浅谈TP2铜管⽔平连铸操作过程控制
浅谈TP2铜管⽔平连铸操作过程控制
浙江海亮股份有限公司俞国强周俊芳王云龙新型盘扣式脚手架
⽔平连铸是铸轧法⽣产铜管的⾮常重要的环节。随着原材料电解铜价格飞涨，各个企业都感受到前所未有的成本压⼒。⽔平连铸质量不好，那么在后续⾏星轧制将很难⽣产优质产品，另外⽔平连铸好坏与操作者的技术⽔平有相当⼤的关系，因此提⾼⽔平连铸的操作⽔平就显得尤为重要。本⽂将就TP2⽔平连铸铜管的操作⽅⾯需要注意的问题进⾏探讨。
⽬前⽤于⽔平连铸⽣产铜管的连铸机有很多形式，但就组成来讲都是基本相同，不外乎由以下⼏个部分组成（见图1）。炉体⽀撑设备(电炉炉体)、结晶器及冷却装置，铜管坯夹持设备及拉坯设备；定尺带锯切割设备。 图 1 ⽔平连铸铜管设备结构图图 2 引锭头安装⽰意图
连铸机运⾏好坏与操作者的操作密切相关。掌握正确的操作⽅法，学会常见故障的处理，这对⽔平连铸铜管的正常⽣产、提⾼连铸作业率和质量是⾄关重要的。
1 浇注前检查
从理论上来讲⽔平连铸可以浇铸⽆限长的铜管，但是由于⼯模具质量的限制造成连铸⼀定时间必须要更换铸造模具，因此每次更换模具后必须进⾏浇铸前的检查。 ⽔平连铸作业由于浇铸作业前应从以下⼏个⽅⾯进⾏重点检查
1.1 了解熔化炉和保温炉内铜⽔准备情况。
对浇铸前铜⽔的化学成分进⾏光谱分析，由于光谱仪及取样位置存在误差，难免造成测量误差，因为国家标准中对磷含量有严格控制在（0.15～0.40）之间的要求。如果将公差范围缩⼩到(0.23～0.32)之间。那么最终产品的化学成分都是合格产品。
1.2 检查熔化炉和保温炉内铜⽔液⾯的⾼度，由于刚开始铸造，保温炉内铜⽔超过铸模上部15 厘⽶，这样可以保证开始铸造时的静压⼒，另⼀⽅⾯如果出现漏铜事故可以快速处理，当铸造稳定后熔化炉加料，逐渐提⾼液⾯⾼度。
1.3 检查熔化炉与保温炉覆盖保护剂渣是否符合⼯艺要求。
⽔平连铸铜管熔化炉采⽤经过烘⼲的⽊炭覆盖，保温炉采⽤⽚状⽯墨做为覆盖剂。覆盖保护主要⽬的是防⽌铜⽔与外界空⽓相接触，铜⽔在1140℃时极易吸收空⽓中的
⽔分，这些⽔分经过⾼温会分解成氢⽓和氧⽓，在浇铸出来的铜管
断⾯产⽣⽓孔等缺陷。
1.4 检查浇铸模具是否达到⼯艺要求。
在配模完毕后必须对⼀次冷却⽔套进⾏⽔压试验，检验耐⾼温橡胶圈密封情况，当这个橡胶圈密封出现问题，⼀次冷却⽔会落⼊铜⽔中造成爆炸事故。
1.5 检查⼀次冷却⽔、⼆次冷却⽔、线圈⽔套冷却⽔使⽤是否正常，是否达到⼯艺要求压⼒。
等温正火退火炉
在⽣产实践中发现⼤约85%的漏铜事故是与冷却⽔出现问题有关，当浇铸冷却⽔突然变⼩，这样就降低冷却强度，通过⼀次冷却后的管坯处于红热状态直接进⼊⼆次⽔冷，由于体收缩强度过⼤，可能会将管坯拉裂造成漏铜事故。
1.6 检查⽔平连铸牵引机是否按照设定程序进⾏动作。
由于⽔平连铸机构采⽤计算机辅助操作，计算机按照事先设定好的程序⼯作。但是这些程序没有事先固化在系统中，为监视⼯艺操作，需要定时使⽤优盘对系统内部数据库进⾏存取，这样就会使操作系统带⼊计算机病毒，⽽牵引机⼚家提供操作系统没有杀毒软件，当计算机操作系统被病毒感染后，就会出现设定程序紊乱。因此在必要的情况下对引锭杆进⾏模拟试车来检查连
铸设备运⾏情况。
1.7 检查各种控制、监视、长度测量系统是否正常⼯作。
