下拉式反向凝固法連鑄銅鋁雙金屬複合鑄錠裝置的製作方法
2023-05-18 22:19:36
專利名稱：下拉式反向凝固法連鑄銅鋁雙金屬複合鑄錠裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種鑄造裝置，特別涉及一種下拉式反向凝固法連鑄銅鋁雙金屬複合鑄錠裝置。
背景技術：
銅包鋁雙金屬複合導線是一種新型線材，它以鋁作為內芯，以銅作為外皮，即在鋁芯線上同心地包覆一層銅，從而構成銅鋁複合導線。這種導線既不影響導電性能，又可以節省大量的銅，其成品導線可廣泛應用於CATV、移動通信電纜等領域，市場前景巨大，因而受到各方面重視。
目前，工業生產中銅包鋁的方法有很多，國內應用最廣泛的是包覆焊接法。其具體的工藝過程是將經過清洗的銅帶逐步製成圓管形，並包覆在清洗過的鋁芯線周圍，再用氬弧焊將銅管的縱向縫隙焊接起來，形成線坯，然後，再用拉拔和熱處理設備進行拉拔和熱處理，即可獲得所需的線材。這種方法生產工藝比較簡單，但銅與鋁的複合效果不夠理想，進而影響到線材的導電性能。軋制壓接法也是一種銅鋁複合導線的生產方法，它是利用軋輥施加的壓力，將銅帶與鋁芯線壓接在一起，這種生產方法雖然解決了銅與鋁複合效果不佳的問題，但其生產工藝比較複雜，設備投資大，生產成本高。
國外大多採用縱包軋製法，也嘗試過將鋁液澆鑄到銅管內進行複合形成複合線坯，然後，再進行熱擠壓，以獲得所需的銅鋁複合線材，該方法的實際操作有一定的難度，且鋁液的溫度大大低於銅的熔點，兩者的結合不夠理想，還需要做進一步的研究和探索。
綜上所述，現有技術中的銅包鋁製備方法普遍存在的問題是，生產的線材長度有限，操作的難度較大，對坯料的表面清潔度要求高，工藝參數難以控制，在小功率拉拔過程中易產生局部開裂，導致銅包覆層與鋁芯材出現分層斷裂等缺陷，從而難以大規模批量生產。
反向凝固法是一種特殊的鑄造方法，也是連續鑄造工藝的一個亮點。現有的反向凝固裝置主要由熔化保溫爐、坯料牽拉裝置及坯料表面軋制整形裝置等構成。該裝置以母帶為中心，母帶從坩鍋中金屬熔體的底部穿入，將母帶作為冷源與金屬熔體複合，複合後的坯料從金屬熔體的頂面拉出，凝固過程從內向外進行，以避免凝固過程中可能出現的中心疏鬆等問題。但在實際生產中，該裝置的連續鑄造速度難以控制，包覆的效果亦不夠理想，且母帶溫度變化大，容易被拉斷，目前還難以在工業生產中實施。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服現有銅鋁複合鑄錠包覆效果不理想、操作難度大、難以在工業生產中實施等問題，提供一種包覆效果好、操作簡單、易於實施的下拉式反向凝固法連鑄銅鋁雙金屬複合鑄錠裝置。
本發明包括熔化保溫爐及鑄錠牽引裝置，其特殊之處是，在熔化保溫爐的出液口下方裝有坩鍋，在坩鍋的外側裝有加熱調溫裝置，在坩鍋的下部裝有結晶器，鑄錠牽引裝置位於坩鍋的下方，在鑄錠牽引裝置的引錠杆上裝有金屬鋁芯，金屬鋁芯位於坩鍋中，所述的熔化保溫爐、坩鍋、加熱調溫裝置及結晶器安裝在真空室中，在真空室中還裝有與熔化保溫爐相配合的澆注速度控制裝置，利用熔化保溫爐將外皮複合材料銅熔化，用坩鍋和結晶器將其複合在金屬鋁芯上，再用鑄錠牽引裝置將複合後的銅鋁雙金屬複合鑄錠拉出。
