本發(fā)明屬連鑄技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種銅包鋁復(fù)合材料多流高效率連鑄成形設(shè)備與工藝，適用于包覆層金屬熔點(diǎn)高于芯材金屬熔點(diǎn)的復(fù)合材料的連鑄成形。

背景技術(shù)：

銅包鋁復(fù)合材料是近年來發(fā)展起來的一種新型層狀復(fù)合材料，是一類高性能的復(fù)合導(dǎo)體。它由鋁芯和銅包覆層組成，兼有銅的導(dǎo)電性能優(yōu)異、耐腐蝕性能好以及鋁的成本低、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：重量比銅導(dǎo)體輕；電導(dǎo)率比鋁導(dǎo)體高，而用作某些特殊用途的導(dǎo)體，如高頻導(dǎo)線和用于傳輸大電流的導(dǎo)電排，由于其趨膚效應(yīng)，其導(dǎo)電性能與純銅接近甚至幾乎與純銅相同；抗拉強(qiáng)度比鋁高，焊接性能與純銅相近；通過控制加工工藝可以獲得比較好的綜合力學(xué)性能和穩(wěn)定性。

已經(jīng)公開報道的銅包鋁復(fù)合材料的制備工藝主要有以下幾種：

第一種方法是包覆焊接法。該方法為美國開發(fā)的銅包鋁復(fù)合線材加工方法，是目前國內(nèi)外大多數(shù)生產(chǎn)銅包鋁線材廠家所采用的生產(chǎn)工藝，其工藝流程為：鋁芯線經(jīng)過矯直裝置矯直后，用刷洗機(jī)清除表面的氧化物，銅帶表面的油脂和氧化物被清洗機(jī)和刷洗機(jī)清除，然后兩者同步進(jìn)入由情性氣體保護(hù)的包覆區(qū)。銅帶在多對滾輪的孔型作用下沿縱向逐漸卷起形成圓管狀，將鋁芯線包覆。然后進(jìn)入焊接區(qū)用氬弧焊將銅包覆層縱縫連續(xù)焊接起來，形成銅包鋁線坯。經(jīng)去毛刺處理后 對線坯進(jìn)行多道次拉拔，以獲得所需直徑的銅包鋁線，并通過熱處理以改善界面結(jié)合狀態(tài)，賦予所需的力學(xué)性能。盡管包覆焊接法是目前國內(nèi)最成熟、最穩(wěn)定的銅包鋁線生產(chǎn)方法，但其主要的不足是，由于采用氬弧焊接銅包覆層，焊接前鋁芯線表面及銅帶表面在加工過程中的二次污染、銅層的焊接強(qiáng)度、焊接時高溫對鋁芯線熔化的影響及焊接后線材表面焊縫的清理、焊接處銅層厚度的均勻性、銅鋁層之間材料的結(jié)合強(qiáng)度等，不可避免地影響了銅包鋁線的質(zhì)量，尤其是對于超細(xì)絲的制備，構(gòu)成尚難以克服的技術(shù)難題。

第二種方法是軋制壓接法。該方法為美國開發(fā)的銅包鋁復(fù)合線材加工方法，其工藝過程為：鋁芯線在銅帶包覆前先矯直并在旋轉(zhuǎn)式鋼絲刷裝置內(nèi)消除表面氧化物，然后進(jìn)入高頻感應(yīng)加熱器中加熱，爐內(nèi)以氨氣為保護(hù)氣體，以防氧化；兩條銅帶分別用鋼絲刷刷去表面的氧化層，通過兩個接觸輪進(jìn)行接觸加熱，隨后與鋁芯線—起進(jìn)入氨氣保護(hù)爐中加熱，在爐中可進(jìn)一步消除銅帶及鋁芯線表面的氧化物；加熱了的銅帶和鋁芯線進(jìn)入軋輥壓合機(jī)后被壓合在一起。壓合后的線坯再進(jìn)入通有氨氣的冷卻管，以除去銅層表面的氧化物，使之光亮。然后經(jīng)切毛邊裝置切除線坯兩邊的壓合毛邊，然后進(jìn)行拉拔加工。該方法設(shè)備投資較大，復(fù)合工藝繁雜，需要預(yù)先制備銅薄帶和鋁線，顯著增加了生產(chǎn)成本。

第三種方法是靜液擠壓法。靜液擠壓法加工銅包鋁復(fù)合線材的基本思路是，以大直徑紫銅管坯和純鋁棒坯套裝成復(fù)合擠壓坯料(需對頭部和尾部進(jìn)行密封處理)，經(jīng)靜液擠壓一次成線坯，通過大等靜水壓力和大加工變形作用，實(shí)現(xiàn)銅、鋁間的冶金結(jié)合。靜液擠壓法的擠壓筒內(nèi)的粘性介質(zhì)顯著降低了坯料和擠壓筒與模具之間的摩擦力，因而可大大改善金屬流動的均勻性。但靜液擠壓法存在的主要問題是：(1)成形非圓形截面的雙金屬包復(fù)材料時需將包覆層金屬和芯材金 屬預(yù)加工為尺寸與模具精確配合的管材和棒材，并要對兩者進(jìn)行一系列表面處理，以保證復(fù)合前的“清潔”界面，工藝流程較長(見：胡捷，機(jī)械加工與自動化，2001，9：27-28)；(2)靜液擠壓工藝的設(shè)備復(fù)雜、設(shè)備投資大；(3)靜液擠壓法難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，非生產(chǎn)性間隙時間長，生產(chǎn)效率低。