1.8 检查带锯锯齿磨损情况，以及液压机构，润滑系统⼯作情况。
1.9 检查引锭头安装
每次换模后在浇注之前都要进⾏引锭头的安装操作。将表⾯残留铜屑清理⼲净的引锭头插⼈结晶器，
对于潮湿的引锭杆要⽤压缩空⽓吹⼲或烘⼲。引锭头的空⼼部分要伸结晶器底部。为防⽌铜液外漏以及铸锭偏⼼，引锭头空⼼部分和结晶器壁之间的缝隙必须⼤⼩均匀。填好后引锭杆头部决不能下滑，等待浇铸。
将新更换的模具⼀定要进⾏烘烤，确认模具与炉体之间的结合⾯料均已经⼲燥后，可以放下炉体，以保证铜⽔与引锭头头部紧密相接，为下⼀步启铸做准备。
2 启铸过程控制要点
当以上浇铸前检查完成后，⽴即打开⼀次冷却循环⽔，⽬的在于防⽌将耐⾼温橡胶圈融化。接到启铸命令后，⾸先将熔化炉电压接到全压位置，提⾼保温炉内铜⽔温度，当加热温度达到1180℃，打开牵引机构，设定低速牵引，在牵引过程密切关注铜与引锭头结合情况，当确认铜与引锭头完全结合后，打开⼆次冷却⽔，将⼀次冷却⽔压调⼤，加速铸锭冷却成型。随着引锭头全部通过牵引机后，锁紧牵引机构传动，使牵引滚轮直接对铜管铸锭进⾏牵引，调整牵引机构速度，按照“进——停——退”⼯艺进⾏铸造。将熔化炉电压设定到保温状态，熔化炉加料进⾏降温，当保温炉热电偶显⽰温度已经降到1130℃，调整⼀次冷却，⼆次冷却⽔压⼒，保证回⽔温度处于35℃，开始进⾏正常浇铸。 2.1 启铸过程应该注意的问题
开浇到启铸拉坯的时间(称启铸时间)对保证不发⽣启铸漏铜⼗分重要。“启铸时间”的长短因引锭头与铜液结合程度有密切关系，因此注流的控制显得⼗分重要。在⽯墨结
晶器外部铜液⾯周围形成的⼤的渣壳⼀定要扒除。不要把铜棍伸保温炉铜液中去，避免铜液⾯上有任何操作，同时满⾜“启铸时间”的规定时，即可按动启铸拉铸按钮，此时拉坯、喷淋⽔等系统开始运⾏，计算和监控系统也都开始⼯作。从启铸拉速到规定的正常拉速，必须缓慢地按规定的增速要求来调整。此时也必须相应⽤⼿动调节注流量，当达规定的正常拉速后，即可转⼊⾃动控制。
2.1.2 保证保温炉内液⾯平衡是保证铸坯质量和安全运⾏的重要条件。如果铜液⾯位置变化太⼤，会造成凝固过程混乱，同时不利在⽯墨结晶器内壁和管坯间形成外观均匀的锭坯，也不利于排除⽓体，会使铸坯产⽣环状凹陷（冷隔），造成铜管表⾯结疤。严重时会导致漏铜，液⾯太⾼也会烧坏铜管顶部与⽔套间的密封，甚⾄产⽣结晶器漏铜。
3 浇铸过程控制点挂包钩
3.1 液⽳深度的控制
⽔平连铸TP2 铜管在结晶器内冷凝成型（见图3），95%凝固潜热由冷却⽔带⾛，⼆次冷却占到这部分的75%，因此冷却⽔在⼀次冷却器内循环流动是维持结晶器正常⼯作是形成⼀定的凝固坯壳的必要条
件。从铜液进⼊结晶器时起到管坯冷却，先后受到两次冷却作⽤，即⼀次冷却和⼆次冷却，管坯凝固后，它本⾝也要传导和放出⼀部分热量，从⽔平连铸铜管冷却曲线可以看到从液⾯到液⽳底部的距离称为液⽳深度，其冷却强度可以在液⽳深度上进⾏控制，液⽳深，铜液内冷凝过程铸锭容易产⽣⽓孔，夹杂，缩孔，裂纹等缺陷(见图4)，也不利于补缩，进⽽恶化铸造管坯的质量，因此为提⾼铸造TP2 铜管质量有必要对液⽳深度进⾏控制。
图3 铜管坯冷却⽰意图图4 管坯端⾯⽓孔图⽚
在⼀次冷却、⼆次冷却和管坯向周围的热散失三个渠道中，⼀次冷却主要起到形成⼀层凝固外壳的作⽤，⼀次冷却⽔流量越⼤，带⾛的热量越多，当铸锭凝固时产⽣了体收缩，使得结晶器内壁与铜铸锭
