一种锌锡合金杆的连续制造装置和方法
【专利摘要】一种锌锡合金杆的连续制造装置及其制备方法，装置包括：熔化炉，熔化炉设置有测温装置，熔化炉中贯通有中空炉胆，炉胆外周绕制有加热线圈，炉胆中自外部插有调速推进螺杆，调速推进螺杆头端连接有调速电机，所述调速推进螺杆上凸出排布朝向调速推进螺杆末端的螺旋，熔化炉上开有延伸至炉胆内的进料口，炉胆位于熔化炉上的出料端封盖有中间开孔的密封垫，熔化炉出料端对应密封垫开孔设置有结晶器，结晶器两端分别开有冷却水的进水口和出水口，牵引机设置于结晶器后对应端牵引结晶后的杆坯。本发明由螺杆为熔体提供推力，同时，旋转的螺杆还给熔体提供旋转力，从而在结晶时不断打断先形核生长的晶体，实现晶粒细化。
【专利说明】一种锌锡合金杆的连续制造装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电容器、耐腐零件等喷金用锌锡合金材料的制造领域，特别涉及一种 锌锡合金杆的连续制造装置和方法。
【背景技术】
[0002] 锌锡合金材料（其中锌质量分数为20%?80% )是近几年研发成功并推广使用 的新型无铅电子材料，主要用于金属化薄膜电容器端面无铅化喷金。随着全球电子信息材 料无铅化的快速发展，该种无铅电子材料的市场迅速扩大。多年来，锡与锌的价格相差约十 倍，而锌锡合金的塑性随锌含量的增大而显著降低，为了降低生产和使用成本，锌锡合金材 料往往试图不断降低锡的含量。由于受到制造技术的限制，我国与国外同类产品相比存在 较大的差距，主要原因在于在相同成分的前提下，国外制造的线坯韧性好，卷重大，加工性 能突出，在后续加工过程中极少发生断线。而国内生产的线坯质量不稳定，在后续拉丝过程 当中因为塑性不足，容易发生掉渣、断线等事故，导致生产过程难以顺利进行。目前为了保 证产品的拉丝性能，只得大幅提高合金的锡含量，提高了生产成本。
[0003] 目前我国主要通过两种方法生产，一种是通过挤压法生产，由于挤压是三向压应 力的塑性加工方法，因此使用该法制取线坯致密度高，其拉丝性能突出。但是由于挤压方法 也存在诸多难以克服的缺陷，如线坯中带有气泡、因夹油形成的开裂纹以及两挤压坯锭端 面焊合不良引起的裹芯等，特别是在两个挤压锭间存在焊合性差的界面，该界面较为脆弱， 在拉丝时很容易拉断。另一种方法是连续铸造法制取线坯，连铸坯虽然可生产无限长的坯 料，但由于坯料是铸造状态，因此其组织中晶粒粗大，致密度也不高，导致其塑性较差，为保 证塑性，只得提高锡的含量。因此，获取高致密度、晶粒细化、质量稳定的连续长度坯料是生 产这种锌锡合金丝的关键。
【发明内容】
[0004] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种锌锡合金杆的连续 制造装置和方法。本发明锌锡合金杆的连续制造装置中，螺杆可在不进行移动的情况下源 源不断的为熔体提供推力，并在螺杆的末端推力达到稳定的最大值，螺杆转速越大，提供的 压力也越大，从而实现压力铸造。同时，旋转的螺杆还给熔体提供旋转力，从而在结晶时不 断打断先形核生长的晶体，实现晶粒细化。压力铸造可显著提高锭坯的致密度，改善锭坯的 韧性，晶粒细化也可显著提高锭坯的塑性，因此利用该装置制造的锌锡合金杆坯的质量很 高。随着牵引的不断进行，原料不断加入，该装置可实现高品质锌锡合金杆坯的连续制备。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案为：
[0006] 一种锌锡合金杆的连续制造装置，包括：熔化炉，熔化炉设置有测温装置，熔化炉 中贯通有中空炉胆，炉胆外周绕制有加热线圈，炉胆中自外部插有调速推进螺杆，调速推进 螺杆头端连接有调速电机，所述调速推进螺杆上凸出排布朝向调速推进螺杆末端的螺旋， 熔化炉上开有延伸至炉胆内的进料口，炉胆位于熔化炉上的出料端封盖有中间开孔的密封 垫，熔化炉出料端对应密封垫开孔设置有结晶器，结晶器两端分别开有冷却水的进水口和 出水口，牵引机设置于结晶器后对应端牵引结晶后的杆坯。
[0007] 进一步的，所述炉胆为圆柱形，炉胆在熔化炉中为立式、卧式的或者斜式。
[0008] 进一步的，所述结晶器的冷却水出水口位置高于进水口。
[0009] 进一步的，所述炉胆外周绕制有加热线圈为电阻丝或感应线圈。
[0010] 进一步的，炉胆侧壁及调速推进螺杆均由合金钢或其他耐热金属制成。
