CN1768980A - 铸造双金属复合钢板的设备与方法 - Google Patents

Abstract

一种铸造双金属复合钢板的设备与方法，所述模具为中空的长方体，由左、右两部分组成。在铸造模具的下侧设有两组浇铸管道，浇铸口连接到两组浇铸管道的外口上。在模具的上面设置两组惰性气体输入孔，在惰性气体输入孔的外口上连接惰性气体输入管道。在铸造模具的内侧设有两个复合合金型腔及两张普通钢板。发明方法一是：外感应加热方式。模具外侧面绕有感应线圈。有一个感应电源，连接感应线圈的两端。方法二是：内部加热方式。在铸造模具内侧由金属电阻丝、或硅碳棒制成的电加热型蕊，外部设置交直流电源。目的都是把模具中的铁板加热，惰性气体保护，在高温下进行的，钢板合金材料之间原子结合的非常牢固，每次产两块复合钢板，从而使双金属复合板的生产速度与质量大为提高。

Description

铸造双金属复合钢板的设备与方法

技术领域本发明涉及一种无切削金属机械加工方面的金属复合领域，尤其是指一种铸造高铬、高镍耐磨耐蚀耐高温复合钢板的设备与方法。在国际专利分类表中应该分为B21大类。

背景技术目前，制造高铬等双金属复合钢板，主要方法是手工焊条堆焊法，生产工艺效率低，成本高、复合面不平整，质量不好，生产不安全。等离子弧堆焊法是近几年发展起来一项新技术，用于堆焊高铬高镍复合钢板，等离子弧堆焊焊料需事先把高铬、高镍合金进行熔炼制成粉状颗粒，无形中增加了生产工续及成本。需用等子堆焊机进行逐行堆焊，堆焊面幅少，生产规格长200cm×宽100cm×堆焊厚度1cm复合板需要5-6小时。堆焊工作效率低、复合钢板表面不平等缺点，不易成批生产。等离子堆焊机结构复杂，操作不方便，设备易损坏等。

发明内容本发明目的在于：针对已有技术的不足，提供一种生产设备简单、操作简便、投资比较少的铸造双金属复合钢板的两种设备与方法。

本发明目的方法是通过下述两种设备方案实现的：设备一、外感应加热方式。设备二、内电阻加热方式。两种方法都能实现本发明目的一双金属钢板。所述的铸造双金属钢板共同设备包括模具(4)、浇铸口(6)，在所述模具(4)的上面设有排气孔(5)，主要特点在于：所述模具(4)为中空的长方体，由左右两部分组成，内部分别能放置两块需复合的钢板(3)在所述模具(4)的两侧设有两组浇铸管道(12)，所述两组浇铸口(6)连接到浇铸管道(12)的外口上，在所述模具(4)的上面设置两组惰性气体输入孔(11)，铸造时可当排气孔，在所述惰性气体输入孔(11)的外口上连接两组惰性气体输入管道(8)，在所述模具(4)的内侧对应有两个所需复合金属型腔(7)。

设备一、外感应加热方式模具(4)中心位置放置耐高温石墨型蕊(13)起到导磁固定钢板作用，在所述模具(4)的外侧面绕有感应线圈(2)，所述设备有一个感应电源(1)，所述感应电源(1)的两个输出端连接所述的感应线圈(2)的两端。

设备二、内电阻加热方式模具(4)内侧设置了电阻加热装置型蕊(16)，它由多组电阻丝或硅碳棒组成，外面由耐火材料所包埋；所述设备有一个加热电源(14)，所述电源的两个输出端导线(15)连接所述电阻加热装置(16)的两端。

在具体实施例中，设备一所述的感应电源(1)为工频感应电源、中频感应电源、高频感应电源。设备二所述的电源(14)为交流电源、直流电源。

所述的模具(4)的材料为耐高温的高强度非金属材料。

所述的模具(4)的材料为耐火料。

所述的钢板型材(3)为普通碳钢和低合结钢，实施例中所述的普钢板几何尺寸长200cm×宽100cm×厚度0.6cm，也可使用长10-600cm宽10-200cm厚度0.1-20cm的钢板。

