专利名称：一种热型连铸设备与方法
技术领域：
本发明属于热型连铸生产领域，特别适合具有单向柱状晶组织的铜及铜合金、铝及铝合金、钛镍合金等的生产。
背景技术：
自上世纪60年代末，大野笃美提出了热型连铸法(OCC法)后，很多学者开展了热型连铸的研究，并将研究成果应用到很多领域，其中比较典型的应用就是将具有连续柱状晶组织的铸锭经过冷轧、拉拔等低温下强加工制备成直径很小的线材，用做电车接触线、高保真音响导线及半导体封装线等，其中用作半导体封装线的直径为20μm左右。但是在线材冷轧、拉拔等工艺中经常会出现断线现象，影响线材的质量及应用，其中一个主要原因就是由于连铸设备或工艺的原因造成了铸锭表面质量差，有变形、划痕等缺陷。现有的热型连铸主要采用单面主动辊拉坯、手动调节预紧力，而且连铸铸锭与拉坯辊间多为金属间摩擦。中国发明专利申请No.01131773.6的“一种用于热型连铸的牵引机构”公开了一种拉坯装置，包括主动辊、从动轮、小轮、同步传送带、电机、编码器、底座、丝杆、弹簧、龙门框及摆线减速器，轮面为圆柱面的三个主动辊分别安装在轮面框的下方，轮面为V型沟槽的三个从动轮分别安装在龙门框的上方，三个主动辊分别于相对的三从动轮相切，三组轮间还设计了两组小轮，主要起压紧被拉铸锭的作用，三组拉坯轮之间靠同步传送带传送电机的动力，压紧力靠弹簧装置提供，手动调节压紧力的大小。其不足之处在于结构复杂，安装调节困难，五组轮同时在同一直线上压紧被拉铸锭，直线度很难调整，易造成拉断现象；单面主动辊拉坯，单面主动辊拉坯指在所有的成组拉坯辊中，只有被拉铸锭一侧的拉坯辊有驱动装置，铸锭另一侧的拉坯辊为从动辊，主要起到压紧作用，其转动靠被拉铸锭带动，易使连铸铸锭受力不均，产生拉不动现象，而且易引起铸锭变形；弹簧压紧，由于其压力有限，也易造成拉不动情况；无压紧力控制装置，压紧力大铸锭易变形，影响其使用性能，压紧力小则拉不动；拉坯辊与连铸铸锭间为金属间摩擦，摩擦系数小，导致有效拉力小。
发明内容
本发明的目的是提供一种热型连铸设备与方法，其克服了以上问题，提供的热型连铸设备能稳定进行热型连铸的生产，且便于调节。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案一种热型连铸设备，包括底座1，电机支架2，伺服电动机4，支架8，主动辊和压紧力调整单元，其中(1)主动辊包括用于拉坯的、相配合的上、下主动辊13-1、13-2，所述上、下主动辊由电机带动同步转动；(2)所述设备还包括相配合的上、下定位辊19-1、19-2；(3)所述上主动辊13-1和上定位辊19-1由压紧力调整单元控制上下运动；(4)所述上、下主动辊13-1、13-2之间配合的工作轮面分别为V型沟槽状和梯型凸面，所述上、下定位辊19-1、19-2之间配合的工作轮面也分别为V型沟槽状和梯型凸面；
(5)所述压紧力调整单元包括可调节的气缸与可动轴承座固定连接，可动轴承座在对应的滑道内作纵向往复运动。
所述压紧力调整单元包括上主动辊13-1和上定位辊19-1分别通过轴承安装在可动轴承座12-1和12-2内，可动轴承座12-1、12-2与支架8之间通过燕尾槽连接，可动轴承座12-1和12-2分别与安装在支架(8)顶端的主动辊气缸10和定位辊气缸15通过螺纹连接，在气缸的带动下，两个可动轴承座12-1、12-2分别可在相应的滑道22-1、22-2内做纵向往复运动，从而带动上主动辊13-1和上定位辊19-1做相应的夹紧和松开运动。
具体而言，本发明是一种用于热型连铸的设备，包括主动辊、主动辊气缸、定位辊、定位辊气缸、传动齿轮、传动销板、传动轴、可动轴承座、滑道、支架、电机支架、底座、气缸固定板、减速机、伺服电动机、调速阀、减压阀。采用一组主动辊和一组定位辊，结构简单，装配和调整难度低；下主动辊和下定位辊安装在支架上，其轮面为V型沟槽状，槽面胶合一层橡胶，两个轮V型槽底连线aa′平行于底座所在的平面，轮面为梯型凸面的上主动辊和上定位辊安装在可动轴承座上，其梯型凸面上胶合一层橡胶，两个轮梯型凸面顶连线bb′平行于aa′，并与aa′位于同一平面。上下主动辊和上下定位辊的轴心连线cc′和dd′相互平行且均与aa′垂直，上下主动辊采用轮系传动，可在同一拉坯电机带动下同时转动，共同带动铸锭，此轮系包括上传动齿轮、上位过渡齿轮、下位过渡齿轮、下传动齿轮、相邻齿轮间啮合连接。此结构传动平稳，位置准确，电机能同时带动一组拉坯辊转动，克服了单辊驱动的缺点。
