專利名稱：生產(chǎn)金屬帶的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將熔化金屬鑄造為連續(xù)金屬帶的方法和設(shè)備，具體涉及將鉛和凝固區(qū)間大的鉛合金鑄造為電池電極板用的連續(xù)金屬帶。
許多年來，鉛酸電池的生產(chǎn)者已經(jīng)用了各種鉛合金來制備電極板。這些合金的鑄造方法包括單面成形鑄造法、鑄造板坯后再軋制形成帶形軋制件的方法、帶式連鑄法、雙帶連鑄法、雙筒鑄造法和熔化合金槽中轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)筒上進(jìn)行鑄造的方法，即所謂的“熔料提取固化法”或“浸鑄法”、最后一種方法可直接從熔化金屬生產(chǎn)合金帶。
成功的浸鑄涉及向冷卻的鑄造轉(zhuǎn)筒的圓周轉(zhuǎn)動通過的區(qū)域提供一股平滑的無渣熔化金屬流。必須沿金屬帶的寬度以均勻的速度提取熱量，以便生產(chǎn)出沿轉(zhuǎn)筒具有均勻厚度的金屬帶。浸鑄法適合于鑄造純鉛和鑄造凝固區(qū)間小的鉛合金例如鉛鈣或鉛鈣錫合金。為了用鑄件帶制造電池電極板，擴(kuò)展鉛合金帶并形成電池電極板用的網(wǎng)格。生產(chǎn)電極板的其它方法包括直接將合金鑄成電極板的形狀和用轉(zhuǎn)筒鑄造電極板，該轉(zhuǎn)筒具有對應(yīng)于所需電極板形狀的表面。
不管是合金組分還是鑄造方法都是許多專利的題目。在美國專利No.3，926，247和No.3，858，642中公開了一種利用熔料提取固化法鑄造鉛、或鉛鈣、或鉛鈣錫合金帶的成功方法，而在美國專利No.4，291，433、No.4，297，866和No.4，315，356中則公開了制造鉛酸電池電極板用的擴(kuò)展和成形鑄件帶的方法。
現(xiàn)在很多汽車電池制造者喜歡用低銻鉛合金作不維護(hù)電池中的正電極板。這些制造者聲稱，和其它的鉛合金例如鉛鈣合金相比，低銻鉛合金具有較長的電池壽命。電池正極板用的低銻沿合金一般含銻0.5%到4.0%。對于汽車起動電池，合金通常的銻的重量百分含量是約1.0%到不超過2.5%。銻含量低于約1.0%時，用這種合金作的電池電極板的飽和循環(huán)能力降低。為了增強(qiáng)銻合金的可鑄性、機(jī)械性能和電化學(xué)特性，常常加入一種或多種其它合金元素。這些其它合金元件包括砷、銅、錫、硫、硒、磅、銀、鎘、鉍、鈣、鎂、鋰和磷，其量的范圍從0.001%到0.5%鉛的重量?？梢约尤朐S多另外的合金元素例如硫、銅、硒、碲和錫作晶粒細(xì)化劑。
考慮到為了使電池電極板具有滿意的結(jié)構(gòu)和性能，必須加入一個或多個晶格細(xì)化劑，工業(yè)上已在很大程度上接受了這種細(xì)化劑的使用。因此在現(xiàn)在，在大多數(shù)低銻鉛合金中已滲入了一個或多個這種晶粒細(xì)化劑。
當(dāng)用低銻鉛合金的板坯鑄造合金件采用軋制法例如軋制到原板坯厚度的10%的方法來制作電池電極板時，用這種軋制的金屬帶制作的電極板當(dāng)其用作正電極時，由于抗腐蝕性低并發(fā)生不希望的電極板膨脹，因而壽命低。所以這種產(chǎn)品在工業(yè)不使用。所以現(xiàn)在電池正極板采用重力澆鑄法(又稱作單面成型鑄造法)制作，這種正極板很厚很重，有孔隙，而且微結(jié)構(gòu)不均勻，這加速了腐蝕，容易發(fā)生電極板膨脹并使電池中產(chǎn)生高的水損耗。所有這些特性縮短了電池壽命。然而重力鑄造法似乎是在工業(yè)規(guī)模上被用來制造低銻正電極板的唯一方法。
在先有技術(shù)中已經(jīng)指出，用于不維護(hù)鉛酸電池電極板的低銻鉛合金可以用浸鑄法在一個轉(zhuǎn)筒上進(jìn)行鑄造，或者在具有電極板形狀表面的轉(zhuǎn)筒上進(jìn)行鑄造，或者在一個陰模具有電極板形狀的鑄模中進(jìn)行壓鑄，或者用重力鑄造法進(jìn)行鑄造和用沖壓加工法進(jìn)行加工(例如美國專利No.3,789,909,No.3,789,910,No.4,455,724和No.4,456,579)。本申請人試圖用浸鑄法生產(chǎn)金屬帶，但是這種企圖沒有成功，直到今天這種方法沒有在工業(yè)上獲得應(yīng)用。同樣，對于正極板，在一個具有電極板形狀表面的轉(zhuǎn)筒上進(jìn)行鑄造的方法沒有被工業(yè)化，因?yàn)檠b有用這種方法鑄造的低銻鉛鑄件作的正電極板的電池性能發(fā)生了嚴(yán)重的問題。
