淺談TP2銅管水平連鑄操作過(guò)程控制

1、淺談TP2銅管水平連鑄操作過(guò)程控制浙江海亮股份有限公司 俞國(guó)強(qiáng) 周俊芳 王云龍水平連鑄是鑄軋法生產(chǎn)銅管的非常重要的環(huán)節(jié)。隨著原材料電解銅價(jià)格飛漲，各個(gè)企業(yè)都感受到前所未有的成本壓力。水平連鑄質(zhì)量不好，那么在后續(xù)行星軋制將很難生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，另外水平連鑄好壞與操作者的技術(shù)水平有相當(dāng)大的關(guān)系，因此提高水平連鑄的操作水平就顯得尤為重要。本文將就 TP2水平連鑄銅管的操作方面需要注意的問(wèn)題進(jìn)行探討。目前用于水平連鑄生產(chǎn)銅管的連鑄機(jī)有很多形式，但就組成來(lái)講都是基本相同，不外乎由以下幾個(gè)部分組成（見(jiàn)圖 1）。爐體支撐設(shè)備(電爐爐體)、結(jié)晶器及冷卻裝置，銅管坯夾持設(shè)備及拉坯設(shè)備;定尺帶鋸切割設(shè)備。 圖 1 水

2、平連鑄銅管設(shè)備結(jié)構(gòu)圖 圖 2 引錠頭安裝示意圖連鑄機(jī)運(yùn)行好壞與操作者的操作密切相關(guān)。掌握正確的操作方法，學(xué)會(huì)常見(jiàn)故障的處理，這對(duì)水平連鑄銅管的正常生產(chǎn)、提高連鑄作業(yè)率和質(zhì)量是至關(guān)重要的。 1 澆注前檢查從理論上來(lái)講水平連鑄可以澆鑄無(wú)限長(zhǎng)的銅管，但是由于工模具質(zhì)量的限制造成連鑄一定時(shí)間必須要更換鑄造模具，因此每次更換模具后必須進(jìn)行澆鑄前的檢查。水平連鑄作業(yè)由于澆鑄作業(yè)前應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)檢查 1.1 了解熔化爐和保溫爐內(nèi)銅水準(zhǔn)備情況。 對(duì)澆鑄前銅水的化學(xué)成分進(jìn)行光譜分析，由于光譜儀及取樣位置存在誤差，難免造成測(cè)量誤差 ， 因?yàn)閲?guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)磷含量有嚴(yán)格控制在（0.150.40）之間的要求。如

3、果將公差范圍縮小到(0.230.32)之間。那么最終產(chǎn)品的化學(xué)成分都是合格產(chǎn)品。1.2 檢查熔化爐和保溫爐內(nèi)銅水液面的高度，由于剛開(kāi)始鑄造，保溫爐內(nèi)銅水超過(guò)鑄模上部 15 厘米，這樣可以保證開(kāi)始鑄造時(shí)的靜壓力，另一方面如果出現(xiàn)漏銅事故可以快速處理，當(dāng)鑄造穩(wěn)定后熔化爐加料，逐漸提高液面高度。 1.3 檢查熔化爐與保溫爐覆蓋保護(hù)劑渣是否符合工藝要求。 水平連鑄銅管熔化爐采用經(jīng)過(guò)烘干的木炭覆蓋，保溫爐采用片狀石墨做為覆蓋劑。覆蓋保護(hù)主要目的是防止銅水與外界空氣相接觸，銅水在 1140時(shí)極易吸收空氣中的水分，這些水分經(jīng)過(guò)高溫會(huì)分解成氫氣和氧氣，在澆鑄出來(lái)的銅管斷面產(chǎn)生氣孔等缺陷。1.4 檢查澆鑄模具是

