专利名称：钢结硬质合金线、棒材多流连铸设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钢结硬质合金线、棒材连续铸造工艺及设备，特别是一种大长度高性能钢结硬质合金线、棒材及其双金属复合材料的多流连铸工艺及设备。
背景技术：
文献《钢结硬质合金》一书(株洲硬质合金厂著，冶金工业出版社1982年出版)，详细论述了目前国内外钢结硬质合金的生产工艺及设备，所述的生产工艺及设备为粉末冶金烧结工艺和设备，即将铁粉和各种所需成份的合金粉按所需比例配制，并加入所需比例的增强颗粒，经混合、球磨、压制和浇结。该工艺生产工序繁多，工艺复杂，生产周期长，技术难度大，设备庞大，生产成本高。所生产的产品孔隙度大，二相材料结合力弱，产品性能差，且仅能生产短长度的小型部件，无法制造大长度及大体积的工件，实际应用受到限制。
中国发明专利专利号ZL01134145.9号《硬质相增强金属基复合材料生产工艺及设备》，该发明专利虽然解决了上述缺陷，但该工艺尚存在以下不足1、只能生产高比重硬质合金颗粒的增强金属基复合材料，无法生产低比重及易氧化的增强颗粒金属基复合材料。
2、只能制造单根金属基复合材料，无法同时制造多根金属基复合材料，尤其是小型线棒材产品。
3、加热方式单一(电阻式)。
4、能耗高，电能有效利用率只有25-45％。
5、无保护装置，原料受大气污染，所制造的产品含氧量(气)量高，产品性能差，限制了易氧化硬质颗粒在增强金属基复合材料上的应用。
采用连续铸造工艺，制造钢结硬质合金，特别是连续铸造多根钢结硬质合金线、棒材和带材及其双金属线、棒材和带材复合材料的制造设备，目前尚未见国内外有关此方面的报导。
发明内容
本发明的目的是要提供一种生产工艺简单、生产效率高、能耗低，可以同时制造低比重及易氧化的硬质化合物基钢结硬质合金，并且可以连续铸造的方法，制造多根钢结硬质合金线、棒材和带材及其双金属复合材料的生产设备及工艺。
解决其技术问题的设备方案是该设备有一密封套，密封套的外面连接有惰性气体罐、真空泵、控制阀，在密封套的里面安装有带有孔洞的工作平台，在工作平台孔洞的上面安装有复合结晶器，复合结晶器的外面安装有电磁感应加热器和电磁搅拌器，在复合结晶器的下面安装有引铸板，在引铸板上安装有超声波振动器，在引铸板的下面连接有抽锭设备，在复合结晶器的上面安装有带有升降装置的电极把持器，在电极把持器上安装有非自耗电极，在复合结晶器上部两侧分别安装有颗粒送料器、粉末送料器，金属液中间包。
复合结晶器包括水冷结晶器、有衬炉体、金属液位检测器，水冷结晶器为一空心状的水套，在水套的侧下方和侧上方分别连接有冷却水进水管和冷却水出水管，水套内侧顶部安装有金属液位检测器，在水冷结晶器的上部连接有有衬炉体，有衬炉体由耐火材料制作，在耐火材料炉衬内镶有用NB制作的耐渣蚀的内衬，或在有衬炉体的内表面直接涂覆一层MoSi2等抗高温涂层材料。在复合结晶器中的水冷结晶器内腔安装有多流组合式水冷结晶器或芯棒。在多流组合式水冷结晶器的下面连接有多流引锭板，在多流引锭板上安装有多流引锭杆，在芯棒的上部安装有感应加热器，在电极把持器上连接有电源M，在引铸板上连接有电源N，并组成M、K、N电回路。电源M、N、K为低电压大电流，其电压和电流均可在大范围内调节。
金属液中间包括耐火材料包体、感应加热器、金属液体流量控制器、流槽。
