铸造双金属复合钢板的设备与方法

技术领域本发明涉及一种无切削金属机械加工方面的金属复合领域， 尤其是指一种铸造高铬、高镍耐磨耐蚀耐高温复合钢板的设备与方法。在国 际专利分类表中应该分为B21大类。

背景技术目前，制造高铬等双金属复合钢板，主要方法是手工焊条堆 焊法，生产工艺效率低，成本高、复合面不平整，质量不好，生产不安全。 等离子弧堆焊法是近几年发展起来一项新技术，用于堆焊高铬高镍复合钢 板，等离子弧堆焊焊料需事先把高铬、高镍合金进行熔炼制成粉状颗粒，无 形中增加了生产工续及成本。需用等子堆焊机进行逐行堆焊，堆焊面幅少， 生产规格长200cm×宽100cm×堆焊厚度1cm复合板需要5-6小时。堆焊工 作效率低、复合钢板表面不平等缺点，不易成批生产。等离子堆焊机结构复 杂，操作不方便，设备易损坏等。

发明内容本发明目的在于：针对已有技术的不足，提供一种生产设备 简单、操作简便、投资比较少的铸造双金属复合钢板的两种设备与方法。

本发明目的方法是通过下述两种设备方案实现的：设备一、外感应加热 方式。设备二、内电阻加热方式。两种方法都能实现本发明目的一双金属钢 板。所述的铸造双金属钢板共同设备包括模具(4)、浇铸口(6)，在所述模具 (4)的上面设有排气孔(5)，主要特点在于：所述模具(4)为中空的长方体， 由左右两部分组成，内部分别能放置两块需复合的钢板(3)在所述模具(4) 的两侧设有两组浇铸管道(12)，所述两组浇铸口(6)连接到浇铸管道(12)的 外口上，在所述模具(4)的上面设置两组惰性气体输入孔(11)，铸造时可当 排气孔，在所述惰性气体输入孔(11)的外口上连接两组惰性气体输入管道 (8)，在所述模具(4)的内侧对应有两个所需复合金属型腔(7)。

设备一、外感应加热方式模具(4)中心位置放置耐高温石墨型蕊(13) 起到导磁固定钢板作用，在所述模具(4)的外侧面绕有感应线圈(2)，所述设 备有一个感应电源(1)，所述感应电源(1)的两个输出端连接所述的感应线圈 (2)的两端。

设备二、内电阻加热方式模具(4)内侧设置了电阻加热装置型蕊(16)， 它由多组电阻丝或硅碳棒组成，外面由耐火材料所包埋；所述设备有一个加 热电源(14)，所述电源的两个输出端导线(15)连接所述电阻加热装置(16) 的两端。

在具体实施例中，设备一所述的感应电源(1)为工频感应电源、中频感 应电源、高频感应电源。设备二所述地电源(14)为交流电源、直流电源。

所述的模具(4)的材料为耐高温的高强度非金属材料。

所述的模具(4)的材料为耐火料。

所述的钢板型材(3)为普通碳钢和低合结钢，实施例中所述的普钢板 几何尺寸长200cm×宽100cm×厚度0.6cm，也可使用长10-600cm宽 10-200cm厚度0.1-20cm的钢板。

所述的高合金双金属复合板是由本发明采用一次性铸造(钎焊)工艺制 成，有典型的铸造特征。实施例中复合钢板合金层(9)的几何尺寸为长200cm ×100cm×厚度1cm，也可铸造合金层长10-600cm宽10-200cm厚度 0.1-20cm的双金属板。合金材料成份为铁、镍、铜、锌、铝、银基大量材 料和中量铬、锰、钨、钒材抖和少量碳、硅、硼、钛材料组成。

在所述模具(4)内部，设备一、设有耐高温型蕊(13)材料为石墨、也 可用其它非金属材料、金属材料、金属氧化物制造。设备二、电阻加热装置 型蕊(16)是多组电阻丝或硅碳棒组成，外面由耐火材料所包埋，材料包括 非金属材料、金属氧化物制造。

所述的铸造双金属复合钢板的方法，其主要特点在于：

1)设备方法一、通过设在模具(4)的左右端面上的预留的所需复合钢板 型材(3)的中心上放置耐高温型蕊(13)材料为石墨起到导磁固定钢板作用。 设备方法二、通过设在模具(4)的左右端面上预留的所需复合钢板型材(3)的 中心上放置内加热电阻型蕊(16)起到加温固定钢板作用。把两组型材钢板 (3)插入模具(4)中，在型材钢板(3)与模具(4)之间形成所需要两组复合金属 型腔(7)，在所述的模具(4)之间形成气密封；

