CN101780532B - 液相复合板坯连铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述液相复合板坯连铸方法，是由复合浇铸系统、辊式结晶器、夹送顶弯装置、拉矫装置、剪切装置、引锭杆系统组成。基材金属浇注包和复合材料金属浇注包，将金属溶液通过浸入式水口注入到由结晶辊、侧密封板组成的辊式结晶器熔池。中间隔板将熔池分隔成基材溶腔和复合材料溶腔。基材和复合材料金属溶液分别在结晶辊上凝固成坯壳，结晶辊同步反向转动，金属坯壳随结晶辊转动向下移动，基材金属液和复合材料金属固液界面相互作用实现界面冶金熔融复合，并在辊式结晶器出口处结合成复合板坯。经夹送辊移送、顶弯辊弯曲，使复合铸坯被弯成弧形，通过导向辊进入拉矫段进行水平矫直。继续前移到剪切区辊道，由摆动剪切成定尺，移出铸坯。

Description

液相复合板坯连铸方法

技术领域

本发明涉及层状金属复合材料制备技术领域，尤其涉及用连铸的方法制造复合金属连铸板坯的技术。

背景技术

21世纪是复合材料的时代，随着科学技术的发展，新材料的应用越来越广泛。单一的材料或合金已经很难满足现代化生产对材料综合性能的需求。复合材料是解决各种特殊结构、功能要求的重要途径，新型复合材料的研制倍受世界各国的普遍重视，近10年来各种新的复合材料及其制备技术也在飞速发展。

现代复合材料范围非常广，层状金属复合材料只是其中的一类。层状金属复合材料是将两种以上金属材料利用其各自的性能优势进行分层组合形成的一类金属材料。金属复合材料克服各自的缺点，发挥优点。使部件具有特殊的性能以适应特殊的工况。可以延长部件的使用寿命，取得良好的综合经济效益。

目前制造层状金属复合板材的方法主要有两种：爆炸复合法和轧制复合法。

爆炸复合法是利用炸药爆炸产生的瞬时冲击力使复合板高速撞击基板，碰撞点产生瞬间高压、高温使复合金属表面产生塑性变形、界面呈波形特征焊接在一起。结合面不是熔融复合，复合强度相对较低，适合单张，小批量生产。复合板材表面变形大，不平整。产品的尺寸、复合层厚度受到限制，生产成本较高。

轧制复合法是金属板在轧机强大的轧制压力作用下，两层金属的复合表面发生塑性变形，使表面金属层破裂，形成平面的冶金结合。经过后续的热处理形成稳固的结合面。轧制复合前要进行钢板表面清理等预处理过程，生产成本较高。由于轧制复合过程中没有充分的扩散和化学反应，因此复合界面的结合强度相对较低。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的液相复合板坯连铸制备方法与装置，利用其生产的复合钢板实现界面的熔融复合，提高结合强度。生产流程短、节约能源、降低成本，能实现批量生产。克服了现有技术中所存在的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的液相复合板坯连铸制备方法与装置，从而解决现有的爆炸复合法和轧制复合法生产出来的复合板材表面变形大，不平整，产品的尺寸、复合层厚度受到限制，复合界面的结合强度相对较低，生产成本较高，不能批量生产等问题。