可以用雙滾筒鑄造法鑄造低銻鉛合金帶，為了獲得均勻的細(xì)晶結(jié)構(gòu)，在軋制之后緊接著控制溫度(美國專利No.4,498,519)。眾所周知，精制的含銻鉛合金本來比較軟，需用熱處理硬化合金，以便適合于用來制造電極板。在美國專利No.1,674,954-1,674,959,4,629,516和4,753,688中敘述了包括淬冷或冷卻，和老化處理各種熱處理方法。另外，在美國專利No.4,629,516和No.4,753,688中公開了用軋制合金、加熱合金和流傳硬合金的方法來硬化鉛銻合金，其中的加熱過程使合金形成再結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在老化時硬化。處理后的合金的抗拉強(qiáng)度提高了。這種合種包含0.5%到6%的銻，0.002%到1%的砷，余量是鉛。用軋制合的方法生產(chǎn)精制金屬帶，金屬帶被加熱，然后液硬。然后按照這些專利生產(chǎn)的電池電極板也出現(xiàn)了腐蝕問題和不需要的膨脹，這縮短了電池的壽命?，F(xiàn)時同鉛銻合金、鉛鈣合金或鉛鈣錫合金制造電池負(fù)極板，采用重力鑄造法或采用擴(kuò)展鉛鈣或鉛鈣錫合金帶的方法。
低銻鉛合金由于下面兩點(diǎn)重要原因不能用浸鑄法鑄造在光滑的轉(zhuǎn)筒上。首先，在合金中的銻使熔化的合金表現(xiàn)出很寬的凝固區(qū)間，在銻含量為1%到2.5%的最佳范圍內(nèi)，凝固區(qū)間高達(dá)60℃。其次，重力破壞了熔化金屬在轉(zhuǎn)筒上的連續(xù)性。結(jié)果不能形成凝固的固化的具有均勻厚度薄金屬帶。當(dāng)合金的銻含量為1.0%-1.5%時尤其如此，在此銻含量范圍內(nèi)，合金的凝固區(qū)間是最大的。
鑄造合金帶的其它方法是通過位于轉(zhuǎn)筒上面或側(cè)面的中間包、鑄造池或鑄造容器鑄造在冷卻的轉(zhuǎn)筒上，即所謂“熔料牽引”法。雖然鑄造金屬帶的溶料牽引法被用來生產(chǎn)鋁帶、鋁合金帶、銅帶、銅合金帶和鋼帶，但是，據(jù)我們所知，這種方法還沒有在工業(yè)上用來生產(chǎn)凝固區(qū)間大的鉛合金帶，例如低銻鉛合金帶。
我們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鉛合金，特別是凝固范圍大的鉛合金例如低銻合金，可以在受控的工作環(huán)境條件下用熔料牽引法和本發(fā)明的設(shè)備成功地鑄造成金屬帶。凝固區(qū)間大的合金的金屬帶鑄件還須進(jìn)一步進(jìn)行熱處理，例如低銻鉛合金帶的熱處理。我們還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過熱處理的金屬帶可以成功地被擴(kuò)散和整形，作成正電極板中用的網(wǎng)格電極板，這種電極板具有優(yōu)良的電化學(xué)特性。我們還發(fā)現(xiàn)，具有優(yōu)良特性可用于電極板的金屬帶可以用不含常規(guī)晶粒細(xì)化合金元素的低銻鉛合金鑄造。特別是對于正電極，按鉛的重量計含銻約0.5%至約4%，比較好的是含銻約1.5%至約3.0%，最好的是含銻約1.5%至約2.0%的并含有少量的一個或多個其它合金元素的低銻鉛合金可以用熔料牽引法用中間包中的熔化金屬鑄造在一個冷卻的轉(zhuǎn)筒上。其它合金元素最好是砷和錫，無需晶粒細(xì)化劑。加入砷和錫是為了提高鉛銻合金的電化學(xué)特性和機(jī)械特性。砷和錫的量分別在約0.1%至0.2%，約0.2%至0.7%的范圍內(nèi)。
用熔料牽引法鑄造金屬帶的設(shè)備包括冷卻的轉(zhuǎn)筒和中間包。中間包向轉(zhuǎn)筒的鑄造表面?zhèn)魉鸵粚尤刍饘伲@些熔化金屬被牽引地轉(zhuǎn)筒的表面上，然后冷卻和固化。中間包是一個容器，包括入口、溢流出口、溢流裝置、流動控制裝置和鑄造構(gòu)件。溢流裝置保證在鑄造構(gòu)件中的凸緣部分的熔化金屬在整個鑄造過程中具有受控的表面高度。流動控制裝置保證在凸緣部分的熔化金屬基本上消除紊流，以便改進(jìn)厚度測量控制和減小孔隙。
鑄造構(gòu)件包括輪廓和轉(zhuǎn)筒表面形狀相符的凸緣插入件。冷卻的轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動，并從中間包牽引受控量的熔化金屬到其冷卻的表面上，在該表面上熔化金屬急劇固化，形成具有預(yù)定尺寸的固體金屬帶。轉(zhuǎn)筒的直徑、轉(zhuǎn)速、表面光潔度。表面溫度以及中間包中熔料的溫度和表面高度均勻受到控制，并由此確定鑄造速度和金屬帶的厚度。轉(zhuǎn)筒的表面最好用玻璃丸噴砂進(jìn)行處理，以便形成許多熔化金屬固化的成核點(diǎn)。在鑄造或卷帶之后，金屬帶還可以進(jìn)行處理。根據(jù)所鑄的合金，也可以不要這種處理。這種處理例如熱處理使得可以將金屬帶加工成擴(kuò)展的網(wǎng)格以制作電池正電極板，而沒有大范圍破損。如此生產(chǎn)的電極板與用常規(guī)的重力鑄造法生產(chǎn)的電極板比較，表現(xiàn)出優(yōu)良的特性，改善了抗腐蝕能力，減少了氣體的形成。