解决其技术问题采用的工艺方案是首先将引铸板或多流组合式结晶器推入复合结晶器内的水冷结晶器顶部，将按所需要求比例配制混合好的一种或数种硬质化合物增强颗粒倒入颗粒送料器内，将金属粉末和各种合金粉末按基体材料所需化学成份配制，经混料机混合均匀后倒入粉末送料器内，或将所需成份的基体金属材料直接制成的粉末或颗粒倒入粉末送料器内，也可将基体金属按所需化学成份配制熔化成液态后，直接倒入金属液体中间包内，将所配好的单元或多元材料组成的保护熔渣或固体电渣料倒入复合结晶器内，关闭密封套，启动真空泵，将密封套内抽成真空，或抽成真空后，向密封套内再充入惰性气体，将非自耗电极插入其中，启动电源K，用电阻热将保护熔渣或固体电渣引燃熔化成液态，或启动电磁感应加热电源进行加热熔化，启动颗粒粉末送料器，或打开金属液流量控制器，使硬质颗粒、基体金属混合粉末或颗粒或金属液，按所预定的流量流入复合结晶器内，经复合结晶内的高温液体保护熔渣或液体电渣和电磁感应加热器加热熔化和熔融，启动电磁搅拌器，使二相材料在复合结晶器内混合均匀后在水冷结晶器内凝固和结晶成钢结硬质合金，启动超声波振动装置，对钢结硬质合金材料进行超声波处理，以改善结晶组织，提高产品性能。启动抽锭设备，将抽锭设备以连续状向下移动抽锭或以抽一停一抽的短周期间歇状向下移动抽锭工艺进行，即可使生产连续进行，生产出所需长度的并与结晶器内腔形状相同的钢结硬质合金或低比重及易氧化的硬质化合物基钢结硬质合金。当生产硬质合金线、棒材和带板产品时，只需将连接在多流引锭板上的多流引锭杆推入多流结晶器内，重复上述工艺，即可生产出所需长度和所需根数的与结晶器内腔形状相同的钢结硬质合金、线、棒材和带材产品。多流结晶器由2-7流水冷结晶器组成。其形状为圆形、方行、矩形、和异形形状。
在复合结晶器内安装芯棒，重复上述工艺，即可生产出双金属硬质化合物基钢结硬质合金复合材料。通过改变颗粒下料器和粉末下料器的下料速度，使二种下料设备按照不同的速度下料，就可以制造轴向梯度复合材料。改变颗粒和粉末下料器内材料的化学成份，即可生产出所需长度和根数的高速钢、合金钢及其它各种成份的金属材料和双金属复合材料的线、棒材及带材产品和异型产品。
复合结晶器中的熔渣为单元物质或者多元物质所组成的渣系，其物质为Na2B4O7、CaF2、AL2O3、CaO、MgO、MnO、TiO2、RE、RexOy等。基体金属为任何成份的黑色金属、金属间化合物、有色金属；增强颗粒为各种碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物、氧化物等难熔化合物，其含量10％-90％。
有益效果上述方案中，使用该发明设备可以连续铸造方式生产钢结硬质合金，特别是以连续铸造方式生产多根钢结硬质合金及其双金属复合材料线、棒材及带材时，生产工艺简单、生产效率高、能耗低、产品质量好且易于控制。由于该方法中是将整个生产过程在真空状态或真空低压惰性气体保护状态下进行，因而可以同时制造各种低比重及易氧化的硬质化合物基钢结硬质合金及其双金属复合材料。
由于采用复合结晶器生产，使需要保温的保护熔渣或电渣熔池和钢结硬质合金液体始终处于由耐火材料制成的有衬炉体内，减少或避免了渣池侧表面散热，提高了热效率，更有利于增强渣池的冶金反应，获得高质量的混合金属液体，减少了电耗，提高了电能利用率，而熔化后的基体金属和表面熔融后的增强颗粒，二相材料是在水冷结晶器内经电磁搅拌和超声波振动处理后，直接快速凝固和结晶成高质量的锭型，且不影响上段有衬炉体内的正常冶金反应，使二相材料的混合更加均匀，二相材料结合力强，达到完全冶金结合，实现了产品的致密化，从而可以制造出高性能的金属复合材料。由于采用多流结晶器技术，可以同时生产出与结晶器内腔形状相同的多根钢结硬质及其双金属复合材料线、棒材产品。通过改变材料的合金成份还可以制造各种高速钢、合金钢及其它各种成份的金属材料和双金属复合材料的线、棒材和带材产品和异型产品。
图1为本发明第一实施例的结构图。
图2为本发明第二实施例的结构图。
图3为本发明第三实施例的结构图。
图4为本发明第四实施例的结构图。
图5为本发明第五实施例的结构图。
图6为本发明第三和第四实施例的结构图的A-A的剖视图。
具体实施方式
