一種金屬薄板近終形成形裝置及其成形方法
【專利摘要】本發明提出一種金屬薄板近終形成形裝置及其成形方法，屬于金屬薄板的生產【技術領域】。本發明提出的金屬薄板近終形成形裝置，具有一對傾斜布置、內部水冷、反向旋轉的鑄軋輥，下鑄軋輥一側設置熔融金屬布流裝置。采用上述裝置進行金屬薄板近終形成形時，由布流裝置將熔融金屬均勻平鋪在下鑄軋輥輥面上，隨后熔融金屬在上下鑄軋輥之間形成熔池、進而完成熔融金屬的凝固與軋制，實現金屬薄板的近終形成形。本發明提出的金屬薄板近終形成形技術，可以擴大金屬薄板近終形成形的應用范圍，提高金屬薄板的近終形成形程度。
【專利說明】一種金屬薄板近終形成形裝置及其成形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬薄板近終形成形方法，屬于金屬薄板的生產【技術領域】。
[0002]
【背景技術】
[0003]常規材料加工工藝的短流程化和高效化，是金屬材料加工技術的發展方向。打破傳統的材料成形與加工模式，縮短生產工藝流程，簡化工藝環節，實現近終形、短流程的連續化生產，可以大大提高生產效率。
[0004]眾所周知，早期的金屬薄板生產過程中，鑄錠和軋制是兩個獨立的工序。金屬薄板的連續和近終形成形，一直是人們追求的目標。
[0005]最早提出金屬薄板近終形成形概念的是轉爐煉鋼
【發明者】貝塞麥，他在1846年提出，將熔融金屬從上方注入一對反向旋轉的水冷輥之間，實現熔融金屬的凝固與軋制。由于問題的復雜性和技術條件限制，貝塞麥的設想在當時未能實現。經過多年探索和研究，目前，金屬薄板的近終形成形已經在鋁、鎂合金薄板和薄鋼板的生產領域實現了工業化。
[0006]眾所周知，鋁合金雙輥鑄軋技術是通過供料嘴將鋁液從側面送入一對垂直布置(或略有傾斜，15° )、反向旋轉的水冷輥之間，鋁液在雙輥之間完成凝固與軋制。軋制可以抑制中心偏析，減少后續冷軋的工作量。由于鋁液與冷卻輥的接觸距離比較短，鑄軋速度速度受到限制，通常為lm/min左右，鋁合金薄板的品種也受到限制(通常可鑄軋鋁合金的固液兩相區溫度范圍小于50°C)。
[0007]人們一直致力于提高鋁合金鑄軋速度，擴大可鑄軋鋁合金的品種范圍。例如，參考文獻I提出一種鋁合金板帶 連續鑄軋生產設備，可實現厚度為1.5-6mm鋁熱帶連續鑄軋，鑄軋速度為2-14m/min。從提高生產效率的角度看，期望能進一步提高鑄軋速度。
[0008]鋁合金雙輥鑄軋也可以用于鎂合金薄板的生產。參考文獻2提出一種鎂合金薄帶材超高速連鑄機，雖然其成形速度可達20-100m/min，但是其成形壓力比傳統雙輥鑄軋的鑄軋力小100倍左右，顯然不能實現軋制變形，影響了其近終形成形程度。
[0009]眾所周知，鋼鐵生產領域的雙輥薄帶連鑄技術，其速度大于鋁合金雙輥鑄軋速度，它是將鋼水由上方注入一對反向旋轉的鑄軋輥與固定側封板之間形成熔池，鋼水與鑄軋輥接觸后逐漸凝固，在輥縫出口處壓合成帶坯。鋼水從上方注入熔池后，其流動不夠均勻，導致凝固不夠均勻，容易出現表面質量問題。為了防止出現表面裂紋，雙輥薄帶連鑄不允許有軋制變形，影響了其近終形成形程度。為了提高尺寸精度和改善組織性能，只能設置在線軋機進一步進行軋制變形(例如參考文獻3)。
[0010]本
【發明者】提出一種新型金屬薄板近終形成形技術，它能進一步提高金屬薄板的近終形成形程度。
[0011]參考文獻I:CN 1133512C 2004.1.7 參考文獻 2:CN 1325197C 2007.7.11
參考文獻 3:CN 1046446C 1999.11.