采用同樣的方法和設(shè)備，還可以用鉛銻合金、鉛鈣合金或鉛鈣錫合金制作負(fù)電極板。
熔料牽引法使得可以用低銻鉛合金高速連續(xù)生產(chǎn)具有優(yōu)良性能的汽車用電池的正電極。這種方法還使得有可能生產(chǎn)無孔隙的較薄的電池電極，這也實(shí)現(xiàn)了電池產(chǎn)品具有較高的能量和功率密度以及改進(jìn)的充放電性能。電池額外的重量帶來額外的成本。因?yàn)樯a(chǎn)的銷售冷電池的市場壓力，每個電池的電極板數(shù)目正在增加，所以對特殊的使用要求，電池電極板應(yīng)當(dāng)盡可能輕，以將制造成本減到最小。
因此，本發(fā)明的一個重要目的是提供了一種用凝固區(qū)間大的鉛合金采用熔料牽引法選擇性地和受控地鑄造薄金屬帶的方法和設(shè)備，該熔料牽引法使得有可能改進(jìn)工作環(huán)境條件和降低生產(chǎn)成本。另一個方面是提供了用低銻了降低生產(chǎn)成本。另一個方面是提供了用低銻鉛合金制造正極板的方法，這種低銻鉛合金用作鋁酸電池的電極板具有優(yōu)良的特性。
本發(fā)明的再一個目的是提供了一種高速生產(chǎn)正負(fù)電極板的連續(xù)熔料牽引法，生產(chǎn)和電極板用于鉛酸電池中時具有改進(jìn)的電化學(xué)特性。
因此提供了一種在冷卻的鑄造表面上鑄造金屬帶例如鉛帶和凝固區(qū)間大的合金帶的方法，該方法包括以下步驟貼近上述鑄造表面提供一個包含熔化金屬池的中間包，該中間包具有底板、相對側(cè)壁、后壁、前部開口和靠近上述前部開口的隔壁，上述隔壁具有熔料通過的開口，凸緣插入件貼近上述前部開口可拆卸地固定在中間包中，它具有適合于同中間包的底板和相對側(cè)面貼合的底板和相對側(cè)面，由此上述熔化金屬不滲漏，上述凸緣插入件具有由凸緣插入件底板和凸緣插入件側(cè)壁形成的前部開口，該底板和側(cè)壁與鄰接它的鑄造表面相配合而封閉一池熔化金屬于凸緣插入件中，上述凸緣插入件具有與中間包隔壁相距一定距離的開口后緣，以使熔化金屬進(jìn)入凸緣插入件中；控制熔化金屬池的表面高度；使上述鑄造表面向上移動，通過上述熔化金屬池，從而在其表面上沉積一層金屬；冷卻上述沉積的熔化金屬，在鑄造面上固化成金屬帶。
提供了一種設(shè)備，該設(shè)備通過中間包中的熔化金屬池，將金屬帶例如鉛和凝固區(qū)間大的鉛合金帶鑄造在貼近中間包的冷卻的鑄造表面上，該設(shè)備包括中間包、控制裝置和驅(qū)動裝置，中間包包括底板、相對側(cè)壁、后壁、與上述后壁隔一段距離的前部開口和凸緣插入件，該插入件具有適合于貼近中間包開口端部插入到中間包中的底板和相對側(cè)壁，上述凸緣插入件具有由凸緣插入件底板和側(cè)壁形成的前端開口，該底板和側(cè)壁與鑄造表面相配合，在凸緣插入件中形成和封閉一池上述熔化金屬；控制裝置控制在凸緣插入件中的上述熔料池的表面高度；驅(qū)動裝置使冷卻的鑄造表面向上移動通過熔化金屬池，使金屬鑄造在冷卻的鑄造表面上。
本發(fā)明的中間包還包括鄰接后壁和輸送室、鄰接凸緣插入件的返回室和在輸送室和返回室之間的轉(zhuǎn)流室，轉(zhuǎn)流室與輸送室和返回室相通。上述輸送室與轉(zhuǎn)流室相配合而消除熔化金屬中的紊流，上述返回室具有分隔返回室和轉(zhuǎn)流室的垂直可調(diào)堰，該堰用于控制凸緣插入件中和轉(zhuǎn)流室中的熔化金屬池的表面高度，并控制分流到返回室的熔化金屬流。
現(xiàn)在參照


本發(fā)明，附圖示出本發(fā)明的最佳實(shí)施例，圖中圖1是示意圖，示出從中間包到卷帶機(jī)的帶材鑄造生產(chǎn)線；圖2是中間包和鑄造滾筒的縱向截面?zhèn)纫晥D；圖3是圖2所示鑄造裝置的橫向截面圖。
按照將要說明的本發(fā)明的方法，可以用凝固區(qū)間大的鉛合金成功鑄造出用于制造鉛酸電池正電極板的鉛帶。這些合金包括低銻鉛合金。雖然以下的說明是針對低銻鉛合金說明的，但應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明的方法同樣也適合于用來鑄造例如純鉛和其它鉛合金的帶材。
要求低水平維護(hù)的電池所用的低銻鉛合金按重量含銻量小到0.5%到大約不超過4%。這是一般認(rèn)為適合于車用電池的最大的銻含量范圍。對于不要求維護(hù)的電池，合金的銻含量按重量在1%至3.5%的范圍內(nèi)。在電池電極板中的銻含量在約1%以下時就太低了，電池便會失去飽和循環(huán)(deepcycling)所必需的特性。在電池電極板中的銻在約2%以上時，電池通常放出大量氣體。然而本發(fā)明產(chǎn)品的細(xì)晶結(jié)構(gòu)使得可以使用含銻量高達(dá)約3%的鉛合金而不會顯著增加放氣。因此本發(fā)明的合金的銻含量范圍在約1%到約3.0%比較好，更好的銻含量范圍在約1.5%到約2.2%。最好的銻含量范圍按合金的重量計算是從約1.5%到2.0%，余量是鉛和附帶的雜質(zhì)。
