CN101615449B - 铜包铝排连续冶金复合的生产设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜包铝排连续冶金复合的生产设备，连续包覆设备和焊接设备、连轧设备和热处理设备；连轧设备中的每台轧机包括两个平辊，两个立辊，其特征在于：轧机机架包括左右两片，通过拉杆和螺栓连接成一体，再螺栓固定于机座上；所述左右两个立辊通过轴承座分别固定于左片机架和右片机架上，下平辊和两立辊通过伞齿轮实现传动，以同一动力驱动，平辊和立辊的接触面成45°，由四个辊环所构成的孔型封闭，四个辊侧面接触部分，线速度相同，属纯滚动，实现了纯挤压过程。根据不同规格要求，更换辊环，而其它结构不动。本发明实现了连续化，自动化生产，极大提高了生产效率和成材率，降低了生产的制造成本；并且保证了铜包铝排质量，适用广泛。

Description

铜包铝排连续冶金复合的生产设备

技术领域

本发明涉及铜包铝排的生产设备，尤其涉及铜包铝排连续冶金复合的生产设备。

背景技术

铜包铝是指以铝为基材，四周无缝包裹着一层铜，铜铝之间实现冶金结合的复合导体材料，制造铜包铝排复合材料，是替代纯铜排和纯铝排的最佳产品。因母排使用时按长度计算，单位重量的铜包铝排比相同面积的铜排长2.45倍，铜包铝排的铜体积比为15％，如铜密度为8.89g/cm³，铝密度为2.73g/cm³，则铜包铝排中铜的质量约占33％，这说明了等截面的导体，一吨铜包铝排可节约1.12吨铜材，实现了以铝节铜，是经济效益巨大的节能产品。

我国每年电力用传输导体的用铜量占铜总需求量的70％，其中铜母线约占有导体用量的10％。据统计，2006年我国导体用铜约为354万吨，依此推算，铜母线用铜量约为24.78万吨。据了解，目前建筑领域有一种趋势，630A以上供电电流导体，必须用母线槽，由此可预测铜包铝排的市场潜力巨大。

现有有铜包铝排生产工艺存在着许多的问题，包括：

由于矩形排在拉拔挤压中四周收缩不均，固相结合较差，影响了力学性能；

铜层覆盖也不均匀，影响了电导率；

成材率低，生产效率低，成本高等。

大规格铜包铝排的生产技术目前正处于工艺研究中。

而现有的生产设备，无疑也存在着许多问题

一方面，现有轧机多为二辊轧机，轧型钢时需要设计一定的孔型，就是带孔型轧制；同时二辊轧制肯定要有一定的辊缝；

万能轧机有四辊的，但很少四辊都有驱动装置，既使有四辊驱动，也是有辊缝的。而辊缝的存在，势必造成轧制力不均匀，轧件带耳子，从而造成铜铝结合不均匀，影响产品质量，无疑也带来成本的浪费。

另一方面，现有生产设备不能实现连续生产，从而带来了成材率低，生产效率低，成本提高等一系列的问题。

发明内容

鉴于现有技术所存在的上述问题，本发明旨在公开一种铜包铝排连续冶金复合的生产设备，其结构简单，投资省，尤其是实现了连续封闭式轧制和连续挤压，保证了铜皮厚度的均匀性，生产效率和成材率大大提高，解决了现有的铜包铝排生产中存在的各种难题。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种铜包铝排连续冶金复合的生产设备，包括坯料预处理装置、惰性气体保护下的连续包覆设备和焊接设备、连轧设备和热处理设备，彼此之间通过夹送辊和导卫装置连接；所述的连轧设备中的每台轧机包括上下两个相互平行的平辊、左右两个相互平行的立辊、机架和机座；所述两个平辊和两个立辊的轧辊轴的中心线在同一垂直面内；相邻轧机通过导卫装置连接；

其特征在于：

所述机架包括左右两片，通过拉杆和螺栓连接成一体，再螺栓固定于机座上；所述左右两个立辊通过轴承座分别固定于左片机架和右片机架上，并沿其对应的滑板滑动以调整左右间距再通过螺栓紧固；所述上下两个平辊通过轴承座支撑于左右两片机架上，并沿其对应的滑板滑动以调整上下间距再通过螺栓紧固；

