CN100455379C - 一种金属线材热型连铸装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属线材热型连铸装置及方法，包括：真空炉、熔炼炉体、PLC控制系统和压力检测装置；压力检测装置设置在真空炉上，用于检测真空炉的气压，并将检测信号传输给所述PLC控制系统；真空炉通过控制阀外接惰性气源，控制阀由所述PLC控制系统控制；熔炼炉体设置在所述真空炉内，熔炼炉体的出口端连接有一结晶器，该结晶器的输出端依次设置有冷却装置和拉坯系统。本发明通过利用真空系统在一定真空度下熔炼合金，然后再在惰性气体保护下结晶成形，并保持结晶器出口压力和出口温度一定，从而制备出质量稳定、表面光亮的线材。

Description

一种金属线材热型连铸装置及方法

技术领域

本发明属于热型连铸技术领域，涉及一种具有连续柱状晶或者单晶金属线材的制备装置和方法。

背景技术

自上世纪60年代末，大野笃美提出了热型连铸法(OCC法)后，很多学者开展了热型连铸的研究，并将研究成果应用到很多领域，其中比较典型的应用就是将具有连续柱状晶组织的铸锭经过冷轧、拉拔等低温下强加工制备成直径很小的线材，用做电车接触线、高保真音响导线及半导体封装线等，其中用作半导体封装线的直径只有20μm左右。在线材冷轧、拉拔等工艺中和使用过程中经常会出现断线现象，影响线材的质量及应用，其中一个主要原因就是线材内部组织不稳定。专利号为02227920.2的实用新型“一种新型热型连铸铸造炉”公开了一种热型连铸装置，包括坩埚、加热装置、控制金属液流出的柱塞机构及水平流槽、铸型、引锭杆、拉拔辊，其中加热装置置于坩埚的外侧，水平流槽设置在坩埚的侧壁上，其一端通过柱塞机构与坩埚相通，另一端与铸型相通，引锭杆的一端置于铸型内，另一端设有使之运动的拉坯辊。经过熔炼炉熔炼好的金属液经过专设的流槽进入到此连铸设备，稳定后由拉坯辊经冷却装置将铸锭拉出。此热型连铸装置在非真空下进行热型连铸工序，并且未对铸型入口处的压力和铸型的温度给予控制，因此连铸线材质量非常不稳定，热型连铸生产的成功率也较低。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种金属线材热型连铸装置及方法，可直接生产表面光亮、质量稳定的热型连铸柱状晶线材。

为实现上述目的，本发明提供的一种金属线材热型连铸装置包括：真空炉、熔炼炉体、PLC控制系统和压力检测装置；压力检测装置设置在真空炉上，用于检测真空炉的气压，并将检测信号传输给所述PLC控制系统；真空炉通过控制阀外接惰性气源，控制阀由所述PLC控制系统控制；熔炼炉体设置在所述真空炉内，熔炼炉体的出口端连接有一结晶器，该结晶器的输出端依次设置有冷却装置和拉坯系统。

进一步地，所述结晶器上依次设置有锥形导流端、柱状蓄热段、锥形导流段和柱状成形段，所述蓄热段的内径为成形段的内径的1.2～3倍。

进一步地，所述结晶器上还设置有检测该结晶器出口温度的测温装置，该测温装置将检测的信号传输给所述PLC控制系统。

进一步地，所述冷却装置通过一调节阀连接一冷却水循环系统，该调节阀由所述PLC控制系统控制。

本发明提供的一种金属线材热型连铸方法包括如下步骤：

1)在真空炉内熔炼母合金，真空度保持在10^-1Pa以下；

2)母合金熔炼好后，在20～120℃过热度下保温20～50分钟；

3)向真空炉内充入惰性保护气体，气体压力控制在0.1～0.2Mp；

4)将母合金导入结晶器结晶成形，并通过气压补偿液压的方式使结晶器的入口压力为定值，从而使结晶器出口的压力保持恒定。

进一步地，所述结晶器上依次设置有锥形导流端、柱状蓄热段、锥形导流段和柱状成形段，所述蓄热段的内径为成形段的内径的1.2～3倍。

本发明通过利用真空系统在一定真空度下熔炼合金，然后再在惰性气体保护下结晶成形，并保持结晶器出口压力和出口温度一定，从而制备出质量稳定、表面光亮的线材。另外，采用设置有锥形导流端、柱状蓄热段、锥形导流段和柱状成形段的结晶器，不仅还大大减少了连铸线材的表面缺陷，并有助于形成表面光亮的线材，而且减少了成形时可能的阻力，使得线材更不容易被拉断。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1中结晶器的结构示意图。

