[发明专利]一种三层包覆铸锭的半连铸装置及方法

说明书

一种三层包覆铸锭的半连铸装置及方法，装置包括内结晶器、中间结晶器、外结晶器、内分流盘、中间分流盘、外分流盘、支撑板及引锭块，三个结晶器内表面均设有石墨环，内结晶器和中间结晶器的外下表面均设有隔热护套，内结晶器吊装固定，引锭块上表面具有三层台阶。方法步骤为：控制引锭块上升，使三层台阶分别进入对应的石墨环内；向三个结晶器内分别浇注各层熔体，在结晶器和引锭块台阶的共同冷却作用下，各层熔体开始凝固并形成凝固壳；当各层熔体的凝固壳达到设定厚度时，控制引锭块下移，包覆层熔体开始与内层凝固壳发生接触和润湿，通过元素扩散实现冶金结合；当铸锭达到预定尺寸时，由内向外依次停止熔体浇注，引锭块停止下移，铸造结束。

技术领域

本发明属于层状复合材料制备技术领域，特别是涉及一种三层包覆铸锭的半连铸装置及方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，在冶金建筑、石油化工、航空航天、交通运输、电子信息及国防军工等领域内，对材料性能要求越来越高，多数情况下，单一材料的性能已经难以满足实际使用需求，而将性能不同的材料复合在一起，所形成的复合材料却可以提高材料的综合性能，以此来满足实际使用需求。

层状复合材料是通过在芯材上包覆一层或多层合金所制得，其兼具有各层合金的优点，而且可充分发挥各层合金的优异性能。

目前，层状复合材料的制备方法包括以下几种：

①固-固相复合法(如焊接成型法、直接轧制成型法、挤压复合法等)；

②液-固相复合法(如直接浇注复合法、侵入法、喷射成型法、半固态压力复合法等)；

③铸造复合法。

对于固-固相复合法和液-固相复合法来说，尽管其在层状复合材料的制备方面发挥了一定的积极作用，但也存在着明显的缺点，如生产率及成材率较低、产品质量稳定性差、生产流程长且工艺复杂、复合界面质量较差、包覆率受限且难以精确控制或生产成本较高等。

相比而言，铸造复合法优势明显，其不仅具有生产流程短、生产效率高、复合界面强度高及生产成本低等优点，并且易于实现连续化、自动化及批量化生产。

公开号为CN1229703A的中国专利申请，具体涉及一种多层复合材料一次铸造成形设备与工艺，其记载通过设置氧化防护罩，将水冷结晶器分别用于芯材和包覆层的凝固成形，从而实现多层复合材料一次铸造成形，可获得复合界面无氧化皮和油污杂质的高质量复合材料。但实际情况并非如此，由于凝固过程是由内向外的，其只适合制备芯材为高熔点且包覆层为低熔点的复合材料；再有，由于芯材的一次冷却距离整个结晶器的二次冷却距离太远，易导致已凝固的芯材因得不到继续冷却而被包覆层熔体重熔，从而发生混流。另外，设备中虽然设有氧化防护罩，但易受到包覆层熔体液面波动和温度波动的影响，实际很难获得无氧化皮和油污杂质的复合界面。

公开号为CN104959557A的中国专利申请，具体涉及一种双金属复层圆坯电磁连铸方法及设备，其记载通过对内结晶器施加脉冲电磁场，对外结晶器施加中频电磁场，可制备内外层金属凝固组织细化、外层金属表面质量高、复合界面清晰稳定地复层圆坯。但实际情况并非如此，由于内层金属液只靠内结晶器环形水腔的底部直接冷却以及外层凝固壳的间接冷却，其冷却能力是远远不够的，同时由于施加了脉冲电磁场，使熔体发生震荡，这会导致界面处不稳定，容易发生界面破坏，直接结果就是复合失败。

公开号为CN101549392A的中国专利申请，具体涉及一种复层铸坯的电磁连续铸造方法及其装置，包覆层熔体采用雨淋式浇注口进行浇水冷却，包覆层熔体液面需要裸露在空气中，这必然会将空气、夹杂物等卷入包覆层合金中；另外，其设备过于复杂，对于设备制造、人员操作技能、工艺水平以及自动化控制要求都很高，特别是正确控制并合理匹配工艺参数，以使两种金属界面结合良好且界面稳定是比较困难的，金属组合自由度也会受到很大程度的限制，其难以实现连续化、批量化生产，而且并不适用于层数大于两层的多层包覆铸锭的制备。

发明内容