4、否達(dá)到工藝要求。在配模完畢后必須對(duì)一次冷卻水套進(jìn)行水壓試驗(yàn)，檢驗(yàn)?zāi)透邷叵鹉z圈密封情況，當(dāng)這個(gè)橡膠圈密封出現(xiàn)問(wèn)題，一次冷卻水會(huì)落入銅水中造成爆炸事故。 1.5 檢查一次冷卻水、二次冷卻水、線圈水套冷卻水使用是否正常，是否達(dá)到工藝要求壓力。在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)大約 85%的漏銅事故是與冷卻水出現(xiàn)問(wèn)題有關(guān)，當(dāng)澆鑄冷卻水突然變小，這樣就降低冷卻強(qiáng)度，通過(guò)一次冷卻后的管坯處于紅熱狀態(tài)直接進(jìn)入二次水冷，由于體收縮強(qiáng)度過(guò)大，可能會(huì)將管坯拉裂造成漏銅事故。1.6 檢查水平連鑄牽引機(jī)是否按照設(shè)定程序進(jìn)行動(dòng)作。 由于水平連鑄機(jī)構(gòu)采用計(jì)算機(jī)輔助操作，計(jì)算機(jī)按照事先設(shè)定好的程序工作。但是這些程序沒(méi)有事先固化在系統(tǒng)中，為監(jiān)

5、視工藝操作，需要定時(shí)使用優(yōu)盤(pán)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取，這樣就會(huì)使操作系統(tǒng)帶入計(jì)算機(jī)病毒，而牽引機(jī)廠家提供操作系統(tǒng)沒(méi)有殺毒軟件，當(dāng)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)被病毒感染后，就會(huì)出現(xiàn)設(shè)定程序紊亂。因此在必要的情況下對(duì)引錠桿進(jìn)行模擬試車來(lái)檢查連鑄設(shè)備運(yùn)行情況。 1.7 檢查各種控制、監(jiān)視、長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)是否正常工作。 1.8 檢查帶鋸鋸齒磨損情況，以及液壓機(jī)構(gòu)，潤(rùn)滑系統(tǒng)工作情況。 1.9 檢查引錠頭安裝每次換模后在澆注之前都要進(jìn)行引錠頭的安裝操作。將表面殘留銅屑清理干凈的引錠頭插人結(jié)晶器，對(duì)于潮濕的引錠桿要用壓縮空氣吹干或烘干。引錠頭的空心部分要伸結(jié)晶器底部。為防止銅液外漏以及鑄錠偏心，引錠頭空心部分和結(jié)晶器壁之間

6、的縫隙必須大小均勻。填好后引錠桿頭部決不能下滑，等待澆鑄。 將新更換的模具一定要進(jìn)行烘烤，確認(rèn)模具與爐體之間的結(jié)合面料均已經(jīng)干燥后，可以放下?tīng)t體，以保證銅水與引錠頭頭部緊密相接，為下一步啟鑄做準(zhǔn)備。2 啟鑄過(guò)程控制要點(diǎn)當(dāng)以上澆鑄前檢查完成后，立即打開(kāi)一次冷卻循環(huán)水，目的在于防止將耐高溫橡膠圈融化。接到啟鑄命令后，首先將熔化爐電壓接到全壓位置，提高保溫爐內(nèi)銅水溫度，當(dāng)加熱溫度達(dá)到1180，打開(kāi)牽引機(jī)構(gòu)，設(shè)定低速牽引，在牽引過(guò)程密切關(guān)注銅與引錠頭結(jié)合情況，當(dāng)確認(rèn)銅與引錠頭完全結(jié)合后，打開(kāi)二次冷卻水，將一次冷卻水壓調(diào)大，加速鑄錠冷卻成型。隨著引錠頭全部通過(guò)牽引機(jī)后，鎖緊牽引機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，使?fàn)恳凉L輪直接對(duì)

7、銅管鑄錠進(jìn)行牽引，調(diào)整牽引機(jī)構(gòu)速度，按照“進(jìn)停退”工藝進(jìn)行鑄造。將熔化爐電壓設(shè)定到保溫狀態(tài)，熔化爐加料進(jìn)行降溫，當(dāng)保溫爐熱電偶顯示溫度已經(jīng)降到 1130，調(diào)整一次冷卻，二次冷卻水壓力，保證回水溫度處于 35，開(kāi)始進(jìn)行正常澆鑄。 2.1 啟鑄過(guò)程應(yīng)該注意的問(wèn)題 開(kāi)澆到啟鑄拉坯的時(shí)間(稱啟鑄時(shí)間)對(duì)保證不發(fā)生啟鑄漏銅十分重要。“啟鑄時(shí)間”的長(zhǎng)短因引錠頭與銅液結(jié)合程度有密切關(guān)系，因此注流的控制顯得十分重要。在石墨結(jié)晶器外部銅液面周圍形成的大的渣殼一定要扒除。不要把銅棍伸保溫爐銅液中去，避免銅液面上有任何操作，同時(shí)滿足“啟鑄時(shí)間”的規(guī)定時(shí)，即可按動(dòng)啟鑄拉鑄按鈕，此時(shí)拉坯、噴淋水等系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，計(jì)算和監(jiān)

