铜包铝复合棒充芯连铸设备的开发

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.06.017 第27卷第6期 北京科技大学学报 VoL27 No.6 2005年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2005 铜包铝复合棒充芯连铸设备的开发 薛志勇秦延庆吴春京 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要为了实现以铝代铜，开发铜铝复合材料，设计和制造了一台制备铜包铝复合棒坯的 充芯连铸试验机.该机器的特点为：结晶器为水冷铜套内衬石墨套：在高度方向上设置一高 一低直径不同的加热器，下加热器与结晶器相连接在此试验机上；充芯与连铸同时进行.利 用该设备，成功地连铸出芯部直径为24mm,外层厚度为8mm的铜包铝双金属复合棒， 关键词连铸机：充芯连铸；铜包铝；复合材料 分类号TG233.6 铝在地壳中的蕴藏量约5%，仅次于铁，而铜 根据工艺原理，需要设计此连铸机和与之匹 资源则相对短缺.因此以铝代替铜，开发铜铝复 配的加热装置、冷却装置、测控装置等，来实现充 合材料，可以节约珍贵的铜资源：另一方面，还可 芯连铸工艺，主要设备如图2.为了增大冷却强 以使材料获得人们所需要的特性.目前生产铜 度，在连铸机下方设置二次冷却装置.整个冷却 铝复合材料的方法大多采用固相结合法，即通过 控温系统 塑性变形使两金属结合面接近到原子间距离，形 成大量的结合点，经过扩散热处理，最终形成界 铝液 电源 面的牢固结合，如轧制压接法、包覆焊接法、连 铝加热坩埚、 续挤压包覆法)和静液挤压法，但这些方法都有 铝液导流管 铜液 控温系统 其不足之处.本文重点介绍一种“充芯连铸”设 铜液注入口、 铜加热坩埚 备，在连铸外层铜金属的同时填充芯部铝金属材 中频电源 料，并实现两种金属的复合.该设备可大大简化 铜包铝复合材料的生产工艺，降低生产成本，而 隔热层 且易于实现生产的连续化和自动化，是一种新型 水冷 水冷 的铜铝复合加工设备. 结品器 结品器 铝液注入口 复合坯 1工艺原理和设备 引锭杆 图1充芯连铸工艺原理图 充芯连铸工艺制备双金属复合材料的思路 Fig.1 Process principle of continuous core-filling casting 是：①设置上下两个加热器，使芯部金属与外层 中颊电源 上加热器仁 金属分别在上下两个加热器中熔化：②当两个 加热器达到合适的温度时，在引锭杆作用下，牵 日淬火变压器 下加热器 引外层金属进入结晶器，外层金属在结晶器中形 结品器 成管坯，同时芯部金属液随之充填进管坯中，使 芯部金属和外层金属冶金结合成复合材料，”.其 拉坯机 原理如图【所示. 水冷装置 冷装置 控制系统 收稿日期：200411-17修回日期：200504-08 水冷系统 复合坯 基金项目：国家自然科学基金资助课题N0.50074008:教育 部骨干教师餐助项目 图2充芯连铸设备构成围 作者简介：薛志勇(1970一），男，工程师，博士研究生 Fig.2 Components of the continuous core-filling cast equipment

第 2 7 卷 第 ` 期 20 0 5 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f 盯. iv e rs ity o f s c ie n e e a n d l ’e c h o o lo gy B e ij 应。g VO L 27 N o . 6 D e C . 2 0 0 5 铜包铝复合棒充芯连铸设备的开发 薛志 勇 秦延庆 吴春 京 北京科 技 大学材料 科学 与工 程学 院 , 北 京 10 0 0 83 摘 要 为 了实现 以铝代 铜 , 开发铜 铝 复合材 料 , 设 计和 制造 了一 台制 备铜包 铝 复合棒 坯 的 充芯连 铸试验 机 . 该机 器 的特 点为 : 结 晶器 为水 冷铜 套 内衬石 墨套 : 在 高度 方 向上设置 一 高 一低 直 径不 同的加 热器 , 下加 热器 与 结晶器 相连 接在 此试 验机 上 ; 充芯 与连 铸 同时进 行 . 