第四種方法是先將鋁液澆注到異型銅管中制備銅鋁異型復(fù)合鑄坯，然后經(jīng)軋制、拉拔成形矩形斷面的銅包鋁母排(見：張堅(jiān)華等.銅鋁復(fù)合匯流排的鑄錠、拉伸成型工藝及設(shè)備.中國專利：ZL200710177267.8)，這種方法主要缺點(diǎn)在于：(1)銅鋁復(fù)合前需預(yù)先成形異型銅管并對銅管進(jìn)行表面處理，增加了生產(chǎn)成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)；(2)鋁液澆入銅管時，難以避免銅管內(nèi)表面的氧化問題，導(dǎo)致銅鋁結(jié)合界面質(zhì)量下降；(3)銅鋁異型復(fù)合鑄坯的制備過程是非連續(xù)性的，并且單根復(fù)合坯料長度較短，加之坯料因疏松和冒口等缺陷需切頭去尾，生產(chǎn)效率和成材率均較低。

第五種方法是先采用水平連鑄直接復(fù)合成形工藝(見：謝建新等.一種包復(fù)材料水平連鑄直接復(fù)合成形設(shè)備與工藝.中國專利：ZL200610112817.3.)制備銅包鋁復(fù)合坯料，然后再通過軋制、拉拔等工藝制備矩形斷面的銅包鋁復(fù)合母排(見：謝建新等.一種高性能銅包鋁矩形橫斷面復(fù)合導(dǎo)電母排及其制備工藝.中國專利：ZL200810057668.4)。這種方法采用水平連鑄直接復(fù)合成形法制備銅包鋁坯料，可避免坯料預(yù)成形以及表面處理的問題，提高了生產(chǎn)效率，縮短了工藝流程，但該專利公布的方法還存在幾個尚待解決的問題：一是，由于連鑄復(fù)合的過程是包覆層金屬銅管先凝固，然后鋁液在先凝固的銅管中凝固并與銅管復(fù)合，為了控制復(fù)合的程度，連鑄的速度 不能太高，一般要比單獨(dú)銅管連鑄的速度低一些(見吳永福等，矩形斷面銅包鋁復(fù)合材料水平連鑄直接復(fù)合成形，中國有色金屬學(xué)報，2012，22(9)：2500-2507)，一定程度上影響了連鑄復(fù)合法制備銅包鋁復(fù)合材料的效率。二是，銅包鋁復(fù)合材料的界面層對其性能至關(guān)重要，界面層厚度和組成是決定界面層性能的關(guān)鍵。連鑄復(fù)合成形屬于固液復(fù)合，即固相銅與液相鋁復(fù)合，極容易發(fā)生劇烈的界面反應(yīng)，生成對界面結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響的金屬間化合物(見吳永福等，連鑄直接成形矩形斷面銅包鋁復(fù)合材料界面及在軋制過程中的變化，中國有色金屬學(xué)報，2013，23(1):191-200)，因此，需要對連鑄過程中的銅鋁復(fù)合界面進(jìn)行精確控制，但現(xiàn)有專利沒有提出精確控制復(fù)合界面的方法。

因此，如何提高連鑄復(fù)合成形的生產(chǎn)效率，并對連鑄復(fù)合過程中銅鋁復(fù)合界面進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量銅包鋁復(fù)合材料的高效連鑄生產(chǎn)，是亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有銅包鋁復(fù)合材料生產(chǎn)方法存在的上述問題，提供一種可對復(fù)合界面實(shí)現(xiàn)精確控制的銅包鋁復(fù)合材料高效連鑄生產(chǎn)方法，即，采用多流連鑄技術(shù)，成倍提高連鑄生產(chǎn)效率；通過對連鑄復(fù)合成形過程中鋁芯固液界面和溫度場的精確控制，實(shí)現(xiàn)連鑄復(fù)合時界面反應(yīng)程度的精確控制，從而精確控制連鑄成形獲得的銅包鋁棒坯的質(zhì)量。通過上述措施，解決銅包鋁復(fù)合材料連鑄復(fù)合成形法 生產(chǎn)效率較低、連鑄坯料復(fù)合界面質(zhì)量不易精確控制的難題。

為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種銅包鋁復(fù)合材料高效連鑄成形系統(tǒng)，其特征在于，該包括銅熔化爐、保溫爐、加熱爐、鋁保溫包、鋁流槽、鋁熔化爐、鑄造系統(tǒng)、測溫裝置和集成控制系統(tǒng)；