8、控系統(tǒng)也都開(kāi)始工作。從啟鑄拉速到規(guī)定的正常拉速，必須緩慢地按規(guī)定的增速要求來(lái)調(diào)整。此時(shí)也必須相應(yīng)用手動(dòng)調(diào)節(jié)注流量，當(dāng)達(dá)規(guī)定的正常拉速后，即可轉(zhuǎn)入自動(dòng)控制。2.1.2 保證保溫爐內(nèi)液面平衡是保證鑄坯質(zhì)量和安全運(yùn)行的重要條件。如果銅液面位置變化太大，會(huì)造成凝固過(guò)程混亂，同時(shí)不利在石墨結(jié)晶器內(nèi)壁和管坯間形成外觀均勻的錠坯，也不利于排除氣體，會(huì)使鑄坯產(chǎn)生環(huán)狀凹陷（冷隔），造成銅管表面結(jié)疤。嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致漏銅，液面太高也會(huì)燒壞銅管頂部與水套間的密封，甚至產(chǎn)生結(jié)晶器漏銅。 3 澆鑄過(guò)程控制點(diǎn)3.1 液穴深度的控制水平連鑄 TP2 銅管在結(jié)晶器內(nèi)冷凝成型（見(jiàn)圖 3），95%凝固潛熱由冷卻水帶走，二次冷卻占到這

9、部分的 75%，因此冷卻水在一次冷卻器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)是維持結(jié)晶器正常工作是形成一定的凝固坯殼的必要條件。從銅液進(jìn)入結(jié)晶器時(shí)起到管坯冷卻，先后受到兩次冷卻作用，即一次冷卻和二次冷卻，管坯凝固后，它本身也要傳導(dǎo)和放出一部分熱量，從水平連鑄銅管冷卻曲線可以看到從液面到液穴底部的距離稱為液穴深度，其冷卻強(qiáng)度可以在液穴深度上進(jìn)行控制，液穴深，銅液內(nèi)冷凝過(guò)程鑄錠容易產(chǎn)生氣孔，夾雜，縮孔，裂紋等缺陷(見(jiàn)圖 4)，也不利于補(bǔ)縮，進(jìn)而惡化鑄造管坯的質(zhì)量，因此為提高鑄造 TP2 銅管質(zhì)量有必要對(duì)液穴深度進(jìn)行控制。 圖 3 銅管坯冷卻示意圖 圖 4 管坯端面氣孔圖片 在一次冷卻、二次冷卻和管坯向周圍的熱散失三個(gè)渠道中，

10、一次冷卻主要起到形成一層凝固外殼的作用，一次冷卻水流量越大，帶走的熱量越多，當(dāng)鑄錠凝固時(shí)產(chǎn)生了體收縮，使得結(jié)晶器內(nèi)壁與銅鑄錠之間產(chǎn)生空氣間隙，從而限制熱傳導(dǎo)，再增大水流量也不會(huì)使散熱量增加，根據(jù)冷卻方程可知，液穴越淺，表示結(jié)晶方向越接近單向結(jié)晶，即液相與固相的分界面越平坦。當(dāng)鑄錠體收縮完成之后，立即受到來(lái)自二次冷卻段強(qiáng)烈地二次水冷作用，結(jié)晶過(guò)程繼續(xù)向鑄錠內(nèi)部發(fā)展，直到管坯斷面完全凝固，二次冷卻的目的是在鑄坯離開(kāi)結(jié)晶器后，繼續(xù)對(duì)鑄坯進(jìn)行冷卻，直到完全凝固，然而一些固有的限制因素制約了凝固進(jìn)程，如鑄坯內(nèi)部的熱傳導(dǎo)，噴淋水的冷卻效率等，子區(qū)段，二次冷卻水通過(guò)噴嘴后直接噴淋在鑄坯表面上，一般情況下二冷