所述的高合金双金属复合板是由本发明采用一次性铸造(钎焊)工艺制成，有典型的铸造特征。实施例中复合钢板合金层(9)的几何尺寸为长200cm×100cm×厚度1cm，也可铸造合金层长10-600cm宽10-200cm厚度0.1-20cm的双金属板。合金材料成份为铁、镍、铜、锌、铝、银基大量材料和中量铬、锰、钨、钒材抖和少量碳、硅、硼、钛材料组成。

在所述模具(4)内部，设备一、设有耐高温型蕊(13)材料为石墨、也可用其它非金属材料、金属材料、金属氧化物制造。设备二、电阻加热装置型蕊(16)是多组电阻丝或硅碳棒组成，外面由耐火材料所包埋，材料包括非金属材料、金属氧化物制造。

所述的铸造双金属复合钢板的方法，其主要特点在于：

1)设备方法一、通过设在模具(4)的左右端面上的预留的所需复合钢板型材(3)的中心上放置耐高温型蕊(13)材料为石墨起到导磁固定钢板作用。设备方法二、通过设在模具(4)的左右端面上预留的所需复合钢板型材(3)的中心上放置内加热电阻型蕊(16)起到加温固定钢板作用。把两组型材钢板(3)插入模具(4)中，在型材钢板(3)与模具(4)之间形成所需要两组复合金属型腔(7)，在所述的模具(4)之间形成气密封；

2)通过两组惰性气体输入管道(8)和两组惰性气体输入孔(11)，把惰性气体输入到所述的两组钢板型腔(7)内，从排气孔(5)排去复合合金型腔(7)内的空气，一直到惰性气体充满复合合金型腔(7)；

3)用设备方法一启动感应电源(1)，通过设置在模具(4)外感应线圈(2)模具内的型材钢板(3)加热到高温。用设备方法二启动交流、直流电源(14)通过导线(15)连接电阻接头(17)加热设置在模具(4)中心的钢板(3)到高温；

4)通过模具(4)两侧的两个浇铸口(6)和两个浇铸管道(12)把所需复合合金液体浇铸到钢板型腔(3)两组合金型腔(7)内，一直到合金液体充满两组复合板型腔(7)，合金液体与型材钢板(3)结合为一体，形成双金属钢板，浇铸合金液体时形成的多余物从对应的两个排气孔(5)排出；

5)停止浇铸复合合金液体、关闭设备方法一、感应电源(1)、关闭设备方法二、交流、直流电源(14)关闭停止输入惰性气体；

6)缓慢冷却到常温后，把模具(4)与双金属钢板分离，把双金属钢板排放整齐。

在具体实施例中，所述的高温为400-1250℃。实践中使用温度为1100±50℃

所述的惰性气体为氩气。这里选择氩气主要是因为其价格比较便宜、投资比较小的原因，当然也可以选择He、Ne、Kr、Xe等气体。

由于本发明采用上述技术方案，所述铸造设备相当简单，其操作方法也非常简便，每次生产两块复合钢板，增加模具可进行机械化连续生产。投资有了较大幅度的下降，因而使双金属钢板的制造成本大为降低，更为重要的是：使用本发明所制造的双金属钢板的质量有了显著的提高。

附图说明及实施例

下面结合附图和实施例进一步说明，其中：

附图1是利用本发明两种设备方法所制造的产品——双金属复合钢板的构造示意图。

附图2是铸造双金属钢板的设备方法一、外感应加热方法设备的结构图。

附图3是设备方法一、外感应加热方法插入型材钢板(3)准备进行铸造双金属钢板时的设备的结构图。

附图4是铸造双金属钢板的设备方法二、电阻内加热设备的结构图。

附图5是设备方法二、内电阻加热插入型材钢板(3)，准备进行铸造双金属钢板时的设备的结构图。

附图1是双金属的钢板构造示意图，它是利用本发明两种方法所制造的产品。

为了便于理解本发明，特在此绘出。在该附图中可以看到，双金属由两部分组成：型材(3)钢板和复合合金钢板(9)。其中，复合双金属钢板是由合金液体浇铸而成，本发明的一个突出的特点。这是本发明和已有技术的重大区别之一：所述钢板取材于型材；而已有技术是等离子堆焊。上述区别显示出本发明具有下述优点：第一选用现成的型材作复合基体，钢板厚度可随意选择，复合合金层厚度也可随意选择；第二一次性铸造(钎焊)工艺与堆焊方法相比提高几倍生产速度，生产成本降低，价格便宜。