低銻鉛合金還可以另外包括一個或多個合金元素，例如銅、錫、硫、硒、磅、銀、鎘、鉍、鈣、鎂、鋰或磷，每一個的含量范圍(按重量計)從約0.001%到0.5%。這些元素可以以各種理由而被加入。雖然用本發(fā)明的方法可以成功地鑄造不外加另外合金元素的低銻鉛合金，但最好是將一定量的砷和錫加入到低銻鉛合金中以改善合金的可鑄性和流動性，提高生產(chǎn)率，并改善所鑄帶材的特性。砷的重量百分濃度范圍從約0.1%到0.2%，錫的重量百分濃度范圍從約0.2%到0.7%。
我們意外地發(fā)現(xiàn)，和通常的作法相反，不需要加入任何晶粒細(xì)化元素，例如銅、硒或硫。如下面要詳細(xì)說明的那樣，本發(fā)明的方法可使所鑄的合金帶材具有特有的細(xì)晶結(jié)構(gòu)和其它的優(yōu)良特性。但是應(yīng)當(dāng)清楚，采用本發(fā)明的方法也能夠成功地鑄造含有晶粒細(xì)化劑的合金。
可以用任何一種眾所周知的方法生產(chǎn)鉛合金，例如鉛銻合金。
現(xiàn)在參照附圖，圖1示意示出鑄造連續(xù)金屬帶材的生產(chǎn)線。由轉(zhuǎn)筒12結(jié)合中間包14生產(chǎn)的鉛合金帶10穿過加熱的牽引板16到達(dá)切帶機(jī)18，使金屬帶10的側(cè)邊被修整，然后從順序排列的氣體加熱器20、22和24下面通過，到達(dá)設(shè)置滾筒26，以便在繞卷在卷筒28上形成帶卷30之前補(bǔ)充加熱。
圖2和3詳細(xì)示出鑄造轉(zhuǎn)筒12和中間包14。中間包14由水平底部33、端壁34和兩個平行的側(cè)壁35和36構(gòu)成。中間包有一個向上的入口管40，用于將熔化的鉛合金引入到輸送室42，輸送室42由端壁34和紊流板47構(gòu)成。熔化的鉛合金從由紊流板47的頂部形成的堰上流入轉(zhuǎn)流室49。部分熔化的鉛合金流入由壁43、底板38和可調(diào)節(jié)堰45形成的返回室44，可調(diào)節(jié)堰45鉸接式連接在返回室的底板38上，它控制熔化鉛合金的表面高度。該表面由編號48表示。在底板38和垂直隔板50下緣之間的間隙49′使熔化的鉛合金流入澆鑄室52，形成的表面高度等于在轉(zhuǎn)流室49中的高度48。固定在中間包14上的凸緣插入件60具有底板62和平行的側(cè)壁64、66，它們形成澆鑄室52的底板和側(cè)壁。垂直的隔壁50構(gòu)成澆鑄室52的后部，轉(zhuǎn)筒12構(gòu)成其前部。凸緣插入件60最好用石墨加工制作。
現(xiàn)在參考圖3，可拆卸地固定在中間包上的凸緣插入件60具有側(cè)壁64、66，該側(cè)壁相對的內(nèi)表面最好在離開熔料的方向向上向外傾斜。這種傾斜的側(cè)壁能消除澆鑄成帶的金屬合金的硬化邊緣。
再參考圖2，鑄造轉(zhuǎn)筒12可繞水平軸線71轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)筒12的外圓周表面72基本上是肖滑的，并且最好用例如玻璃丸這種介質(zhì)進(jìn)噴砂處理，以便形成用于固化熔化合金的成核點(diǎn)。轉(zhuǎn)筒還裝有軋邊輥75。圖中示出其中的一個，該軋邊輥保證，在從轉(zhuǎn)筒表面72上除去金屬帶10之前，金屬帶10的邊緣已完全被固化。軋邊輥75將帶的每一側(cè)邊上的外邊緣牢固地壓在轉(zhuǎn)筒表面72上，從而使金屬帶得到必需的冷卻，使連續(xù)鑄造的金屬帶10產(chǎn)生要求的完整的邊緣。轉(zhuǎn)筒12用周知的循環(huán)裝置(未示出)用水進(jìn)行內(nèi)部冷卻。轉(zhuǎn)筒12的直徑、其轉(zhuǎn)動速度、轉(zhuǎn)筒外表面72的加工紋理及溫度，和中間包中熔料的溫度及表面高度48決定了從中間包中的熔化金屬的槽中被拖拉到外表面72上的熔料量，因而確定了帶的厚度。冷卻的轉(zhuǎn)筒表面72使熔化的金屬冷凝或固化成其寬度和厚度基本上恒定的金屬帶10。