11、區(qū)的噴水量從結(jié)晶器出口開(kāi)始沿著拉坯方向逐漸減少，而鑄坯表面也沿著拉坯方向穩(wěn)定地降低。二冷區(qū)的散熱主要依賴鑄坯殼內(nèi)部熱流的傳導(dǎo)。在一定限度內(nèi)，通過(guò)增大坯殼內(nèi)部和外部的溫度梯度可增加坯殼的散熱。但過(guò)量的冷卻水會(huì)導(dǎo)致坯殼內(nèi)部的溫度梯度過(guò)大，在坯殼內(nèi)引起局部熱應(yīng)力而產(chǎn)向逐漸減少，而鑄坯表面也沿著拉坯方向穩(wěn)定地降低。二冷區(qū)的散熱主要依賴鑄坯殼內(nèi)部熱流的傳導(dǎo)。在一定限度內(nèi)，通過(guò)增大坯殼內(nèi)部和外部的溫度梯度可增加坯殼的散熱。但過(guò)量的冷卻水會(huì)導(dǎo)致坯殼內(nèi)部的溫度梯度過(guò)大，在坯殼內(nèi)引起局部熱應(yīng)力而產(chǎn)生內(nèi)部和表面裂紋。所以二次冷卻不能太強(qiáng)但必須均勻冷卻，防止局部過(guò)熱。 根據(jù)測(cè)算，二次冷卻導(dǎo)出熱量占到金屬冷凝全部過(guò)程

12、散熱的 70-80%，二次冷卻水量越大，水溫越低，帶走熱量越多，液穴越淺平。對(duì)于水平連鑄過(guò)程中根據(jù)冷卻曲線可推出關(guān)于液穴深度的方程；公式 1 其中 h -液穴深度 （米） Q -銅的潛熱 （千卡/千克）-銅的比重 （千克/米3）B -銅管坯壁厚尺寸 米 V -水平連鑄速度 （米·u26102X） -銅的導(dǎo)熱系數(shù) （千卡/米·u26102X） T3 -澆鑄溫度 （） T2-二次冷卻水通過(guò)水量（立方米/小時(shí)） T1-次冷卻水通過(guò)水量（立方米/小時(shí)） -修正系數(shù) 從公式 1，可以得到如下結(jié)論：1、 液穴深度與澆鑄溫度、一次冷卻水量管坯壁厚，拉鑄速度成正比。 2、與二次冷卻水通過(guò)量

13、成反比。 另外從對(duì)流傳熱的原理可知，流體呈層流狀態(tài)，其熱交換條件差，熱傳遞效果不好。因此冷卻水在結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)必須呈強(qiáng)制的紊流運(yùn)動(dòng)。 考慮到結(jié)晶器的冷卻效率，重要的是流動(dòng)也不能中斷。否則會(huì)引起局部過(guò)熱。因此要求結(jié)晶器冷卻水能均勻地分配在結(jié)晶器管的周圍。實(shí)踐證明冷卻水在水縫隙中的流速超過(guò) 0.3MPa 時(shí)就能保證水流的連續(xù)性。這也是當(dāng)前工藝水平所必須的。研究結(jié)果表明:范圍內(nèi)結(jié)晶器銅壁的溫度隨冷卻水流速的降低而升高。當(dāng)水流速度不足0.2MPa 時(shí)，結(jié)晶器高溫范圍內(nèi)銅壁處冷卻水有沸騰現(xiàn)象。這種現(xiàn)象還與冷卻銅套壁厚、銅水澆鑄溫度、片狀石墨粉性能、石墨結(jié)晶器錐度等有很大關(guān)系。 3.2 拉速控制 水平連鑄

14、銅管一般采用“拉-停-退” ，“拉-?！眱煞N工藝，銅管水平連鑄機(jī)常采用預(yù)先設(shè)定固定拉速工藝，即正常拉銅時(shí)，不允許改變?cè)O(shè)定的拉速，并由自動(dòng)化系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行。拉坯速度的頻繁變化，會(huì)造成凝固過(guò)程的頻繁改變，液穴前后移動(dòng)，使鑄坯凝固組織惡化，嚴(yán)重影響鑄坯質(zhì)量，這也是造成漏銅事故的原因之一。當(dāng)鑄造銅管坯在成型過(guò)程檢查發(fā)現(xiàn)外表面出現(xiàn)較深地橫向裂紋，以及鑄造管坯內(nèi)孔尺寸不符合工藝要求時(shí)必須對(duì)拉速進(jìn)行調(diào)整。 拉速的快速改變只有在出現(xiàn)故障時(shí)才能采用。在連鑄過(guò)程中，拉速也必須保持平穩(wěn)，這是穩(wěn)定澆注的前提，也是保持結(jié)晶器液面穩(wěn)定的先決條件。如果拉速改變，二次冷卻區(qū)的冷卻水量也要做相應(yīng)的調(diào)整?？刂评魉俣鹊牟僮?/p>