每台轧机分别由交流变频电机驱动，自动变频调速，电机通过减速机带动传导箱的两个输出端，再分别通过万向联轴节连接两个平辊输入端，并通过伞齿轮带动所述两个立辊同转速旋转；所述伞齿轮分别由螺栓固定于所述下平辊和两个立辊上；所述两个平辊和两个立辊的直径相等，平辊和立辊的接触面成45°；由四个轧辊的辊环所围成的孔型是封闭的，所述辊环分别与其对应的辊轴过渡配合，侧面以螺丝固定。

在控制中，本发明采用了交流变频电机自动控制，实现了全线自动变频自动控制，保证了全线的同步，如在连轧过程中，由变频器集中调速，保证孔型面积F和轧件通过速度V的乘积FV为一个常数。

所述连续包覆设备和焊接设备外罩密封罩，所述密封罩内充有惰性气体。

所述连轧设备包括4-7台轧机。

与现有技术相比，本发明所公开的铜包铝排连续冶金复合的生产设备，具有显著的技术效果：

(1)解决了异步轧制的弊端，实现了连续化，自动化生产，极大地提高了生产效率和成材率，降低了生产的制造成本；

(2)每台轧机实现了四辊同步驱动，辊速相同，即纯滚动封闭式轧制，相应的连轧设备实现了连续封闭式轧制，即连续均匀挤压，保证了轧制力的均匀，从而保证了铜皮厚度的均匀性，进而保证了铜包铝排的质量；

(3)七台轧机只有辊环不同，其余完全相同，互换性强；而且，由于机架的两片式分体设计，保证了更换轧机时不需要截断铜包铝排即可实现轧机的装卸，从而在提高了生产效率的同时，保证了成材率；

(4)适用性强，只要更换轧辊的辊环即可生产出不同规格的产品；而辊环的更换也十分便捷；

(5)设备重量轻，全线设备总重在150T左右，而且结构简单，投资省，部件通用性好，互换性强，既适用于大批量生产，又适应小批量，多规格生产，特别是大规格铜包铝排的生产，其效益相当可观。

附图说明

图1是本发明的具体实施例的整体结构示意图；

图2是一台轧机的结构示意图；

图3是图2的右视图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明作进一步的具体介绍。

一种铜包铝排连续冶金复合的生产设备，如图1所示，包括坯料预处理装置、连续包覆设备、焊接设备、连轧设备和热处理设备，彼此之间通过夹送辊和导卫装置连接；

所述的预处理装置包括坯料矫直装置，铜皮清洗装置，打毛装置，铣削加工装置；

所述的连续包覆设备和焊接设备有充满惰性气体的密封罩保护，并包括7对不同角度的平辊包覆辊型和7对不同角度的立辊包覆辊型和最后用于压平铜皮的0°平辊，所述平辊包覆辊型的角度依次为0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°，所述立辊包覆辊型的角度依次为0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°；

所述的连轧设备包括4-7台轧机，其中每台轧机，如图2、图3所示，包括相互平行的上平辊1和下平辊3、相互平行的左立辊2和右立辊4、机架和机座；所述四个轧辊轴1、2、3和4的中心线在同一垂直面内；相邻轧机通过导卫装置连接；

所述机架包括左右两片51和52，通过四根Φ16拉杆7连接并以螺栓固定连接成一体，再以12个螺栓固定于机座上；所述左右两个立辊2和4通过轴承座分别固定于左片机架51和右片机架52上，并沿其对应的滑板滑动以调整左右间距再通过螺栓紧固；所述上下两个平辊1和3通过轴承座支撑于左右两片机架上，并沿其对应的滑板滑动以调整上下间距再通过螺栓紧固；由此，上下两轴间距和左右两轴间距均可调整。