实施例1在图1中，该设备有一密封套28，在密封套28的外面连接有惰性气体罐14和控制阀门15、真空泵16，在密封套28内有一带有孔洞的工作平台29，在工作平台29孔洞的上面安装有复合结晶器，复合结晶器由水冷晶器9、有衬炉体2组成，在水冷结晶器9的侧下方和侧上方分别连接有冷却水进口管11和出水管1，在水冷结晶器9的水套内侧顶部安装有金属液位检测器23，在水冷结晶器9的外侧安装有电磁搅拌器24，在水冷结晶器9的上部连接有有衬炉体2，有衬炉体2的内侧镶有用BN材料制造的有衬炉体内衬30，或在有衬炉体2上直接涂覆一层MoSi2等抗高温涂层，在水冷结晶器9的下面安装有引铸板13，在引铸板13上安装有超声波振动器25，在引铸板13的下面连接有抽锭设备12，在复合结晶器有衬炉体2的上面安装有带升降装置的电极把持器5。在电极把持器5上安装有非自耗电极4，在复合结晶器上部两侧分别安装有颗粒送料器3和粉末送料器6，有衬炉体2由耐火材料制作，非自耗电极4由石墨或钨材料制作。在电极把持器5和引铸板13上分别连接有电源M和N，并组成MKN电回路。
工作开始时，首先将引铸板13推入复合结晶器中的水冷结晶器的顶部，将按所需要求比例配制混合好的一种或数种增强颗粒27倒入颗粒送料器3内，将金属粉末和各种合金粉末按所需基体材料化学成份配制，经混料机混合成基体金属混合粉末31或将所需成份的基体金属材料直接制成的粉末或颗粒31倒入粉末送料器6内，将Na2B4O7、RexOy、RE、CaF2、AL2O3、CaO、Mgo、TiO2、等所配好的单元或多元材料组成的保护熔渣或固体电渣倒入有衬炉体2内，关闭密封套28，启动真空泵16，将密封套28抽成真空，或在抽成真空后同时打开惰性气体充入密封套28内，使密封套保持在低压状态，将非白耗电极插入固体渣中，启动电源K，使电源MKN电回路接通，用电阻热将其引燃、溶化成液态熔渣或液态电渣7，启动颗粒送料器3和粉末送料器6，使硬质颗粒27和基体金属混合粉末或颗粒31，按所预定的流量流入复合结晶器中的有衬炉体2，经复合结晶器内高温液体保护熔渣或液体电渣熔化和熔融，启动电磁搅拌器，使二相材料在复合结晶器内混合均匀后在水冷结晶内凝固和结晶成钢结硬质合金，启动超声波振动器，对结晶器内钢结硬质合金进行超声波处理，以改善材料的结晶组织，提高产品性能。启动抽锭设备，将抽锭设备以连续状向下移动抽锭或以抽一停一抽的短周期间歇状向下移动抽锭工艺进行，即可使生产连续进行，生产出所需长度和所需根数的与结晶器内腔形状相同的钢结硬质合金或低比重及易氧化的硬质化合物基钢结硬合金、线、棒材和带材产品和异型产品。
实施例2在图2中，在复合结晶器中的有衬炉体2的外侧安装有电磁感应加热器20，工作开始时，感应加热器20代替实施例1中的非自耗电极4，对二相材料进行电磁感应加热，利用电磁感应波使二相材料中产生涡电流，电流通过二相材料电阻时，使其发热溶化和溶融，同时使二相材料熔体中存在电流，在交变磁场中受到电磁力的作用而形成一定的溶体流场，产生电磁搅拌作用，使溶体温度均匀化，并有效的控制材料中成份的分布，净化材料成份，从而获得微细、均匀的组织结构，使材料获得优异的力学性能，通过改变颗粒送料器3和粉末送料器6的不同送料速度，可以有效的控制材料中成份的分布，制造出梯度钢结硬质合金复合材料。改变颗粒和粉末下料器内材料的化学成份，即可生产出所需长度和根数的高速钢、合金钢及其它各种成份的金属材料和双金属复合材料的线、棒材及带材产品和异型产品。所用溶液为Na2B4O7、CaFe2、TiO2、RE、RexOy等材料所组成的单元或多元溶渣。其它工艺过程及设备与实施例1同，略。