所述測溫裝置包括第一測溫傳感器、第二測溫傳感器、第三測溫傳感器、第四測溫傳感器和第五測溫傳感器和第六測溫傳感器；

其中，所述銅熔化爐和銅保溫爐采用連體結(jié)構(gòu)，兩者之間通過爐墻隔開，所述爐墻的下部設(shè)有導(dǎo)流孔，所述鋁流槽內(nèi)部部設(shè)有過濾裝置，所述鋁流槽通過導(dǎo)料板與所述鋁保溫包連接，所述鋁保溫包外側(cè)設(shè)有加熱爐，所述鋁保溫包底部中心位置設(shè)有出料口，所述出料口與所述鑄造系統(tǒng)的頂部的第一進(jìn)料口連接，所述出料口上設(shè)有第二塞柱，所述銅保溫爐的一側(cè)側(cè)壁的中間位置設(shè)有至少一個銅流出孔，每個所述銅流出孔上均設(shè)有帶有中心孔的塞座，所述中心孔上設(shè)有第一塞柱，所述中心孔的塞座另一端通過導(dǎo)流管與所述鑄造系統(tǒng)的一側(cè)的第二進(jìn)料口連接，所述銅熔化爐內(nèi)設(shè)有第一測溫傳感器，所述銅保溫爐內(nèi)設(shè)有第二測溫傳感器，所述鋁保溫包內(nèi)設(shè)有第三測溫傳感器，所述鋁熔化爐內(nèi)設(shè)有第四測溫傳感器，所述第一測溫傳感器、第二測溫傳感器、第三測溫傳感器、第四測溫傳感器和加熱爐均與集成控制系統(tǒng)連接。

進(jìn)一步，所述鑄造系統(tǒng)包括復(fù)合模具、復(fù)合模具保溫爐、結(jié)晶器、第一二次冷卻裝置、第一二次冷卻裝置、牽引裝置、鋸切裝置和引錠 裝置；

所述復(fù)合模具設(shè)置在所述復(fù)合模具保溫爐的內(nèi)部，，所述復(fù)合模具保溫爐內(nèi)設(shè)有所述第五測溫傳感器，所述結(jié)晶器設(shè)置在所述復(fù)合模具保溫爐下端，所述復(fù)合模具的出料口連接，所述結(jié)晶器的出料口下端從上到下依設(shè)置第六測溫傳感器、第一二次冷卻裝置、第一二次冷卻裝置、牽引裝置、鋸切裝置和引錠裝置，所述第五測溫傳感器、第六測溫傳感器、第一二次冷卻裝置、第二二次冷卻裝置、牽引裝置、鋸切裝置和引錠裝置均勻所述集成控制系統(tǒng)連接。

進(jìn)一步，所述復(fù)合模具包括模具本體、銅液保溫腔和芯料導(dǎo)流管，所述銅液保溫腔和芯料導(dǎo)流管均設(shè)置在所述模具本體上，所述銅液保溫腔呈圓環(huán)形，所述芯料導(dǎo)流管位于所述銅液保溫腔的中心，所述銅液保溫腔的上端與第二進(jìn)料口連接，所述芯料導(dǎo)流管與第一進(jìn)料口連接，所述銅液保溫腔下端與所述結(jié)晶器的端部連接，所述芯料導(dǎo)流管伸入到所述結(jié)晶器內(nèi)部位于所述結(jié)晶器的下端出口，所述結(jié)晶器內(nèi)部設(shè)有石墨內(nèi)襯。

進(jìn)一步，所述第六測溫傳感器紅外測溫儀或光纖測溫儀，測溫范圍為0～600℃。

進(jìn)一步，所述第一測溫傳感器、第二測溫傳感器、第三測溫傳感器、第四測溫傳感器和第五測溫傳感器為熱電偶，測溫范圍分別為0～1300℃。

進(jìn)一步，所述結(jié)晶器包括銅模和冷卻水套。

本發(fā)明的另一目的是提供銅包鋁復(fù)合材料高效連鑄成形系統(tǒng)的 成型方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟1：將銅原料和鋁原料分別加入到銅熔化爐和鋁熔化爐中，啟動銅熔化爐和鋁熔化爐，對銅原料和鋁原料進(jìn)行加熱熔化，同時啟動銅保溫爐對熔化的銅液進(jìn)行保溫，銅熔化爐與銅保溫爐的溫度、鋁熔化爐的溫度分別通過第一測溫傳感器和第四測溫傳感器進(jìn)行在線測量，并通過PID自動控制程序?qū)︺~液和鋁液溫度進(jìn)行調(diào)控；