[0011] 进一步的，炉胆侧壁及调速推进螺杆由耐热合金钢3Cr2W8V或合金钢Crl2两者中 任一种制成。
[0012] 基于上述装置的一种锌锡合金杆的连续制造方法，包括如下步骤：
[0013] 步骤一、启动装置，首先将炉胆温度加热至250 - 600°C后启动调速电机从而使调 速推进螺杆缓慢旋转，并同时打开结晶器的冷却水；
[0014] 步骤二、将事先配置好的成分合格的锌锡合金原料从进料口缓慢加入到炉胆中；
[0015] 步骤三、当原料加入到一定量时，将调速推进螺杆调至一定转速，调节好结晶器的 冷却水量准备铸造；
[0016] 步骤四、启动牵引机，以一定铸造速度将锌锡合金杆牵出；
[0017] 步骤五、随着铸杆的连续牵出，原料不断加入，实现铸杆的连续生产。
[0018] 进一步的，所述步骤二中锌锡合金原料为熔融液体或者固体颗粒。
[0019] 进一步的，所述步骤三中调速推进螺杆的旋转方向为反螺旋角方向，转速为10 - 500r/min〇
[0020] 进一步的，所述步骤四中的牵引机的牵引方式为拉-停-拉式或者拉-停-反 推-拉式，牵引速度为10 - 200mm/min。
[0021] 相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明锌锡合金杆的连续制造装置中，螺 杆可在不进行移动的情况下源源不断的为熔体提供推力，并在螺杆的末端推力达到稳定的 最大值，螺杆转速越大，提供的压力也越大，从而实现压力铸造。同时，旋转的螺杆还给熔体 提供旋转力，从而在结晶时不断打断先形核生长的晶体，实现晶粒细化。压力铸造可显著提 高锭坯的致密度，改善锭坯的韧性，晶粒细化也可显著提高锭坯的塑性，因此利用该装置制 造的锌锡合金杆坯的质量很高。随着牵引的不断进行，原料不断加入，该装置可实现高品质 锌锡合金杆坯的连续制备。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是本发明装置的结构示意图；
[0023] 其中，1熔化炉，2调速推进螺杆，3结晶器，4牵引机，5炉胆，6进料口，7密封垫，8 测温装置，9调速电机，10进水口，11出水口。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图及【具体实施方式】对本发明方案做进一步详细描述，
[0025] 实施例1、如图1所示，一种锌锡合金杆的连续制造装置，包括：熔化炉1，熔化炉1 设置有测温装置8,熔化炉1中贯通有中空炉胆5,所述炉胆5为立式圆柱形，炉胆5外周绕 制有加热线圈，加热线圈为电阻丝或感应线圈，炉胆5中自外部插有调速推进螺杆2,调速 推进螺杆2头端连接有调速电机9,所述调速推进螺杆2上凸出排布朝向调速推进螺杆末 端的螺旋，炉胆5侧壁及调速推进螺杆2均由合金钢或其他耐热金属制成，炉胆5侧壁由耐 热合金钢3Cr2W8V制成，调速推进螺杆2由合金钢Crl2制成，熔化炉1上开有延伸至炉胆 内的进料口 6,炉胆5位于熔化炉1上的出料端封盖有中间开孔的密封垫7,熔化炉1出料 端对应密封垫7开孔设置有结晶器3,结晶器3两端分别开有冷却水的进水口 10和出水口 11，结晶器3的冷却水出水口 11位置高于进水口 10,牵引机4设置于结晶器3后对应端牵 引结晶后的杆述。
[0026] 基于上述装置的一种锌锡合金杆的连续制造方法，包括如下步骤：
[0027] 步骤一、启动装置，首先测温装置8显示，将炉胆5温度加热至250 - 600°C后启动 调速电机9从而使调速推进螺杆2缓慢旋转，并同时打开结晶器3的冷却水；
[0028] 步骤二、将事先配置好的成分合格的熔融液体或者固体颗粒锌锡合金原料从进料 口 6缓慢加入到炉胆5中；
[0029] 步骤三、当原料加入到一定量时，将调速推进螺杆2调至一定转速，调速推进螺杆 2的旋转方向为反螺旋角方向，转速为10 - 500r/min，调节好结晶器3的冷却水量准备铸 造；
[0030] 步骤四、启动牵引机4,以一定铸造速度将锌锡合金杆牵出；牵引机4的牵引方式 为拉-停 -反推-拉式，牵引速度为10 - 200mm/min
[0031] 步骤五、随着铸杆的连续牵出，原料不断加入，实现铸杆的连续生产。本方法所生 产的杆坯致密度达到7. 14g/cm3,平均晶粒度0. 5 - 1mm，延伸率19. 5%。