熔化合金通過熔化金屬用的離心泵(未示出)從保存容器經(jīng)過向上入口管40抽入到輸送室42，并從由紊流板47構(gòu)成的堰上流過，進(jìn)入轉(zhuǎn)流室49。在轉(zhuǎn)流室49的端部，金屬流分成兩股流，一般向上、流過可整節(jié)堰45，進(jìn)入返回室44，另一股穿過控制間隙49。流過可高速的溢流堰45的熔化合金流入返回室44，然后通過向下的管15進(jìn)入熔化合金的保存容器。表面高度48由可調(diào)溢流堰控制，從而保證熔化金屬在通過轉(zhuǎn)筒12的澆鑄室52中有合適的表面高度。熔化金屬以這樣的速度被抽到中間包入口室42中，使得可以保證熔化金屬總是過量，并連續(xù)地流過堰45，進(jìn)入返回室44。在熔化金屬中可能產(chǎn)生的或包含有其中的熔渣可以在紊流板47和返回室壁43之間容易地與中間包中的熔料分開?？烧{(diào)堰45、流量控制隔壁50和控制間隙49可有效地控制中間包中熔化金屬的量、表面高度48，加上紊流板47，還可控制中間包中熔化金屬的紊流。因此供給轉(zhuǎn)筒12的熔化金屬流基本上是靜態(tài)流，并且其深度(厚度)基本上是恒定的。
為了把熔化金屬提供給轉(zhuǎn)筒表面72，凸緣插入件60及其與轉(zhuǎn)筒的貼合面61必需要正確的設(shè)計并處于正確的位置。凸緣插入件60的設(shè)計必須保證在澆鑄期間沒有任何可能導(dǎo)致正凝固的金屬凝固在凸緣插入件上的阻塞。因此凸緣插入件60的側(cè)壁64、66在離開熔化金屬的方向向上向外傾斜。貼合轉(zhuǎn)筒12的凸緣插入件60的表面63其輪廓必須與轉(zhuǎn)筒表面72的曲率準(zhǔn)確匹配。凸緣插入件表面63在時鐘的大約“9至10點(diǎn)鐘”的位置處緊鄰轉(zhuǎn)筒表面72。當(dāng)熔化金屬從凸緣插入件60傳送到轉(zhuǎn)筒表面72上時，表面63不與表面72接觸。然而，在表面63和轉(zhuǎn)筒表面72之間的間隙太大將導(dǎo)致熔化金屬溢出，使鑄造中斷。調(diào)整裝置65，例如高精度的導(dǎo)桿滾珠軸承組件、齒條齒輪傳動裝置或燕尾形滑動裝置被用來快速和準(zhǔn)確地使中間包14和凸緣插入件60移向和移離轉(zhuǎn)筒12和其表面72，從而得到正確的位置并使其間有正確的間隙。
用石墨作的凸緣插入件60特別適合于這種用途，因?yàn)槭冉饘俚霓D(zhuǎn)筒表面72軟，而且利用將砂紙覆蓋在轉(zhuǎn)筒表面72上，使貼合面63緊靠著轉(zhuǎn)筒表面72而同時使鑄造轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動的方法可以容易加工表面63，使其準(zhǔn)確符合轉(zhuǎn)筒表面72。另外，石墨不容易由熔化金屬浸潤，因此石墨很適合。
當(dāng)轉(zhuǎn)筒14轉(zhuǎn)動時，預(yù)定量的熔化合金便拖拉到其鑄造面72上。合金固化形成帶10，該帶通常在約“12點(diǎn)至3點(diǎn)”的位置離開轉(zhuǎn)筒，形成的金屬帶10由兩個平行的涂橡膠的牽引滾筒92牽引離開轉(zhuǎn)筒12，牽引滾筒之一示于圖1，它形成切帶組件18的一部分。滾筒92由一個調(diào)速電機(jī)(未示出)驅(qū)動，從而當(dāng)從鑄造面上剝離金屬帶時，在金屬帶上可以得到并最好連續(xù)維持所需要的拉力，該調(diào)速電機(jī)控制鑄造速度，鑄造速度按照轉(zhuǎn)筒12的轉(zhuǎn)動進(jìn)行調(diào)整。
金屬帶在繞過設(shè)置滾筒26之前，使帶在切帶組件18中的可調(diào)轉(zhuǎn)動刀片之間穿過，該刀片切去帶的毛邊，使帶具有精確的要求的寬度。金屬帶可以繞過一個渦流規(guī)(未示出)，該渦流規(guī)可以沿其寬度連續(xù)監(jiān)測帶的厚度。裝有可提供信息的數(shù)字讀出設(shè)備，從而可以保證帶具有要求的厚度并保持在這一厚度。帶然后再通到轉(zhuǎn)矩可控的繞卷軸28，以便形成帶卷。
在低銻鉛合金帶的情況下成卷的帶不能直接用來制造電池電極板，因?yàn)樵陔S后的切帶和擴(kuò)展操作中，這種成卷的帶沒有足夠的抗裂性。為了增加在切邊和擴(kuò)展操作中的抗裂性，帶要進(jìn)行熱處理，或者緊接在鑄造之后在成帶卷期間作為連續(xù)的鑄造-熱處理操作步驟進(jìn)行熱處理，或者在隨后成批處理帶卷。低銻鉛合金帶被加熱到約190℃以上，最好加熱到約200℃-230℃之間的溫度，并在高溫下至少保持約10分鐘，以便使銻在鉛基體中均質(zhì)化，很好分散在基體上，從而獲得擴(kuò)展性，并且在優(yōu)良的整體性和強(qiáng)度。低銻鉛合金的熱處理使得成功地生產(chǎn)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的電極板成為可能，這種電極具有優(yōu)良的電化學(xué)特性而不滲漏。
現(xiàn)在用下面非限定性的例子說明本發(fā)明。