2)通过两组惰性气体输入管道(8)和两组惰性气体输入孔(11)，把惰性 气体输入到所述的两组钢板型腔(7)内，从排气孔(5)排去复合合金型腔(7) 内的空气，一直到惰性气体充满复合合金型腔(7)；

3)用设备方法一启动感应电源(1)，通过设置在模具(4)外感应线圈(2) 模具内的型材钢板(3)加热到高温。用设备方法二启动交流、直流电源(14) 通过导线(15)连接电阻接头(17)加热设置在模具(4)中心的钢板(3) 到高温；

4)通过模具(4)两侧的两个浇铸口(6)和两个浇铸管道(12)把所需复合 合金液体浇铸到钢板型腔(3)两组合金型腔(7)内，一直到合金液体充满两 组复合板型腔(7)，合金液体与型材钢板(3)结合为一体，形成双金属钢板， 浇铸合金液体时形成的多余物从对应的两个排气孔(5)排出；

5)停止浇铸复合合金液体、关闭设备方法一、感应电源(1)、关闭设备 方法二、交流、直流电源(14)关闭停止输入惰性气体；

6)缓慢冷却到常温后，把模具(4)与双金属钢板分离，把双金属钢板排 放整齐。

在具体实施例中，所述的高温为400-1250℃。实践中使用温度为1100 ±50℃

所述的惰性气体为氩气。这里选择氩气主要是因为其价格比较便宜、投 资比较小的原因，当然也可以选择He、Ne、Kr、Xe等气体。

由于本发明采用上述技术方案，所述铸造设备相当简单，其操作方法也 非常简便，每次生产两块复合钢板，增加模具可进行机械化连续生产。投资 有了较大幅度的下降，因而使双金属钢板的制造成本大为降低，更为重要的 是：使用本发明所制造的双金属钢板的质量有了显著的提高。

附图说明及实施例

下面结合附图和实施例进一步说明，其中：

附图1是利用本发明两种设备方法所制造的产品——双金属复合钢板的构造 示意图。

附图2是铸造双金属钢板的设备方法一、外感应加热方法设备的结构图。

附图3是设备方法一、外感应加热方法插入型材钢板(3)准备进行铸造双 金属钢板时的设备的结构图。

附图4是铸造双金属钢板的设备方法二、电阻内加热设备的结构图。

附图5是设备方法二、内电阻加热插入型材钢板(3)，准备进行铸造双金属 钢板时的设备的结构图。

附图1是双金属的钢板构造示意图，它是利用本发明两种方法所制造的 产品。

为了便于理解本发明，特在此绘出。在该附图中可以看到，双金属由两部分 组成：型材(3)钢板和复合合金钢板(9)。其中，复合双金属钢板是由合金 液体浇铸而成，本发明的一个突出的特点。这是本发明和已有技术的重大区 别之一：所述钢板取材于型材；而已有技术是等离子堆焊。上述区别显示出 本发明具有下述优点：第一选用现成的型材作复合基体，钢板厚度可随 意选择，复合合金层厚度也可随意选择；第二一次性铸造(钎焊)工艺与 堆焊方法相比提高几倍生产速度，生产成本降低，价格便宜。

附图2是铸造双金属钢板的设备方法一、外感应加热方法设备的结构图。 从该附图中可以了解本发明的结构特征。在附图2中可以看到：1感应电 源、2感应线圈、4模具、7复合合金型腔、6浇铸口、5排气孔、 11进气口、8惰性气体输入管道、10耐高温石墨型蕊的上下对称放置口、 13耐高温型蕊、12浇铸管道、8惰性气体输入管道。从附图中可以看到 模具(4)是一个重要部件，该部件由左、右两部分组成，在所述模具(4)的上 面设有两组排气孔(11)，所述模具(4)为中空的长方体，在所述模具(4)的下 侧两端设有两组浇铸管道(12)，两组浇铸口(6)连接到浇铸管道(12)的外口 上，在所述模具(4)的上面设置两组惰性气体输入管道(8)，在所述惰性气 体输入孔(11)的外口上连接惰性气体输入管道(8)。在所述模具(4)的内侧有 两个复合合金型腔(7)，耐高温石墨型蕊(13)插入上下对称放置口(10)两 侧放置好型材钢板两块(3)长200cm×宽100cm×厚0.6cm，所述的两组复合 合金型腔(7)正好是用于浇铸钢板的空间。在该附图中还可以看到，所述设 备有一个感应电源(1)，所述感应电源(1)的两个输出端连接所述的感应线圈 (2)的两端。所述的感应电源(1)为工频感应电源、中频感应电源、高频感 应电源。至于感应电源，则属于已有技术，此处不再赘述。