步驟2：啟動復(fù)合保溫爐對復(fù)合模具進(jìn)行加熱保溫；同時，啟動加熱裝置對鋁保溫包進(jìn)行加熱保溫；

步驟3：當(dāng)復(fù)合模具溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，提起銅保溫爐中的第一塞棒，使銅保溫爐中的銅液流入復(fù)合模具中的銅液保溫腔內(nèi)，銅液通過銅液保溫腔進(jìn)入到結(jié)晶器內(nèi)，在結(jié)晶器的冷卻作用下，凝固形成包覆層銅管；啟動牽引裝置，驅(qū)動引錠裝置，以一定的連鑄速度將在結(jié)晶器中已凝固成形的包覆層銅管按照設(shè)定的牽引程序連續(xù)拉出，實(shí)現(xiàn)包覆層銅管的連鑄成形；

步驟4：當(dāng)鋁保溫包的溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，將鋁熔化爐中的鋁液通過鋁流槽轉(zhuǎn)移到鋁保溫包中進(jìn)行保溫，在此過程中通過設(shè)置在鋁流槽中的過濾裝置對流經(jīng)其中的鋁液進(jìn)行過濾，去除鋁液中的氧化物雜質(zhì)，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量；當(dāng)鋁保溫包中的鋁液液面高度達(dá)到設(shè)定的最高位置時，用釬塞將鋁流槽的出口堵住；

步驟5：在包覆層銅管的連鑄達(dá)到穩(wěn)定后，提起鋁保溫包中的第二塞棒，使鋁液通過芯料導(dǎo)流管澆鑄到包覆層銅管中，在結(jié)晶器和第一二次冷卻裝置和第二二次冷卻裝置的共同作用下，凝固形成芯材； 通過設(shè)置在結(jié)晶器出口處的測溫裝置，在線采集銅包鋁復(fù)合棒坯的表面溫度數(shù)據(jù)，并實(shí)時傳送給集成控制系統(tǒng)；

步驟6：當(dāng)連鑄銅包鋁棒坯的長度達(dá)到需要的尺寸時，啟動同步鋸切裝置將棒坯切斷，切斷后的銅包鋁棒坯通過運(yùn)料系統(tǒng)收集在一起；當(dāng)鋁保溫包中的鋁液液面下降到設(shè)定的最低位置時，拔出釬塞，向鋁保溫包中補(bǔ)充鋁液。

進(jìn)一步，所述銅熔化爐與保溫爐的溫度為1150～1250℃；所述鋁熔化爐的溫度和鋁保溫包的加熱保溫溫度為700～850℃；所述復(fù)合模具的保溫溫度為1150～1300℃；所述銅包鋁棒坯的連鑄速度為20～500mm/min；所述結(jié)晶器(18)的冷卻水套內(nèi)的一次冷卻水流量為300～3000L/h；所述第一二次冷卻裝置的冷卻水流量為100～2000L/h，所述第二二次冷卻裝置的冷卻水流量為100～3000L/h；所述在結(jié)晶器出口處銅包鋁棒坯的表面溫度為50～400℃。

本發(fā)明提供的銅包鋁棒坯多流連鑄復(fù)合成形設(shè)備及其工藝的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)采用多流連鑄，可以成倍提高連鑄的生產(chǎn)效率，解決目前單流連鑄復(fù)合成形連鑄效率稍低的問題，有利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；

(2)可以對多流連鑄設(shè)備的每一流鑄造系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)控制，有利于提高生產(chǎn)的靈活性與可靠性；

(3)通過在結(jié)晶器出口處設(shè)置測溫裝置，對連鑄銅包鋁棒坯表面溫度進(jìn)行連續(xù)在線采集，獲取棒坯表面溫度實(shí)時數(shù)據(jù)，并傳送給集成控制系統(tǒng)，集成控制系統(tǒng)通過對比分析所采集的實(shí)時溫度數(shù)據(jù)與目 標(biāo)溫度數(shù)據(jù)，給出控制策略，并通過執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)一次冷卻系統(tǒng)(結(jié)晶器18)和二次冷卻裝置的冷卻水流量、調(diào)節(jié)銅包鋁棒坯的連鑄速度，反饋控制棒坯的表面溫度，從而實(shí)現(xiàn)對連鑄復(fù)合銅包鋁棒坯界面結(jié)構(gòu)與性能的精確控制；

(4)采用分兩級的二次冷卻裝置對從結(jié)晶器中拉出的銅包鋁棒坯進(jìn)行二次冷卻，不僅可以精確控制鋁芯的固液界面位置和銅鋁復(fù)合界面的結(jié)構(gòu)，而且有利于降低溫度梯度，從而降低界面應(yīng)力，有利于提高界面性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種銅包鋁復(fù)合材料高效連鑄成形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一種銅包鋁復(fù)合材料高效連鑄成形系統(tǒng)的鑄造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3本發(fā)明一種銅包鋁復(fù)合材料高效連鑄成形系統(tǒng)的俯視示意圖。

圖中：

1.銅熔化爐 17.復(fù)合保溫爐

2.第一測溫傳感器 18.結(jié)晶器

3.銅保溫爐 19.第五測溫裝置

4.第一塞棒 20.第一二次冷卻裝置

5.加熱裝置 21.第二二次冷卻裝置

6.鋁保溫包 22.牽引裝置

7.鋁液 23.鋸切裝置

8.第二塞棒 24.引錠裝置

9.第二測溫傳感器 25.連接螺桿

10.釬塞 26.集成控制系統(tǒng)

