CN101704091A - 铜铝复合圆管浇铸结晶器装置 - Google Patents

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李承煜
陈云华
赵金勇
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Abstract

本发明涉及一种铜铝复合圆管浇铸结晶器装置，包括一个结晶器外壳、一个外层导流管、一个内层导流管，还包括一个内层型腔模具、一个模芯、一个外层型腔模具和水管构成的水循环冷却系统；所述外层导流管与结晶器外壳上部的开口紧密连接，结晶器外壳后端紧密套接外层型腔模具，内层导流管同轴套置于结晶器外壳内部，内层导流管后端紧密套接内层型腔模具，水管连接成循环冷却系统围绕在外层型腔模具外部；所述内层导流管与内层型腔模具可以包含隔热层，模芯同轴固定于内层型腔模具内部。

Description

铜铝复合圆管浇铸结晶器装置
技术领域
本发明涉及冶金工业中的一种铜铝复合圆管浇铸结晶器装置，适用于由外层铜金属和内层铝金属材料组成的铜铝复合圆管坯料浇铸成型。
背景技术
母线槽是广泛应用于电力、建筑、航空航天、冶金、化工、能源等国家经济各重要领域的重要输配电设备，国内用量年均增长率超过20％，“十一五”期间，市场需求高达600亿元以上，产业巨大。电力母排是母线槽的核心部件，其材料为纯铜或铝，由于铜导电性能优良、连接(焊接)方便，目前绝大多数采用纯铜。我国65％以上的精铜依赖进口，近年来国际铜价猛涨，导致铜排成本占母线槽成本的50％以上，成为制约母线槽行业发展的重要瓶颈。我国铝资源丰富，价格低廉，导电性能良好(仅次于铜)，但铝母排易在表面形成高电阻的氧化膜，连接困难。铜包铝复合导体是一种以铝为芯体、外层包覆铜的新型双金属复合材料，结合了铜的导电优良、易连接、化学性质稳定和铝的密度低、易加工、价格低廉等诸多优点。
目前市场上的铜包铝复合导体一般通过套管后轧制成型，或者是在外层金属管内灌铸内层金属。而套管轧制方式不能完全消除内外层之间的间隙，还需分别预制铜铝管材，成本较高；灌铸方式所需的前处理工序过于复杂，灌铸过程限制了坯料的长度，并且易产生冷隔、缩孔、气孔等缺陷，目前在冶金行业中只有北京科技大学的谢建新等人设计了专门的双层金属复合坯料浇铸装备，即一种复合材料一次铸造连续成形设备(01109076.6)，但其浇铸出的坯料为圆棒型材，圆棒型材在后序加工轧制母排时与轧辊接触区为线接触，连续轧制所需轧机压力非常大，轧制尺寸不易控制；轧制过程需经过多道轧制工序，其中包括两道立式轧制工序，每一道轧制工序前都需退火，造成能源浪费，轧制成本比直接使用铜排还要高，达不到提质降本的目的；同时外层金属液与内导金属液同轴导流至外层金属结晶器内，在外层金属熔点与内层金属熔点差距较大，例如铜包铝坯料，铜熔点为1083℃，铝熔点为660.2℃，容易造成内部铝金属过高温发生铝同素异晶转变，或者低熔点的芯部金属坩锅支撑件等损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种铜铝复合圆管浇铸结晶器装置，能够一次浇铸成铜铝复合圆管坯料型材，并保证内外铜铝双层坯料均匀凝固成形，同时铜铝复合坯料的结合界面形成冶金结合。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种铜铝复合圆管浇铸结晶器装置，包括一个结晶器外壳、一个外层导流管、一个内层导流管，还包括一个内层型腔模具、一个模芯、一个外层型腔模具和水管构成的水循环冷却系统；所述外层导流管与结晶器外壳上部的开口紧密连接，结晶器外壳后端紧密套接外层型腔模具，内层导流管同轴套置于结晶器外壳内部，内层导流管后端紧密套接内层型腔模具，水管连接成循环冷却系统围绕在外层型腔模具外部；所述内层导流管与内层型腔模具可以包含隔热层，模芯同轴固定于内层型腔模具内部.