根据以上所述的热型连铸设备，上主动辊和上定位辊分别通过轴承安装在上主动轴和上定位轴上，上主动轴和上定位轴又分别安装在可动轴承座内，可动轴承座通过燕尾槽与支架配合，通过主动辊气缸和定位辊气缸的带动可在支架上的滑道内做纵向往复运动，上下主动辊及上下定位辊与铸锭间的压紧力分别由相应气缸提供，可达0.8Mpa，在0～0.8Mpa之间可调。为精确调整控制压力和压紧速度，每个气缸上都配有一个减压阀和两个调速阀。驱动元件为伺服电机和减速机，伺服电机低速抗振性能和动力性能好，可精确控制速度，减速机可起到减速增扭的作用，系统的速度可在1.5mm/min～18840mm/min范围内精确调整控制。
本发明的有益效果在于本设备传动平稳，位置准确，电机能同时带动一组拉坯辊转动，克服了单辊驱动的缺点。同时，通过对工艺流程的进一步控制，可生产出表面光亮、无变形、无划痕的连续柱状晶铸锭，
图1是本发明热型连铸设备的主视图，图2是图1的A向视图，图3是图1的B向视图。
具体实施例方式
下面结合附图介绍本发明的具体实施方式
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如图所示，用于热型连铸的设备包括上下主动辊13-1、13-2，主动辊气缸10，上下定位辊19-1、19-2，定位辊气缸15，齿轮6-1～6-4，连接销板7-1、7-2，轴3-1～3-4，可动轴承座12-1和12-2，滑道22-1、22-2，支架8，电机支架2，气缸固定板9，减速机5，伺服电动机4，调速阀20-1～20-4，减压阀21-1和21-2。
如图2所示，下主动辊13-2和下定位辊19-2固定安装在支架8上，二者的轮面均为V型沟槽状，槽面胶合一层橡胶，两个轮V型槽底连线aa′平行于底座1所在的平面；轮面为梯型凸面的上主动辊13-1和上定位辊19-1分别安装在可动轴承座12-1和12-2上，其梯型凸面上胶合一层橡胶，两个轮梯型凸面顶连线bb′平行于aa′，并与aa′位于同一平面。上下主动辊13-1、13-2和上下定位辊19-1、19-2的轴心连线cc′和dd′相互平行且均与aa′垂直。
如图所示，下主动辊13-2和下定位辊19-2分别安装在下主动轴3-1和下定位轴18-2上，两个轴又分别通过轴承固定在支架8上；上主动辊13-1和上定位辊19-1分别通过轴承安装在可动轴承座12-1和12-2内，可动轴承座12-1、12-2与支架8之间直接通过燕尾槽连接，可动轴承座12-1和12-2分别与安装在支架顶端的主动辊气缸10和定位辊气缸15通过螺纹连接，在气缸的带动下，两个可动轴承座分别可在相应的滑道22-1、22-2内做纵向往复运动，从而带动上主动辊13-1和上定位辊19-1做相应运动，实现夹紧和松开功能。
如图所示，上下主动辊13-1和13-2采用四轮轮系传动，包括上传动齿轮6-4、上位过渡齿轮6-3、下位过渡齿轮6-2和下传动齿轮6-1，相邻的下传动齿轮6-1与下位过渡齿轮6-2、下位过渡齿轮6-2与上位过渡齿轮6-3、上位过渡齿轮6-3与上传动齿轮6-4分别啮合连接，下位过渡齿轮6-2与上位过渡齿轮6-3用连接销板7-1相连，上位过渡齿轮6-3与上传动齿轮6-4用连接销板7-2相连，下传动齿轮6-1安装在下主动轴3-1上，下位过渡齿轮6-2安装在下传动轴3-2上，上位过渡齿轮6-3安装在上传动轴3-3上，下主动轴3-1、下传动轴3-2和上传动轴3-3安装在支架8上，上传动齿轮6-4通过上主动轴3-4安装在可动轴承座12-1上。