[0032] 实施例2、一种锌锡合金杆的连续制造装置，包括熔化炉1、调速推进螺杆2、结晶 器3、牵引机4,所述熔化炉1采用中频感应加热，熔化炉1内的炉胆5的侧壁由耐热合金钢 3Cr2W8V制成，所述调速推进螺杆由合金钢Crl2制成，所述结晶器3的结晶尺寸为Φ 14_， 所述牵引机4为伺服电机驱动，采用拉-停-拉的牵引方式。
[0033] -种锌锡合金杆的连续制造方法，首先启动熔化炉1，将炉膛6加热至400°C，将调 速推进螺杆2启动并调速至20r/min，将结晶器3的进水口 10和出水口 11打开，使冷却水 开始流动，将成分配比为30% Sn、70% Zn(质量百分比）的锌锡合金颗粒从进料口 6中缓 慢加入，加入的锌锡合金颗粒料快速熔化并在螺杆的作用下向结晶器方向推进，当物料添 加至螺杆的四分之三左右位置时，将炉膛温度稳定在400°C，启动牵引机4,以30mm/min的 速度对锌锡合金杆进行牵引，同时将调速推进螺杆2的转速提高至lOOr/min，调节结晶器3 中进水口 10的大小，使牵引过程顺利。适时从进料口 6中补充锌锡合金颗粒料，实现高品质 锌锡合金杆坯的连续生产，本方法所生产的杆坯致密度达到7. 18g/cm3,平均晶粒度0. 5 - 1麵，延伸率20%。
[0034] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的 保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【权利要求】
1. 一种锌锡合金杆的连续制造装置，其特征在于，包括：熔化炉，熔化炉设置有测温装 置，熔化炉中贯通有中空炉胆，炉胆外周绕制有加热线圈，炉胆中自外部插有调速推进螺 杆，调速推进螺杆头端连接有调速电机，所述调速推进螺杆上凸出排布朝向调速推进螺杆 末端的螺旋，熔化炉上开有延伸至炉胆内的进料口，炉胆位于熔化炉上的出料端封盖有中 间开孔的密封垫，熔化炉出料端对应密封垫开孔设置有结晶器，结晶器两端分别开有冷却 水的进水口和出水口，牵引机设置于结晶器后对应端牵引结晶后的杆坯。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炉胆为圆柱形，炉胆在熔化炉中为立 式、卧式的或者斜式。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述结晶器的冷却水出水口位置高于进 水口。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炉胆外周绕制有加热线圈为电阻丝 或感应线圈。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，炉胆侧壁及调速推进螺杆均由合金钢或 其他耐热金属制成。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，炉胆侧壁及调速推进螺杆由耐热合金钢 3Cr2W8V或合金钢Crl2两者中任一种制成。
7. 利用上述任一权利要求所述装置的一种锌锡合金杆的连续制造方法，其特征在于， 包括如下步骤： 步骤一、启动装置，首先将炉胆温度加热至250 - 600°C后启动调速电机从而使调速推 进螺杆缓慢旋转，并同时打开结晶器的冷却水； 步骤二、将事先配置好的成分合格的锌锡合金原料从进料口缓慢加入到炉胆中； 步骤三、当原料加入到一定量时，将调速推进螺杆调至一定转速，调节好结晶器的冷却 水量准备铸造； 步骤四、启动牵引机，以一定铸造速度将锌锡合金杆牵出； 步骤五、随着铸杆的连续牵出，原料不断加入，实现铸杆的连续生产。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤二中锌锡合金原料为熔融液体 或者固体颗粒。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤三中调速推进螺杆的旋转方向 为反螺旋角方向，转速为10 - 500r/min。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤四中的牵引机的牵引方式为 拉-停-拉式或者拉-停-反推-拉式，牵引速度为10 - 200mm/min。
【文档编号】B22D11/14GK104117643SQ201410341110
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】杨斌, 李明茂, 梅军 申请人:江西理工大学