利 用该设 备 , 成 功地连 铸 出芯部 直径 为拟4 ~ , 外层 厚度 为 s m r n 的铜包 铝双 金属 复合 棒 . 关键 词 连铸 机 ; 充芯 连铸 ; 铜包 铝 ; 复合材 料 分类号 T G 2 33 . 6 铝在 地壳中 的蕴藏 量 约 5% , 仅 次于 铁 , 而 铜 资 源 则相对短 缺 . 因此 以铝 代 替铜 , 开 发铜 铝 复 合材 料 , 可 以节约珍 贵 的铜 资源 : 另一方 面 , 还可 以使材料 获得人 们 所 需要 的特 性 `1] . 目前 生产 铜 铝 复合 材 料的方法 大多采 用 固相 结 合法 , 即通 过 塑性变 形使两金 属结 合 面接近 到 原子 间距 离 , 形 成 大量 的 结合 点 , 经 过扩 散热 处理 , 最 终形 成 界 面 的牢 固 结合 , 如 轧制 压接 法 、 包 覆焊 接法 `2] 、 连 续挤 压包覆法 l3] 和 静液 挤压 法“ , , 但 这些 方法 都有 其不 足之 处 . 本文 重 点介 绍 一种 “ 充 芯 连铸 ” 设 备 , 在 连 铸外层 铜金 属 的 同时填 充 芯部铝 金属 材 料 , 并 实现两种 金 属 的复合 `5 , . 该 设备 可大 大简 化 铜 包铝 复合材料 的生产 工 艺 , 降低 生产 成 本 , 而 且 易于 实现生产 的连 续化 和 自动 化 , 是 一种 新型 的铜 铝 复合加 工 设备 . 根据 工 艺原 理 , 需要 设计此 连 铸机 和与 之 匹 配 的加 热装 置 、 冷却 装置 、 测控 装置 等 , 来 实现充 芯连 铸 工艺 . 主 要 设备 如 图 2 . 为 了增大 冷却 强 度 , 在连 铸 机下方 设 置 二次 冷却 装 置 . 整 个冷 却 厂一一一一丁面藏瓢刃 1 工 艺原 理 和 设备 充 芯连铸 工 艺制 备 双 金 属 复 合 材 料 的思 路 是 : ①设置上下 两个 加 热器 , 使 芯部 金 属 与外 层 金 属 分别在上 下 两 个 加 热 器 中熔 化 ; ② 当 两 个 加 热器 达到合 适 的温度 时 , 在 引 锭杆 作 用 下 , 牵 引 外层金 属进 入 结 晶器 , 外层 金属 在 结 晶器 中形 成 管坯 , 同时芯 部金 属 液随之 充填 进 管 坯 中 , 使 芯 部金属 和外 层金 属 冶金 结 合成 复 合 材料` 6,7] . 其 原 理 如 图 l 所示 . 收稿 日期 : 义旧今 n 一 17 修回 日期 : 2 0 05 刁今刀 8 基 金项 目 : 国家 自然 科学基 金 资助课 题困 .0 50 0 7 4 0 0;8) 教育 部骨 干教师资助项 目 作者 简介 : 捧志勇 ( 19 7仆一 ) , 男 , 工程 师 , 博 士研 究生 : 凶 控温系统 / _ 中频电源 { } 图 1 充 芯连铸 工艺 原理 图 iF g · I P门 e e s s P ir n e ip l e o f e o n如 u o u s e o er 一川肪n g e a s d n g 图 2 充芯连铸 设备 构成 图 F ig · 2 C o m P o . e n . o f th e e o n d n u o u s e o 伶n 川. 9 e as t 叫 u iP m e n t DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 06. 017

Vol.27 No.6 薛志勇等：铜包铝复合棒充芯连铸设备的开发 。707· 装置由水箱和水泵组成，其为中频电源、淬火变 感应电炉，因为实验所用的线圈匝数较少，因此 压器、感应线圈、结晶器和二冷装置提供循环冷 加装了一台中频淬火变压器，使感应线圈获得小 却水，上下加热器垂直布置，其温度和连铸机拉 电压大电流，以利于熔化. 速通过测控系统来测量和调节. 本实验采用KGPSJ22.5/100(额定输出频率为 2.5kHz,额定输出功率为100kW)系列感应加热 2连铸机及附属设备开发 用半导体变频装置（无锡电炉厂）.炉体部分的关 (1)连铸机的机械部分，连铸机机械结构如 键部件是由铜管绕制成的感应线圈.感应线圈在 图3所示.机架用于连铸机的支撑和各部件的安 石墨坩锅外面，中频感应炉对石墨坩锅加热，石 装.