CN106077536B - 一种双流连续铸造复层金属板材的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种双流连续铸造复层金属板材的装置与方法，装置设有第一保温炉、第二保温炉、第一结晶器、第二结晶器、第一引流棒、第二引流棒，第一保温炉底端连接所述第一结晶器，第二保温炉底端连接第二结晶器，第一结晶器与第二结晶器相连接，第一引流棒和第二引流棒宽度相等，第一引流棒位于第二引流棒下方且紧密贴合，第一引流棒和第二引流棒共同穿入第二结晶器底端，第一引流棒穿入第一结晶器底端，所述第一引流棒和第二引流棒连接牵引机构。本发明能显著减少复合板材的生产工序，缩短生产周期，提高材料利用率，可以生产出更低制造成本的复合板材，同时有效的提高了复合面等结合强度，提高成品的可靠性。

Description

一种双流连续铸造复层金属板材的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种复层金属板材的制造技术，具体涉及一种双流连续铸造复层金属板材的装置与方法。
背景技术
在电触头领域，内氧化工艺是制造银金属氧化物触点的一种常用工艺，其中交流接触器等电器上用的片状触点需要与铜触桥焊接后装配使用，而银金属氧化物与焊料以及铜触桥之间的润湿性不好，不易焊接，所以要在银金属氧化物片状触点的焊接面复一层纯银层便于焊接，而且要求复银层的厚度分布尽量均匀，银金属氧化物层与银层之间有较明确的界限。内氧化法银技术氧化物常规的复银工艺为热轧复银工艺，生产过程如下：银合金熔炼浇铸合金锭，锭子挤压为板材，经表面处理后，与纯银板进行氩弧焊接，加热后通过热轧机大变形量轧制复合使银合金板材和纯银层之间形成扩散层，达到两层之间复合的目的。
采用热轧复银工艺加工内氧化法银金属氧化物片状触点，其缺点是流程长，工序多，导致材料利用率很低，生产周期较长。因此开发一种新复银工艺，减少生产工序，提高材料利用率，缩短生产周期，具有很高的实用价值。
查阅相关文献资料可知，在生产AlCu /Al梯度材料时采用了双流浇铸连续铸造法，复合过程中两种材料在复合界面上有很大厚度区域的相互扩散层，采用这样的工艺，适合生产复合界面两种材料呈梯度分布、对复合界面的平整度没有要求的材料，并不适合生产银金属氧化物类片状触点材料，因为复合面的波动太大对触点材料的最终性能影响较大。
专利CN100377814C公布了一种包覆材料水平连铸直接复合成型设备与工艺，通过该专利的方法，只适合生产纯金属复合线材，而不适合生产成分复杂的合金材料与纯金属之间的复合板材。专利CN104148599B公布了一种包覆材料固/液水平连铸成型设备与方法，采用将预成型好的芯部材料穿过结晶器的方法，在固态的芯部材料表面复合一层其他金属，同样的，这种方法只适合生产圆形复合棒材，并不适合生产成分复杂的合金材料与纯金属之间的复合板材，而且由于需要预先准备芯部材料，复合界面的清洁度很难保证。
发明内容
本发明的目的是为了解决内氧化法片状触点热轧复银工艺存在的材料利用率低和生产周期长的缺点，而提供一种双流连续铸造复层金属板材的装置与方法。
本发明所采取的技术方案如下：一种双流连续铸造复层金属板材的装置，所述装置设有第一保温炉、第二保温炉、第一结晶器、第二结晶器、第一引流棒、第二引流棒，所述第一保温炉底端连接所述第一结晶器，所述第二保温炉底端连接所述第二结晶器，所述第一结晶器与第二结晶器相连接，所述第一引流棒和第二引流棒宽度相等，所述第一引流棒位于第二引流棒下方且紧密贴合，所述第一引流棒和第二引流棒共同穿入第二结晶器底端，所述第一引流棒穿入第一结晶器底端，所述第一引流棒和第二引流棒连接牵引机构。
所述第一结晶器的尾部表面设有第一水冷套和测温装置，第二结晶器的尾部表面设有第二水冷套和测温装置。
所述第一保温炉和/或第二保温炉为石墨材质，所述第一保温炉和/或第二保温炉外表面有中频加热装置及测温装置。