附图2是铸造双金属钢板的设备方法一、外感应加热方法设备的结构图。从该附图中可以了解本发明的结构特征。在附图2中可以看到：1感应电源、2感应线圈、4模具、7复合合金型腔、6浇铸口、5排气孔、11进气口、8惰性气体输入管道、10耐高温石墨型蕊的上下对称放置口、13耐高温型蕊、12浇铸管道、8惰性气体输入管道。从附图中可以看到模具(4)是一个重要部件，该部件由左、右两部分组成，在所述模具(4)的上面设有两组排气孔(11)，所述模具(4)为中空的长方体，在所述模具(4)的下侧两端设有两组浇铸管道(12)，两组浇铸口(6)连接到浇铸管道(12)的外口上，在所述模具(4)的上面设置两组惰性气体输入管道(8)，在所述惰性气体输入孔(11)的外口上连接惰性气体输入管道(8)。在所述模具(4)的内侧有两个复合合金型腔(7)，耐高温石墨型蕊(13)插入上下对称放置口(10)两侧放置好型材钢板两块(3)长200cm×宽100cm×厚0.6cm，所述的两组复合合金型腔(7)正好是用于浇铸钢板的空间。在该附图中还可以看到，所述设备有一个感应电源(1)，所述感应电源(1)的两个输出端连接所述的感应线圈(2)的两端。所述的感应电源(1)为工频感应电源、中频感应电源、高频感应电源。至于感应电源，则属于已有技术，此处不再赘述。

所述的模具(4)的材料为耐高温的高强度的非金属材料。例如，可以是耐火材料、陶瓷材料等。

附图3是设备方法一、外感应加热方法插入型材钢板(3)准备进行铸造双金属钢板时的设备的结构图。当进行铸造双金属复合板时，第一步工序是：通过设在模具(4)的左、右端面上的预留的两组复合合金型腔(7)，中心部位设置石墨型蕊(13)起到导磁固定钢板作用(上述两放置口可以从附图2中清楚地看到)，把两块型材钢板(3)插入到模具(4)中，型材钢板(3)插入的位置要满足预定的双金属复合板的尺寸的要求。完成上述这一步之后，就可以实现两个目的：第一在型材钢板(3)与模具(4)之间形成两组复合合金型腔(7)，为浇注合金复合作好了准备；第二在所述的型材钢板(3)之间形成气密封(结合附图1和附图2一起看)，这就为第二步工序作好准备。

第二步工序是：

通过两组惰性气体输入管道(8)和两组惰性气体输入孔(11)，把惰性气体输入到所述的两组复合合金型腔(7)内，从两组排气孔(5)排去两组复合合金型腔(7)内的空气，一直到惰性气体充满两组复合合金型腔(7)后，即为第三步工序作好准备。

第三步工序是：

启动感应电源(1)，把设置在感应线圈(2)内的型材钢板(3)加热到高温。在加热型材钢板(3)时，惰性气体一直在通着。也即是说：在惰性气体的保护下加热型材钢板(3)这可以防止型材钢板(3)氧化。当加热到高温后，即为第四步工序作好准备。

第四步工序是：

通过两组浇铸口(6)和两组浇铸管道(12)把溶炼好的复合合金液体浇铸到模具(4)两侧合金两组型腔(7)内，一直到合金液体充满两组复合合金型腔(7)。此时，合金液体分别与两块型材钢板(3)结合为一体，形成两张双金属钢板。浇铸合金液体时形成的多余物(包括浇铸时形成的残渣、蒸汽等)从两组排气孔(5)排出。在浇铸过程中，惰性气体在通着，型材钢板(3)一直加热在高温状态。在合金液体充满两组复合合金型腔(7)后，即为第五步工序作好准备。