下拉装置主要用于复合棒的下拉，由电机、行 墨坩锅主要通过传导来加热金属铜， 星锥轮无级变速器、减速器、链轮、丝杠、导杆、引 ②铝的熔炼.采用电阻炉加热，其额定电压 锭杆等组成.导杆在机架的两侧各1根，引导引 为220V,额定功率为3.6kW,最高加热温度为 锭杆的垂直下拉.下拉装置中丝杠在链轮的带动 1200℃，结构如图4所示.电阻丝采用镍铬合金 下转动，拉坯台在丝杠的作用下上下运动，引锭 丝，直径为2.5mm,缠绕在陶瓷管周围，电阻丝 杆固定在拉坯台上而随之上下移动，完成引锭功 周围用耐火纤维填充：炉底采用较厚的耐火砖固 能.行星锥轮无级变速机构用于调节拉速. 定，但是并不完全封死，留一圆孔以放置铝液导 流管，外部利用不锈钢外壳密封，炉膛内用来熔 电加热炉 化芯部金属铝的坩埚为高纯石墨材质，坩埚的底 上加热坩埚 链轮 部和导流管螺纹连接，导流管通过圆孔伸出炉膛 导管 外，石墨坩埚正好坐在炉膛底部，因为实验过程 下加热坩埚 中，上下加热器间的空间比较小，所以导流管 中频感应加热炉 水冷铜套及结晶器 的安装必须从上面插入结晶器，电阻炉这样的结 二冷装置一 构利于设备的拆装，使实验过程变得灵活省力. 引锭装置 (3)冷却装置.实验的水冷系统如图5所示， 冷却系统工作时，先在水箱中放入一定的自来 变速及减速装置 水，水泵使水通过进水阀进入需要冷却的感应线 丝杠 圈、结晶器、中频炉、淬火变压器等组件，然后通 光杠 320 机架 3I6 控流棒 b80 电阻丝 70 图3连铸机结构示意图 石墨坩埚 Fig.3 Structure sketch of the continuous core-filling casting equi- 刚压管 pment 00i 耐火纤维 (2)加热装置，实验需对铜和铝金属分别熔 底耐火砖 炼，铜的熔点1083.4℃，应加热到1100℃以上.铝 的熔点660℃，应该加热到700℃以上.在结晶器 136 上方安装加热装置，使两种金属分别熔炼并适当 金属外壳 15 25 过热后，在引锭杆的牵引下流入结晶器中凝固并 导流管 复合. 根据铜和铝的熔炼要求，上加热器熔炼铝选 用电阻加热，下加热器熔炼铜选用感应加热，设 计合适的功率匹配，使电阻炉加热和中频感应加 热几乎同步达到熔炼温度， 380 ①铜的熔炼.根据经验每1kW中频感应电炉 400 的功率可以熔化1kg炉料，考虑在实验室其他设 图4电阻炉结构图 备的需要以及电力负荷，选用100kW功率中频 Fig4 Structure sketeh of an electrical resistance furnace

、 b L 27 N o . 6 薛志 勇等 : 铜 包铝 复合 棒充 芯连 铸设 备 的开发 . 70 7 . 装 置 由水 箱和水 泵组 成 , 其 为 中频 电源 、 淬 火变 压 器 、 感 应 线 圈 、 结 晶器 和 二冷 装 置提 供 循环 冷 却 水 . 上 下 加热 器 垂直 布 置 , 其 温度 和 连铸 机 拉 速 通过 测 控 系统 来测 量 和 调节 . 2 连 铸机 及 附属 设 备 开 发 ( l) 连 铸机 的机械 部 分 . 连 铸 机机械 结构 如 图 3 所 示 . 机架 用 于连 铸 机 的支 撑 和各 部 件 的 安 装 . 下 拉装 置主要 用 于复合 棒 的下 拉 , 由电机 、 行 星锥 轮无 级变 速器 、 减 速器 、 链 轮 、 丝杠 、 导杆 、 引 锭杆 等 组 成 . 导 杆在 机 架 的两 侧各 1 根 , 引导 引 锭杆 的垂 直 下拉 . 下 拉装 置 中丝杠 在 链轮 的 带动 下 转动 , 拉 坯 台在 丝杠 的作用下 上 下运 动 , 引锭 杆 固定在 拉 坯 台上而 随之 上 下移 动 , 完成 引锭功 能 . 行星 锥 轮无 级 变速 机 构用 于 调节 拉 速 . 电加热炉 上加热柑塌 导管 下加热柑祸 中频感应加热 水冷铜套及结晶 二冷装置 引锭装置 口 目 目 团 二 ~~ 户. 二~ ~月. . . . . . 1 { 城} : { … ) … { } } 日日一— 一一斗斗一一一一一一斗 变速及减速装置 感应 电炉 . 因为 实验 所 用 的线圈 匝数 较 少 , 因 此 加 装 了一 台 中频淬 火变 压器 , 使感 应线 圈获得 小 电压 大 电流 , 以利 于熔化 . 