每台轧机分别由交流变频电机驱动，自动变频调速，电机通过减速箱带动传导箱的两个输出端分别通过万向联轴节连接两个平辊1、3输入端，并通过伞齿轮8带动所述立辊2、4同转速旋转；所述伞齿轮8分别通过螺栓固定于所述下平辊3和立辊2、4上；所述四个轧辊的直径相等，平辊和立辊的接触面成45°；由此，四根轴以同一动力驱动，转速相同。由四个轧辊的辊环11、21、31、41分别与其对应的辊轴过渡配合，侧面以6个螺丝固定，所述四个辊环所围成的孔型6是封闭的，没有辊缝，四个辊侧面接触部分，线速度相同，属纯滚动，从而实现了纯挤压过程，一方面使得轧件不会出现耳子，另一方面保证了轧制力均匀，铜与铝的结合均匀，复合质量显著提高。根据不同规格尺寸要求，可以更换辊环，而其它结构不动。

每台轧机的电机、减速机、传导箱、万向联轴节都是一样的，轧机的结构也都是一样的，唯一不同之处即在于辊环11、21、31、41的形状和尺寸，并且整个轧机的易损件就是辊环(一般只有十多公斤重)，因为是连续轧制，并且内孔一致，轧机具有互换性，则排在后面的轧机辊环磨损超出允许范围，则可经修磨后，将其换至前一台轧机的位置，依次类推，则只换一件即可，拆换十分方便；而且由于机架的两片组合式设计，保证了在更换轧机时，无需截断铜包铝排，只要把四个拉杆卸下，地脚螺栓卸下，轧机即可抽出；安装新轧机时，将两片机架51、51分别自两边定位后，通过四个拉杆7和螺栓将其连成一体后，再用地脚螺栓将其把在机座上即可。上述更换的方式，大大缩短了更换轧机的时间，降低消耗，大大提高了生产效率和成材率。

所述轧机的轧制力在15T左右，选用电机为18.5KW。

根据加工规格的不同要求，以四台轧机连轧为例，第一、二、三台轧机均压6mm，无间隙纯挤压，第四台轧机进行整形，可加工生产112mm*12.5mm规格的铜包铝排。

以六台连轧为例，前五台轧机连接实现无间隙纯挤压，第六台轧机进行整形，获得100mm*10mm规格的铜包铝排。

根据不同用户的不同需求，铜包铝的截面形状，可以是矩形配以圆角过渡，也可以类似跑道的形状即两个等长并且相互平行的边在两端以对称外凸的圆弧或半圆连接所形成的曲边矩形，还可以根据用户的特殊需求生产异形铜包铝排。

以小规格的铝排坯料(60*8毫米以下)为例，使用盘卷，在第一盘卷1使用完之前，盘卷2首端与盘卷1末端焊接或采用挤压式对接在一起，所需时间为3-4min，此时全线的运行速度减速至1-2m/min，待焊接完成后，全线的运行速度恢复到8-9m/min。

铜带的对接方式，与铝排对接方式相同，在铜带的盘卷1放完之前，铜盘卷2首端与铜盘卷1末端对接采用氩弧焊或挤压式对接，全线运行的中心线在1.2m高度，铜皮标高，在运行中心线之下。铜皮的中心线与铝排的中心线在一个垂直平面内。

在夹送辊1的作用，坯料开卷和送入校直机，校直机担负校直铝排作用，铣屑机负责将铝排表层的氧化层(Al₂O₃)铣掉(铣掉0.1mm)，此时开始氩气保护，一直到焊接机，这一段是密闭的。

在平包覆前端，铝排和铜皮同时进入包覆机，铜带在下，铝排在上，包覆机的包覆辊控制铝排和铜带的相对位置，只有这样才能保证焊机和焊咀在铜带对缝的中间。首先通过带槽形的0°辊将铝排压实，不能窜动，然后依次通过15°，30°，45°，60°，75°，90°的平辊包覆辊型，将铜皮的两边，按着铝排两边的圆角半径，压制90°；进而，再依次通过0°，15°，30°，45°，60°，75°，90°的立辊包覆辊型，并继续经由一个0°的平辊将铜皮两边进一步压平，最后形成铝排四周包覆铜皮，中间只有一条缝隙，进入焊接机，进行焊接，焊接完成后，通过夹送辊送入轧机1，轧机1将包覆焊接后的铜包铝排压实并将内部的空气排出，达到物理结合，轧机2与轧机3，上下、左右各压下6毫米，温度上升至350-400℃，再经过后四台轧机连续轧制，温度上升至450℃左右，但是时间短，还来不及分子扩散，所以后部设加热段(高频加热)，保温段进行扩散热处理。最后成卷慢速冷却。