11.鋁流槽 27.導(dǎo)流孔

12.鋁過濾裝置 28.出料口

13.鋁熔化爐 29.進(jìn)料口

14.第三測溫裝置 30.銅出流孔

15.復(fù)合模具 31.塞座

16.第四測溫裝置 32.導(dǎo)流管

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明一種可對復(fù)合界面進(jìn)行精確控制的銅包鋁復(fù)合材料多流高效率連鑄成形設(shè)備，該設(shè)備包含三流連鑄復(fù)合系統(tǒng)，主要由銅熔化爐1和保溫爐3、鋁熔化爐13、鋁流槽11及設(shè)置其中的過濾裝置12、鋁保溫包6及其加熱裝置5、復(fù)合模具15、復(fù)合保溫爐17、結(jié)晶器18、二次冷卻裝置20和21、牽引裝置22、鋸切裝置23、測溫裝置和集成控制系統(tǒng)26等組成。

所述測溫裝置包括第一測溫傳感器2、第二測溫傳感器33、第三測溫傳感器9、第四測溫傳感器14和第五測溫傳感器16和第六測溫傳感器19；

其中，所述銅熔化爐1和銅保溫爐3采用連體結(jié)構(gòu)，兩者之間通過爐墻隔開，所述爐墻的下部設(shè)有導(dǎo)流孔27，所述鋁流槽11內(nèi)部設(shè)有過濾裝置12，所述鋁流槽11通過導(dǎo)料板與所述鋁保溫包6連接，所述鋁保溫包6外側(cè)設(shè)有加熱爐5，所述鋁保溫包6底部中心位置設(shè)有出料口28，所述出料口28與所述鑄造系統(tǒng)的頂部的第一進(jìn)料口15-5連接，所述出料口28上設(shè)有第二塞柱8，所述銅保溫爐3的一側(cè)側(cè)壁的中間位置設(shè)有至少一個銅流出孔30，每個所述銅流出孔30上均設(shè)有帶有中心孔的塞座31，所述中心孔上設(shè)有第一塞柱4，所述中心孔的塞座31另一端通過導(dǎo)流管32與所述鑄造系統(tǒng)的一側(cè)的第二進(jìn)料口15-4連接，所述銅熔化爐1內(nèi)設(shè)有第一測溫傳感器2，所述銅保溫爐3內(nèi)設(shè)有第二測溫傳感器33，所述鋁保溫包6內(nèi)設(shè)有第三測溫傳感器9，所述鋁熔化爐13內(nèi)設(shè)有第四測溫傳感器2-4，所述第一測溫傳感器2、第二測溫傳感器33、第三測溫傳感器9、第四測溫傳感器14和加熱爐5均與集成控制系統(tǒng)26連接。

如圖2所示，所述鑄造系統(tǒng)包括復(fù)合模具15、復(fù)合模具保溫爐17、結(jié)晶器18、第一二次冷卻裝置20、第二二次冷卻裝置21、牽引裝置22、鋸切裝置23和引錠裝置24；

所述復(fù)合模具15設(shè)置在所述復(fù)合模具保溫爐17的內(nèi)部，，所述復(fù)合模具保溫爐17內(nèi)設(shè)有所述第五測溫傳感器2-5，所述結(jié)晶器18設(shè)置在所述復(fù)合模具保溫爐17下端，所述復(fù)合模具15的出料口連接，所述結(jié)晶器18的出料口下端從上到下依設(shè)置第六測溫傳感器2-6、第一二次冷卻裝置20、第二二次冷卻裝置21、牽引裝置22、鋸切裝 置23和引錠裝置24，所述第五測溫傳感器2-5、第六測溫傳感器2-6、第一二次冷卻裝置20、第二二次冷卻裝置21、牽引裝置22、鋸切裝置23和引錠裝置24均勻所述集成控制系統(tǒng)26連接。

所述復(fù)合模具15包括模具本體15-1、銅液保溫腔15-2和芯料導(dǎo)流管15-3，所述銅液保溫腔15-2和芯料導(dǎo)流管15-3均設(shè)置在所述模具本體15-1上，所述銅液保溫腔(15-2)呈圓環(huán)形，所述芯料導(dǎo)流管15-3位于所述銅液保溫腔15-2的中心，所述銅液保溫腔15-2的上端與第二進(jìn)料口29連接，所述芯料導(dǎo)流管15-3與第一進(jìn)料口29連接，所述銅液保溫腔15-2下端與所述結(jié)晶器18的端部連接，所述芯料導(dǎo)流管15-3伸入到所述結(jié)晶器18內(nèi)部位于所述結(jié)晶器18的下端出口附近，所述結(jié)晶器18內(nèi)部設(shè)有石墨內(nèi)襯。所述第六測溫傳感器19紅外測溫儀或光纖測溫儀，測溫范圍為0～600℃。