1为储气罐、2为过滤减压阀、3为控制阀、5为通气管道、7为压力检测装置、8为压力表、10为测温仪、11为观察镜、12为炉盖、13为真空炉、14为金属液、15为加热线圈、16为熔炼炉体、17为结晶器、18为冷却装置、19为拉坯系统、20为测温装置、21为调节阀、22为冷却水循环系统、23为PLC控制系统。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：真空炉13、熔炼炉体16、PLC控制系统23和压力检测装置7；压力检测装置7设置在真空炉13上，用于检测真空炉13的气压，并将检测信号传输给PLC控制系统23；真空炉13通过控制阀3外接惰性气源储气罐1，储气罐1的输出端安装有过滤减压阀2；熔炼炉体16设置在真空炉13内，熔炼炉体16的出口端连接有一结晶器17，该结晶器17的输出端依次设置有冷却装置18和拉坯系统19，冷却装置18通过调节阀21连接一冷却水循环系统22，调节阀21由PLC控制系统23控制。结晶器17上还设置有检测该结晶器17出口温度的测温装置20，该测温装置20将检测的信号传输给PLC控制系统23，PLC控制系统23将测得的温度值与设定值相比，如果不一致可通过PLC控制系统23控制水路上的调节阀21来调节冷却水量，从而控制结晶器17出口的温度。真空炉13上还设置有测温仪10，该测温仪10测得的数据传输给PLC控制系统23，从而可以严格控制熔炼炉体16内母合金的温度。真空炉13上还设置有压力表8。

如图2所示，结晶器17上依次设置有锥形导流端24、柱状蓄热段25、锥形导流段26和柱状成形段27，蓄热段25的内径为成形段27的内径的1.2～3倍，结晶器17前段蓄热段25内腔直径大于线材直径，起到蓄热作用的同时还能很好的充型，对于连铸直径较小的线材时其充型作用更明显，后段成形段27无锥度与线材外形吻合，减少了成形时可能的阻力和线材表面的破坏，有助于形成表面光亮的线材。

对金属线材连铸时，具体包括如下步骤：

1)打开真空炉13的炉盖12，在真空炉13内设置的熔炼炉体16熔炼母合金14，真空度保持在10^-1Pa以下；

2)母合金熔14炼好后，在20～120℃过热度下保温20～50分钟；

3)设定过滤减压阀2的压力，打开控制阀3给熔炼炉体16充惰性保护气体至0.1～0.2Mpa；

4)打开PLC控制系统23，调整好控制参数如：熔炼炉体16的温度、结晶器17出口的温度、电动调节阀21的开度等，将母合金14导入结晶器17结晶成形，同时打开冷却循环装置22、调节阀21、拉坯装置19实现线材的热型连铸，并通过气压补偿液压的方式使结晶器17的入口压力为定值，从而使结晶器17出口的压力保持恒定，具体是：连铸过程中打开控制阀3，利用PLC控制系统23控制实现结晶器17入口处压力的恒定，并通过PLC控制系统23、测温装置20、调节阀21、及冷却水循环系统22控制结晶器17出口温度。

根据本发明所述的方法，铸造直径为￠5、￠8的Al-1％Si、Al-1％Si-Mg、Cu三种合金的连续柱状晶或单晶线材。连铸过程的工艺参数如表1所示。所铸出的线材，除检验表面质量外，还进行了组织观察和机械性能试验，其结构列入了表2。

表1实施例线材热型连铸的工艺参数

表2实施例线材热型连铸的表面质量与组织

合金	线材直径(mm)	表面质量	组织
				Al-1％Si	5、8	光亮无缺陷	单晶
Al-1％Si-Mg	5、8	光亮无缺陷	单晶
				Cu	5、8	光亮无缺陷	纤维晶

Claims (5)

1、一种金属线材热型连铸装置，其特征在于，包括：真空炉、熔炼炉体、PLC控制系统、压力检测装置和测温装置；熔炼炉体设置在所述真空炉内，熔炼炉体的出口端连接有一结晶器，结晶器的输出端依次设置有冷却装置和拉坯系统；压力检测装置设置在真空炉上，用于检测真空炉的气压，测温装置设置在所述结晶器上用于检测该结晶器出口温度，所述压力检测装置和测温装置将检测的信号传输给所述PLC控制系统，进而通过PLC控制系统控制结晶器出口的压力和温度；真空炉通过控制阀外接惰性气源，控制阀由所述PLC控制系统控制。

2、根据权利要求1所述的一种金属线材热型连铸装置，其特征在于，所述结晶器上依次设置有锥形导流端、柱状蓄热段、锥形导流段和柱状成形段，所述蓄热段的内径为成形段的内径的1.2～3倍。

3、根据权利要求1或2所述的一种金属线材热型连铸装置，其特征在于，所述冷却装置通过一调节阀连接一冷却水循环系统，该调节阀由所述PLC控制系统控制。

4、一种金属线材热型连铸方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在真空炉内熔炼母合金，真空度保持在10^-1Pa以下；

2)母合金熔炼好后，在20～120℃过热度下保温20～50分钟；

3)向真空炉内充入惰性保护气体，气体压力控制在0.1～0.2Mp；

4)将母合金导入结晶器结晶成形，并通过气压补偿液压的方式使结晶器的入口压力为定值，从而使结晶器出口的压力保持恒定同时通过测温装置和PLC控制系统控制结晶器出口的温度。

5、根据权利要求4所述的一种金属线材热型连铸方法，其特征在于，所述结晶器上依次设置有锥形导流端、柱状蓄热段、锥形导流段和柱状成形段，所述蓄热段的内径为成形段的内径的1.2～3倍。

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