CN203209646U - 双金属复合材料水平连铸加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双金属复合材料水平连铸加工装置，旨在解决铜包铝排界面结合强度低、生成成本高、工作效率低的不足。该实用新型包括芯体联体炉、包覆层联体炉、牵引机，芯体联体炉出液口上连接芯体结晶器，包覆层联体炉出液口连接浇注装置，浇注装置的浇注口连接包覆复合结晶器，芯体结晶器和包覆复合结晶器之间连接有芯体，芯体结晶器出口位置连接芯体氮气保护装置、芯体二次冷却装置，芯体结晶器和包覆复合结晶器之间的芯体上连接芯体抛光装置，包覆复合结晶器的出口位置连接包覆层氮气保护装置，靠近包覆层氮气保护装置位置设有包覆层二次冷却装置，牵引机连接牵引芯体经过包覆复合结晶器后形成的双金属包覆体。

Description

双金属复合材料水平连铸加工装置

技术领域

   本实用新型涉及一种金属铸造装置，更具体地说，它涉及一种结合强度高的双金属复合材料双金属复合材料水平连铸加工装置。

背景技术

   铜具有良好的导电、导热性能，在通信、电子电气、电力输送、供配电行业得到广泛的应用，其中铜排广泛用于高低压开关柜、母线槽、变压器低压引出线、电力输送中，但由于铜的价格较高，给铜排的生产和使用企业带来了极大的成本压力。由于金属导体在载流时具有趋肤效应，在铜价较高的今天，人们利用铜的高导电性和铝的低密度的特点制造铜包铝复合材料，带体纯铜的金属导体，节约成本和资源。铜包铝排是一种新型的双金属复合材料，具有导电性能好，密度低，成本低的特点，可以作为纯铜排的替代材料应用于电力、开关柜和母线槽的生产。2012年4月6日，国家能源局发布了《输变电设备用铜包铝母线》（DLT247-2012）电力行业标准，从2012年7月1日起正式实施，标志着铜包铝排（母线）的选型和使用从国家行业层面得到了规范。

目前常见的生产铜包铝排的方法有以下几种：一是将紫铜带包覆在铝芯上面，将接缝焊接起来，进行拉拔、轧制成型，使铜铝固固结合；二是将铝芯压入铜管内，使铜铝固固结合，再进行拉拔、轧制成型；三是将铝液注入一端封闭的铜管内，实现铜铝固液冶金结合，进行轧制、拉拔成型；四是采用成型的铝扁材进行连续浇筑包覆外层铜材，实现铜铝的固液冶金结合，再通过拉拔轧制成型；五是采用水平连铸填芯复合直接成型，在连续铸造外层铜金属坯壳的同时充填芯部金属铝液，实现铜铝固液冶金复合，再进行轧制、拉拔成型。上述铜包铝排生产方法中，方法一和二采用铜铝固固结合方法生产铜包铝排，铜铝之间通过塑性变形来达到将结合的目的，界面结合强度低，而且先要生产成型的铜带或铜管和铝芯，生产流程较长，成本较高。方法三实现了铜铝的固液冶金结合，但铝液注入要求高，易烧毁铜管，生产效率较低，且需采用成型的铜管，生产成本较高；方法四实现了铜铝的固液冶金结合，但要先制造成型的铝排，再进行连铸浇注包覆铜层，铝排单根进行，生产不连续，效率较低，成本也较高；方法五采用水平连铸填芯复合法直接生产出铜包铝母材，成本低，工艺流程短，但填芯水平连铸控制复杂，需要严格协调控制两种金属的成型条件，生产速度也不能过高，生产效率也不高。

   中国专利公布号CN102161088A，公开了一种改进型铜包铝排及其制备方法，铜层包覆在铝排基体的外表面，铜层和铝排基体之间形成有原子间冶金结合的双金属层，铝排基体的外表面间隔设有凹槽，铜层嵌入铝排基体的凹槽内部。先对铝杆进行清洗，然后将铝杆挤压成外表面间隔带有凹槽的铝棒基体，将铝棒基体和熔融状态的铜通过复合结晶器，使铜包覆在铝棒基体外表面，然后进行压制、抛光、拉拔、退火处理，从而得到铜包铝排。这种方法实现了铜铝的固液冶金结合，但要先制造成型的铝排，再进行连铸浇注包覆铜层，铝排单根进行，生产不连续，效率较低，成本也较高。