实施例3在图3中，在复合结晶器中的水冷结晶器9中，安装有多流组合式结晶器26，在多流组合式结晶器下面连接有多流引锭板32，在多流引锭板上安装有多流引锭杆33，工作开始时，将安装在多流引锭板32中的多流引锭杆33推入到多流组合结晶器顶部，加入保护溶渣，启动感应加热器20，将保护溶渣熔化成液态溶渣7，打开颗粒送料器3和粉末送料器6，使硬质化合物颗粒27和基体金属混合粉末或颗粒31按预定流量流入到复合结晶器的有衬炉体2中的保护溶渣7内，经高温溶渣和电磁感应加热熔化和溶融后，流入到多流组合式结晶器26中的孔洞中，与多流引锭杆溶合成一体，启动抽锭设备12，将多流引锭板32以连续状向下移动抽锭或以抽一停一抽的短周期间歇状向下移动抽锭工艺进行，即可连续制造出与多流组合式结晶器内腔形状相同的钢结硬质合金或低比重及易氧化的硬质化合物基钢结硬合金线、棒材和带材。多流组合结晶器由2-7流水冷结晶器组成，其形状为圆形、方形、矩形和异形形状。其它过程及设备与实施例1同，略。
实施例4在图4中，在复合结晶器9和2的侧上部，安装有金属液体中间包35，在金属液体中间包35内安装有感应加热器34、金属液流量控制器18、流槽22。中间包35和流槽22采用耐火材料制作。
工作开始时，将所需成份的基体金属在感应炉或电孤炉中溶化成金属液21后倒入金属液中间包35内，将保护渣19加入金属液21的上面，启动感应加热器34对金属液21进行加热保温，打开金属液流量控制器18和颗粒送料器3，使基体金属液22和硬质化合物颗粒27按照预定的流量流入复合结晶器的有衬炉体2的溶渣7内，启动电磁感应加热器20，对溶渣7和硬质化合物颗粒27，基体金属液21进行加热。其它过程及设备与实施例1和实施例3同，略。
实施例5在图5中，在有衬炉体2和水冷结晶器9的内腔安装有金属芯棒或非金属芯棒36，在有衬炉体上部位置的芯棒36上安装有感应加热器37对芯棒36进行预热，使钢结硬质合金或低比重及易氧化的硬质化合物基钢结硬质合金在水冷结晶器9内与芯棒36实现冶金接合，从而制造出双金属钢结硬质合金复合材料38，其它过程及设备与实施例1同，略。
权利要求1.一种实现钢结硬质合金线、棒材多流连铸工艺的设备，其特征是该设备有一密封套，密封套的外面连接有惰性气体罐、真空泵、控制阀，在密封套的里面安装有带孔洞的工作平台，在工作平台孔洞的上面安装有复合结晶器，在复合结晶器的外面安装有电磁感应加热器和电磁搅拌器，在复合结晶器的下面安装有引铸板，在引铸板上安装有超声波振动器，在引铸板的下面连接有抽锭设备，在复合结晶器的上面安装有带有升降装置的电极把持器，在电极把持器上安装有非自耗电极，在复合结晶器上部两侧分别安装有颗粒送料器，粉末送料器、带有感应加热器和金属液体流量控制器的耐火材料金属液中间包，在电极把持器和引铸板上分别连接有电源M、N并组成M、K、N电回路，电源M、K、N为低压大电流，其电压和电流均可在大范围内调整。
2.根据权利要求1所述的钢结硬质合金线、棒材多流连铸工艺的设备，其特征是复合结晶器包括水冷结晶器、有衬炉体、金属液位检测器，水冷结晶器为一空心状的水套，在水套的侧下方和侧上方分别连接有冷却水进水管和冷却水出水管，水套内侧顶部安装有金属液位检测器，在水冷结晶器的上部连接有用耐火材料制作的有衬炉体，在耐火材料炉衬内镶有用NB制作的耐渣蚀的内衬，或在有衬炉体的内表面直接涂覆一层MoSi2等抗高温涂层材料。在复合结晶器中的水冷结晶器内腔安装有多流组合式水冷结晶器，在多流组合式水冷结晶器的下面连接有多流引铸板，在多流引铸板上安装有多流引锭杆。
3.根据权利要求1所述的钢结硬质合金线、棒材多流连铸工艺的设备，其特征是多流组合式结晶器由1-7流结晶器组成，其内腔形状为圆形、方形、矩形和各种截面的异形形状。
专利摘要一种钢结硬质合线、棒材多流连铸设备，该设备由一密封套，在密封套的外面连接有真空泵、惰性气体保护罐和控制阀，在密封套的里面安装有颗粒下料器、复合结晶器、电磁感应加热器、电磁搅拌器、多流水冷结晶器、多流引铸板、多流引锭杆、抽锭设备。该设备用于钢结硬质合线、棒材的多流引连铸生产，工艺简单，生产效率高，能耗低，产品质量好且易于控制。
文档编号B22D11/14GK2889551SQ20062006967
公开日2007年4月18日 申请日期2006年2月28日 优先权日2006年2月28日
发明者丁刚, 丁家伟 申请人:丁刚, 丁家伟