在第二引流棒出口处设有水冷装置。
用于上述的双流连续铸造复层金属板材的装置的方法，包括以下步骤：
1）将金属原料N熔融，倒入第一保温炉，流入第一结晶器，第一引流棒将金属原料N由第一结晶器引入第二结晶器底部；
2）将金属原料M熔融，倒入第二保温炉，流入第二结晶器，与由第一引流棒引出的金属原料N在相互熔接熔结；
3）控制牵引机构由第一引流棒和第二引流棒共同引出金属原料N和金属原料M，冷却形成半成品板材；
4）将步骤3）得到的半成品板材经后续处理得到成品。
所述金属原料N和金属原料M为纯金属或者多组元合金，所述纯金属包括银、铜、铝、镍，所述多组元合金包括银合金、铜合金、铝合金、铁合金。
所述银合金中包含合金元素，所述合金元素为镉、铜、锌、锡和铟中的一种或两种，合金元素的质量百分含量为5%~25%。
金属原料M与金属原料N的熔点差值小于或等于200℃，且金属原料M的熔点大于金属原料N的熔点。
所述金属原料M与金属原料N以及金属原料N和金属原料M的牵引速度为10mm/min~200mm/min。
本发明的有益效果如下：1、双流连续铸造复合板材结合面为冶金结合，与热轧复合板材之间的机械+轻微扩散结合相比，结合强度和可靠性更高；2、双流连续铸造技术生产复银板材，一个工序即可替代热轧复合工艺的熔炼-挤压-表面处理-焊接-加热-热轧复合等工序，生产周期缩短，降低了制造成本；3、热轧复合板材炼到热轧复合工序，总体材料利用率只有60%左右，而双流连续铸造技术复合板材材料利用率可达到95%以上，材料利用率显著提升；4、热轧复合板材受限于焊接和加热炉膛长度，只可实现短板生产，而双流连续铸造技术复合板材可实现卷带化生产，后续的冷轧和冲制工序可实现自动化生产，降低操作强度；5、本发明设计的工艺路线简单，材料利用率高，生产周期短，适合大批量生产。
附图说明
图1为装置的结构示意图。
图中，1，第一保温炉；2，第二保温炉；3，第一结晶器；4，第二结晶器；5，第一引流棒；6，第二引流棒；7，牵引机构；801，第一水冷套；802，第二水冷套；9，水冷装置；10，第一熔炼炉；11，第二熔炼炉。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
如图1所示，一种双流连续铸造复层金属板材的装置，所述装置设有第一保温炉1、第二保温炉2、第一结晶器3、第二结晶器4、第一引流棒5、第二引流棒6，所述第一保温炉1底端连接所述第一结晶器3，所述第二保温炉2底端连接所述第二结晶器4，所述第一结晶器3与第二结晶器4相连接，所述第一引流棒5和第二引流棒6宽度相等，所述第一引流棒5位于第二引流棒6下方且紧密贴合，所述第一引流棒5和第二引流棒6共同穿入第二结晶器4底端，所述第一引流棒5穿入第一结晶器3底端，所述第一引流棒5和第二引流棒6连接牵引机构7。所述第一结晶器3的尾部表面设有第一水冷套801和测温装置，第二结晶器4的尾部表面设有第二水冷套802和测温装置，通过水流量控制结晶器温度。所述第一保温炉1和第二保温炉2为石墨材质，所述第一保温炉1和第二保温炉2外表面有中频加热装置及测温装置，用于控制保温炉的温度。在第二引流棒6出口处设有水冷装置9，使连铸完成的复合板材快速冷却，避免复合板材表面氧化。装置包含第一熔炼炉10和第二熔炼炉11，分别用于熔融金属原料N和金属原料M，第一熔炼炉10和第二熔炼炉11为石墨材质，所述第一熔炼炉10和第二熔炼炉11外表面有中频加热装置及测温装置，用于加热。
实施例一：
a)第一引流杆5宽度×厚度=40mm×2mm，第一引流杆5穿过牵引机构7、第二结晶器4和第一结晶器3，将纯银在第一熔炼炉10中熔化，熔化温度1400℃，熔化完毕后从第一熔炼炉10中倾倒至第一保温炉1中，流入第一结晶器3保温段，第一保温炉1保温温度1150℃，调整第一水冷套801中的水流量为0.5m3/秒，水压0.1MPa，将第一结晶器3温度调整到800℃，设定牵引速度10mm/min，将纯银板牵引出第一结晶器3，进入第二结晶器4冷却段，停止牵引。