实用新型内容

本实用新型克服了现有的铜包铝排界面结合强度低、生成成本高、工作效率低的不足，提供了一种双金属复合材料水平连铸加工装置，它的结构简单，加工制造出的铜包铝排界面结合强度高，加工铜包铝排生成成本低、工作效率高。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种双金属复合材料水平连铸加工装置，包括芯体联体炉、包覆层联体炉、牵引机，芯体联体炉的出液口上连接芯体结晶器，包覆层联体炉出液口连接浇注装置，浇注装置的浇注口连接包覆复合结晶器，芯体结晶器和包覆复合结晶器之间连接有芯体，芯体结晶器出口位置连接芯体氮气保护装置，靠近芯体氮气保护装置位置设有芯体二次冷却装置，芯体结晶器和包覆复合结晶器之间的芯体上连接芯体抛光装置，包覆复合结晶器的出口位置连接包覆层氮气保护装置，靠近包覆层氮气保护装置位置设有包覆层二次冷却装置，牵引机连接牵引芯体经过包覆复合结晶器后形成的双金属包覆体。

芯体联体炉对铝锭进行熔化保温，水平连铸生产单流或者多流矩形截面的铝芯体母材，设置在芯体结晶器出口位置的芯体氮气保护装置以及体二次冷却装置降低铝芯体母材的温度，防止冷却过程中铝芯体母材的氧化。芯体抛光装置将铝芯体表面的轻微氧化层以及铸造缺陷进行清除，以利于铜液包覆在铝芯体表面时形成牢固的固液冶金结合，提高结合强度。包覆层联体炉对电解铜或者光亮紫铜进行熔化、保温，采用包覆复合结晶器连续浇注技术在矩形铝芯体母材四周均匀包覆一侧铜材。设置在包覆复合结晶器出口位置的包覆层氮气保护装置以及包覆层二次冷却装置，防止铜包覆层的氧化。牵引机牵引拉出双金属包覆体。由双金属复合材料水平连铸加工装置生产出来的铝芯体母材，在线清除了矩形铝芯体母材连铸时产生的表面氧化层和表面铸造缺陷，铜铝界面实现了固液冶金结合，增大了结合强度，对双金属包覆体进行折弯、冲孔等机械加工时铜包覆层不会破裂。采用这种方法生产出的双金属包覆体铜包铝排，减少了传统固固复合中先要生产出成型铜管和铝芯的工序，生产成本低，生产流程短，工作效率高。

作为优选，靠近牵引机位置设有用于切割双金属包覆体的随动锯床，靠近随动锯床位置设有用于承接经过切割的双金属包覆体的承料台。随动锯床对铜包铝排双金属包覆体进行定尺锯切，切断的铜包铝排落料到承料台上。

作为优选，芯体联体炉和包覆层联体炉均为潜流式联体炉，芯体联体炉包括相互连通的芯体熔化炉、芯体保温炉，包覆层联体炉包括相互连通的包覆层熔化炉、包覆层保温炉。芯体联体炉和包覆层联体炉均采用潜流式熔化保温一体炉，避免了熔化保温分体炉转注时产生的吸气和热量损失，节能并保证熔体的质量。

作为优选，浇注装置的出液口设置在下端面上，浇注装置内设有塞棒，塞棒的下端呈锥状结构并和浇注装置的出液口适配连接，塞棒的上端设置浇注装置的外部并且塞棒端部连接调节手柄。通过调节连接在塞棒上的调节手柄实现浇注装置出液口的开启和关闭，便于包覆复合结晶器的维修与更换，提高生产效率和生产的灵活性。可以关闭浇注装置的出液口采用芯体联体炉单独水平连铸生产铜排、铜棒、铝排、铝棒等坯料。