【發明內容】
[0012]分析上述【背景技術】，本發明通過試驗發現，金屬薄板近終形成形技術的近終形成形程度，主要與兩個因素有關，一是熔融金屬與鑄軋輥的接觸時間，它與鑄軋輥的速度及接觸長度有關，二是熔融金屬在鑄軋輥輥面上的均勻凝固程度，它取決于熔融金屬在熔池內的均勻流動程度。
[0013]通過試驗進一步發現,將熔融金屬以一定的速度均勻平鋪在一個快速(60m/min左右)旋轉的冷卻輥輥面上，可以實現熔融金屬與冷卻輥輥面的較長時間接觸及其在冷卻輥輥面上的均勻流動，制備毫米級厚度的金屬薄板。但是其上表面為自由凝固，表面不平整，當然也沒有軋制變形。
[0014]進一步地，可以該冷卻輥側上方再設置一個冷卻輥，將熔融金屬平鋪在旋轉的下冷卻輥輥面上、使之隨著該冷卻輥的旋轉而被預冷，經過一定的時間之后，在兩個冷卻輥輥面之間形成熔池，由兩個冷卻輥共同完成熔融金屬的凝固與軋制變形，此時的冷卻輥即為鑄軋輥。
[0015]進一步地，調整冷卻輥速度和輥縫等參數，可以調整金屬薄板的厚度、調整軋制變形量。
[0016]進一步地，調整熔融金屬與下冷卻輥輥面的接觸時間，可以適應不同兩相區溫度范圍的金屬(合金)的成形。
[0017]根據上述研究結果提出本發明，上述參數的設置在本發明中具有重要意義。
[0018]圖1和圖2為本發明提出的金屬薄板近終形成形裝置。如圖1和圖2所示，該裝置具有一對傾斜布置的鑄軋輥，包括下鑄軋輥I和上鑄軋輥2，兩鑄軋輥軸線平行，軸心連線與垂直方向呈一定角度β，該角度可在30-80°范圍內調整，鑄軋輥內部通水冷卻。下鑄軋輥I的半徑Rl為lOO-lOOOmm，上鑄軋輥2的半徑R2為下鑄軋輥直徑Rl的0.2-1倍。下鑄軋輥I的輥面寬度BI為100-3000mm，上鑄軋輥2的輥面寬度B2比下鑄軋輥I輥面寬度BI小0.2-2mm。下鑄軋輥兩端具有凸緣3，其高度為5_50mm，其寬度為10-100mm。下鑄軋輥I的輥面線速度V1為2-200m/min，上鑄軋輥2的輥面線速度V2為下鑄軋輥I輥面線速度V1的0.5-1.5倍。兩鑄軋輥的輥縫可以在0.1-10 mm范圍內調整。
[0019]如圖1所示，在下鑄軋輥一側，設置熔融金屬布流裝置4，該裝置采用雙層結構，內層由耐火材料制成，外層為鋼板焊接，采用該裝置可以將熔融金屬均勻平鋪在下鑄軋輥的上表面。
[0020]鑄軋輥1，2采用合金鋼或銅合金，其固定、調整、內部水冷、驅動及調速皆采用已知技術。
[0021]采用本發明提出的金屬薄板近終形成形裝置進行金屬薄板近終形成形時，首先對金屬進行熔煉，然后啟動并調整金屬薄板近終形成形裝置，將熔融金屬5注入布流裝置4，熔融金屬的過熱度為10-70°C。熔融金屬5經布流裝置4均勻平鋪在下鑄軋輥I的上表面，隨著下鑄軋輥I的轉動，熔融金屬在下鑄軋輥I和上鑄軋輥2之間形成熔池6。在下鑄軋輥I和上鑄軋輥2的共同作用下、完成熔融金屬的凝固并隨即對其軋制，得到金屬薄板7。薄板的軋制變形量為5-50%。薄板的厚度為0.5-10mm。上述成形過程的控制采用已知控制技術。[0022]采用本發明提出的上述金屬薄板成形裝置和方法制備的金屬薄板，其厚度為
0.5-10mm，寬度為100-3000mm，固液兩相區寬度為1-100°C，材質包括碳鋼、不銹鋼、硅鋼及其它鋼鐵、以及鋁合金、鎂合金、銅合金及其它有色金屬。
