[发明专利]一种固‑液包覆复合材料的连续铸造成形装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及包覆复合材料连铸技术领域，具体涉及一种固-液包覆复合材料的连续铸造成形装置和方法。

背景技术

复合材料是集两种性能不同的金属于一体的新型材料，采用复合材料可达到综合利用单一金属各自的性能，减少短缺资源的用量、减轻单位长度线材重量的目的，以降低生产成本，可广泛应用于通信、接地、传输等领域。随科学水平不断进步和社会经济的持续发展，复合材料这类将会成为材料领域的发展趋势。

复合材料制备方法通常包括固-固相复合法、液-液相复合法和固-液相复合法。其中固-固相复合法是将两种已经处理好的金属通过施加外力作用使其机械复合在一起、形成良好结合界面的复合材料，如轧制法复合、连续挤压法包覆复合等。该方法对两种材料的表面质量要求高，但是复合结合界面不牢固，成本高。液-液相复合法可以很大程度上简化工艺，降低生产成本，使结合界面达到冶金结合，但是在生产过程中芯部材料的保护措施及温度控制困难，设备投资很大，设备维护费也很高，生产成本高。固-液相复合法目前包括熔铜浸渍法和电镀法。熔铜浸渍法利用金属热渗透原理形成包覆层，结合界面良好，但是对包覆层的厚度难以精确控制，芯材与金属液接触时间长，容易发生侵蚀并污染金属液，另外该方法工艺复杂，生产成本高。电镀法成本低，但是电镀层不均匀影响结合界面导致包覆层开裂或脱落，并且镀层厚度较薄，且镀液对环境污染大。

专利“一种包覆材料固/液复合水平连铸成形设备与方法”(授权公告号CN 104148599 B)中的包覆材料连铸成形设备与方法，芯线没有预热，从而影响了包覆材料的结合界面；芯线需要预热需要增设芯线加热装置，造成能源浪费；芯线牵引速度受冷却速度限制，导流管及反向凝固器内容易受芯线激冷而无法顺利牵引。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种固-液包覆复合材料的连续铸造成形装置和方法，设备结构简单、操作维护方便、生产效率高、质量控制稳定。

一种固-液包覆复合材料的连续铸造成形装置，包括炉体、用于对炉体进行加热的加热元件，以及结晶器冷却套，还包括有导流管；所述导流管设于所述炉体内且其前端和后端分别与炉体的外部连通；所述导流管的前端伸出所述炉体外并套接于所述结晶器冷却套形成结晶区；所述导流管的前部设有金属液入口连通导流管的内部，所述金属液入口配置有可分离的堵件。

进一步地，所述导流管和结晶器冷却套位于同一水平轴线上。

进一步地，装置还包括有入口冷却水套，所述导流管的后端伸出所述炉体外并且套接于所述入口冷却水套；所述入口冷却水套与导流管、结晶器冷却套位于同一水平轴线上。

进一步地，装置还包括有芯材定位机构，所述芯材定位机构设于与所述导流管的后端对应的位置；所述芯材定位机构与导流管、结晶器冷却套位于同一水平轴线上。

进一步地，装置还包括有牵引机构和牵引杆，所述牵引杆的一端伸入导流管的结晶区内，并且另一端连接于牵引机构；所述牵引机构和牵引杆与导流管、结晶器冷却套位于同一水平轴线上。

进一步地，所述结晶器冷却套的前方还设有二次冷却机构，所述二次冷却机构与导流管、结晶器冷却套位于同一水平轴线上。

进一步地，所述导流管的后部为芯材预热区，内径大小与所述芯材的外径相匹配；前部为金属液入口通道，其内径大于芯材预热区的内径。

利用上述装置进行固-液包覆复合材料的连续铸造成形的方法，包括如下步骤：

S1堵件堵塞导流管的金属液入口，在炉体内加入需要包覆的金属固体或者金属液，并利用加热元件对炉体加热，从而对金属液保温或将金属加热为金属液，金属液需要没过导流管；

S2将芯材从导流管的后端伸入导流管；

S3在金属液加热到预设温度后将堵件提升离开金属液入口，金属液进入导流管的前部并流往结晶区，在结晶器冷却套的作用下，在结晶区内金属液凝固和芯材形成包覆复合材料铸坯；

S4将结晶区内的包覆材料往前牵引，则后续的芯材部分继续进入结晶区，与后续流入结晶区内的金属液继续凝固形成包覆复合材料铸坯，则在连续的牵引下就能实现包覆复合材料铸坯的连续铸造。