b)将银、镉在第二熔炼炉11中熔化形成均匀化的合金，熔化温度1300℃；调整牵引机构7，使第一引流杆5和第二引流杆6同时穿过牵引机构7，第二引流杆6宽度×厚度=40mm×15mm，第二牵引杆6穿过牵引机构7和第二结晶器4，设置第二保温炉2的温度1050℃，银镉合金从第二熔炼炉11中倾倒至第二保温炉2中，流入第二结晶器4保温段，调整第二水冷套802中的水流量为2m3/秒，水压0.5MPa，将第二结晶器温度4调整到600℃，设定牵引速度10mm/min，牵引机构7驱动第一引流杆5和第二引流杆6同步运行，经过第二结晶器4保温段后形成银镉合金复银板材，连续将银镉合金复银板材牵引出第二结晶器4。
c)设置水冷装置9水压0.02MPa，流量0.5m3/秒，经上述过程，生产出宽度×厚度=40mm×17mm的银镉合金复银带材，带材经冷轧-冲制-内氧化-表面处理等工序生产为成品。
实施例二：
a)第一引流杆5宽度×厚度=100mm×5mm，第一引流杆5穿过牵引机构7、第二结晶器4和第一结晶器3，将纯银在第一熔炼炉10中熔化，熔化温度1300℃，熔化完毕后从第一熔炼炉10中倾倒至第一保温炉1中，流入第一结晶器3保温段，第一保温炉1保温温度1100℃，调整第一水冷套801中的水流量为1m3/秒，水压1MPa，将第一结晶器3温度调整到500℃，设定牵引速度100mm/min，将纯银板牵引出第一结晶器3，进入第二结晶器4冷却段，停止牵引。
b)将银、锡、铟在第二熔炼炉11中熔化形成均匀化的合金，熔化温度1250℃；调整牵引机构7，使第一引流杆5和第二引流杆6同时穿过牵引机构7，第二引流杆6宽度×厚度=100mm×50mm，第二引流杆6穿过牵引机构7和第二结晶器4，设置第二保温炉2的温度1150℃，银锡铟合金从第二熔炼炉11中倾倒至第二保温炉2中，流入第二结晶器4保温段，调整第二水冷套802中的水流量为1m3/秒，水压0.3MPa，将第二结晶器4温度调整到400℃，设定牵引速度100mm/min，牵引机构7驱动第一引流杆5和第二引流杆6同步运行，经过第二结晶器4保温段后形成银锡铟合金复银板材，连续将银锡铟合金复银板材牵引出第二结晶器4。
c)设置水冷装置9水压0.1MPa，流量0.8m3/秒，经上述过程，生产出宽度×厚度=100mm×55mm的银锡铟合金复银带材，带材经冷轧-冲制-内氧化-表面处理等工序生产为成品。
实施例三：
a)第一引流杆5宽度×厚度=60mm×2.5mm，第一引流杆5穿过牵引机构7、第二结晶器4和第一结晶器3，将纯银在第一熔炼炉10中熔化，熔化温度1200℃，熔化完毕后从第一熔炼炉10中倾倒至第一保温炉1中，流入第一结晶器3保温段，第一保温炉1保温温度1050℃，第一水冷套801中的水流量为1.5m3/秒，水压5MPa，将第一结晶器3温度调整到650℃，将纯银板牵引出第一结晶器3，进入第二结晶器4冷却段，停止牵引。
b)将银、铜在第二熔炼炉11中熔化形成均匀化的合金，熔化温度1400℃；调整牵引机构7，使第一引流杆5和第二引流杆6同时穿过牵引机构7，第二引流杆6宽度×厚度=60mm×20mm，第二引流杆6穿过牵引机构7和第二结晶器4，设置第二保温炉2的温度1100℃，银铜合金从第二熔炼炉11中倾倒至第二保温炉2中，流入第二结晶器4保温段，调整第二水冷套802中的水流量为1.5m3/秒，水压5MPa，将第二结晶器4温度调整到550℃，设定牵引速度50mm/min，牵引机构7驱动第一引流杆5和第二引流杆6同步运行，经过第二结晶器4保温段后形成银铜合金复银板材，连续将银铜合金复银板材牵引出第二结晶器4。
c)设置水冷装置9水压1MPa，流量3m3/秒，经上述过程，生产出宽度×厚度=50mm×22.5mm的银铜合金复银带材，带材经冷轧-冲制-内氧化-表面处理等工序生产为成品。
实施例四：