本 实验 采 用 K G P S 2J .5 / 10 ( 额定 输 出频 率为 .2 5 k Hz , 额 定 输 出功 率 为 l o k w ) 系 列 感应 加 热 用 半 导体 变 频装 置 (无 锡 电炉 厂 ) . 炉 体 部分 的 关 键部 件是 由铜 管绕制成 的感应 线 圈 . 感 应线 圈在 石墨 增锅 外 面 , 中频 感应 炉 对 石 墨钳 锅加 热 , 石 墨增 锅主 要 通过 传 导 来加 热 金属 铜 . ②铝 的熔 炼 . 采 用 电 阻炉 加 热 , 其额 定 电压 为 2 2 0 V , 额 定功 率 为 .3 6 k w , 最 高 加热 温 度 为 1 2 0 0 ℃ , 结构 如 图 4 所 示 . 电阻 丝采 用镍 铬 合金 丝 , 直径 为中.2 5 们Dn l , 缠 绕 在 陶瓷 管 周 围 , 电阻 丝 周 围用耐 火纤 维填 充 ; 炉底 采 用较 厚 的耐 火砖 固 定 , 但 是并 不 完全 封 死 , 留一 圆 孔 以放 置铝 液 导 流 管 , 外部 利用不 锈 钢外 壳 密 封 . 炉 膛 内用 来熔 化芯 部金属 铝 的增竭 为高 纯石 墨材 质 , 柑锅 的底 部和 导流 管螺纹 连接 , 导 流管 通过 圆 孔伸 出炉膛 外 , 石 墨钳 祸 正好 坐 在炉 膛 底 部 . 因为 实验 过 程 中 , 上 下 加热 器 间的 空 间 比较 小 , 所 以导 流 管 的 安装必须 从 上面插 入 结 晶器 , 电阻 炉这 样 的结 构利 于设 备 的拆 装 , 使 实 验 过程 变 得 灵 活省 力 . (3) 冷 却 装 置 . 实 验 的水 冷 系 统如 图 5 所 示 . 冷 却 系统 工 作 时 , 先 在 水 箱 中放 入 一 定 的 自来 水 , 水 泵使水 通过 进 水 阀进入 需 要冷 却 的感 应线 圈 、 结 晶器 、 中频 炉 、 淬火 变 压 器 等 组件 , 然 后通 中3 2 0 控流棒 电阻丝 航红缺 图 3 连铸 机结 构示 意 图 珑 . 3 s tr u c t u代 s ke ct h of th e e o n “ n u o u s e o份秘 n g c a 翻“ . g e q u 卜 Pm e . t (2 ) 加 热 装置 . 实验 需 对 铜和 铝 金属 分 别熔 炼 , 铜 的熔 点 1 0 8 3 . 4 ℃ , 应 加热 到 1 10 0 ℃ 以上 . 铝 的熔 点 660 ℃ , 应 该加 热 到 70 ℃ 以上 . 在 结 晶器 上 方安 装加 热 装置 , 使 两 种金 属分 别熔 炼 并适 当 过热 后 , 在 引锭杆 的牵 引下 流入 结 晶器 中凝 固并 复合 . 根 据铜 和 铝 的熔 炼 要求 , 上加 热器 熔炼铝 选 用 电阻加 热 , 下 加 热器 熔炼 铜 选 用 感应 加热 , 设 计合适 的 功率 匹 配 , 使 电阻 炉加 热和 中频 感应 加 热 几乎 同步 达 到熔炼 温度 . ① 铜 的熔 炼 . 根据 经验 每 I k w 中频 感应 电炉 的功率可 以熔化 1峪 炉料 , 考 虑在 实验 室 其他 设 备 的需要 以及 电力 负荷 , 选 用 10 0 k w 功 率 中频 石墨增塌 冈压管 耐形千维 底耐火砖 剑寓外 导流管 图 4 电阻炉 结构 图 igF 4 s tr u e t u er s ke ct h o f a n e l即tr 让 a l 几, i s t a n c e fu r u a c e

·708· 北京科技大学学报 2005年第6期 进水控制阀组 总进水阀 小水箱 多匝比中频淬火变压器 水泵 倾炉 出水 主控箱 排水阀组 水箱 线圈 结品器 图5水冷系统示意图 Fig.5 Structure sketch of a cooling water system 过回水管回到水箱中，整个通水管道较长，水箱 半导体变频装置 斗淬火变压器 温度模块 计算机 的面积较大，冷却水在循环过程中可以得到充分 的冷却.水冷系统主要是依靠水泵加压，将水压 中频炉一热电偶 温控仪 入循环系统.考虑到水泵有可能损坏，造成实验 图6铜金属温度测量与控制示意图 终止，在进水控制阀组中接入自来水.