之间产⽣空⽓间隙，从⽽限制热传导，再增⼤⽔流量也不会使散热量增加，根据冷却⽅程可知，液⽳越浅，表⽰结晶⽅向越接近单向结晶，即液相与固相的分界⾯越平坦。当铸锭体收缩完成之后，⽴即受到来⾃⼆次冷却段强烈地⼆次⽔冷作⽤，结晶过程继续向铸锭内部发展，直到管坯断⾯完全凝固，⼆次冷却的⽬的是在铸坯离开结晶器后，继续对铸坯进⾏冷却，直到完全凝固，然⽽⼀些固有的限制因素制约了凝固进程，如铸坯内部的热传导，喷淋⽔的冷却效率等，⼦区段，⼆次冷却⽔通过喷嘴后直接喷淋在铸坯表⾯上，⼀般情况下⼆冷区
的喷⽔量从结晶器出⼝开始沿
着拉坯⽅向逐渐减少，⽽铸坯表⾯也沿着拉坯⽅向稳定地降低。⼆冷区的散热主要依赖铸坯壳内部热流的传导。在⼀定限度内，通过增⼤坯壳内部和外部的温度梯度可增加坯壳的散热。但过量的冷却⽔会导致坯壳内部的温度梯度过⼤，在坯壳内引起局部热应⼒⽽产向逐渐减少，⽽铸坯表⾯也沿着拉坯⽅向稳定地降低。⼆冷区的散热主要依赖铸坯壳内部热流的传导。在⼀定限度内，通过增⼤坯壳内部和外部的温度梯度可增加坯壳的散热。但过量的冷却⽔会导致坯壳内部的温度梯度过⼤，在坯壳内引起局部热应⼒⽽产⽣内部和表⾯裂纹。所以⼆次冷却不能太强但必须均匀冷却，防⽌局部过热。
根据测算，⼆次冷却导出热量占到⾦属冷凝全部过程散热的70---80%，⼆次冷却⽔量越⼤，⽔温越低，带⾛热量越多，液⽳越浅平。对于⽔平连铸过程中根据冷却曲线可推出关于液⽳深度的⽅程；
公式1
其中h --液⽳深度（⽶）
Q --铜的潜热（千卡/千克）
γ--铜的⽐重（千克/⽶3）
B --铜管坯壁厚尺⼨⽶
V --⽔平连铸速度（⽶·\u26102X）
摄像机外壳λ--铜的导热系数（千卡/⽶·\u26102X）
T3 --浇铸温度（℃）
T2--⼆次冷却⽔通过⽔量（⽴⽅⽶/⼩时）
T1--次冷却⽔通过⽔量（⽴⽅⽶/⼩时）
β---修正系数
从公式1，可以得到如下结论：
1、液⽳深度与浇铸温度、⼀次冷却⽔量管坯壁厚，拉铸速度成正⽐。
2、与⼆次冷却⽔通过量成反⽐。
另外从对流传热的原理可知，流体呈层流状态，其热交换条件差，热传递效果不好。因此冷却⽔在结晶器内的流动必须呈强制的紊流运动。
考虑到结晶器的冷却效率，重要的是流动也不能中断。否则会引起局部过热。因此要求结晶器冷却⽔能均匀地分配在结晶器管的周围。实践证明冷却⽔在⽔缝隙中的流速超过0.3MPa 时就能保证⽔流的连续性。这也是当前⼯艺⽔平所必须的。研究结果表明：范围内结晶器铜壁的温度随冷却⽔流速的降低⽽升⾼。当⽔流速度不⾜0.2MPa 时，
结晶器⾼温范围内铜壁处冷却⽔有沸腾现象。这种现象还与冷却铜套壁厚、铜⽔浇
铸温度、⽚状⽯墨粉性能、⽯墨结晶器锥度等有很⼤关系。
3.2 拉速控制
⽔平连铸铜管⼀般采⽤“拉--停--退” ，“拉--停”两种⼯艺，铜管⽔平连铸机常采⽤预先设定固定拉速⼯艺，即正常拉铜时，不允许改变设定的拉速，并由⾃动化系统和计算机系统执⾏。拉坯速度的频繁变化，会造成凝固过程的频繁改变，液⽳前后移动，使铸坯凝固组织恶化，严重影响铸坯质量，这也是造成漏铜事故的原因之⼀。当铸造铜管坯在成型过程检查发现外表⾯出现较深地横向裂纹，以及铸造管坯内孔尺⼨不符合⼯艺要求时必须对拉速进⾏调整。
