[发明专利]一种强制冷却铜管内铝液制备铜包铝复合铸锭的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制造领域，特别涉及一种强制冷却铜管内铝液法制备铜包铝复合铸锭的方法及其装置。

背景技术

铜包铝复合材料是一种双金属复合材料，它能够在不影响导电性能的同时大量节省铜金属，因此被应用于导线制作上。铜包铝复合线（排）的制备方法为先冶金结合制备铜包铝坯，而后轧制或拉拔成材，铜包铝复合材料制备过程中关键技术是铜与铝实现冶金结合。

目前，实现铜与铝冶金结合的方法主要有两种，一种是塑性加工前实现冶金结合，另一种塑性加工后实现冶金结合。

对于塑性加工前实现冶金结合，通常采用铸造方法，使液态铝与固态铜接触，铜表面溶解并在固态铜与液态铝之间形成铜铝合金或铝铜合金，凝固后铜与铝实现冶金结合。但存在以下问题；(1)复合层过厚；如不采取措施，铜溶解量大，严重时固体铜被溶穿，发生漏铝现象，即使是没被溶穿，凝固后易导致铜铝过渡层厚度过厚、结合强度低、塑性加工时易开裂；(2)复合层不均匀；立式浇注时在复合铸锭纵断面上由于重力偏析的作用易造成过渡层上薄下厚，平浇时上部溶解的铜靠重力作用容易进入铝液，造成铜铝复合过渡层不均匀；(3)由于复合层最后凝固，如果温度场控制不当，在复合层内易形成缩孔或缩松等缺陷。

对于塑性加工后实现冶金结合，先将铜包裹在铝的表面，实现机械结合，而后在热处理时靠铜铝原子的扩散在铜铝之间形成过渡层，达到冶金结合的目的。这种方法中铜机械包裹铝的过程容易实现，并且容易实现高速生产，材料的最终成型不受复合层性能的控制，成型工艺容易实现。但存在以下问题；(1)铜皮的焊接过程难度大、不易控制、质量也不稳定；(2)成材后的热处理时间长，铜易氧化，热处理设备庞大，耗能高；(3)铜铝机械结合后总会留下一些缝隙，这些缝隙处在后续的热处理过程中无法实现冶金结合，结合强度得不到保证；(4)若采用将被包裹的铝部分熔化，使其与铜实现冶金结合，则存在塑性加工前实现冶金结合的各种问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、生产成本低、铜铝复合过渡层薄且均匀、结合强度高的强制冷却铜管内铝液制备铜包铝复合铸锭的方法及其装置。

本发明的技术解决方案是：

一种强制冷却铜管内铝液制备铜包铝复合铸锭的方法，其具体步骤如下： 

（1）将纯铝在电阻炉内熔化，并加热到700℃～800℃，吹氩气精炼，检验铝液合格后保温； 

（2）利用由中间包移动车、水口开闭机构、塞棒、加热式中间包、管式喷淋器、铜管上定位圈和铜管下定位槽构成的强制冷却铜管内铝液制备铜包铝复合铸锭装置，用中间包移动车将加热式中间包移动到铜管的上方，使水口轴线与铜管轴线在同一垂线上，管式喷淋器下移到最低位置，通水，使其处于待冷却铜管状态；由水口开闭机构将塞棒堵住加热式中间包的水口，并将加热式中间包加热到680℃～800℃，将电阻炉内铝液倒入加热式中间包，调整温度；

（3）去除铜管内表面氧化皮，封底，充氩气，并保持直立状态，放入铜管固定装置，通过上定位圈和下定位槽定位并固定，使铜管轴线垂直；

（4）待加热式中间包内铝液温度达到加热式中间包设定的温度后，由水口开闭机构打开水口，将铝液浇注到铜管内，浇注时，铜管内铝液液面的上升速度为100mm/s～300mm/s；

（5）浇注后10秒～120秒，启动移动式水冷系统，管式喷淋器向上的移动速度与铜管内铝液液面上升速度相同，管式喷淋器的喷水量为500L/h～4000L/h；

（6）管式喷淋器上升到最高位置后，停止移动，持续对铜管冷却，直到铜管温度降到室温，得到铜铝复合铸锭。

加热式中间包完成铜管浇注后，用中间包移动车将加热式中间包移动到另一工位的待浇注铜管上方，使水口的轴线与铜管轴线在同一垂线上，以实现铜管的多工位浇注。