平常此阀 Fig.6 Sketeh diagram of temperature measurement and control 关闭，一旦水泵终止供水，关闭总进水控制阀，打 of copper 开自来水控制阀，从而避免实验设备由于水冷停 钮，分别控制下拉、上升和停止.手动按下这些按 止导致温度升高而造成损毁. 钮即可实现控制.其升降电路主要是控制电机正 (4)测量和控制.测控部分包括一台P650联 反转以控制拉坯台的升降，可以调节行星锥轮无 想电脑，Opto22测控系统，以及直接和连铸机相 级变速机构使之达到需要的拉速.动力通过链轮 连的控制电路部分.Opto22是一种工业用测控系 传给丝杠，丝杠的转动使拉坯台升降.同时通过 统，在此用来对连铸机的加热温度、拉速进行测 电路也实现了对上升和下拉的互锁. 量和控制. ①温度的测控，合理的浇注温度是连铸的基 3工艺实验 本要求之一，如果浇注温度过高，不但氧化严重， 图7为连铸机实物图，主要由结晶器、上加热 且容易产生拉漏事故：若浇注温度过低，则容易 器、下加热器、导杆、机架、丝杠、引锭杆、无级变 产生堵塞、冷隔以及铸坯拉断等问题.所以对于 速牵引装置等组成，上加热器为熔化和保温芯部 连铸过程来讲，选择合理的浇注温度，并在连铸 金属的电阻炉，下加热器为熔化和保温包覆金属 过程中保持稳定，减少其波动，是形成良好连铸 的中频感应炉，两个加热器的坩埚都是采用高纯 坯的重要条件.因此，连铸过程中的温度控制显 石墨材质：结晶器以紫铜为外层材料，内衬石墨 得非常重要. 套，石墨套和下加热器的坩埚用螺纹连接为一 本实验测量金属液内部温度，选用热电偶进 行测量，重要的温度参数为上下坩锅内金属液的 体，紫铜套内部通有循环冷却水确保金属液凝 温度，通过测量坩锅内金属液的温度可知金属液 固，在无级变速引锭装置的牵引下，实现复合材 料的连续拉制. 进入结晶器时的温度相当于金属的浇注温度， 利用此连铸机，进行了大量的工艺实验，充 铜采用中频感应加热，其温度是通过调节半 芯连铸一次成型，最终拉制出芯部直径为24 导体变频装置的输出功率来控制的，铜金属温度 mm,外层厚度为8mm的铜包铝双金属复合棒. 测量与控制如图6所示.电阻炉的温度只用温控 拉制产品如图8所示.所拉制产品复合层质量良 仪来控制， 好，铜铝结合面为冶金结合，符合实验工艺要求， ②拉速的控制.拉速的控制箱上有三个按 为后续加工奠定了基础

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 5 年 第 ` 期 进水控制阀组 总进水阀 多匝比中频淬火变压器 水泵 倾炉 水箱 结晶器 l 、 - . J 一 r = =弓们坚 , 日 图 5 水 冷系统 示惫 图 n ’g S S tr u e加代 , ke ct h o f a e o o ha g w a et r s y s et m 过 回水 管 回到水 箱中 . 整个 通 水 管道较 长 , 水箱 的面积 较 大 , 冷 却水 在循 环过 程 中可 以得到 充分 的冷却 . 水 冷系 统 主要 是依 靠 水泵 加压 , 将 水 压 入循环 系 统 . 考虑到 水 泵有 可 能损坏 , 造成 实验 终止 , 在进 水 控制 阀组 中接 入 自来 水 . 平常 此 阀 关 闭 一 旦水泵 终止 供水 , 关 闭总进 水控 制阀 , 打 开 自来 水控 制 阀 , 从 而避 免实 验设 备 由于水 冷 停 止 导致温度 升 高 而造成 损 毁 . (4 )测 量和控制 . 测控 部分 包括一 台P l 6 50 联 想 电脑 , O p t 0 2 测 控系统 , 以及 直 接和 连铸 机相 连 的控 制电路部 分 . O P t o 2 2 是一种 工业 用测 控系 统 , 在 此用 来对 连 铸 机 的加热 温度 、 拉速 进行 测 量和 控制 . ①温度 的测控 . 合 理的 浇注温 度 是连铸 的基 本要 求之 一 如果 浇注 温度过 高 , 不但氧 化严 重 , 且 容 易产 生 拉漏 事 故 ; 若浇 注 温度 过低 , 则 容 易 产 生堵 塞 、 冷隔 以及 铸坯 拉 断等 问题 . 所 以对 于 连 铸过程 来 讲 , 选 择合理 的浇 注温 度 , 并在 连 铸 过 程 中保 持稳 定 , 减少其 波 动 , 是 形成 良好 连 铸 坯 的重 要条 件 . 