本发明所述的液相复合板坯连铸方法，是由复合浇铸系统、辊式结晶器、夹送顶弯装置、拉矫装置、剪切装置、引锭杆系统所组成。所述的复合浇铸系统安装在辊式结晶器的上方，夹送顶弯装置安装在辊式结晶器的下方，引锭杆系统安装在夹送顶弯装置的下方，拉矫装置、剪切装置安装在引锭杆系统的侧边。所述的复合浇铸系统由基材金属浇注包、复合材料金属浇注包、浇注水口、复合浇注中间罐、浸入式水口组成；基材金属浇注包和复合材料金属浇注包分列两边，其下方装有浇注水口、两种金属液体通过浇注水口进入复合浇注中间罐，复合浇注中间罐下面装有两个浸入式水口，两个浸入式水口之间装有中间隔板。所述的辊式结晶器由两个结晶辊和侧密封板组成，结晶辊侧边装有侧密封板，结晶辊、侧密封板组成辊式结晶器熔池，由中间隔板将熔池分隔成基材溶腔和复合材料溶腔。所述的夹送顶弯装置由夹送顶弯装置的夹送辊、顶弯辊、导向辊组成。4-6个夹送顶弯装置的夹送辊两两成对装在结晶辊的下方，其下方装有顶弯辊和导向辊，拉矫段辊装在导向辊的侧方。所述的剪切装置是由摆动剪和剪切区辊道组成，安装在拉矫段辊的后方。所述的引锭杆系统由引锭杆系统的夹送辊、引锭杆和缓冲垫组成，2-4个引锭杆系统的夹送辊两两成对装在引锭杆的两边，引锭杆的上方对正两排夹送顶弯装置的夹送辊的中间，引锭杆的下边装有缓冲垫。本发明所述的结晶辊、夹送顶弯装置的夹送辊和引锭系统的夹送辊，两两成对的两辊之间应在一条直线上。本发明所述的复合浇铸系统，基材金属浇注包和复合材料金属浇注包分别将金属液通过浇注水口注入复合浇注中间罐内，再通过浸入式水口注入辊式结晶器内。实现两种金属材料通过复合浇注中间罐同时浇铸，并在结晶器上表面吹氩气保护。本发明所述的辊式结晶器由中间隔板将辊式结晶器分隔成基材溶腔和复合材料溶腔。基材和复合材料金属分别在结晶辊上凝固成坯壳，由于中间隔板的分隔作用，使两种金属液体不能混合。金属坯壳随结晶辊同步反向转动，基材金属液和复合材料金属固液界面相互作用实现界面冶金熔融复合，并在辊式结晶器出口处结合成复合板坯。

本发明所述的液相复合板坯连铸方法，克服了爆炸复合法和轧制复合法的缺点，实现冶金熔融复合界面，提高结合面强度，生产流程短、节约能源、降低成本，能实现批量生产。

本发明所述的液相复合板坯连铸方法，是一种新形的制造工艺方法：基材金属浇注包和复合材料金属浇注包分别将金属液通过浇注水口注入复合式浇注中间罐内，复合式浇注中间罐分别盛装两种金属液态，再通过浸入式水口注入到辊式结晶器内。结晶辊、侧密封板、引锭杆头组成辊式结晶器熔池，由中间隔板将熔池分隔成基材溶腔和复合材料溶腔。基材和复合材料金属分别在结晶辊上凝固成坯壳，由于中间隔板的分隔作用，使两种金属液体不能混合。金属坯壳随结晶辊同步反向转动，基材金属液和复合材料金属固液界面相互作用实现界面冶金熔融复合，在辊式结晶器出口处结合成复合板坯。由夹送辊向下移送引锭杆，带动复合铸坯下移到顶弯辊的位置，顶弯辊横移撞击复合铸坯，使复合铸坯与引锭杆脱离。引锭杆由夹送辊快速向下移送，放置到缓冲垫上。复合铸坯被弯成弧形，通过导向辊送入拉矫段辊进行水平矫直。拉矫段辊矫直复合铸坯，继续前移到剪切区辊道上，由摆动剪切成定尺，移出铸坯。

本发明所述的液相复合板坯连铸方法的工作原理是：结晶辊、侧密封板组成辊式结晶器熔池，由中间隔板将熔池分隔成基材溶腔和复合材料溶腔。基材和复合材料金属分别在结晶辊上凝固成坯壳，结晶辊同步反向转动，金属坯壳随结晶辊转动向下移动。由于中间隔板的分隔作用，使两种金属液体不能混合。基材金属液和复合材料金属固液界面相互作用，实现界面冶金熔融复合，基材金属液在复合材料坯壳上继续凝固，在接近辊式结晶器出口处结合成复合板坯。由拉矫段辊拉拔并矫直复合铸坯，剪切装置和剪切区辊道切成定尺并移出复合铸坯。

本发明结构新颖、实现金属界面冶金熔融复合、能生产高强度复合板坯，生产流程短、有效降低生产成本、节约能源、降低排放，能实现大批量生产。将产生积极的社会效益和显著的经济效益。