连续冶金复合工艺中由四至七台轧机组成，全是由交流变频电机驱动，由变频器集中调整，使孔型的面积(F)和轧件通过速度(V)的乘积等于常数(FV＝常数)，从而实现了连续、自动轧制，并且使冷轧变成了热轧，相对于第一台轧机，从第二台轧机开始就是热轧制(第一架轧机轧制时使轧件温度升高100-200℃，后续的轧机，同理)，这也就省去了加热的过程，工艺更简单，也节省了能源，因为热轧容易结合。

整个生产线由电控箱集中控制同步运行，连轧过程中，每台轧机分别由交流变频电机驱动，自动变频调速，保证孔型面积F和轧件通过速度V的乘积FV为一个常数。

大规格的铝排坯料(60*8以上)，不能成卷而是采用直条坯料(每根6-8m长)，因为场地长68米，事先将坯料8-10根焊接在一起，轧完后，下一根仍然焊接连接，与小规格工艺相同；不同的是，扩散热处理后不能成卷，用剪切机剪断，定尺处理在台架上进行，这些定尺后的铜包铝排运到专用的热处理炉进行扩散热处理。

用这种工艺生产的铜包铝排，复合的质量好，固相结合均匀，配合探伤仪的在线检测，结合率可以达到100％。所用的铝排是挤压生产的，密度在2.71-2.72之间，一般铝排密度为2.703，质地致密，一般的铜包铝密度为3.04-3.91，用这种工艺生产的铜包铝排的密度可达到4.00-4.2，如果改变铜层密度，强度，电导率均有提高，根据试验，铜的比重提高2个百分点，强度就能提高3.5-4MPa。所心本产品完全可以用在高压电的部件上。

为防氧化防腐蚀考虑，所述铜包铝排进行表面镀锌处理。

所述铜包铝排弯曲效果好，弯曲时在弯曲处铜和铝不会分离。

以焊机的焊接速度为10m/min为例，作业率88％，成品率达到96％，单班作业情况下，年产量9313T，铜包铝排售价为5.5万元/T，则年产值达到5.1亿元，总成本2.5亿元，税后净利润为1.5亿元。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铜包铝排连续冶金复合的生产设备，包括坯料预处理装置、惰性气体保护下的连续包覆设备和焊接设备、连轧设备和热处理设备，彼此之间通过夹送辊和导卫装置连接；所述的连轧设备中的每台轧机包括上下两个相互平行的平辊、左右两个相互平行的立辊、机架和机座；所述两个平辊和两个立辊的轧辊轴的中心线在同一垂直面内；相邻轧机通过导卫装置连接；

其特征在于：

所述机架包括左右两片，通过拉杆和螺栓连接成一体，再螺栓固定于机座上；所述左右两个立辊通过轴承座分别固定于左片机架和右片机架上，并沿其对应的滑板滑动以调整左右间距再通过螺栓紧固；所述上下两个平辊通过轴承座支撑于左右两片机架上，并沿其对应的滑板滑动以调整上下间距再通过螺栓紧固；

每台轧机分别由交流变频电机驱动，自动变频调速，电机通过减速机带动传导箱的两个输出端分别通过万向联轴节连接两个平辊输入端，并通过伞齿轮带动所述两个立辊同转速旋转；所述伞齿轮分别通过螺栓固定于下平辊和两个立辊上；所述两个平辊和两个立辊的直径相等，平辊和立辊的接触面成45°；由四个轧辊的辊环所围成的孔型是封闭的，所述辊环分别与其对应的辊轴过渡配合，侧面以螺丝固定。

2.根据权利要求1所述的铜包铝排连续冶金复合的生产设备，其特征在于所述连轧设备包括4-7台轧机。

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