所述第一測溫傳感器2、第二測溫傳感器33、第三測溫傳感器9、第四測溫傳感器14和第五測溫傳感器16為熱電偶，測溫范圍分別為0～1300℃。所述結(jié)晶器18包括銅模和冷卻水套。

所述銅熔化爐1和銅保溫爐3采用連體結(jié)構(gòu)，兩者之間通過一個共用的爐墻隔開，所述爐墻的下部設(shè)有導(dǎo)流孔，使銅熔化爐和銅保溫爐保持連通，銅熔化爐中的金屬液可以流入銅保溫爐中，所述導(dǎo)流孔開設(shè)在爐墻下部有利于保證保溫爐中的金屬液可以完全流入保溫爐中；所述保溫爐的爐壁上設(shè)有三個銅液出流孔，分別向三個連鑄復(fù)合爐提供銅液；所述每個銅液流出孔都安裝有塞座，所述塞座由石墨等耐火材料制作，帶有中心孔，塞座與銅保溫爐的出流孔緊密配合，保 證銅液只能從塞座的中心孔流出；所述塞棒4由石墨等耐火材料制作，其作用是通過與所述塞座配合使用，控制銅保溫爐中的銅液是否流出，若將其與塞座壓緊時，可以堵住塞座的中心孔的一端，控制銅液不流出，若將其提起時銅液可以流出；所述復(fù)合模具15置于所述復(fù)合保溫爐17中進(jìn)行加熱保溫，并通過導(dǎo)流管與銅保溫爐的塞座出口緊密連接；所述復(fù)合保溫爐通過連接螺桿25與銅保溫爐緊密連接；所述鋁保溫包6置于復(fù)合保溫爐17上方，并通過緊密連接；所述鋁熔化爐13通過流槽11與所述鋁保溫包6連接；所述結(jié)晶器18置于所述復(fù)合保溫爐17下方，通過壓緊螺栓與之緊密連接；所述二次冷卻裝置一級和二次冷卻裝置二級分別置于結(jié)晶器下方，其作用是對從結(jié)晶器中拉出的銅包鋁棒坯進(jìn)行兩級二次冷卻，精確控制鋁芯固液界面位置和界面結(jié)構(gòu)與性能；所述牽引裝置22置于二次冷卻裝置下方，而所述鋸切裝置23在牽引裝置的下方；所述引錠裝置24的作用是在連鑄初始階段輔助建立連鑄過程，將引錠裝置的一端插入所述結(jié)晶器18中，當(dāng)銅液進(jìn)入結(jié)晶器中凝固時，可與引錠裝置粘合在一起，所述引錠裝置在所述牽引裝置22的驅(qū)動下，將在結(jié)晶器中凝固成形的棒坯連續(xù)拉出；所述鋸切裝置23的作用是當(dāng)連鑄的銅包鋁棒坯達(dá)到需要的長度之后將其切斷。

本發(fā)明的另一目的是提供銅包鋁復(fù)合材料高效連鑄成形系統(tǒng)的成型方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟1：將銅原料和鋁原料分別加入到銅熔化爐和鋁熔化爐中，啟動銅熔化爐和鋁熔化爐，對銅原料和鋁原料進(jìn)行加熱熔化，同時啟 動銅保溫爐對熔化的銅液進(jìn)行保溫，銅熔化爐與銅保溫爐的溫度、鋁熔化爐的溫度分別通過第一測溫傳感器和第四測溫傳感器進(jìn)行在線測量，并通過PID自動控制程序?qū)︺~液和鋁液溫度進(jìn)行調(diào)控；

步驟2：啟動復(fù)合保溫爐對復(fù)合模具進(jìn)行加熱保溫；同時，啟動加熱裝置對鋁保溫包進(jìn)行加熱保溫；

步驟3：當(dāng)復(fù)合模具溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，提起銅保溫爐中的第一塞棒，使銅保溫爐中的銅液流入復(fù)合模具中的銅液保溫腔內(nèi)，銅液通過銅液保溫腔進(jìn)入到結(jié)晶器內(nèi)，在結(jié)晶器的冷卻作用下，凝固形成包覆層銅管；啟動牽引裝置，驅(qū)動引錠裝置，以一定的連鑄速度將在結(jié)晶器中已凝固成形的包覆層銅管按照設(shè)定的牽引程序連續(xù)拉出，實(shí)現(xiàn)包覆層銅管的連鑄成形；

步驟4：當(dāng)鋁保溫包的溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，將鋁熔化爐中的鋁液通過鋁流槽轉(zhuǎn)移到鋁保溫包中進(jìn)行保溫，在此過程中通過設(shè)置在鋁流槽中的過濾裝置對流經(jīng)其中的鋁液進(jìn)行過濾，去除鋁液中的氧化物雜質(zhì)，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量；當(dāng)鋁保溫包中的鋁液液面高度達(dá)到設(shè)定的最高位置時，用釬塞將鋁流槽的出口堵住；