將組分重量百分含量為1.8%Sb、0.15%As、0.16-2%Sn，余量為鉛的典型的低銻鉛合金在本發(fā)明的中間包中加熱到約400℃，并以36-38英尺/分的速度，以0.217英寸的厚度，3.604英寸的帶寬澆鑄在經(jīng)過用玻璃丸噴砂處理的轉(zhuǎn)筒表面上。在轉(zhuǎn)筒12的頂部中心帶的溫度是140℃，轉(zhuǎn)筒的周緣由循環(huán)通過轉(zhuǎn)筒的溫度在100-110°F的水冷卻。金屬帶通過24英寸長的加熱移送板，在板的中央部分由四個13英寸的125瓦金屬帶加熱器98加熱到190℃的溫度從而使帶的溫度達(dá)到約170℃。
合金帶然后在牽引滾筒92牽引力的作用下穿過切帶組件18切去帶的毛邊，然后從加熱器20、22和24的下面穿過到達(dá)設(shè)置滾筒26，加熱器20、22和24每個4英寸寬36英寸長，裝有4英寸金屬側(cè)面和部分封閉穿過其中金屬帶的頂部。需要加熱合金帶到至少190℃，并使帶保持在這個溫度至少10分鐘，以獲得擴(kuò)展性，并具有優(yōu)良的整體性的強(qiáng)度，加熱器20最好提供最高溫度，而加熱器22和24則提供稍低的溫度以便將金屬帶10加熱到約200℃的目標(biāo)溫度。最好采用補(bǔ)加的熱量，例如采用乙炔炬100加熱設(shè)置滾筒26的方法將金屬帶間接加熱到200℃以上?？梢栽?02處采用擴(kuò)展的以丙烷作燃料的火焰加熱帶卷，以阻止帶卷冷卻。
金屬帶在如圖1所示的生產(chǎn)期間可以被加熱，并且在慢慢冷卻之前在帶卷30中在至少190℃的高溫下至少保持10分鐘。但是生產(chǎn)的金屬帶也可以直接繞在卷軸上形成帶卷而不加熱，讓其冷下來。這種帶卷可以在以后由電極板的制作者進(jìn)行所需要的熱處理。
本發(fā)明提供了許多重要的優(yōu)點(diǎn)。用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的金屬帶基本上無孔隙，具有光滑的表面，具有預(yù)定的準(zhǔn)確的寬度和具有預(yù)定的基本上均勻的恒定的厚度。帶的厚度使得用這種帶作的電極板比先有方法作的常規(guī)電極板薄。帶的厚度可以在0.5-1.0mm的范圍內(nèi)，這大約是先有技術(shù)電極板厚度的50%。較薄的電極板能使電池制作者制造出具有較高能量和功率密度的電池。這種電極板在使用中抗腐蝕和蠕變，并發(fā)現(xiàn)它優(yōu)于用板坯澆鑄法和軋制加工法生產(chǎn)的同一組份的精制電極板。
很清楚，加熱的溫度和時間根據(jù)合金的組分和所要求的熱處理方法而可以改變。
很明顯，本文用圖說明的本發(fā)明的實(shí)施例可以進(jìn)行改變而不違背由所附權(quán)利要求確定的本發(fā)明的范圍和權(quán)限。
權(quán)利要求
1.一種從熔化金屬池澆鑄金屬帶的方法，金屬帶澆鑄在一個移動的冷卻的鑄造表面上，該方法包括形成一個中間包，該中間包包括一池貼近上述鑄造表面的熔化金屬，上述中間包具有輸送室、返回室和轉(zhuǎn)流室，還具有一個貼近鑄造表面的前端開口，一個石墨凸緣插入件貼近上述前端開口可拆卸地固定在中間包中，它具有適合于貼合中間包前端開口的底板和側(cè)壁，由此上述熔料不會滲漏，上述石墨凸緣插入件具有由凸緣插入件底板和凸緣插入件側(cè)壁形成的前端開口，該底板和側(cè)壁與貼近它們的鑄造表面相配合，從而可在凸緣插入件中包含一池上述熔化金屬；控制熔化金屬池的表面高度；使上述鑄造表面向上移動，通過上述熔化金屬池，以便在其上沉積一層熔化金屬；冷卻上述熔化金屬，使在鑄造表面上的金屬帶固化；從鑄造表面上剝離金屬帶。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，金屬是鉛或凝固區(qū)間大的鉛合金，鑄造表面是一個具有上表面的鑄造轉(zhuǎn)筒，金屬澆鑄在該上表面上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，凝固區(qū)間大的合金是含銻(重量)約為0.5%至4.0%，余量為鉛的低銻鉛合金，加熱上述鑄件帶到至少190℃，加熱足夠長的時間，對鑄件帶進(jìn)行熱處理，由此鑄件帶獲得擴(kuò)展性，并具有很好的整體性和強(qiáng)度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，低銻鉛合金包含約1.5%至約3.0%的銻，用加熱鑄件帶至少190℃保持至少10分鐘的方法熱處理鑄件帶。