第五步工序是：

停止浇铸合金液体、关闭感应电源(1)、停止输入惰性气体。然后进一步完成第六步工序。

第六步工序是：

缓慢冷却到400℃以下或常温后，把模具(4)与两组双金属钢板分离(模具由左、右两部分组成，可以方便地分开)，把两块复合好的双金属钢板排放整齐。

附图4是铸造双金属钢板的设备方法二、电阻内加热设备的结构图。

本发明目的方法二，是通过下述技术方案实现的：所述的铸造双金属钢板的设备包括模具(4)、两组浇铸口(6)，在所述模具(4)的上面设有两组排气孔(5)，主要特点在于：所述模具(4)为中空的长方体，由左、右两部分组成，在所述模具(4)的两侧设有两组浇铸管道(12)，所述两组浇铸口(6)连接到浇铸管道(12)的外口上，在所述模具(4)的上面设置两组惰性气体输入管道(8)，铸造时可当排气孔，在所述惰性气体输入孔(11)的外口上连接惰性气体输入管道(8)，在所述模具(4)的内侧对应有二个所需复合金属型腔(7)；在所述模具(4)的内侧设置了电阻加热装置(16)它由多组电阻丝或硅碳棒组成；所述设备有一个加热电源(14)，所述电源的两个输出端导线(15)连接所述电热加热装置(17)的两端。

在具体实施例中，所述的电源(14)为交流电源、直流电源。

所述的模具(4)的材料为耐高温的高强度的非金属材料。

所述的钢板型材(3)其特征与方法一、相同。

所述的合金层(9)其特征与方法一、相同

在所述模具(4)上、中心设有高温加热型蕊(16)材料为电阻丝或硅碳棒，左右两面上分别预留有两块钢板型材(3)。所述的铸造双金属复合钢板的方法，其主要特点在于：

1)通过设在模具(4)的左右端面上的预留的所需复合钢板型材(3)的中心上放置高温加热型蕊(16)材料为电阻丝或硅碳棒，把型材钢板(3)插入模具(4)中，在型材钢板(3)与模具(4)之间形成所需要两组复合金属型腔(7)，在所述的模具(4)之间形成气密封；

2)通过两组惰性气体输入管道(8)和两组惰性气体输入孔(11)，把惰性气体输入到所述的两组合金型腔(7)内，从两组排气孔(5)排去复合合金型腔(7)内的空气，一直到惰性气体充满两组复合合金型腔(7)；

3)启动加热电源(14)，把设置高温电阻加热型蕊(16)两侧两张型材钢板(3)加热到高温；

4)通过两组浇铸口(6)和两组浇铸管道(12)把所需复合合金液体浇铸到两组合金型腔(7)内，一直到合金液体充满两组复合金型腔(7)，合金液体与型材钢板(3)结合为一体，形成双金属钢板，浇铸合金液体时形成的多余物从两组排气孔(5)排出；