因此 , 连铸 过程 中 的温度 控制 显 得 非 常 重要 . 本 实验 测量金属 液 内部温 度 , 选用 热 电偶进 行测 量 . 重 要 的温 度 参数 为上下 柑锅 内金属 液 的 温 度 . 通 过测 量增 锅 内金属液 的温 度可 知金属 液 进 入 结 晶器时的温 度相 当于金 属 的浇 注温度 . 铜采用 中频感 应加 热 , 其温度是通过 调 节半 导体 变频装 置 的输出功率 来控 制的 . 铜金属 温 度 测 量 与控 制如 图 6 所 示 . 电阻炉 的温度只用温 控 仪来控 制 . ② 拉速 的控 制 . 拉速 的控 制 箱 上有 三 个 按 半导体变频装置 温度模块 图 ` 铜 金属温 度测 最 与控制 示惫图 F i.g ` S k e ct h d i ag r a m of 加 m p e r a 加代 m ae s u代 m e n t a n d e o n 加I o f e o p P e r 钮 , 分 别控制 下拉 、 上 升和 停止 . 手 动按 下这些 按 钮 即可实现 控 制 . 其 升 降 电路主 要是控制 电机 正 反 转 以控制 拉坯 台 的升 降 , 可 以调 节行 星锥 轮无 级 变速机构使之达 到 需要 的拉速 . 动力 通过链 轮 传给 丝 杠 , 丝杠 的转 动使 拉坯 台升 降 . 同时通 过 电路 也 实现 了对 上 升和 下 拉 的互锁 . 3 工 艺 实验 图 7 为连铸 机实物 图 , 主 要 由结 晶器 、 上加热 器 、 下加 热器 、 导杆 、 机架 、 丝 杠 、 引锭杆 、 无级 变 速牵 引装 置等 组成 . 上 加热 器为 熔化 和保温 芯 部 金 属 的 电阻炉 , 下加 热器 为熔 化 和保温 包覆 金属 的中频 感应 炉 , 两个 加热 器 的增 竭 都是 采用 高纯 石 墨材质 : 结 晶器 以紫铜 为 外层 材料 , 内衬 石 墨 套 , 石 墨 套和 下加 热 器 的 增 祸用 螺 纹 连 接 为 一 体 , 紫铜 套 内部通 有 循 环 冷却 水 确 保 金属 液 凝 固 , 在 无级 变速 引锭 装 置 的牵 引 下 , 实 现复 合材 料 的连 续 拉 制 . 利用 此连 铸机 , 进 行 了 大量 的工 艺实验 , 充 芯 连 铸 一 次 成 型 , 最 终 拉 制 出芯 部 直 径 为中24 m m , 外层 厚 度 为 8 幻n r n 的铜包 铝双 金 属 复合棒 . 拉 制产 品如 图 8 所 示 . 所 拉制 产 品复 合层 质量 良 好 , 铜铝 结合 面为冶 金 结合 , 符 合实 验工 艺要求 , 为后 续加 工 奠定 了基 础

Vol.27N0.6 薛志勇等：铜包铝复合棒充芯连铸设备的开发 .709. (a) 围7充芯连铸试验机（左侧为淬火变压器，后面为 变频装置) 图8拉制的铜包铝复合棒(a),横戴面b)和纵截面() Fig.7 Continuous core-filling cast equipment Fig.8 Copper cladding aluminum bimetallic composite bar(a),a transversal section (b),and longitudinal sections (c) 4结论 参考文献 []邓华，姚若浩，杨建武.铜一铝轧制复合工艺研究江西治 (1)设计并研制了制备铜包铝复合棒的充芯 金，1997.17(1)26 连铸试验机.该机器的特点为：结晶器为水冷铜 [2]戴雅康，杨喜山，王朔，等包覆焊接法生产的铜包铝线的 套内衬石墨套：在高度方向上设置一高一低直径 质量和性能.电线电缆，1997，(5：25 [3]谢建新，刘静安.金属挤压理论与技术.北京：冶金工业出 不同的加热器，下加热器与结晶器相连接在此试 版社，2001.312 验机上：充芯与连铸同时进行. [4]胡捷.铜包铝复合线材静态挤压加丁工艺研究.新技术新 (2)利用该设备，成功地连铸出芯部直径 工艺，2001(9)：27 为中24mm,外层厚度为8mm的铜包铝双金属复 [5]谢建新，孙德勤，吴春京，等.双金属复合材料双结晶器连 铸工艺研究.材料工程，2000(4)：38 合棒.