量的重要因素之一;
6.3 合理的工艺过程及参数、严密的操作制度、设备的连续可靠运行和稳定生产过程是保证铜线坯过程质量的重要措施。缺少任何一个环节,都会影响铜线坯的质量;
6.4 积极采用新的科学方法和新材料对改进铜线坯的质量十分有益。如:新的材质轧辊、轧辊表面处理、新的还原剂等等。
特性和用户生产过程质量特性。产品质量特性是后续加工无法改变的,只有在铜线坯生产过程之中加以控制并确保符合规定的要求;
6.2 确保使用合格的原料是保证铜线
坯使用质量的关键。严格控制来料质量、品牌和合理的配料比,并确保加料场区的文明
・33・
铜加工2005年第3期(总第99期)
SCR连铸连轧铜杆生产线温度的控制
居敏刚 郭均华(海亮集团有限公司 311835)
摘 要:SCR低氧铜杆连铸连轧生产线工艺复杂,需控制的工艺参数较多,本文围绕SCR生产线温度控制展开分析和讨论,并提出对温度的控制措施和方法。关键词:SCR生产线、温度、分析、控制
前 言
目前,国内已投产的铜杆连铸连轧生产线中,以轮式连铸机为多,生产线工艺复杂,影响产品质量的因素也较多。新材料有限公司对SCR改进,本文针对SCR生产线中各点的温度展开分析,并在此基础上提出了对温度的控制措施和方法。
1.竖炉温度的控制1.1 炉口温度
Asarco竖炉具有高效、节能的特点,在铜
③量,,,。
.1.2.1 熔化温度对耐火材料的影响耐火材料是能承受高温下产生的物理化学作用的特殊材料。铜杆连铸连轧生产线使用的耐火材料,通常选用优质的碳化硅、氮化硅砖(SiC、Si3N4)或二者的结合材料,其主要化学成分和特性如表1、2。
竖炉的耐火材料,一般选用碳化硅、氮化硅砖(SiC、Si3N4)或二者的结合材料。碳化硅砖的表面通常用SiO2覆盖,防止高温下被氧化,但在使用过程中受到原料的摩擦和冲击会被损坏。
当竖炉内的温度高于1180℃时,碳化硅将会与CO2发生可逆反应:
SiC+CO2=SiO2+2C
杆连铸连轧生产线中已被普遍采用。在工作
过程中,通过炉口不断排出燃烧后的高温废气。在对竖炉的热平衡测试中发现,当炉口温度大于600℃时,废气带走的热量约占总热量的40%。而铜杆生产过程中燃气消耗占到生产成本的1/3～1/2,合理利用余热可有效降低生产成本。
①原料合理搭配,小批量、多批次加入。减少炉内空间,延长热气流路径和滞留时间,增加热量的对流传导和辐射换热面。
②确定合理的熔化量及炉内的温度梯度;控制好燃烧气氛(如废体中CO和H2的浓度),使可燃混合气体充分燃烧。・30・
当竖炉内的温度达到1500℃以上时,耐火材料表面的保护层SiO2将起以下反应:
SiO2+3C=SiC+2CO-148.5kcal,
因此在高温下,即使竖炉的燃烧气氛控制较好,但燃烧产生的高温也会损耗竖炉耐火材料,使铜液中存在大量的SiC和SiO2微细颗粒。
1.2.2 熔化温度对原料的影响
竖炉熔化过程中对温度的控制是实现金
表1 各种碳化硅砖的性能
性能
50
702.3～2.420～23160080～906.15
8.47SiC的含量/%
802.35～2.4517～201650
902.4～2.5518～24>170090～10010.56
12.76～15.0895～97(再结晶)2.2～2.8510～31>1700
体积浓度/g・cm-3
气孔率/%荷重软化点/℃耐压强度/MPa
导热率1000C/w・m-1・k-1
2.320150050～804.06
表2 氮化硅结合碳化硅砖的理化指标(YB4035-91)
项 目
DTZ-1
DTZ-214739.270202.0
指 标
显气孔率/%体积密度/g・cm-3常温耐压强度/MPa高温抗折强度(1400C)/MPa
SiC/%Si3N4/%Fe2(不大于)(不小于)(不小于))(不小于)(不大于)
176272211.5
表3 在1大气压下氢在铜中的溶解度 升/100kgCu
温度/℃溶解度
4000.06
5000.16
6000.30
7000.49
8000.72
9001.08
10001.58
11006.3
12008.1
130010.0
140011.8
150013.6
属铜发生物理和化学变化的必要条件。达到一定的温度,才能保证固态铜中各种元素的充分溶解。温度越高熔化速度越快。
但是较高的熔化温度不但耐火材料会发生热损耗,而且还使铜液在高温下溶入大量的气体。铜液中气体的溶解量与温度、时间成正比,当铜液温度大于1200℃时,100kg铜液中能溶解大于8升的气体(见表3)。标准阴极铜表面残留的CuSO4・5H2O,在高温下分解成有害的H2和SO2气体将溶入铜液中。增大受热面积或增大熔化的区域、提高热负荷是实现高速熔化的手段;在适当的温度下,获得较大的铜液流量是我们追求的目标。但过激地追求每个烧嘴的发热量来增加竖炉的总熔铜量,易使竖炉局部温度过高,加快耐火材料的损耗,因此需根据竖炉在理想条件下
的熔铜量来确定其产能。
2.浇铸温度的控制