5)停止浇铸复合合金液体、关闭加热电源(14)、停止输入惰性气体；

6)缓慢冷却到常温后，把模具(4)与双金属钢板分离，把双金属钢板排放整齐。

在具体实施例中，所述的高温为400-1250℃。实践中使用温度是1100±50℃。

所述的惰性气体为氩气。这里选择氩气主要是因为其价格比较便宜、投资比较小的原因，当然也可以选择He、Ne、Kr、Xe、氮等气体。

附图说明及实施例

下面结合附图和实施例进一步说明，其中：

附图1是双金属的钢板构造示意图，它是利用本发明实施第二种方法所制造的产品。细节方法一已述。

附图4是铸造双金属钢板的内加热设备的结构图。从该附图中可以了解本发明的结构特征。在附图4中可以看到：14电源、16电阻加热装置、4模具、7复合合金型腔、6浇铸口、5排气孔、8惰性气体输入管道、10高温加热型蕊上下放置口、12浇铸管道、11惰性气体输入孔。从附图中可以看到模具(4)是一个重要部件，该部件由左、右两部分组成，在所述模具(4)的上面设有两组排气孔(5)，所述模具(4)为中空的长方体，在所述模具(4)的下侧设有浇铸两组管道(12)，两组浇铸口(6)连接到两组浇铸管道(12)的外口上，在所述模具(4)的上面设置两组惰性气体输入孔(11)，在所述两组惰性气体输入口(11)的外口上连接两组惰性气体输入管道(8)。在所述模具(4)的内侧有对应两组复合合金型腔(7)，插入两块型材钢板(3)时，所述的复合合金型腔(7)正好是用于浇铸合金的空间。在该附图中还可以看到，所述设备有一个电源(14)，所述电源(14)的两条导线(15)输出端连接电阻器接头(17)所述电阻加热器(16)的两端。所述的电源(14)为交、直流电源。电源，则属于已有技术，此处不再赘述。

所述的模具(4)的材料为耐高温的高强度的非金属材料。例如，可以是耐火材料、陶瓷材料等。

附图5是设备方法二、内电阻加热插入型材钢板(3)，准备进行铸造双金属钢板时的设备的结构图。当进行铸造双金属复合板时，第一步工序是：通过设在模具(4)的左、右端面上的预留的复合合金型腔(7)，中心部位设置电阻加热型蕊(16)(上述两放置口可以从附图4中清楚地看到)，把两块型材钢板(3)插入到模具(4)中，型材钢板(3)插入的位置要满足预定的双金属复合板的尺寸的要求。完成上述这一步之后，就可以实现两个目的：第一在型材钢板(3)与模具(4)之间形成两组复合合金型腔(7)，为浇注合金复合作好了准备；第二在所述的型材钢板(3)之间形成气密封(结合附图4和附图5一起看)，这就为第二步工序作好准备。

第二步工序是：与方法一相同

第三步工序是：启动交流或直流加热电源(14)，其它与方法一相同。

第四步工序是：与方法一同。

第五步工序是：与方法一同。

第六步工序是：与方法一同。

上述两种方法实施例工序可通过增加模具(4)数量以大批量地周期、循环地进行生产，这可以使生产效率更为提高。改变模具(4)的尺寸，就可以生产不同规格的双金属钢板。

在方法一、方法二工序中所述的高温为400-1250℃。最佳温度是1100±50℃。在整个程序中所使用的惰性气体为氩气。因为氩气最为便宜，当然也使双金属钢板的生产成本最低。原则上也可以使用其它保护气体，当然也可以选择He、Ne、Kr、Xe等气体，只要安全、不氧化、便宜即可。

实验证明，本发明所涉及的两种设备相当简单，生产工艺也比较简短、容易操作，因此可以使生产效率大为提高；更为重要的是：由于整个生产工序是在通着惰性保护气体时，在高温下进行的，这使型材钢板和复合合金之间由原子相结合，复合层结合的非常牢固，从而使双金属钢板的质量大为提高。

Claims (9)

1.双金属复合板生产的方法，目前采用等离子弧堆焊法，用于堆焊高铬高镍复合钢板。属于与本发明共有的必要技术特征是：复合钢板的基板为普通钢板，表面复合一层合金材料。

本发明区别于等离子弧堆焊法的技术特征是：本发明是采取一次性铸造技术，用时短。本发明铸造双金属复合钢板用两种设备采取两种不同方法来实现：所述设备一、外感应加热式。设备二、内电阻加热方式。共同设备包括模具(4)，两组浇铸口(6)，在所述模具(4)的上面设有两组排气孔(5)，其特征在于：所述模具(4)为中空长方体，由左、右两部分组成，在所述模具(4)的下侧设有两组浇铸管道(12)所述的两组浇铸口(6)连接到浇铸管道(12)的外接上，在所述模具(4)上面设置两组惰性气体输入孔(11)，在所述惰性气体输入孔(11)的外口上连接两组惰性气体输入管道(8)，在所述模具(4)的内侧有两组合金型腔(7)。