作为优选，芯体抛光装置的两侧均设置有用于调节和导向芯体的可调导位装置。可调导位装置能够将芯体准确地送到抛光装置和包覆复合结晶器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：（1）双金属复合材料水平连铸加工装置结构简单，加工制造出的铜包铝排界面结合强度高，加工铜包铝排生成成本低、工作效率高；（2）芯体联体炉和包覆层联体炉均采用潜流式熔化保温一体炉，避免了熔化保温分体炉转注时产生的吸气和热量损失，原材料烧损小，能耗低；（3）塞棒可以关闭浇注装置的出液口，采用芯体联体炉单独水平连铸生产铜排、铜棒、铝排、铝棒等坯料，生产灵活。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图中：1、芯体联体炉，2、芯体熔化炉，3、芯体保温炉，4、芯体结晶器，5、芯体氮气保护装置，6、芯体二次冷却装置，7、包覆层联体炉，8、包覆层熔化炉，9、包覆层保温炉，10、浇注装置，11、塞棒，12、调节手柄，13、包覆复合结晶器，14、包覆层氮气保护装置，15、包覆层二次冷却装置，16、牵引机，17、随动锯床，18、承料台，19、芯体，20、芯体抛光装置，21、可调导位装置，22、双金属包覆体。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：一种双金属复合材料水平连铸加工装置（参见附图1），包括芯体联体炉1、包覆层联体炉7、牵引机16，芯体联体炉的出液口上连接芯体结晶器4，包覆层联体炉出液口连接浇注装置10，浇注装置的浇注口连接包覆复合结晶器13。芯体联体炉和包覆层联体炉均为潜流式联体炉，芯体联体炉包括相互连通的芯体熔化炉2、芯体保温炉3，包覆层联体炉包括相互连通的包覆层熔化炉8、包覆层保温炉9。芯体联体炉的出液口设置在芯体保温炉侧壁上，包覆层联体炉的出液口设置在包覆层保温炉的侧壁上。芯体结晶器和包覆复合结晶器之间连接有水平设置的芯体19，芯体结晶器出口位置连接芯体氮气保护装置5，靠近芯体氮气保护装置位置设有芯体二次冷却装置6，芯体结晶器和包覆复合结晶器之间的芯体上连接芯体抛光装置20，芯体抛光装置的两侧均设置有用于调节和导向芯体的可调导位装置21，可调导位装置能够将芯体准确地送到抛光装置和包覆复合结晶器。浇注装置的出液口设置在下端面上，浇注装置内设有塞棒11，塞棒的下端呈锥状结构并和浇注装置的出液口适配连接，塞棒的上端设置浇注装置的外部并且塞棒端部连接调节手柄12，通过调节连接在塞棒上的调节手柄实现浇注装置出液口的开启和关闭，便于包覆复合结晶器的维修与更换，提高生产效率和生产的灵活性。可以关闭浇注装置的出液口采用芯体联体炉单独水平连铸生产铜排、铜棒、铝排、铝棒等坯料。包覆复合结晶器的出口位置连接包覆层氮气保护装置14，靠近包覆层氮气保护装置位置设有包覆层二次冷却装置15，牵引机连接牵引芯体经过包覆复合结晶器后形成的双金属包覆体22。靠近牵引机位置设有用于切割双金属包覆体的随动锯床17，靠近随动锯床位置设有用于承接经过切割的双金属包覆体的承料台18。

芯体联体炉对铝锭进行熔化保温，水平连铸生产单流或者多流矩形截面的铝芯体母材，设置在芯体结晶器出口位置的芯体氮气保护装置以及体二次冷却装置降低铝芯体母材的温度，防止冷却过程中铝芯体母材的氧化。芯体抛光装置将铝芯体表面的轻微氧化层以及铸造缺陷进行清除，以利于铜液包覆在铝芯体表面时形成牢固的固液冶金结合，提高结合强度。包覆层联体炉对电解铜或者光亮紫铜进行熔化、保温，采用包覆复合结晶器连续浇注技术在矩形铝芯体母材四周均匀包覆一侧铜材。设置在包覆复合结晶器出口位置的包覆层氮气保护装置以及包覆层二次冷却装置，防止铜包覆层的氧化。牵引机牵引拉出双金属包覆体。由双金属复合材料水平连铸加工装置生产出来的铝芯体母材，在线清除了矩形铝芯体母材连铸时产生的表面氧化层和表面铸造缺陷，铜铝界面实现了固液冶金结合，增大了结合强度，对双金属包覆体进行折弯、冲孔等机械加工时铜包覆层不会破裂。采用这种方法生产出的双金属包覆体铜包铝排，减少了传统固固复合中先要生产出成型铜管和铝芯的工序，生产成本低，生产流程短，工作效率高。