浇铸过程中保持铸坯质量的连续、稳定是保证产品质量的重要因素,浇铸温度是其中的关键,将直接影响金属晶体的生长及热的对流和传导。
2.1 晶体的生长及热对流遵循的原则:
①在固定金属池中,晶体朝平行于散热方向生长;②若熔池中有对流存在,则它对向前延伸的液固界面产生剪切作用,而晶体将逆流而长;③一旦晶体生长方向形成,需有干扰,如剪力、气泡、一条等轴晶体等,才能改变此方向;④液固界面上的剪力可能从向前延伸的界面上剪去凝固金属碎片,使其成为等轴晶
・31・
的晶核。不管这些晶核是否依赖高温而残存于液态金属内。
⑤熔融金属温度越高,则越容易产生对流。型腔的高宽比值高,则热对流就强;比值低可抑制对流。
2.2 各温度区间铜液的结晶①当铜液浇铸温度低于1100℃时
纯金属的结晶温度区间较小,铜的导热率高,铜液由液态向固态的转变较快。较低的温度能使铜液在浇铸前析出部分高熔点的有害物质。浇铸温度越低铸坯显微结构越细,氧及其它杂质分布越均匀。
过低的铜液温度,流动性差、粘度高,严重阻碍了铜液中气体的逸出,铸坯中将滞留了20mm以下的气孔;由于过热度的不足,从而导致凝固过程中,等轴晶占优势。
②当铜液浇铸温度高于延长,,铸坯中。相互交错的晶枝间包容了过多高氧的共晶区,杂质和氧化铜颗粒也富集于此,杂质的偏析和热裂纹越明显,在轧制过程中产生更多开裂的倾向。当中心的凝固点大于180℃,铸坯将俘获更多未逸出的气体。
③SCR型轮式铸机浇铸温度在1130℃—1150℃之间时,可避免因温度的原因而导致的大部分铸造缺陷
。
3.出坯温度
SCR轮式连铸机出坯为上引式,铸坯的
温度过高导致完全凝固点处于高位,铜液可能发生倒流,一旦铸坯中心出现熔孔(见图1),这将是致命的。
高温状态的铸坯强度低,在出坯时较大的变形角度,使铸坯底部承受较大的应力,易造成开裂、产生裂纹;而温度过低将无法保证轧制温度。一般出坯温度控制在950℃-970℃为好。
4.铸轮、钢带温度
90-110℃。当,铸轮、钢带上的冷却水不易完全蒸发,破坏涂层的完整性和均匀性,在高温下汽化后被铜液吸入,并在铸坯表层形成疏松,这可能是铜粉剥离量较高的原因之一;当温度较高时,碳黑的表面附着力低,易被铜液冲刷而脱落,起不到相应的作用,还可能使铸坯夹杂
。
系列1为铸轮腔内壁的温度变化 系列2为铸轮外腔侧表面的温度变化
图2 铜液浇铸温度1132℃,脱模温度977℃,铸
轮腔高宽比1/1.5,冷却水进温度30℃、出水温度46℃。
5.铸坯入轧温度
紫铜具有良好的热塑性。但铸坯入轧温
图1 出坯温度1003℃时铸坯中心出现熔孔
度高于890℃时,热塑性将转变成热脆性,在轧制时出现开裂的倾向。因此在810-
・32・
850℃之间,可获得较好的热塑性,能避免出2H2O+2C2H4O
CuO(Cu2O)+2C2H4O=Cu(2Cu)+2CH3COOH
现热脆性。
当铸坯中包含了相对较多的高熔点化合物时,将入轧温度适当提高,反而有助于减少这些杂质对产品质量的影响。
较高的轧制温度易产生前滑现象,导致线径偏小、易堵杆、拉坯;较低的轧制温度易产生后滑现象,凸起的飞边被压入铜杆表层,将导致折叠、皱边等缺陷;当轧制平衡被打破,秒体积流量严重不均,轧件将存在内部的开裂或裂纹。
6.铜杆出轧与收线温度
收线温度的控制主要是考虑将铜杆表面雾状水溶性保护蜡烘干,防止铜杆表面被氧化。
7.乳化液与酒精溶液的温度需考虑以下
几点因素: A、高温使酒精挥发过快、浓度降低,增加生产成本;过低的酒精浓度会抑制氧化铜的还原反应。
B、,。C,,导致结束语
在SCR铜杆连铸连轧生产线中,各点的温度对产品质量影响都非常大。我们重点应该围绕着熔化和浇铸过程中温度的控制,来展开SCR铜杆连铸连轧生产过程中对工艺的全面监控。
铸坯经轧制后表面残留的氧化物,在拉丝过程中以铜粉的形式表现出来。它对漆包线生产影响非常大,将使漆膜附着性下降塞漆模、产生漆瘤原的方法,℃以上才能,并需一定的时间,所以实际控制温度应在630一570℃之间。
与醇类反应时,醇先被氧化成醛,后被氧化成酸。
CuO(Cu2O)+2C2H5OH=Cu(2Cu)+
(上接61页)
6.结论
6.1 铜线坯质量特性可分为:产品质量
生产是保证使用质量和过程质量的重要因素之一;
6.3 合理的工艺过程及参数、严密的操作制度、设备的连续可靠运行和稳定生产过程是保证铜线坯过程质量的重要措施。缺少任何一个环节,都会影响铜线坯的质量;
6.4 积极采用新的科学方法和新材料对改进铜线坯的质量十分有益。如:新的材质轧辊、轧辊表面处理、新的还原剂等等。
特性和用户生产过程质量特性。产品质量特性是后续加工无法改变的,只有在铜线坯生产过程之中加以控制并确保符合规定的要求;
6.2 确保使用合格的原料是保证铜线
坯使用质量的关键。严格控制来料质量、品牌和合理的配料比,并确保加料场区的文明
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