步驟5：在包覆層銅管的連鑄達(dá)到穩(wěn)定后，提起鋁保溫包中的第二塞棒，使鋁液通過芯料導(dǎo)流管澆鑄到包覆層銅管中，在結(jié)晶器和第一二次冷卻裝置和第二二次冷卻裝置的共同作用下，凝固形成芯材；通過設(shè)置在結(jié)晶器出口處的測溫裝置，在線采集銅包鋁復(fù)合棒坯的表面溫度數(shù)據(jù)，并實(shí)時傳送給集成控制系統(tǒng)；

步驟6：當(dāng)連鑄銅包鋁棒坯的長度達(dá)到需要的尺寸時，啟動同步鋸切裝置將棒坯切斷，切斷后的銅包鋁棒坯通過運(yùn)料系統(tǒng)收集在一起；當(dāng)鋁保溫包中的鋁液液面下降到設(shè)定的最低 位置時，拔出釬塞，向鋁保溫包中補(bǔ)充鋁液。所述銅熔化爐與保溫爐的溫度為1150～1250℃；所述鋁熔化爐的溫度和鋁保溫包的加熱保溫溫度為700～850℃；所述復(fù)合模具的保溫溫度為1150～1300℃；所述銅包鋁棒坯的連鑄速度為20～500mm/min；所述結(jié)晶器(18)的冷卻水套內(nèi)的一次冷卻水流量為300～3000L/h；所述第一二次冷卻裝置的冷卻水流量為100～2000L/h，所述第二二次冷卻裝置的冷卻水流量為100～3000L/h；所述在結(jié)晶器出口處銅包鋁棒坯的表面溫度為50～400℃。

實(shí)施例1：橫截面尺寸為Φ50mm的銅包鋁棒坯的四流高效連鑄成形工藝，棒坯的銅層包覆比為30％。

(1)將銅原料和鋁原料分別加入到銅熔化爐1和鋁熔化爐13中，啟動銅熔化爐和鋁熔化爐，對銅原料和鋁原料進(jìn)行加熱熔化，熔化溫度分別設(shè)定為1150℃和700℃；同時啟動銅保溫爐3對熔化的銅液進(jìn)行保溫，保溫溫度為1150℃；銅熔化爐與保溫爐的溫度、鋁熔化爐的溫度分別通過測溫裝置2和14進(jìn)行在線測量，并通過PID自動控制程序?qū)︺~液和鋁液溫度進(jìn)行調(diào)控；

(2)啟動復(fù)合保溫爐17對復(fù)合模具15進(jìn)行加熱保溫，保溫溫度為1150℃；同時，啟動加熱裝置5對鋁保溫包6進(jìn)行加熱保溫，保溫溫度為700℃；

(3)當(dāng)復(fù)合模具溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，提起銅保溫爐中的塞棒4，使銅保溫爐中的銅液流入復(fù)合模具中，其中部分銅液在結(jié)晶器18的冷卻作用下，凝固形成包覆層銅管，一次冷卻水流量為300L/h； 啟動牽引裝置22，驅(qū)動引錠裝置24，以150mm/min的連鑄速度將在結(jié)晶器中已凝固成形的包覆層銅管按照設(shè)定的牽引程序連續(xù)拉出，實(shí)現(xiàn)包覆層銅管的連鑄成形；

(4)當(dāng)鋁保溫包6的溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，將鋁熔化爐中的鋁液通過鋁流槽轉(zhuǎn)移到鋁保溫包中進(jìn)行保溫，在此過程中通過設(shè)置在鋁流槽中的過濾裝置12對流經(jīng)其中的鋁液進(jìn)行過濾；當(dāng)鋁保溫包中的鋁液液面高度達(dá)到設(shè)定的最高位置時，用釬塞10將鋁流槽的出口堵?。?/p>

(5)在包覆層銅管的連鑄達(dá)到穩(wěn)定后，提起鋁保溫包中的塞棒8，使鋁液澆鑄到包覆層銅管中，在結(jié)晶器18和兩級二次冷卻裝置20和21的共同作用下，凝固形成芯材，二次冷卻水流量的一級為100L/h，二級為100L/h；通過設(shè)置在結(jié)晶器出口處的測溫裝置19，在線采集銅包鋁復(fù)合棒坯的表面溫度數(shù)據(jù)，并實(shí)時傳送給集成控制系統(tǒng)26，設(shè)定該處的目標(biāo)溫度為50℃，集成控制系統(tǒng)通過對比分析所采集的實(shí)時溫度數(shù)據(jù)與目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)，給出控制策略，并通過執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)一次冷卻系統(tǒng)(結(jié)晶器18)和二次冷卻裝置的冷卻水流量、調(diào)節(jié)銅包鋁棒坯的連鑄速度，反饋控制棒坯的表面溫度；復(fù)合成形的銅包鋁棒坯通過牽引裝置連續(xù)拉出冷卻區(qū)域；