所拉制产品包覆层（铜）厚度均匀，芯部（铝） [6]吴春京，谢建新，赵立华，等.双结晶器连铸铜-锌铝合金 形状规整，铜铝结合面为治金结合， 双金属复合材料.特种铸造及有色合金，2002(3)：24 [】]张卫文，邹敢峰，邓长宁，等。以连续铸造法制备梯度材 料的试验研究.金属学报，1998,346)：609 Continuous core-filling cast equipment for the bimetal composite materials of cop- per cladding aluminum XUE Zhiyong,OIN yanqing,WU Chunjing Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT In order to develop copper-aluminum composite materials,a new equipment of continuous core fil- ling cast for the bimetal composite materials of copper cladding aluminum was designed and produced.The char- acteristics of the new equipment were that,the crystallizer was composed of water jacket copper sleeve in which graphite sleeve was set;two melting furnaces with different diameters were vertically distributed,and the low fur- nace of melting copper was linked the crystallizer;and continuous casting and core filling were proceeded at the meantime.The bimetal composite of copper cladding aluminum was made successfully with the diameter of alum- inum of 24 mm and the thickness of copper of 8 mm. KEY WORDS continuous cast;continuous core-filling cast;copper cladding aluminum;composite

4 结 论 ( 1) 设计 并 研制 了制 备铜 包 铝 复合 棒的充 芯 连 铸 试验 机 . 该 机器 的特 点为 : 结 晶器 为 水冷 铜 套 内衬石 墨套 ; 在高度 方 向上 设 置一 高一 低 直径 不 同的加热 器 , 下加热 器 与 结晶器 相 连接 在此 试 验 机 上 ; 充 芯与 连铸 同时进 行 . (2 )利 用 该 设 备 , 成 功 地 连 铸 出 芯 部 直 径 为中2 4 m m , 外 层厚 度 为 s r n m 的铜 包 铝 双金 属 复 合 棒 . 所拉 制产 品包 覆 层 (铜 ) 厚度 均匀 , 芯部 ( 铝 ) 形状 规整 , 铜铝 结 合面 为冶 金结 合 . 参 考 文 献 【1 邓 华 , 姚 若浩 , 杨 建武 . 铜一 铝 轧制 复合 工 艺研 究 . 江西 冶 金 , 19 9 7 , 17 ( 1) : 2 6 2[ ] 戴 雅康 , 杨 喜 山 , 王 朔 , 等 . 包覆焊 接法 生产 的铜 包铝线 的 质 量和 性能 . 电线 电缆 , 19 97 , ( 5) : 25 3[ ] 谢建 新 , 刘 静安 . 金 属挤压 理论 与技 术 北 京 : 冶 金工 业出 版 社 , 2 0 0 1 . 3 12 4[ 』胡捷 . 铜 包铝 复合 线材静 态挤 压加 工 工 艺研 究 . 新技术 新 工艺 , 2 0 0 1 (9 ) : 2 7 5[ ] 谢建 新 , 孙 德勤 , 吴春 京 , 等 . 双金 属复 合材 料双 结 晶器 连 铸工 艺研 究 . 