5.一種用上述金屬熔料在一個移動的冷卻的鑄造面表面上鑄造金屬帶的方法，該方法包括形成一個中間包，該中間包包括貼近上述鑄造表面的金屬熔料，上述中間包具有底板、相對側(cè)壁、后壁、前部開口和靠近上述前部開口的隔壁，上述隔壁具有流過熔料的開口；一個凸緣插入件貼近上述前端開口可拆卸地固定在中間包中，它具有適合于與中間包底板和相對側(cè)壁貼合的底板和相對側(cè)壁，因而上述熔件不滲漏，上述凸緣插入件具有與中間包隔壁分開的后開口邊緣和進(jìn)入熔料的開口，上述凸緣插入件還具有由凸緣插入件底板和凸緣插入件側(cè)壁形成的前部開口，該底板和側(cè)壁與貼近它的鑄造表面相配合，從而可在上述凸緣插入件中包含一池上述熔料；該方法還包括控制熔料池的表面高度；該方法還包括向上移動鑄造表面穿過上述熔料池，以便在其上沉積一層熔料；該方法還包括冷卻上述熔料，使鑄造表面上的金屬帶固化，該方法還包括從鑄件表面上剝離金屬帶。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，在后壁和隔壁之間安裝一個紊流板以形成中間包輸送室，并將熔料引入輸送室，使其從紊流板上流過。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，該方法設(shè)置一個返回室并在紊流板和隔壁之間設(shè)置一個垂直可調(diào)堰，以便控制熔池的表面高度和使熔料流入返回室。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，該方法在輸送室和返回室之間設(shè)置轉(zhuǎn)流室，以便使溶料的一部分分流到凸緣插入件中的熔料池，使熔料的另一部分從堰上流過，進(jìn)入返回室。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，鑄造表面是轉(zhuǎn)筒鑄造裝置，該方法設(shè)置一對與鑄造表面滾動對接的分開的邊緣滾輪，以便使固化的帶壓靠在鑄造表面上。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，對鑄件帶進(jìn)行加熱，從而對鑄件帶進(jìn)行熱處理，并將上述加熱過的鑄件帶卷繞在卷軸上。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，利用改變?nèi)哿铣乇砻娓叨鹊姆椒ê屠酶淖冭T造表面向上穿過熔化金屬池的速度的方法控制鑄件帶的厚度。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，鑄造表面是轉(zhuǎn)筒鑄造裝置，該方法利用玻璃丸噴砂鑄造表面的方法處理鑄造表面的方法處理鑄造表面，從而提供許多固化熔化合金的成核點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，上述金屬是鉛或凝固區(qū)間大的鉛合金。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，鉛合金是凝固區(qū)間范圍大的合金，包括低銻鉛合金，這種鉛合金含約0.5%到約4%重量的銻，余量是鉛。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，鉛合金是凝固區(qū)間大的合金，包括低銻鉛合金，這種鉛合金含約1.5%至約3.0%重量的銻，余量是鉛。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，鉛合金是凝固區(qū)間大的合金，包括低銻鉛合金，這種鉛合金含約1.5%至約2.0%重量的銻，余量是鉛。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，在約400℃的溫度下，低銻鉛合金被澆鑄在鑄造表面上，鑄件帶經(jīng)受熱處理，將上述帶加熱到至少190℃的溫度，并在至少190℃的溫度下使其保持至少10分鐘，從而使鑄件帶獲得擴(kuò)展性并具有很好的整體性和強(qiáng)度。
18.按照權(quán)利要求17的方法生產(chǎn)的低銻鉛合金鑄件帶，其具有擴(kuò)展性、很好的整體性和強(qiáng)度，以及優(yōu)良的電化學(xué)特性。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，低銻鉛合金還另外含約0.1%到約0.2%重量的砷和約0.2%至約0.7%重量的錫。
20.按照權(quán)利要求19的方法生產(chǎn)的低銻鉛合金鑄件帶，其具有擴(kuò)展性、很好的整體性和強(qiáng)度，以及優(yōu)良的電化學(xué)特性。
21.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，鉛合金是凝固區(qū)間大的鉛鈣合金。
22.一種按照要求21的方法生產(chǎn)的鉛合金鑄件帶。