在坩鍋的上方還裝有液面位置監測器，對坩鍋中金屬熔液的液面高度進行監測。
在結晶器的下面還裝有二次冷卻噴水裝置，對銅鋁雙金屬複合鑄錠進行快速冷卻。
本發明的優點在於1、複合的效果好，在複合的過程中，銅液在金屬鋁芯、坩鍋和結晶器的冷卻下逐漸凝固，金屬鋁芯則在銅液的作用下被局部熔化，兩者在不同的區間完成固液轉變，因而結合牢固可靠，杜絕了銅鋁分層斷裂等缺陷，複合鑄錠的鑄造質量好。
2、用坩鍋和結晶器將銅複合在金屬鋁芯上，並採用鑄錠牽引裝置以下拉的方式將複合後的銅鋁雙金屬複合鑄錠拉出，操作簡便，生產過程容易實現自動控制，生產效率高，且銅鋁比例調節範圍較大。
圖1是本發明的結構示意圖；圖2是圖1的附視圖；圖3是本發明銅鋁雙金屬複合鑄錠的複合過程示意圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，本發明包括熔化保溫爐5及鑄錠牽引裝置18，在熔化保溫爐5上有一個出液口，在熔化保溫爐5的出液口下方裝有坩鍋8，利用熔化保溫爐5將外皮複合材料銅熔化成銅液9；在熔化保溫爐5的側面還裝有一個熱電偶7，用來測量熔化保溫爐5中銅液的溫度；在坩鍋8的外側裝有加熱調溫裝置6，加熱調溫裝置6是一個電阻加熱器，加熱調溫裝置6對坩鍋8內的銅液9進行加熱，並根據工藝要求對銅液9的溫度進行調整；在坩鍋8的下部裝有結晶器11，結晶器11是一個冷卻水套，結晶器11對坩鍋8的下部進行強制冷卻，用坩鍋8和結晶器11將銅液9複合在金屬鋁芯15上；在結晶器11的上部還裝有一個隔熱墊10，避免結晶器11對坩鍋8的上部進行冷卻，以調節溫度場；所述的鑄錠牽引裝置18由電動機、減速機、傳動齒輪、支架、絲槓及絲母構成，在絲母上還裝有引錠杆16，引錠杆16限制絲母作旋轉運動，因而當絲槓旋轉時，絲母沿著絲槓的軸線運動，並帶動引錠杆16上、下運動，鑄錠牽引裝置18位於坩鍋8的下方；在鑄錠牽引裝置18的引錠杆16上裝有金屬鋁芯15，金屬鋁芯15位於坩鍋8中，銅液9複合在金屬鋁芯15上，形成銅包覆層12，鑄錠牽引裝置18將複合後的銅鋁雙金屬複合鑄錠向下拉出；在金屬鋁芯15的上部裝有一個限位卡具4，限位卡具4確保金屬鋁芯15在下拉時沿著坩鍋8的中心線運動；所述的熔化保溫爐5、坩鍋8、加熱調溫裝置6及結晶器11安裝在真空室1中，真空室1安裝在機架17上；在真空室1的下部有一個出口，銅鋁雙金屬複合鑄錠從該出口中拉出，在出口處裝有密封墊13，確保真空室1內具有一定的真空度；在真空室1中還裝有與熔化保溫爐5相配合的澆注速度控制裝置3，所述的澆注速度控制裝置3由電動機、減速機、傳動齒輪、支架、絲槓及絲母構成，在絲母上還裝有一個柱塞，柱塞位於熔化保溫爐5中，所述的絲母不能旋轉，只能沿著絲槓的軸線運動，當絲槓旋轉時，絲母帶動柱塞上、下運動，並根據工藝要求將熔化保溫爐5中的銅液9排放到坩鍋8中；在坩鍋8的上方還裝有液面位置監測器2，對坩鍋8中銅液9的液面高度進行監測；在結晶器11的下面還裝有二次冷卻噴水裝置14，二次冷卻噴水裝置14是一個冷卻水套，其內側有若干個噴水孔，對銅鋁雙金屬複合鑄錠進行快速冷卻；在二次冷卻噴水裝置14的下面裝有回水槽19，對二次冷卻噴水裝置14噴出的水進行回收；在回水槽19的下部有一個開口，銅鋁雙金屬複合鑄錠從該開口中拉出，在開口處也裝有密封墊13，確保回水槽19與銅鋁雙金屬複合鑄錠之間不漏水。