a)第一引流杆5宽度×厚度=70mm×20mm，第一引流杆5穿过牵引机构7、第二结晶器4和第一结晶器3，将银在第一熔炼炉10中熔化，熔化温度1400℃，熔化完毕后从第一熔炼炉10中倾倒至第一保温炉1中，流入第一结晶器3保温段，第一保温炉1保温温度1150℃，第一水冷套801中的水流量为0.8m3/秒，水压4MPa，将第一结晶器3温度调整到650℃，设定牵引速度80mm/min，将银板材牵引出第一结晶器3，进入第二结晶器4冷却段，停止牵引。
b)将铜和锌在第二熔炼炉11中熔化，熔化温度1300℃；调整牵引机构7，使第一引流杆5和第二引流杆6同时穿过牵引机构7，第二引流杆6宽度×厚度=70mm×20mm，第二引流杆6穿过牵引机构7和第二结晶器4，设置第二保温炉2的温度1250℃，铜锌合金从第二熔炼炉11中倾倒至第二保温炉2中，流入第二结晶器4保温段，调整第二水冷套802中的水流量为0.8m3/秒，水压1.8MPa，将第二结晶器4温度调整到650℃，设定牵引速度80mm/min，牵引机构7驱动第一引流杆5和第二引流杆6同步运行，经过第二结晶器4保温段后形成银复铜锌复合板材，连续将银复铜锌复合板材牵引出第二结晶器4。
c)设置水冷装置9水压1.5MPa，流量10m3/秒，经上述过程，生产出宽度×厚度=70mm×40mm的银复铜锌复合带材，带材经冷轧-冲制 -表面处理形成成品。

Claims (6)

1.一种双流连续铸造复层金属板材的方法，其特征在于：采用以下装置，所述装置设有第一保温炉（1）、第二保温炉（2）、第一结晶器（3）、第二结晶器（4）、第一引流棒（5）、第二引流棒（6），所述第一保温炉（1）底端连接所述第一结晶器（3），所述第二保温炉（2）底端连接所述第二结晶器（4），所述第一结晶器（3）与第二结晶器（4）相连接，所述第一引流棒（5）和第二引流棒（6）宽度相等，所述第一引流棒（5）位于第二引流棒（6）下方且紧密贴合，所述第一引流棒（5）和第二引流棒（6）共同穿入第二结晶器（4）底端，所述第一引流棒（5）穿入第一结晶器（3）底端，所述第一引流棒（5）和第二引流棒（6）连接牵引机构（7）, 所述第一引流棒（5）用于将金属原料由第一结晶器（3）引入第二结晶器（4）底部；
方法包括以下步骤：
将金属原料N熔融，倒入第一保温炉（1），流入第一结晶器（3），第一引流棒（5）将金属原料N由第一结晶器（3）引入第二结晶器（4）底部；
将金属原料M熔融，倒入第二保温炉（2），流入第二结晶器（4），与由第一引流棒（5）引出的金属原料N在相互熔接熔结；
控制牵引机构（7）由第一引流棒（5）和第二引流棒（6）共同引出金属原料N和金属原料M，冷却形成半成品板材；
将步骤3）得到的半成品板材经后续处理得到成品；
金属原料M与金属原料N的熔点差值小于或等于200℃，且金属原料M的熔点大于金属原料N的熔点。
2.根据权利要求1所述的双流连续铸造复层金属板材的方法，其特征在于：
所述第一结晶器（3）的尾部表面设有第一水冷套（801）和测温装置，第二结晶器（4）的尾部表面设有第二水冷套（802）和测温装置。
3.根据权利要求1所述的双流连续铸造复层金属板材的方法，其特征在于：所述第一保温炉（1）和/或第二保温炉（2）为石墨材质，所述第一保温炉（1）和/或第二保温炉（2）外表面有中频加热装置及测温装置。
4.根据权利要求1所述的双流连续铸造复层金属板材的方法，其特征在于：在第二引流棒（6）出口处设有水冷装置（9）。
5.根据权利要求1所述的双流连续铸造复层金属板材的方法，其特征在于： 所述金属原料N和金属原料M为纯金属或者多组元合金，所述纯金属包括银、铜、铝、镍，所述多组元合金包括银合金、铜合金、铝合金、铁合金。
6.根据权利要求5所述的双流连续铸造复层金属板材的方法，所述银合金中包含合金元素，所述合金元素为镉、铜、锌、锡和铟中的一种或两种，合金元素的质量百分含量为5%~25%。
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