附图说明

本发明共有两张附图，其中：

图1是液相复合板坯连铸剖面图；

图2是结晶辊侧视图。

图中：1、基材金属浇注包  2、复合材料金属浇注包  3、浇注水口  4、复合浇注中间罐  5、浸入式水口  6、中间隔板  7、结晶辊  8、侧密封板  9、夹送顶弯装置的夹送辊  10、顶弯辊  11、导向辊  12、拉矫段辊  13、摆动剪  14、剪切区辊道  15、引锭系统的夹送辊  16、引锭杆  17、缓冲垫  18、复合铸坯

具体实施方式

本发明的具体实施例如附图1所示，液相复合板坯连铸方法是由复合浇铸系统、辊式结晶器、夹送顶弯装置、拉矫装置、剪切装置、引锭杆系统所组成。其特征在于所述的复合浇铸系统安装在辊式结晶器的上方，夹送顶弯装置安装在辊式结晶器的下方，引锭杆系统安装在夹送、顶弯装置的下方，拉矫装置、剪切装置安装在后部。所述的复合浇铸系统由基材金属浇注包1、复合材料金属浇注包2、浇注水口3、复合浇注中间罐4、浸入式水口5组成。基材金属浇注包1和复合材料金属浇注包2分列两边，其下方装有浇注水口3、两种金属液体通过浇注水口3浇铸入复合浇注中间罐4内，复合浇注中间罐4中有两个金属罐分别装两种钢液，其下面装有两个浸入式水口5，两个浸入式水口5插入结晶器内。所述的辊式结晶器由两个结晶辊7、侧密封板8和中间隔板6组成。结晶辊7侧边装有侧密封板8，结晶辊7、侧密封板8组成辊式结晶器熔池，由中间隔板6将熔池分隔成基材溶腔和复合材料溶腔。基材和复合材料金属分别在结晶辊7上凝固成坯壳，结晶辊7同步反向转动，金属坯壳随结晶辊7转动向下移动。由于中间隔板6的分隔作用，使两种金属液体不能混合。基材金属液和复合材料金属固液界面相互作用，实现界面冶金熔融复合。在接近辊式结晶器出口处结合成复合铸坯18。所述的夹送顶弯装置由夹送顶弯装置的夹送辊9、顶弯辊10和导向辊11组成，4个夹送顶弯装置的夹送辊9安装在结晶辊7的下方，向下移送复合铸坯18；其下方装有顶弯辊10和导向辊11，将复合铸坯18顶弯并引导铸坯进入拉矫段辊12。拉矫段辊12由4对辊子组成，安装在导向辊11的后部，对复合铸坯18进行矫直。所述的剪切装置是由摆动剪13和剪切区辊道14组成，安装在拉矫段辊12的后部，将复合铸坯18切成定尺并输送。所述的引锭杆系统由引锭杆系统的夹送辊15、引锭杆16和缓冲垫17组成，2个引锭杆系统的夹送辊15成对安装在导向辊11下面，引锭杆16由引锭杆系统的夹送辊15夹持上升到辊式结晶器出口，或下降放置在缓冲垫17上，等待下一个生产周期。本发明所述的辊式结晶器、夹送顶弯装置、拉矫装置的安装形式，是一种立弯式复合连铸机。