材料 工程 , 2 0 0 0 (4) : 38 6[] 吴春京 , 谢 建 新 , 赵 立 华 , 等 . 双结 晶器连 铸铜一 锌 铝合 金 双金 属 复合材 料 . 特 种铸 造及有色 合金 , 2 0 02 (3 ) : 24 7[ ] 张卫 文 , 邹敢 峰 , 邓 长宁 , 等 . 以连续 铸造 法制 备梯度 材 料 的试验 研 究 . 金 属学 报 , 19 98 , 3 4 ( 6) : 6 09 C o nt inu o u s c o re 一 if lli n g e a s t e qu iP m e n t fo r ht e b im e t a l c o m P o s it e m a te ir a l s o f e o P - P e r e l a d d i n g a l u m i im m 尤U E hZ iyo ng, QNI ay qn ign , 砰U hC u ’nj ” , g M a et ir a l s S e ien e e an d E n g in e e ir n g S e h o l , U n i v e r s ity o f s e i e cn e an d eT e hn o l o gy B e ij in g , B e ij i n g l 0 0 0 8 3 , C hi n a A B S T R A C T I n o dl e r t o d e v e l o P e o P P e -r a l um i n um e o m P o s i t e m at e r i a l s , a n e w e q u i P m en t o f e o n t iun o u s e o er if l - Ii n g e a s t fo r th e b im e at l e o m P o s i te m aet ir a l s o f e o P P e r e l a d d i n g a l u m i n u m w a s d e s ign e d an d P or d u e e d . hT e e h -ar a e t e ir s t i e s o f th e n e w e q u i Pm e n t w e er ht at , ht e e yr s at ll i z e r aw s e o m P o s e d o f w at e r j ac ke t e o P P e r s l e e v e in w h i e h g r a P h iet s l e e v e w a s s e t : wt o m e l int g fu nr ac e s w i ht d i fe et n t id am e et r s w er v e irt e al ly d is itr b uet d , 幼d het l o w 彻 - n a e e o f m e lti n g e o P P e r w a s li n k e d ht e e yr s t a l li z e r : an d e o n t i n u o u s e a s t i n g an d e o 花 if lli n g w眼 P or e e e de d at ht e m e ant im e . T h e b i m e at l e o m P o s i t e o f e o P P e r e l a d d i n g a l u m i n u m w a s m a d e s u e e e s s fu lly w i ht ht e d i am e etr o f a l um - i n u m o f 小2 4 m m an d ht e th i e b e s s o f e o P P e r o f s m m . K E Y w 0 R D S e o n t i n u o u s e a s t : e o n t i n u o u s c o er 一 if lli n g e a s t: c o P P e r e lad d i n g a l u un um : e o m P o s it e