1)所述设备一、模具(4)的中心位置设有耐高温石墨型蕊(13)起到导磁固定钢板作用，在所述模具(4)的外侧面绕有感应线圈(2)，所述设备有一个感应电源(1)，所述感应电源(1)的两个输出端连接所述的感应线圈(2)的两端。

2)所述设备二、在所述模具(4)中心(10)的内侧设有电阻加热装置(16)；所述设备有一个交流、直流电源(14)，所述交流、直流电源(14)的两个输出端两导线连接(15)所述的电阻加热装置(16)的两端。

所述复合双金属钢板的两种方法，其特征在于：

1)通过设在模具(4)的左、右两侧面上的预留的两块型材钢板(3)，把型材钢板(3)插入模具(4)中，在型材钢板(3)与模具(4)之间形成两组合金型腔(7)，在所述的上放置口(10)和下放置口与型材钢板(3)之间形成气密封；

2)通过两组惰性气体输入管道(8)和两组惰性气体输入孔(11)，把惰性气体输入到所述的合金型腔(7)内，从排气孔(5)排去两组合金型腔(7)内的空气，一直到惰性气体充满合金型腔(7)；

3)启动实施例方法一、感应电源(1)，把设置在感应线圈(2)内的型材钢(3)加热到高温：

4)启动实施例方法二、交流、直流电源(14)，把设置在模具(4)电阻型蕊(16)内两侧的材钢(3)加热到高温：

5)通过两组浇铸口(6)和两组浇铸管道(12)把合金液体浇铸到两组合金型腔(7)内，一直到合金液体充满型腔(7)合金液体与型材钢板(3)结合为一体，形成双金属复合板，浇铸合金液体时形成的多余物从两组排气孔(5)排出，每次产出两张复合钢板；

6)停止浇铸合金液体、关闭感应电源(1)、交流、直流电源(14)停止输入惰性气体；

7)缓慢冷却到常温后，把模具(4)与双金属钢板分离，把两块双金属钢板排放整齐。

2.根据权利要求1所述的铸造双金属钢板的设备，其特征在于：所述的实施例设备一、感应电源(1)为工频感应电源、中频感应电源、高频感应电源。实施例设备二所述的电源(14)为交流、直流电源。

3.根据权利要求1所述的铸造双金属钢板的设备，其特征在于：的模具(4)的材料为耐高温的高强度非金属材料。

4.根据权利要求1、2所述的铸造双金属钢板的设备，其特征在于：实施例方法一所述模具(4)的上、下端面上分别预留有耐高温石墨型蕊(13)上下对称放置口(10)和型材钢板(3)的两侧排放位置。在实施例方法二所述模具(4)的上、下端面上分别预留有耐高温加热电阻型蕊(16)上下对称放置口(10)和型材钢板(3)的两侧下放置位置。

5.根据权利要求1、4所述的设备，其特征在于：设备一、高温石墨型蕊(13)材料为石墨，也可用金属材料、非金属材料制作。设备二、所述的电阻加热型蕊(16)是金属合金电阻，或硅碳棒加热材料制成，外面包埋耐高温材料，由非金属材料、金属氧化物材料制成。

6.根据权利1要求所述的双金属复合钢板是由本发明采用一次性铸造(钎焊)工艺制成，有典型的铸造特征。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的高温为400--1250℃。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的惰性气体为氩气，及He、Ne、Kr、Xe及氮等气体。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的双金属复合钢板是由型材普通钢板(3)与浇铸的合金(9)铸造(钎焊)而成。普通钢板几何尺寸为长10-600cm宽10---200cm厚度0.1---20cm浇铸的合金(9)几何尺寸长10-600cm宽10-200cm厚度0.1-20cm。浇铸合金大量成份为铁、铜、镍、银、锌、铝基金属材料，及中量铬、锰、钨、钒少量碳、硅、钛元素材料组成等。

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