以生产厚度为40mm，宽度为60mm，四个转角圆弧过渡半径为15mm的矩形铜包铝排双金属包覆体为例：

首先向芯体联体炉中的芯体熔化炉内加入铝锭熔化，通过芯体熔化炉和芯体保温炉隔墙的下部通道，铝液潜流转入芯体保温炉，然后铝液流到芯体结晶器，通过芯体结晶器的冷却作用，将铝液冷却呈截面为矩形的固体铝芯体，在牵引机的作用下将扁铝锭拉出，扁铝锭依次经过芯体氮气保护装置、芯体二次冷却装置、可调导位装置、芯体抛光装置、可调导位装置到达包覆复合结晶器，芯体氮气保护装置和芯体二次冷却装置降低铝芯体的温度，同时隔绝冷却过程中铝芯体表面的氧化，可调导位装置对铝芯体上下和左右进行定位压紧，避免抛光时铝芯体的振动，保证铝芯体对正进入包覆复合结晶器。而四面抛光装置对矩形铝芯体表面进行抛光，剔除铝芯体表面的轻微氧化和铸造缺陷，便于铝芯体进行铜液包覆浇注，形成固液冶金结构。在包覆层联体炉的包覆层熔化炉内加入电解铜或者光亮紫铜进行熔化，通过包覆层熔化炉和包覆层保温炉隔墙的下部通道，铜液潜流转入包覆层保温炉内，然后流到浇注装置内。通过调节手柄开启浇注装置的出液口，铜液从浇注装置下端的出液口流到包覆复合结晶器内，通过包覆复合结晶器的冷却作用，在铝芯体外表面形成均匀的铜包覆层，从而形成铜包铝排双金属包覆体，由牵引机将铜包铝排双金属包覆体拉出，随动锯床对铜包铝排双金属包覆体定尺锯切，放置在承料台上。包覆层氮气保护装置和包覆层二次冷却装置将铜包铝排双金属包覆体温度降低，避免表面包覆铜氧化，便于进行轧制和拉拔加工。水平连铸出来的铜包铝排双金属包覆体通过两辊轧制多道次轧制，抛光机进行表面抛光，拉拔机进行精拉，光亮退火，再通过矫直，定尺锯切，生产出合格的铜包铝排。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (5)

1.一种双金属复合材料水平连铸加工装置，其特征是，包括芯体联体炉（1）、包覆层联体炉（7）、牵引机（16），芯体联体炉的出液口上连接芯体结晶器（4），包覆层联体炉出液口连接浇注装置（10），浇注装置的浇注口连接包覆复合结晶器（13），芯体结晶器和包覆复合结晶器之间连接有芯体（19），芯体结晶器出口位置连接芯体氮气保护装置（5），靠近芯体氮气保护装置位置设有芯体二次冷却装置（6），芯体结晶器和包覆复合结晶器之间的芯体上连接芯体抛光装置（20），包覆复合结晶器的出口位置连接包覆层氮气保护装置（14），靠近包覆层氮气保护装置位置设有包覆层二次冷却装置（15），牵引机连接牵引芯体经过包覆复合结晶器后形成的双金属包覆体（22）。

2.根据权利要求1所述的双金属复合材料水平连铸加工装置，其特征是，靠近牵引机位置设有用于切割双金属包覆体的随动锯床（17），靠近随动锯床位置设有用于承接经过切割的双金属包覆体的承料台（18）。

3.根据权利要求1所述的双金属复合材料水平连铸加工装置，其特征是，芯体联体炉和包覆层联体炉均为潜流式联体炉，芯体联体炉包括相互连通的芯体熔化炉（2）、芯体保温炉（3），包覆层联体炉包括相互连通的包覆层熔化炉（8）、包覆层保温炉（9）。

4.根据权利要求1或2或3所述的双金属复合材料水平连铸加工装置，其特征是，浇注装置的出液口设置在下端面上，浇注装置内设有塞棒（11），塞棒的下端呈锥状结构并和浇注装置的出液口适配连接，塞棒的上端设置在浇注装置的外部并且塞棒端部连接调节手柄（12）。

5.根据权利要求1或2或3所述的双金属复合材料水平连铸加工装置，其特征是，芯体抛光装置的两侧均设置有用于调节和导向芯体的可调导位装置（21）。

Images