15、人員應(yīng)和連鑄各工位的操作員人員隨時(shí)保持聯(lián)系。如果澆鑄平臺(tái)上出現(xiàn)任何非常情況需要改變澆注速度時(shí)，必須及時(shí)通知相關(guān)人員做各種相應(yīng)的調(diào)整操作對(duì)于開(kāi)澆、換模和澆注結(jié)束等操作不同銅水溫度下的拉坯速度其拉速變化都要預(yù)先制定好拉速變化曲線，以供現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用，并且將各種情況需要采取的措施對(duì)生產(chǎn)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)。3.3 澆鑄溫度控制在一般情況下，較高的鑄造溫度對(duì)改善鑄錠表面質(zhì)量是有利的，但是鑄造溫度過(guò)高，不僅會(huì)引起銅液大量吸氣和氧化，而且在鑄造過(guò)程還會(huì)導(dǎo)致液穴加深，液固過(guò)渡區(qū)變大，鑄錠表面和內(nèi)部溫差增大，等弊病，對(duì)保證鑄造管坯的內(nèi)部質(zhì)量不利。較低鑄造溫度，除有利于杜絕以上弊病，還有利于細(xì)化晶粒，加快鑄造速度

16、等，然而過(guò)低鑄造溫度容易將石墨結(jié)晶器堵塞，過(guò)低鑄造溫度容易使管坯一冷外殼成型過(guò)早，在石墨套內(nèi)表面產(chǎn)生縱向拉痕，并且引起管坯表面產(chǎn)生夾雜、冷隔、拉裂等缺陷。實(shí)踐中在確認(rèn)澆鑄正常后，一般把保溫爐溫度調(diào)整到1140時(shí)即達(dá)到液相線以上 50為最佳溫度。造成澆鑄溫度變化的主要因素有以下方面： 3.3.1 加料過(guò)程是否均勻穩(wěn)定電解銅加入熔化爐中會(huì)吸收銅水的熱量，降低澆鑄溫度，如果加料過(guò)程不均勻，連續(xù)加入多塊電解銅，會(huì)顯著降低保溫爐內(nèi)銅水的澆鑄溫度，因此要按照加料工藝均勻加入電解銅。 3.3.2 回料數(shù)量大部分回料都是拉伸過(guò)程的斷管組成，這些短料經(jīng)過(guò)打包機(jī)打包壓縮制成，壓縮后的打包回料空隙遠(yuǎn)大于電解銅板，這

17、些回料加入熔化爐后熔化速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電解銅板的熔化速度。回料加入會(huì)造成澆鑄溫度上下波動(dòng)。3.3.3 牽引機(jī)設(shè)定程序牽引機(jī)牽引速度越快，從保溫爐銅熔體內(nèi)帶走的熱量就越多，如果熔化爐加料過(guò)快，爐體內(nèi)的熔體溫度會(huì)下降，也能引起澆鑄溫度的波動(dòng)。 3.3.4 熔化爐熔化電壓是否穩(wěn)定水平連鑄 TP2 銅管采用的熔化爐采用雙熔溝電流控制，將兩個(gè)熔溝調(diào)整有一定差距的電流，有利于兩條熔溝內(nèi)溫度起伏加強(qiáng)熔化爐內(nèi)銅液流動(dòng)，均勻澆鑄溫度 3.3.5 結(jié)束語(yǔ) 本文就 TP2 水平連鑄銅管的操作方面需要注意的問(wèn)題進(jìn)行探討，目的提高水平連鑄銅管的質(zhì)量。由于本人水平有限，錯(cuò)誤在所難免，有不到的地方請(qǐng)各位專家指正。 參考文獻(xiàn)：1 馬宗理，張金利，李德富等空調(diào)