利用不同熔点的内外层金属在不同温度凝固的原理，在高温时将高熔点的外层铜金属熔融液体通过外层导流管经结晶器外壳与内层导流管之间的空隙导入外层型腔模具，借助水循环冷却系统冷却外层金属并凝固成型为铜金属层，待外层铜金属管温度降低到内层铝金属熔点时，将低熔点的内层铝金属熔融液体通过内层导流管导入内层型腔模具与模芯之间的空隙层，与成型后的外层铜金属层一起冷却并凝固成铜铝复合圆管，凝固后内外层金属之间的结合界面形成了冶金结合，浇铸成型的铜铝复合圆管借助外部牵引机构拉出形成连续浇铸工艺。
浇铸后的圆管型材经压机压扁后，高度宽度尺寸误差很小，所余轧制余量较小，只需经过一道加热轧制工序和一道退火工序后即可拉制成规定尺寸的电力母排；且压扁后的型材在轧制过程中与轧辊形成面接触，所需轧制压力很小，工序简单易行，工艺成本低廉，适合于大规模工业化生产。
本发明适用于由高熔点的外层铜金属与低熔点的内层铝金属组成的复合坯料一次浇铸成型，省去了现有技术中铜管、铝管的预加工、清洗、成品套管、缩管等过程，大简化了工艺流程，并且浇铸过程易实现连续生产，自动化程度加大，生产效率提高，产品成本降低。
附图说明
图1是本发明的剖面结构示意图。
下面结合附图对本发明进一步说明。
图中：1、外层导流管  2、内层导流管  3、结晶器外壳4、内层型腔模具  5、水循环冷却系统  6、外层型腔模具  7、模芯
具体实施方式
如图所示，本发明的铜铝复合圆管浇铸结晶器装置包括有一个结晶器外壳3、一个外层导流管1、一个内层导流管2，还包括一个内层型腔模具4、一个模芯7、一个外层型腔模具6和水管构成的水循环冷却系统5；所述外层导流管1与结晶器外壳3上部的开口紧密连接，结晶器外壳3后端紧密套接外层型腔模具6，内层导流管2同轴套置于结晶器外壳3内部，内层导流管2后端紧密套接内层型腔模具4，模芯7同轴固定于内层型腔模具4内部，水管连接成循环冷却系统5围绕在外层型腔模具6外部，所述内层导流管与内层型腔模具可以包含隔热层。
本发明的装置利用不同熔点的内外层金属在不同温度凝固的原理，在高温时将高熔点的外层铜金属熔融液体通过外层导流管1经结晶器外壳3与内层导流管2之间的空隙导入外层型腔模具6，借助水循环冷却系统5冷却外层铜金属并凝固成型为铜金属层，待温度降低到内层铝金属熔点时，将低熔点的内层铝金属熔融液体通过内层导流管2导入内层型腔模具4与模芯7之间的空隙层，与成型后的外层铜金属层一起冷却并凝固成铜铝复合圆管，凝固后内外层金属之间的结合界面形成了冶金结合，浇铸成型的铜铝复合圆管借助外部牵引机构拉出形成连续浇铸工艺。

Claims (2)

1.一种铜铝复合圆管浇铸结晶器装置，其特征是：包括一个结晶器外壳、一个外层导流管、一个内层导流管，还包括一个内层型腔模具、一个模芯、一个外层型腔模具和水管构成的水循环冷却系统；所述外层导流管与结晶器外壳上部的开口紧密连接，结晶器外壳后端紧密套接外层型腔模具，内层导流管同轴套置于结晶器外壳内部，内层导流管后端紧密套接内层型腔模具，水管连接成循环冷却系统围绕在外层型腔模具外部，模芯同轴固定于内层型腔模具内部。
2.根据权利要求1所述铜铝复合圆管浇铸结晶器装置，其特征是：所述内层导流管与内层型腔模具包含隔热层。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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