上主动辊13-1和下主动辊13-2将铸锭压紧，利用铸锭与轮的摩擦力来带动铸锭。下主动辊13-2轮面为V型沟槽，上主动辊13-1轮面为梯型凸面，可以实现两铸锭的准确定位，两个辊面都胶合一层橡胶，目的是增加铸锭与压辊间的摩擦力，并消除铸锭上由于与压辊摩擦而产生的滑痕，从而提高铸锭质量，上下主动辊13-1和13-2与铸锭间的压紧力由主动辊气缸10提供，气缸压力通过可动轴承座12-1和上主动轴3-3传给上主动辊13-1，其压力可达0.8Mpa，故只设一组拉坯辊即可满足拉坯要求。为精确调整控制压紧力和压紧速度，气缸上都配有一个减压阀21和两个调速阀20-1、20-2，拉坯装置的驱动元件选用低速抗振性好的伺服电机4，伺服电机4安装在下主动轴3-1上，并配以起到减速增扭作用的减速机5，所以拉坯装置具有很好的动力性能和低速抗振性，而且可在1.5mm/min～18840mm/min精确调整速度，故在上下主动辊13-1、13-2和铸锭结晶器间未设减震压辊，这样结晶器与上下主动辊13-1、13-2间对中度很容易调整，简化了操作步骤，可保障铸锭顺利拉出；伺服电机4和减速机5安装在下主动轴3-1上，可以直接驱动下主动辊13-2，其驱动力同时通过下传动齿轮6-1、下位过渡齿轮6-2、上位过渡齿轮6-3和上传动齿轮6-4传给上主动辊13-1，实现上主动辊13-1与下主动辊13-2同时驱动，共同带动铸锭，四个齿轮的传动比为1∶1∶1∶1，此结构传动平稳，位置准确，电机能同时带动一组拉坯辊转动，克服了单辊驱动情况下铸锭受力不均、易变形、拉不动的缺点。为防止后续的卷曲、剪切等工序对拉坯工序造成不良影响如振动等，本装置设计了一组定位辊上定位辊19-1和下定位辊19-2，下定位辊19-2轮面为V型沟槽，上定位辊19-1轮面为梯型凸面，两个辊面都胶合一层橡胶，同样可实现铸锭的准确定位并提高铸锭质量，定位辊与铸锭间的定位夹紧力由定位辊气缸15提供，定位辊气缸15上也安装了一个减压阀21-2和两个调速阀20-3、20-4，可精确调整压紧力和压紧速度，为减少定位夹紧力对拉坯的阻力，上定位辊19-1和下定位辊19-2直径较小，材质为比重较钢轻的铝合金。
操作方式为启动主动辊气缸10和定位辊气缸15，将上下主动辊13-1、13-2和上下定位辊19-1、19-2拉开，被拉铸锭的引锭从两组辊中穿过，然后调节调速阀和减压阀，设定夹紧速度和夹紧压力，控制气缸启动夹紧引锭，其它工序准备妥当后，启动伺服电动机4，利用上下主动辊与铸锭间的摩擦力将铸锭拉出。
本发明的热型连铸的生产工艺流程如下中频感应炉对母合金熔炼并保温→冷却铸锭→铸锭成形→启动特殊拉坯系统引锭→稳速下进行热型连铸→铸锭收集。按照这一工艺流程生产出表面光亮、无变形、无划痕的连续柱状晶铸锭。
实施例1一种Al-1％Si合金的热型连铸，工艺如下将Al-1％Si合金在中频感应炉中熔炼好并在730±50℃保温，冷却铸锭使其在结晶器中成形，冷却水流量为800～2000L/hr，启动特殊拉坯系统引锭，引速在40～100mm/min，待引锭成功后平稳加速至100～250mm/min下进行热型连铸生产。用此设备及方法连铸出的Al-1％Si铸锭表面光亮、且无变形无划痕。
实施例2一种无氧铜的热型连铸，工艺如下
将无氧铜在中频感应炉中熔炼好并在1150±50℃保温，冷却铸锭使其在结晶器中成形，冷却水流量为800～2000L/hr，启动特殊拉坯系统引锭，引速在40～100mm/min，待引锭成功后平稳加速至100～250mm/min下进行热型连铸生产。用此设备及方法连铸出的无氧铜铸锭表面光亮、且无变形无划痕。
权利要求
1.一种热型连铸设备，包括底座(1)，电机支架(2)，伺服电动机(4)，支架(8)，主动辊和压紧力调整单元，其特征是(1)主动辊包括用于拉坯的、相配合的上、下主动辊(13-1)、(13-2)，所述上、下主动辊由电机带动同步转动；(2)所述设备还包括相配合的上、下定位辊(19-1)、(19-2)；(3)所述上主动辊(13-1)和上定位辊(19-1)由压紧力调整单元控制上下运动；(4)所述上、下主动辊(13-1)、(13-2)之间配合的工作轮面分别为V型沟槽状和梯型凸面，所述上、下定位辊(19-1)、(19-2)之间配合的工作轮面也分别为V型沟槽状和梯型凸面；(5)所述压紧力调整单元包括可调节的气缸与可动轴承座固定连接，可动轴承座在对应的滑道内作纵向往复运动。