所述的模具(4)的材料为耐高温的高强度的非金属材料。例如，可以是 耐火材料、陶瓷材料等。

附图3是设备方法一、外感应加热方法插入型材钢板(3)准备进行铸 造双金属钢板时的设备的结构图。当进行铸造双金属复合板时，第一步工序 是：通过设在模具(4)的左、右端面上的预留的两组复合合金型腔(7)，中心 部位设置石墨型蕊(13)起到导磁固定钢板作用(上述两放置口可以从附图 2中清楚地看到)，把两块型材钢板(3)插入到模具(4)中，型材钢板(3)插入 的位置要满足预定的双金属复合板的尺寸的要求。完成上述这一步之后，就 可以实现两个目的：第一在型材钢板(3)与模具(4)之间形成两组复合合金型 腔(7)，为浇注合金复合作好了准备；第二在所述的型材钢板(3)之间形成 气密封(结合附图1和附图2一起看)，这就为第二步工序作好准备。

第二步工序是：

通过两组惰性气体输入管道(8)和两组惰性气体输入孔(11)，把惰性气体 输入到所述的两组复合合金型腔(7)内，从两组排气孔(5)排去两组复合合金 型腔(7)内的空气，一直到惰性气体充满两组复合合金型腔(7)后，即为第三 步工序作好准备。

第三步工序是：

启动感应电源(1)，把设置在感应线圈(2)内的型材钢板(3)加热到高温。 在加热型材钢板(3)时，惰性气体一直在通着。也即是说：在惰性气体的保 护下加热型材钢板(3)这可以防止型材钢板(3)氧化。当加热到高温后，即为 第四步工序作好准备。

第四步工序是：

通过两组浇铸口(6)和两组浇铸管道(12)把溶炼好的复合合金液体浇铸 到模具(4)两侧合金两组型腔(7)内，一直到合金液体充满两组复合合金型 腔(7)。此时，合金液体分别与两块型材钢板(3)结合为一体，形成两张双金 属钢板。浇铸合金液体时形成的多余物(包括浇铸时形成的残渣、蒸汽等)从 两组排气孔(5)排出。在浇铸过程中，惰性气体在通着，型材钢板(3)一直加 热在高温状态。在合金液体充满两组复合合金型腔(7)后，即为第五步工序 作好准备。

第五步工序是：

停止浇铸合金液体、关闭感应电源(1)、停止输入惰性气体。然后进一步 完成第六步工序。

第六步工序是：

缓慢冷却到400℃以下或常温后，把模具(4)与两组双金属钢板分离(模具 由左、右两部分组成，可以方便地分开)，把两块复合好的双金属钢板排放 整齐。

附图4是铸造双金属钢板的设备方法二、电阻内加热设备的结构图。

本发明目的方法二，是通过下述技术方案实现的：所述的铸造双金属钢 板的设备包括模具(4)、两组浇铸口(6)，在所述模具(4)的上面设有两组排 气孔(5)，主要特点在于：所述模具(4)为中空的长方体，由左、右两部分组 成，在所述模具(4)的两侧设有两组浇铸管道(12)，所述两组浇铸口(6)连接 到浇铸管道(12)的外口上，在所述模具(4)的上面设置两组惰性气体输入管 道(8)，铸造时可当排气孔，在所述惰性气体输入孔(11)的外口上连接惰性 气体输入管道(8)，在所述模具(4)的内侧对应有二个所需复合金属型腔(7)； 在所述模具(4)的内侧设置了电阻加热装置(16)它由多组电阻丝或硅碳棒组 成；所述设备有一个加热电源(14)，所述电源的两个输出端导线(15)连接 所述电热加热装置(17)的两端。

在具体实施例中，所述的电源(14)为交流电源、直流电源。

所述的模具(4)的材料为耐高温的高强度的非金属材料。

所述的钢板型材(3)其特征与方法一、相同。

所述的合金层(9)其特征与方法一、相同

在所述模具(4)上、中心设有高温加热型蕊(16)材料为电阻丝或硅碳 棒，左右两面上分别预留有两块钢板型材(3)。 所述的铸造双金属复合钢板的方法，其主要特点在于：

1)通过设在模具(4)的左右端面上的预留的所需复合钢板型材(3)的中 心上放置高温加热型蕊(16)材料为电阻丝或硅碳棒，把型材钢板(3)插入 模具(4)中，在型材钢板(3)与模具(4)之间形成所需要两组复合金属型腔 (7)，在所述的模具(4)之间形成气密封；

2)通过两组惰性气体输入管道(8)和两组惰性气体输入孔(11)，把惰性 气体输入到所述的两组合金型腔(7)内，从两组排气孔(5)排去复合合金型腔 (7)内的空气，一直到惰性气体充满两组复合合金型腔(7)；