[0023]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明提出的金屬薄板近終形成形裝置；
附圖標記說明:
1——下鑄軋輥；
2——上鑄軋輥；
3——下鑄軋輥凸緣；
4——熔融金屬布流裝置；
5-熔融金屬；
6——熔池；
7——成形后的金屬薄板。
[0025]圖2為圖1的A向視圖。
[0026]
【具體實施方式】
[0027][實施方式I]
2024鋁合金(鋁銅合金)薄板的近終形成形采用常規雙輥鑄軋方法不能生產2024鋁合金。
[0028]首先根據合金成分進行配料，在熔煉爐中將準備好的鋁錠、中間合金熔化后，熔融鋁液通過扒渣、攪拌，導入靜置爐，熔融鋁液在靜置爐中進行靜置、精煉。
[0029]調整布流裝置，啟動并調整金屬薄帶近終形成形裝置。
[0030]將精煉后的鋁合金熔液從流口導入流槽，再進入凈化處理裝置。鋁合金熔液從凈化處理裝置流出后，進入布流裝置。
[0031]鋁合金熔液經過布流裝置均勻進入金屬薄板近終形成形裝置，澆注溫度為680°C，金屬薄帶近終形成形裝置采用鋼制鑄軋輥，下鑄軋輥半徑為300mm，寬度為2000mm，凸緣高度為40mm、凸緣寬度為40mm，上鑄軋輥半徑為150mm，寬度為1999mm。調整鑄軋輥傾角及其它工藝參數實現穩定成形過程，穩定成形階段上下鑄軋輥輥面線速度均為60m/min。軋制變形量為30-40%，2024鋁合金薄板厚度為2mm，寬度為2000mm。
[0032]最后將近終形成形的2024鋁合金薄板卷曲成卷。
[0033][實施方式2]
SUS304不銹鋼薄板的近終形成形采用轉爐或電爐熔煉鋼水，然后進行真空處理，將真空處理后的鋼水注入鋼水包。
[0034]調整布流裝置，啟動并調整金屬薄帶近終形成形裝置。
[0035]將鋼水包運至鋼包回轉臺，開啟鋼包水口將鋼水注入中間包，至設定鋼水高度后，開啟中間包水口，將鋼水導入布流裝置。[0036]鋼水經過布流裝置均勻進入金屬薄板近終形成形裝置，澆注溫度為1480°C，金屬薄帶近終形成形裝置采用鋼制鑄軋輥，下鑄軋輥半徑為500_，寬度為1300_，凸緣高度為50mm、凸緣寬度為50mm，上鑄軋輥半徑為250mm，寬度為1299 mm。調整鑄軋輥傾角及其它工藝參數實現穩定成形過程，穩定成形階段上下鑄軋輥輥面線速度均為60m/min。軋制變形量為20-30%，SUS304不銹鋼薄板厚度為5 mm,寬度為1300mm。
[0037]最后將近終形成形的SUS304不銹鋼薄板卷曲成卷。
[0038][實施方式3]
6.5%Si硅鋼薄板的近終形成形采用轉爐或電爐熔煉鋼水，然后進行真空處理，將真空處理后的鋼水注入鋼水包。
[0039]調整布流裝置，啟動并調整金屬薄帶近終形成形裝置。
[0040]將鋼水包運至鋼包回轉臺，開啟鋼包水口將鋼水注入中間包，至設定鋼水高度后，開啟中間包水口，將鋼水導入布流裝置。
[0041]鋼水經過布流裝置均勻進入金屬薄板近終形成形裝置，澆注溫度為1470°C，金屬薄帶近終形成形裝置采用鋼制鑄軋輥，下鑄軋輥半徑為400_，寬度為1500_，凸緣高度為40mm、凸緣寬度為40mm，上鑄軋輥半徑為200mm，寬度為1499 mm。調整鑄軋輥傾角及其它工藝參數實現穩定成形過程，穩定成形階段下鑄軋輥輥面線速度為60m/min，上鑄軋輥輥面線速度為70m/min。軋制變形量為20_30%，6.5%Si硅鋼薄板厚度為1.5 mm,寬度為1500mm。