2.根据权利要求1所述的热型连铸设备，其特征是所述压紧力调整单元包括上主动辊(13-1)和上定位辊(19-1)分别通过轴承安装在可动轴承座(12-1)和(12-2)内，可动轴承座(12-1)、(12-2)与支架(8)之间通过燕尾槽连接，可动轴承座(12-1)和(12-2)分别与安装在支架(8)顶端的主动辊气缸(10)和定位辊气缸(15)通过螺纹连接，在气缸的带动下，两个可动轴承座(12-1)、(12-2)分别可在相应的滑道(22-1)、(22-2)内做纵向往复运动，从而带动上主动辊(13-1)和上定位辊(19-1)做相应的夹紧和松开运动。
3.根据权利要求1所述的热型连铸设备，其特征是所述上下主动辊(13-1)和(13-2)的传动系统为采用四轮轮系传动的驱动结构，可在同一电机驱动下同时转动，带动铸锭运动。
4.根据权利要求3所述的热型连铸设备，其特征是所述上下主动辊(13-1)和(13-2)采用四轮轮系传动，包括上传动齿轮(6-4)、上位过渡齿轮(6-3)、下位过渡齿轮(6-2)和下传动齿轮(6-1)，相邻的下传动齿轮(6-1)与下位过渡齿轮(6-2)、下位过渡齿轮(6-2)与上位过渡齿轮(6-3)、上位过渡齿轮(6-3)与上传动齿轮(6-4)分别啮合连接，下位过渡齿轮(6-2)与上位过渡齿轮(6-3)用连接销板(7-1)相连，上位过渡齿轮(6-3)与上传动齿轮(6-4)用连接销板(7-2)相连，下传动齿轮(6-1)安装在下主动轴(3-1)上，下位过渡齿轮(6-2)安装在下传动轴(3-2)上，上位过渡齿轮(6-3)安装在上传动轴(3-3)上，下主动轴(3-1)、下传动轴(3-2)和上传动轴(3-3)安装在支架(8)上，上传动齿轮(6-4)通过上主动轴(3-4)安装在可动轴承座(12-1)上。
5.根据权利要求1所述的热型连铸设备，其特征是它还包括安装在下主动轴(3-1)上的伺服电机(4)和减速机(5)，用以驱动下主动辊(13-2)，其调速范围为2mm/min～18840mm/min。
6.根据权利要求1所述的热型连铸设备，其特征是所述上、下主动辊(13-1)、(13-2)和所述上、下定位辊(19-1)、(19-2)的工作轮面上胶合一层橡胶。
7.根据权利要求1所述的热型连铸设备，其特征是所述上主动辊(13-1)和上定位辊(19-1)的轮面为梯型凸面。
8.根据权利要求1所述的热型连铸设备，其特征是所述气缸有调速阀(20-1)～(20-4)和/或减压阀(21-1)、(21-2)，用于调整压紧力的大小以及压紧速度。
9.根据权利要求1所述的热型连铸设备，其特征是由气缸提供所述上下主动辊和上下定位辊的夹紧力，所述夹紧力在0～0.8Mpa之间可调。
10.根据权利要求1或2所述的热型连铸设备，其特征是所述的热型连铸设备可用于水平连铸和垂直连铸。
11.一种利用权利要求1所述的热型连铸设备所进行的热型连铸方法，包括如下步骤中频感应炉对母合金熔炼并保温→冷却铸锭→铸锭成形→启动特殊拉坯系统引锭→稳速下进行热型连铸→铸锭收集，其特征是(1)在中频感应炉内熔液温度控制在高于熔点20～120℃；(2)铸型冷却水流量为800～2000L/hr；(3)拉坯系统引锭速度为40～100mm/min；(4)稳定热型连铸速度为100～250mm/min。
全文摘要
本发明为一种热型连铸设备，包括底座(1)，电机支架(2)，伺服电动机(4)，支架(8)，主动辊和压紧力调整单元，其中主动辊包括用于拉坯的、相配合的上、下主动辊(13－1)、(13－2)，所述上、下主动辊由电机带动同步转动；该设备还包括相配合的上、下定位辊(19－1)、(19－2)；上主动辊(13－1)和上定位辊(19－1)由压紧力调整单元控制上下运动；上、下主动辊之间配合的工作轮面为V型沟槽状－梯型凸面，上、下定位辊之间配合的工作轮面也为V型沟槽状－梯型凸面。本设备传动平稳，位置准确，电机能同时带动一组拉坯辊转动，克服了单辊驱动的缺点。
文档编号B22D11/06GK1974060SQ20061016482
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月6日 优先权日2006年12月6日
发明者薄希辉, 倪晓俊, 卢志超, 周少雄, 张俊峰, 邓俊民, 孙克, 李德仁 申请人:安泰科技股份有限公司, 钢铁研究总院