3)启动加热电源(14)，把设置高温电阻加热型蕊(16)两侧两张型材钢板 (3)加热到高温；

4)通过两组浇铸口(6)和两组浇铸管道(12)把所需复合合金液体浇铸到 两组合金型腔(7)内，一直到合金液体充满两组复合金型腔(7)，合金液体与 型材钢板(3)结合为一体，形成双金属钢板，浇铸合金液体时形成的多余物 从两组排气孔(5)排出；

5)停止浇铸复合合金液体、关闭加热电源(14)、停止输入惰性气体；

6)缓慢冷却到常温后，把模具(4)与双金属钢板分离，把双金属钢板排 放整齐。

在具体实施例中，所述的高温为400-1250℃。实践中使用温度是1100 ±50℃。

所述的惰性气体为氩气。这里选择氩气主要是因为其价格比较便宜、投 资比较小的原因，当然也可以选择He、Ne、Kr、Xe、氮等气体。

附图说明及实施例

下面结合附图和实施例进一步说明，其中：

附图1是双金属的钢板构造示意图，它是利用本发明实施第二种方法所 制造的产品。细节方法一已述。

附图4是铸造双金属钢板的内加热设备的结构图。从该附图中可以了解 本发明的结构特征。在附图4中可以看到：14电源、16电阻加热装置、 4模具、7复合合金型腔、6浇铸口、5排气孔、8惰性气体输入管 道、10高温加热型蕊上下放置口、12浇铸管道、11惰性气体输入 孔。从附图中可以看到模具(4)是一个重要部件，该部件由左、右两部分组 成，在所述模具(4)的上面设有两组排气孔(5)，所述模具(4)为中空的长方 体，在所述模具(4)的下侧设有浇铸两组管道(12)，两组浇铸口(6)连接到两 组浇铸管道(12)的外口上，在所述模具(4)的上面设置两组惰性气体输入 孔(11)，在所述两组惰性气体输入口(11)的外口上连接两组惰性气体输入管 道(8)。在所述模具(4)的内侧有对应两组复合合金型腔(7)，插入两块型材 钢板(3)时，所述的复合合金型腔(7)正好是用于浇铸合金的空间。在该附图 中还可以看到，所述设备有一个电源(14)，所述电源(14)的两条导线(15) 输出端连接电阻器接头(17)所述电阻加热器(16)的两端。所述的电源(14) 为交、直流电源。电源，则属于已有技术，此处不再赘述。

所述的模具(4)的材料为耐高温的高强度的非金属材料。例如，可以是 耐火材料、陶瓷材料等。

附图5是设备方法二、内电阻加热插入型材钢板(3)，准备进行铸造双 金属钢板时的设备的结构图。当进行铸造双金属复合板时，第一步工序是： 通过设在模具(4)的左、右端面上的预留的复合合金型腔(7)，中心部位设置 电阻加热型蕊(16)(上述两放置口可以从附图4中清楚地看到)，把两块 型材钢板(3)插入到模具(4)中，型材钢板(3)插入的位置要满足预定的双金 属复合板的尺寸的要求。完成上述这一步之后，就可以实现两个目的：第一 在型材钢板(3)与模具(4)之间形成两组复合合金型腔(7)，为浇注合金复合 作好了准备；第二在所述的型材钢板(3)之间形成气密封(结合附图4和附 图5一起看)，这就为第二步工序作好准备。

第二步工序是：与方法一相同

第三步工序是：启动交流或直流加热电源(14)，其它与方法一相同。

第四步工序是：与方法一同。

第五步工序是：与方法一同。

第六步工序是：与方法一同。

上述两种方法实施例工序可通过增加模具(4)数量以大批量地周期、循 环地进行生产，这可以使生产效率更为提高。改变模具(4)的尺寸，就可以 生产不同规格的双金属钢板。

在方法一、方法二工序中所述的高温为400-1250℃。最佳温度是1100 ±50℃。在整个程序中所使用的惰性气体为氩气。因为氩气最为便宜，当然 也使双金属钢板的生产成本最低。原则上也可以使用其它保护气体，当然也 可以选择He、Ne、Kr、Xe等气体，只要安全、不氧化、便宜即可。

实验证明，本发明所涉及的两种设备相当简单，生产工艺也比较简短、 容易操作，因此可以使生产效率大为提高；更为重要的是：由于整个生产工 序是在通着惰性保护气体时，在高温下进行的，这使型材钢板和复合合金之 间由原子相结合，复合层结合的非常牢固，从而使双金属钢板的质量大为提 高。