[發(fā)明專利]一種層狀復(fù)合材料半連鑄結(jié)晶器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210324177.8
• 申請(qǐng)日: 2012-09-04
• 公開（公告）號(hào): CN103658571A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任政;湯進(jìn)軍;聶景江;王軍;徐英;邵志文;張廣明;朱秀榮;趙寶榮;連付奎;成建國(guó);吳岳壹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)兵器科學(xué)研究院寧波分院
• 主分類號(hào): B22D11/04
• 分類號(hào): B22D11/04
• 代理公司: 寧波誠(chéng)源專利事務(wù)所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種結(jié)晶器，具體是一種層狀復(fù)合材料半連鑄結(jié)晶器。

背景技術(shù)

近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，許多產(chǎn)品的工作環(huán)境正朝著承受高溫、高壓和強(qiáng)烈的化學(xué)物質(zhì)作用的方向發(fā)展，對(duì)材料的性能提出了更高、更嚴(yán)格的要求。首先，要求材料具有更高的強(qiáng)度、更高的韌性和更小的比重；其次，要求提高金屬材料的耐熱性和耐腐蝕性等。然而，對(duì)于這些要求如果單靠某一種材料是難以實(shí)現(xiàn)的，所要求的性能有時(shí)在同一材料上又是相互矛盾的。而利用復(fù)合技術(shù)將不同特性的物質(zhì)材料結(jié)合在一起使制備的復(fù)合材料具備各單層材料的綜合性能，能有效地結(jié)合其組成材料的各自優(yōu)點(diǎn)以及在不同部位與側(cè)面具有不同的性能，具有良好的可設(shè)計(jì)性，可以滿足市場(chǎng)需求，同時(shí)能達(dá)到節(jié)能降耗、降低成本、發(fā)揮最佳經(jīng)濟(jì)效益等綜合目的。金屬層狀復(fù)合材料是層狀復(fù)合材料中一種應(yīng)用較為廣泛的新型復(fù)合材料，主要應(yīng)用在汽車、航空、航天、兵器、交通運(yùn)輸、電子產(chǎn)品和高強(qiáng)度建筑材料等領(lǐng)域。

目前金屬復(fù)合板材的制備技術(shù)主要采用軋制復(fù)合、爆炸復(fù)合、噴射沉積等方法制備，存在工序復(fù)雜、加工周期長(zhǎng)、復(fù)合層結(jié)合強(qiáng)度低、生產(chǎn)成本高等諸多問題。而復(fù)合連鑄成型技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)批量化、連續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)，有利于降低成本和減少生產(chǎn)工藝流程，其研究和開發(fā)受到越來越廣泛的關(guān)注。復(fù)合連鑄技術(shù)是通過設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器，待首先澆注的合金液凝固形成殼層后，接著澆注另一種合金液，使兩種合金在半固態(tài)下實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，直接鑄造出由兩層或兩層以上合金組成的復(fù)合鑄錠。在實(shí)現(xiàn)合金復(fù)合連鑄技術(shù)中，半連鑄結(jié)晶器是制備高質(zhì)量合金層狀復(fù)合鑄錠的關(guān)鍵，其重要性被喻為連鑄機(jī)的“心臟”。復(fù)合連鑄結(jié)晶器是一個(gè)高效率的換熱器、凝固成型器、夾雜物凈化器和鑄坯表面缺陷控制器。結(jié)晶器內(nèi)的金屬液、坯殼和冷卻板的相互關(guān)系反映在結(jié)晶器內(nèi)金屬液流的流動(dòng)、傳熱凝固、坯殼生長(zhǎng)和相變以及坯殼應(yīng)力的相互作用上，這是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程。因此，復(fù)合連鑄結(jié)晶器的設(shè)計(jì)對(duì)這一動(dòng)態(tài)過程控制有十分重要的影響，它對(duì)連鑄機(jī)產(chǎn)量、鑄坯質(zhì)量和生產(chǎn)安全性有決定性作用。

現(xiàn)有申請(qǐng)?zhí)枮?00920351696.7、公開日期為2010年12月1日的實(shí)用新型專利提出了復(fù)合連鑄輥式結(jié)晶器，在普通連續(xù)鑄鋼的結(jié)晶器上增加了二次澆注的復(fù)合連鑄輥，該結(jié)晶器包括裝框架、結(jié)晶器輥、軸承座、傳動(dòng)裝置、旋轉(zhuǎn)接頭、澆注槽、冷卻板、隔柵噴冷裝置和清輥器等十幾個(gè)關(guān)鍵部件。該技術(shù)方法應(yīng)用實(shí)例中成功制備出復(fù)合鋼板坯，但在復(fù)層鋼板結(jié)合層氧化層的處理上還存在一定的問題。

還有公開號(hào)為CN101096051A、公開日期為2010年6月23日的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N實(shí)現(xiàn)三層鋁或鋁合金復(fù)合材料的生產(chǎn)方法及其鑄坯結(jié)晶器，該結(jié)晶器包括具有芯材澆鑄通道和芯材澆鑄通道兩邊側(cè)的皮材結(jié)晶通道的澆鑄段上段通道，下段通道為融合結(jié)晶段，每一皮材結(jié)晶通道是由兩冷卻介質(zhì)夾層和兩夾層之間的通道空間構(gòu)成。該技術(shù)方案在一定程度上實(shí)現(xiàn)了在熔化料結(jié)晶過程中一次性生產(chǎn)三層復(fù)合錠坯材料的技術(shù)目的，但工裝設(shè)計(jì)復(fù)雜，參數(shù)窗口較窄，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

另有公開號(hào)為US2005/0011630?Al、公開日期為2005年6月20日的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N利用結(jié)晶器和二次冷卻熱交換裝置組成的半連續(xù)鑄造鋁合金復(fù)合錠技術(shù),其中外部結(jié)晶器與普通鋁合金結(jié)晶器類似，而內(nèi)部熱交換裝置形成一個(gè)熱交換腔，實(shí)際上起隔板作用，把流入模內(nèi)的兩種鋁熔體分開，從而實(shí)現(xiàn)半連續(xù)鑄造多層鋁合金的復(fù)層材料。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，但該結(jié)構(gòu)易于氧化夾雜的混入，對(duì)鑄坯后續(xù)加工質(zhì)量不利。

本發(fā)明專利旨在避免上述技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足之處，根據(jù)金屬鑄造復(fù)合原理，設(shè)計(jì)一種新型的層狀復(fù)合材料半連鑄結(jié)晶器，該結(jié)晶器不僅設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，而且便于制造、安裝和調(diào)整。該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)鋁合金/鋁合金、鋁合金/鎂合金、鎂合金/鎂合金等多種合金的兩層或兩層以上的合金的復(fù)合，制備出同時(shí)具備多種材料特性的層狀復(fù)合材料，拓展鋁合金、鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)實(shí)現(xiàn)降低成本、節(jié)約能源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的層狀復(fù)合材料半連鑄結(jié)晶器，不僅設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)緊湊，而且便于制造、安裝和調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)鋁合金/鋁合金、鋁合金/鎂合金、鎂合金/鎂合金等多種合金的兩層或兩層以上的合金的復(fù)合，制備出同時(shí)具備多種材料特性的層狀復(fù)合材料，拓展鋁合金、鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)實(shí)現(xiàn)降低成本、節(jié)約能源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。