本发明所述的液相复合板坯连铸方法的具体生产过程是，驱动引锭杆系统的夹送辊15向上移送引锭杆16到结晶辊7出口处，夹送顶弯装置的夹送辊9夹持住引锭杆16封住辊式结晶器出口。基材金属浇注包1和复合材料金属浇注包2分别将金属液通过浇注水口3注入到复合式浇注中间罐4内，再通过浸入式水口5注入到辊式结晶器内。由中间隔板6、结晶辊7、侧密封板8、引锭杆16组成辊式结晶器熔池，中间隔板6将熔池分隔成基材溶腔和复合材料溶腔。基材和复合材料金属分别在结晶辊7上凝固成坯壳，结晶辊7同步反向转动，复合材料坯壳随结晶辊7向下移动。由于中间隔板6的分隔作用，使两种金属液体不能混合。基材金属液和复合材料金属固液界面相互作用实现界面冶金熔融复合，基材金属液在复合材料坯壳上继续凝固，在接近辊式结晶器出口处结合成复合板坯。由夹送顶弯装置的夹送辊9向下移送引锭杆16，带动复合铸坯18下移到顶弯辊10的位置，顶弯辊10横移撞击复合铸坯18，使复合铸坯18与引锭杆16脱离。引锭杆16由引锭杆系统的夹送辊15快速向下移送，放置到缓冲垫17上等待下一次浇注开始。复合铸坯18被弯成弧形，通过导向辊11进入拉矫段辊12进行水平矫直。拉矫段辊12拉矫复合铸坯18继续前移到剪切区辊道14上，由摆动剪13切成定尺，移出铸坯。

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，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种液相复合板坯连铸方法，是由复合浇铸系统、辊式结晶器、夹送顶弯装置、拉矫装置、剪切装置、引锭杆系统所组成；其特征在于所述的复合浇铸系统安装在辊式结晶器的上方，夹送顶弯装置安装在辊式结晶器的下方，引锭杆系统安装在夹送顶弯装置的下方，拉矫装置、剪切装置安装在引锭杆系统的侧边；所述的复合浇铸系统由基材金属浇注包(1)、复合材料金属浇注包(2)、浇注水口(3)、复合浇注中间罐(4)、浸入式水口(5)组成；基材金属浇注包(1)和复合材料金属浇注包(2)分列两边，其下方装有浇注水口(3)、两种金属液体通过浇注水口(3)进入复合浇注中间罐(4)，复合浇注中间罐(4)下面装有两个浸入式水口(5)，两个浸入式水口(5)插入结晶器内；所述的辊式结晶器由两个结晶辊(7)、侧密封板(8)和中间隔板(6)组成，结晶辊(7)侧边装有侧密封板(8)，结晶辊(7)、侧密封板(8)组成辊式结晶器熔池，由中间隔板(6)将熔池分隔成基材溶腔和复合材料溶腔；所述的夹送顶弯装置由夹送顶弯装置的夹送辊(9)、顶弯辊(10)、导向辊(11)组成；4-6个夹送顶弯装置的夹送辊(9)两两成对装在结晶辊(7)的下方，其下方装有顶弯辊(10)和导向辊(11)，拉矫段辊(12)装在导向辊(11)的侧方；所述的剪切装置是由摆动剪(13)和剪切区辊道(14)组成，安装在拉矫段辊(12)的后方；所述的引锭杆系统由引锭杆系统的夹送辊(15)、引锭杆(16)和缓冲垫(17)组成，2-4个引锭杆系统的夹送辊(15)两两成对装在引锭杆(16)的两边，引锭杆(16)的上方对正两排夹送顶弯装置的夹送辊(9)的中间，引锭杆(16)的下边装有缓冲垫(17)。

2.根据权利要求1所述的液相复合板坯连铸方法，其特征在于所述的结晶辊(7)、夹送顶弯装置的夹送辊(9)和引锭杆系统的夹送辊(15)，两两成对的两辊之间应在一条直线上。

3.根据权利要求1所述的液相复合板坯连铸方法，其特征在于所述的复合浇铸系统，基材金属浇注包(1)和复合材料金属浇注包(2)分别将金属液通过浇注水口(3)注入复合浇注中间罐(4)内，再通过浸入式水口(5)注入辊式结晶器内；实现两种金属材料通过复合浇注中间罐(4)同时浇铸，并在辊式结晶器上表面吹氩气保护。

4.根据权利要求1所述的液相复合板坯连铸方法，其特征在于所述的辊式结晶器由中间隔板(6)将辊式结晶器分隔成基材溶腔和复合材料溶腔；基材和复合材料金属分别在结晶辊上凝固成坯壳，由于中间隔板(6)的分隔作用，使两种金属液体不能混合；金属坯壳随结晶辊(7)同步反向转动，基材金属液和复合材料金属固液界面相互作用实现界面冶金熔融复合，并在辊式结晶器出口处结合成复合板坯。

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