23.一種通過中間包中的熔化金屬池在一個鑄造轉(zhuǎn)筒的貼近該池的冷卻的鑄造表面上直接鑄造金屬帶的設(shè)備，該設(shè)備包括中間包、凸緣插入件、控制裝置和驅(qū)動裝置，中間包包括輸送室、返回室和轉(zhuǎn)流室，這些室具有使上述室順序相通的通道，上述中間包具有貼近鑄造表面的前端開口；凸緣插入件具有適合于貼近中間包前端開口插入到中間包中的底板和相對側(cè)壁，上述凸緣插入件具有由凸緣底板和側(cè)壁形成的前端開口，該底板與側(cè)壁與鑄造表面相配合，從而可在凸緣插入件中包含一池具有一定表面高度的上述熔化金屬，上述熔化金屬池與轉(zhuǎn)流室壓力相通，因而凸緣插入件中池的表面高度與轉(zhuǎn)流室中熔化金屬的表面高度相同；控制裝置用于控制在轉(zhuǎn)流室中的上述熔化金屬池的表面高度，從而控制凸緣插入件中的表面高度；驅(qū)動裝置用于使冷卻的鑄造表面向上移動，穿過熔化金屬池，以便使金屬澆鑄在冷卻的鑄造表面上。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，上述用于控制轉(zhuǎn)流室中熔化金屬池表面高度的裝置是一個垂直可調(diào)堰，該堰將轉(zhuǎn)流室與返回室分開。
25.一種通過中間包中的熔化金屬池在一個貼近該池的冷卻的鑄造表面上直接澆鑄金屬帶的設(shè)備，該設(shè)備包括中間包、控制裝置和驅(qū)動裝置、中間包包括底板、相對側(cè)壁、后壁、與上述后壁分開一段距離的前部開口、靠近上述前部開口并具有通過熔料的開口的側(cè)壁，和凸緣插入件，該凸緣插入件具有適合于貼近中間包開口端部插入到中間包中的底板和相對側(cè)壁，上述凸緣插入件具有與中間包隔壁隔一段距離的用于進(jìn)入熔化金屬的后部開口邊緣和由凸緣底板和側(cè)壁形成的前部開口，該底板和側(cè)壁與鑄造表面相配合，從而可在凸緣插入件內(nèi)包含一池上述熔化金屬；控制裝置控制上述熔化金屬池的表面高度；驅(qū)動裝置用于使冷卻的鑄造表面向上移動，穿過熔化金屬池，使金屬澆鑄在冷卻的鑄造表面上。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，上述中間包還包括鄰接后壁和輸送室、鄰接隔壁的返回室和在輸送室和返回室之間的轉(zhuǎn)流室，該轉(zhuǎn)流室與輸送室和返回室相通，上述輸送室具有使輸送室和轉(zhuǎn)流室分開的紊流板，上述轉(zhuǎn)流室具有使返回室和轉(zhuǎn)流室分開的垂直可調(diào)堰，該堰用于控制在轉(zhuǎn)流室和凸緣插入件中熔化金屬池的表面高度并使熔化金屬分流到返回室。
27.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，上述隔壁具有與中間包底板分開的一段距離的下邊緣，從而形成一個開口，使熔化金屬可以從轉(zhuǎn)流室流到凸緣插入件。
28.如權(quán)利要求23或27所述的設(shè)備，其中，上述凸緣插入件用石墨制作，而且凸緣插入件底板和相對側(cè)壁其輪廓與鑄造表面相符。
29.如權(quán)利要求23或28所述的設(shè)備，其中，冷卻的鑄造表面是圓筒形轉(zhuǎn)筒的表面，該轉(zhuǎn)筒具有一條鑄造表面繞其轉(zhuǎn)動的縱軸線，上述圓筒轉(zhuǎn)筒具有流過冷卻水的冷卻通道。
30.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其中，安裝了一對分開的可轉(zhuǎn)動的滾輪，使其與鑄造表面對接，將鑄件壓靠在鑄造表面上。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，安裝了轉(zhuǎn)動的牽引滾輪，用于接收從轉(zhuǎn)筒來的金屬帶，并用拉力牽引金屬帶離開轉(zhuǎn)筒。
全文摘要
將熔化的鉛合金鑄造為電極板用金屬帶的方法的設(shè)備。轉(zhuǎn)筒的冷鑄造面通過中間包中的熔化金屬池而使熔料在鑄造面上鑄造為金屬帶。中間包具有石墨凸緣插入件，該件與鑄造表面配合形成熔料池。中間包包括輸送室、返回室和轉(zhuǎn)流室。輸送室和轉(zhuǎn)流室消除了熔料的紊流。返回室具有分開返回室和轉(zhuǎn)流室的垂直可調(diào)堰。該堰用于控制凸緣插入件中熔料池的表面高度，并使熔料分流到返回室。鉛合金最好是低銻鉛合金。生產(chǎn)的電極板有優(yōu)良電化學(xué)特性。
文檔編號B22D25/04GK1104565SQ9312139
公開日1995年7月5日 申請日期1993年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月29日
發(fā)明者阿爾伯特·M·文茨, 西奧多·J·西摩, 帕特里克·卡爾基, 鼐永·唐, 杰拉爾德·P·路易斯, 保羅·涅森, 約翰·V·馬洛 申請人:科明哥公司