[实用新型]一种复层金属铸锭的半连续铸造装置

说明书

技术领域

本实用新型属于金属材料制备领域，特别涉及到复层金属铸锭的连续铸造装置。

背景技术

复层金属材料是利用复合技术使两种或两种以上的物理、化学、力学性能不同的金属在界面上实现牢固结合而制备的一种新型复合材料，在保持母材金属特性的同时具有“互补效应”，可以弥补各自的不足，被广泛地应用于汽车、舰船、航空航天、石油化工、电子和核工业等领域。

目前制备双金属材料的方法有多种。一般常用机械或化学的方法将不同性能的金属材料以固-固或固-液的形式复合在一起，如轧制复合、爆炸复合、固-液包熔复合等。

1、轧制复合法

在一定的压缩变形量下，经过表面处理的两种金属表面相互嵌合，露出的新鲜金属原子之间形成原子键。在这两种机制的共同作用下使两种金属结合在一起。轧制复合分为热轧复合和冷轧复合。其优点是可制备薄的复层板带，易于实现工业化生产，而且没有采用电镀和物理化学方法时存在的环境污染问题，但是由于轧制过程中扩散和化学反应进行的不充分，未完全在复合界面形成过渡结构，因此结合强度不理想

2、爆炸焊接法

是指将两种固体金属板材用爆破的方法熔合到一起，得到性能不同的两侧面的复层材料。该方法制备的复层材料存在固-固界面，生产效率低、不能生产大型的板材、劳动条件差，而且具有一定的危险性。

3、包覆铸造成形法

将预先制备好的经过表面处理的高熔点金属件作为芯材置于铸型内，预热到合适的温度后浇入熔点较低的金属，通过两者的扩散熔合形成整体铸件。其典型代表是用于生产复层轧辊的连续浇铸包覆法。这种方法生产工艺简单，得到的轧辊性能良好，生产成本低，但是包覆铸造成形法主要用于生产线材，且要求对预制件进行严格的表面处理，难以解决界面问题。即，外层凝固时，气体和杂质易于富集在界面。

4、双流连续铸造法

1998年，张文卫等在金属学报上发表的论文“以连续铸造法制备梯度材料的实验研究”中阐述了双流浇注连铸工艺的基本原理：在传统的连续铸造基础上增加一个内浇包及其导流系统，内外浇包分别容纳不同成分的两种熔体，流经外浇包的金属液经出水口后直接进入结晶器中，受激冷而首先凝固成具有一定厚度的薄壳，当内浇包的熔体脱离内导管时则被凝固薄壳和富含籽晶和熔断枝晶的残余外部金属液包围。通过调整铸造时的工艺参数，可以控制内外浇包中两种液体的凝固时间差，促进结晶器内熔体由外向内顺序凝固，实现两种液体的部分混合，形成合理厚度的中间结合层，从而得到梯度复合材料。该方法内外层合金液之间发生混合，得到的是梯度复合材料，没有清晰的过渡层，且主要用来生产圆锭。

上述的制备方法生产的复层金属材料在随后的轧制和机械加工过程中，由于应力集中，很容易在界面处出现裂纹，导致材料失效。

1999年公开的专利98101042.3应用了双结晶器连铸工艺的基本原理，该专利提出由2～4个水冷结晶器、1～3个氧化防护套、1～3个熔池感应加热器、红外测温与温度控制仪、引锭机组成，各结晶器沿引锭方向配置于同一轴线上。该发明的优点为多层复合材料可以一次铸造成形，实现短流程复合，获得各层之间的界面无氧化皮、油污夹杂的高质量的复合材料。但是，该方法主要用来生产圆锭，不宜用来生产板坯且只适合心部金属熔点高，外层金属熔点低的情况。

2002年公开的专利01109076.6中提出了充芯连铸的方法，该方法的主要特征是采用上下两个坩锅，使心部金属与外层金属分别在上下两个坩锅中熔化；由导流管和结晶器共同构成连铸铸管的铸型，外层金属液在其中凝固形成铸管；下拉外层金属铸管的同时，心部金属液随之充入铸管中，在一定的拉速和温度下，实现心部金属的凝固及其与外部金属的复合，该方法主要用来铸造复层圆锭且只适合于心部金属熔点低，外层金属熔点高的情况。

1998年公开的JP平1-271042专利提出在结晶器底部施加直流电磁场的方法。两种不同成分的液态金属同时通过一长一短两个浸入式水口进入结晶器，借助位于结晶器下面的水平磁场的作用，产生与上部金属液重力相等的洛仑兹力，使结晶器内形成上、下两个区域，在连铸过程中，上部区域中的金属液形成外层金属，而下部区域的金属液进入芯部成为内层金属。