[01755141]工业生产单晶铜杆工艺及成套连铸设备的研究与开发

①课题来源与背景　　2006年江西省工业科技攻关重点项目（编号：S0006）　　②技术原理及性能指标　　技术原理：连续定向凝固技术（℃C法）及设备属于金属单晶连续铸造技术领域，℃C法的基本原理是采用加热铸型和与之分离的冷却器取代传统连续铸造的冷却铸型，使铸型的温度保持在金属凝固温度以上，铸锭的冷却在铸型外进行。这样就保证铸锭凝固过程中不从型壁形核和生长，而在距型口一定距离的冷却器强制冷却作用下，使热流沿着连铸方向由凝固界面向冷却区单向传输，形成强烈的定向凝固条件，容易得到单向生长的柱状晶组织或单晶组织。通过对凝固工艺进行优化控制，利用晶粒的竞争生长的自然淘汰机制，可以实现长度不受限制的单晶连铸。　　性能指标：实现多股连铸、抗氧化加热铸型、液面智能控制系统、铜熔体连续净化处理等新工艺、新技术。制备的单晶铜杆性能指标：　　性能 抗拉强度 延伸率﹪ 电阻率Ω·mm2/n 氧含量ppm　　合同要求 ≥120 ≥65 0.0167～0.0169 3～5　　实际达到 149.1 66.7 0.0169～030172 --　　③技术的创造性与先进性　　本项目开发的连续定向凝固设备在以下方面具有创新性：　　1、采用可连续加料的独立真空室，熔炼过程在真空下进行，连铸室内采用惰性气体和还原性气体的保护气氛，可实现热炉不间断生产金属单晶，提高了生产效率。　　2、提出采用溢流式液压缸和电阻接触式液位测定装置组成的液面高度微控系统，溢流式液压缸传动可实现液位控制杆的极慢速稳定运动，使之与液位控杆、液位探头监测装置组成相互关联的闭环连接，从而实现对连铸过程中液位高度的闭环自动控制。　　3、开发出碳化硅结合氮化硅的抗氧化性、耐热震性优良的熔化载坩埚和引流管，解决了石墨制件容易氧化烧损的问题，获得表面光洁的高质量单晶铜杆；采用氮化硅陶瓷内衬嘴替代容易烧损的全石墨铸型，使铸型的寿命提高5～10倍。　　4、在控制系统设计方面，实现了设备的手动操作+半自动控制到全过程自动控制的转变。连铸过程的拉铸速度、铸型口温度、金属液温度、金属液面高度、冷却水流量和炉内气压等相关参数均集成采用微机监控和记录数据。　　该设备在自动控制技术、液位高度控制技术、铸型保护技术、熔体净化和保护技术、生产效率、操作性等方面达到了国内外同类设各的水平。　　④技术的成熟程度，适用范围和安全性　　由于我国单晶铜生产技术方面的研究工作起步较晚，至今尚未开发出成熟的单晶铜生产设备，因此目前我国所需的单晶铜材及下游产品几乎全部依赖于进口。本项目开发的设备可为国内超微细丝的生产提供优质单晶铜原材料，并替代进口同类产品，提高国产化规模，增强国际竞争力。为国家节约大量的外汇，从而有利于提高我国制造业和微电子行业的国际竞争力，缩短与先进国家的技术差距。　　单晶铜杆的生产可极大地提高铜的附加值。相对于目前市场上阴极铜的售价，无氧铜杆增加约1000元的售价，而单晶铜材料的价格差别很大，进口单晶铜杆价格在24万元/吨以上，国产高质量单晶铜杆的市场价约为15～18万元/吨左右。本项目研制的成套设备和技术，按年产25吨规模设计的生产线生产单晶铜杆的综合成本约合4.7万元/吨，若以15万元/吨的价格销售，则每吨毛利可达10万元以上，可形成年产值约375万元，利税约250万元的生产规模：若按年产100吨规模设计，综合成本约合4.1万元/吨，则可形成年产值约1100万元，利税超过700万元的生产规模。因此，开展本项目研究的经济社会效益十分显著。　　⑤应用情况及存在的问题　　本项目工作还有一些需要完善和补充的地方，将从以下几个方面做进一步的研究：　　1）对于8mm以下单晶连铸，有待进一步从单股连铸发展为多股连铸，并将连铸速度提高到30mm/min以上，以获得更高的生产效率；　　2）连铸室内对金属液的防氧化保护措施仍有不足，导致单晶铜的含氧量偏高，电阻率偏低，因此，仍需继续开发可靠的连铸室内金属液保护技术；　　3）在冷却系统中，目前为止是靠手动来调节冷却器离型口的距离，在以后的研制过程中可以设计为根据型口温度的变化来设计冷却器离型口的位置，使其实现自动化的控制。　　⑥历年获奖情况　　无。