(6)當(dāng)連鑄銅包鋁棒坯的長度達(dá)到需要的尺寸時，啟動同步鋸切裝置23將棒坯切斷，切斷后的銅包鋁棒坯通過運(yùn)料系統(tǒng)收集在一起；當(dāng)鋁保溫包中的鋁液液面下降到設(shè)定的最低位置時，拔出釬塞10，向鋁保溫包6中補(bǔ)充鋁液；

(7)當(dāng)需要結(jié)束整個銅包鋁棒坯連鑄過程時，分別將鋁保溫包中的鋁液出口用塞棒8塞住，將銅保溫爐中銅液出口用塞棒4塞住，再將儲存在復(fù)合模具中的金屬液全部凝固成形并連續(xù)拉出后，停止?fàn)恳b置，停止復(fù)合模具加熱裝置，進(jìn)行停止連鑄過程的操作或者更換連鑄模具的操作。

實(shí)施例2：橫截面尺寸為100mm×100mm的銅包鋁棒坯的三流高效連鑄成形工藝，棒坯的銅層包覆比為25％。

(1)將銅原料和鋁原料分別加入到銅熔化爐1和鋁熔化爐13中，啟動銅熔化爐和鋁熔化爐，對銅原料和鋁原料進(jìn)行加熱熔化，熔化溫度分別設(shè)定為1250℃和850℃；同時啟動銅保溫爐3對熔化的銅液進(jìn)行保溫，保溫溫度為1250℃；銅熔化爐與保溫爐的溫度、鋁熔化爐的溫度分別通過測溫裝置2和14進(jìn)行在線測量，并通過PID自動控制程序?qū)︺~液和鋁液溫度進(jìn)行調(diào)控；

(2)啟動復(fù)合保溫爐17對復(fù)合模具15進(jìn)行加熱保溫，保溫溫度為1250℃；同時，啟動加熱裝置5對鋁保溫包6進(jìn)行加熱保溫，保溫溫度為850℃；

(3)當(dāng)復(fù)合模具溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，提起銅保溫爐中的塞棒4，使銅保溫爐中的銅液流入復(fù)合模具中，其中部分銅液在結(jié)晶器18的冷卻作用下，凝固形成包覆層銅管，一次冷卻水流量為1000L/h；啟動牽引裝置22，驅(qū)動引錠裝置24，以100mm/min的連鑄速度將在結(jié)晶器中已凝固成形的包覆層銅管按照設(shè)定的牽引程序連續(xù)拉出，實(shí) 現(xiàn)包覆層銅管的連鑄成形；

(4)當(dāng)鋁保溫包6的溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，將鋁熔化爐中的鋁液通過鋁流槽轉(zhuǎn)移到鋁保溫包中進(jìn)行保溫，在此過程中通過設(shè)置在鋁流槽中的過濾裝置12對流經(jīng)其中的鋁液進(jìn)行過濾；當(dāng)鋁保溫包中的鋁液液面高度達(dá)到設(shè)定的最高位置時，用釬塞10將鋁流槽的出口堵??；

(5)在包覆層銅管的連鑄達(dá)到穩(wěn)定后，提起鋁保溫包中的塞棒8，使鋁液澆鑄到包覆層銅管中，在結(jié)晶器18和兩級二次冷卻裝置20和21的共同作用下，凝固形成芯材，二次冷卻水流量的一級為500L/h，二級為600L/h；通過設(shè)置在結(jié)晶器出口處的測溫裝置19，在線采集銅包鋁復(fù)合棒坯的表面溫度數(shù)據(jù)，并實(shí)時傳送給集成控制系統(tǒng)26，設(shè)定該處的目標(biāo)溫度為100℃，集成控制系統(tǒng)通過對比分析所采集的實(shí)時溫度數(shù)據(jù)與目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)，給出控制策略，并通過執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)一次冷卻系統(tǒng)(結(jié)晶器18)和二次冷卻裝置的冷卻水流量、調(diào)節(jié)銅包鋁棒坯的連鑄速度，反饋控制棒坯的表面溫度；復(fù)合成形的銅包鋁棒坯通過牽引裝置連續(xù)拉出冷卻區(qū)域；

(6)當(dāng)連鑄銅包鋁棒坯的長度達(dá)到需要的尺寸時，啟動同步鋸切裝置23將棒坯切斷，切斷后的銅包鋁棒坯通過運(yùn)料系統(tǒng)收集在一起；當(dāng)鋁保溫包中的鋁液液面下降到設(shè)定的最低位置時，拔出釬塞10，向鋁保溫包6中補(bǔ)充鋁液；

(7)當(dāng)需要結(jié)束整個銅包鋁棒坯連鑄過程時，分別將鋁保溫包中的鋁液出口用塞棒8塞住，將銅保溫爐中銅液出口用塞棒4塞住， 再將儲存在復(fù)合模具中的金屬液全部凝固成形并連續(xù)拉出后，停止?fàn)恳b置，停止復(fù)合模具加熱裝置，進(jìn)行停止連鑄過程的操作或者更換連鑄模具的操作。