本發明銅鋁雙金屬複合鑄錠的複合過程如圖3所示，澆注到坩鍋8中的銅液9被金屬鋁芯15和坩鍋8及結晶器11激冷，形成雙凝固層，即內凝固層21和外凝固層22；與此同時，金屬鋁芯15也會被銅液9加熱，當溫度升高到一定程度後，金屬鋁芯15開始熔化，形成鋁熔化層20，由於金屬鋁芯15內的溫度梯度很大，加之鋁的熔化潛熱比較大，所以，鋁熔化層20開始時比較薄，隨著銅液9的不斷凝固，鋁熔化層20不斷增厚；此時，儘管鋁被部分熔化，但其溫度仍比銅的熔化點低，仍然可以對銅液9進行激冷，促使銅液9繼續凝固；隨著凝固過程的進行，被坩鍋8及結晶器11激冷的銅液9凝固速度較快，內凝固層21和外凝固層22逐漸增厚，其凝固層快速向前移動，最終形成銅包覆層12，完成銅液9凝固的主要過程；銅液9凝固後，由於有二次冷卻噴水裝置14更強烈的冷卻，銅包覆層12的溫度急劇下降，反過來對已經部分熔化的鋁熔化層20進行冷卻，促使鋁熔化層20凝固，銅和鋁在不同的區間完成固液轉變，形成銅鋁雙金屬複合鑄錠，該銅鋁雙金屬複合鑄錠經加熱、擠壓或拉拔後，即可成為所需的銅鋁複合線材。
權利要求
1.一種下拉式反向凝固法連鑄銅鋁雙金屬複合鑄錠裝置，它包括熔化保溫爐及鑄錠牽引裝置，其特徵在於，在熔化保溫爐的出液口下方裝有坩鍋，在坩鍋的外側裝有加熱調溫裝置，在坩鍋的下部裝有結晶器，鑄錠牽引裝置位於坩鍋的下方，在鑄錠牽引裝置的引錠杆上裝有金屬鋁芯，金屬鋁芯位於坩鍋中，所述的熔化保溫爐、坩鍋、加熱調溫裝置及結晶器安裝在真空室中，在真空室中還裝有與熔化保溫爐相配合的澆注速度控制裝置。
2.根據權利要求1所述的下拉式反向凝固法連鑄銅鋁雙金屬複合鑄錠裝置，其特徵在於，在坩鍋的上方還裝有液面位置監測器。
3.根據權利要求1所述的下拉式反向凝固法連鑄銅鋁雙金屬複合鑄錠裝置，其特徵在於，在結晶器的下面還裝有二次冷卻噴水裝置。
全文摘要
一種下拉式反向凝固法連鑄銅鋁雙金屬複合鑄錠裝置，解決了現有銅鋁複合鑄錠包覆效果不理想、操作難度大、難以在工業生產中實施等問題；本發明包括熔化保溫爐及鑄錠牽引裝置，其特殊之處是，在熔化保溫爐的出液口下方裝有坩鍋，在坩鍋的外側裝有加熱調溫裝置，在坩鍋的下部裝有結晶器，鑄錠牽引裝置位於坩鍋的下方，在鑄錠牽引裝置的引錠杆上裝有金屬鋁芯，金屬鋁芯位於坩鍋中，所述的熔化保溫爐、坩鍋、加熱調溫裝置及結晶器安裝在真空室中，在真空室中還裝有與熔化保溫爐相配合的澆注速度控制裝置，利用熔化保溫爐將外皮複合材料銅熔化，用坩鍋和結晶器將其複合在金屬鋁芯上，再用鑄錠牽引裝置將複合後的銅鋁雙金屬複合鑄錠拉出。
文檔編號B22D11/14GK1857826SQ20061004666
公開日2006年11月8日 申請日期2006年5月22日 優先權日2006年5月22日
發明者常國威 申請人:遼寧工學院