拉速的快速改变只有在出现故障时才能采⽤。在连铸过程中，拉速也必须保持平稳，这是稳定浇注的前提，也是保持结晶器液⾯稳定的先决条件。如果拉速改变，⼆次冷却区的冷却⽔量也要做相应的调整。控制拉坯速度的操作⼈员应和连铸各⼯位的操作员⼈员随时保持联系。如果浇铸平台上出现任何⾮常情况需要改变浇注速度时，必须及时通知相关⼈员做各种相应的调整操作对于开浇、换模和浇注结束等操作不同铜⽔温度下的拉坯速度其拉速变化都要预先制定好拉速变化曲线，以供现场操作⼈员使⽤，并且将各种情况需要采取的措施对⽣产操作⼈员进⾏培训。
3.3 浇铸温度控制保温炉
在⼀般情况下，较⾼的铸造温度对改善铸锭表⾯质量是有利的，但是铸造温度过⾼，不仅会引起铜液⼤量吸⽓和氧化，⽽且在
铸造过程还会导致液⽳加深，液固过渡区变⼤，铸锭表⾯和内部温差增⼤，等弊病，对保证铸造管坯
的内部质量不利。较低铸造温度，除有利于杜绝以上弊病，还有利于细化晶粒，加快铸造速度等，然⽽过低铸造温度容易将⽯墨结晶器堵塞，过低铸造温度容易使管坯⼀冷外壳成型过早，在⽯墨套内表⾯产⽣纵向拉痕，并且引起管坯表⾯产⽣夹杂、冷隔、拉裂等缺陷。实践中在确认浇铸正常后，⼀般把保温炉温度调整到1140℃时即达到液相线以上50℃为最佳温度。造成浇铸温度变化的主要因素有以下⽅⾯：
3.3.1 加料过程是否均匀稳定
电解铜加⼊熔化炉中会吸收铜⽔的热量，降低浇铸温度，如果加料过程不均匀，连续加⼊多块电解铜，会显著降低保温炉内铜⽔的浇铸温度，因此要按照加料⼯艺均匀加⼊电解铜。
3.3.2 回料数量
⼤部分回料都是拉伸过程的断管组成，这些短料经过打包机打包压缩制成，压缩后的打包回料空隙远⼤于电解铜板，这些回料加⼊熔化炉后熔化速度远远⼩于电解铜板的熔化速度。回料加⼊会造成浇铸温度上下波动。
3.3.3 牵引机设定程序
牵引机牵引速度越快，从保温炉铜熔体内带⾛的热量就越多，如果熔化炉加料过快，
炉体内的熔体温度会下降，也能引起浇铸温度的波动。
市政隔离栏
3.3.4 熔化炉熔化电压是否稳定
⽔平连铸TP2 铜管采⽤的熔化炉采⽤双熔沟电流控制，将两个熔沟调整有⼀定差距的电流，有利于两条熔沟内温度起伏加强熔化炉内铜液流动，均匀浇铸温度
3.3.5 结束语
本⽂就TP2 ⽔平连铸铜管的操作⽅⾯需要注意的问题进⾏探讨，⽬的提⾼⽔平连铸铜管的质量。由于本⼈⽔平有限，错误在所难免，有不到的地⽅请各位专家指正。
参考⽂献：
[1] 马宗理，张⾦利，李德富．等．空调制冷铜管使⽤中的若⼲问题[J]．制冷与空调，2003，3(4)：66--67．
[2]陈存中主编有⾊⾦属熔炼与铸锭冶⾦⼯业出版社1988 年
[3] 周⽂龙，许沂，张⼠宏，等．铸轧法与挤压法⽣产紫铜管组织和性能对⽐分析[J]．锻压装备与制造技术，2004．(1)：34—37．
[4]中国有⾊⾦属加⼯协会，有⾊⾦属加⼯科技成果交流资料汇编，中国有⾊⾦属加⼯协会出版1982
[5] 王乐俊．铜管⽣产的⼯艺及其特点[J]上海有⾊⾦属，1999.20 (1)：22—25．
[6] 洪正军．铸轧法在铜盘管加⼯⼯艺中的应⽤[J]．湖南冶⾦，2004，32(5)：39--4
(以上信息来源于《铜加⼯研究》)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议