[0042]最后將近終形成形的6.5%Si硅鋼薄板卷曲成卷。
[0043]在實施方式I中，采用本發明實現了不能采用已有鋁合金鑄軋方法生產的2024鋁合金薄板的近終形成形，而且其成形速度高于已有鋁合金鑄軋的速度。
[0044]在實施方式2中，采用本發明同時實現了 SUS304不銹鋼薄板的凝固與軋制，而采用已有雙輥薄帶連鑄方法不能實現軋制變形。
[0045]在實施方式3中，采用本發明同時實現了 6.5%硅鋼薄板的凝固與軋制，并且可以實現異步軋制。而采用已有雙輥薄帶連鑄方法不能實現軋制變形。
[0046]由實施方式1-實施方式3可以看出，與已有金屬薄板近終形成形技術相比，本發明提出的金屬薄板近終形成形技術，可以擴大金屬薄板近終形成形的應用范圍，提高金屬薄板的近終形成形程度。
【權利要求】
1.一種金屬薄板近終形成形裝置，其特征在于，該成形裝置包括一對傾斜布置的鑄軋輥，分別為上鑄軋輥和下鑄軋輥，兩鑄軋輥軸線平行，軸心連線與垂直方向呈一定角度，所述鑄軋輥內部通水冷卻。
2.根據權利要求1所述的金屬薄板近終形成形裝置，其特征在于，所述下鑄軋輥一側設置熔融金屬布流裝置，該裝置采用雙層結構，內層由耐火材料制成，外層為鋼板焊接，采用該布流裝置將熔融金屬均勻平鋪在下鑄軋輥的上表面。
3.根據權利要求1所述的金屬薄板近終形成形裝置，其特征在于，所述角度可在20-80°范圍內調整。
4.根據權利要求1所述的金屬薄板近終形成形裝置，所述下鑄軋輥半徑為lOO-lOOOmm，上鑄軋輥直徑為下鑄軋輥直徑0.2-1倍。
5.根據權利要求1所述的金屬薄板近終形成形裝置，其特征在于，所述下鑄軋輥的輥面寬度為100-3000mm，上鑄軋輥的輥面寬度比下鑄軋輥的輥面寬度小0.2_2mm。
6.根據權利要求1所述的金屬薄板近終形成形裝置，其特征在于，所述下鑄軋輥兩端具有凸緣，凸緣高度為5-50 mm，凸緣寬度為10-100mm。
7.根據權利要求1所述的金屬薄板近終形成形裝置，其特征在于，所述下鑄軋輥的輥面線速度為2-200mm/min，上鑄軋輥的輥面線速度為下鑄軋輥輥面線速度的0.1-2倍。
8.根據權利要求1所述的金屬薄板近終形成形裝置，其特征在于，兩鑄軋輥的輥縫可以在0.1-1Omm范圍內調整。
9.一種金屬薄板近終形成形方法，所述方法采用權利要求1-8之一所述的金屬薄板近終形成形裝置，其特征在于，所述方法包括以下步驟: O啟動并調整金屬帶材近終形成形裝置； 2)采用布流裝置將熔融金屬均勻平鋪在下鑄軋輥的上表面，其中熔融金屬與下鑄軋輥接觸時的水平線速度為下鑄軋輥輥面速度的0.5-15倍； 3)隨著下鑄軋輥的轉動，熔融金屬在下鑄軋輥和上鑄軋輥之間形成熔池； 4)在下鑄軋輥和上鑄軋輥的共同作用下，完成熔融金屬的凝固并隨即對其軋制，得到金屬薄板。
10.根據權利要求9所述的金屬薄板近終形成形方法，其特征在于，步驟4)中的軋制變形量為5-50%。
11.一種近終形成形的金屬薄板，其特征在于，所述金屬薄板采用權利要求9所述的方法制備，其厚度為0.5-10mm，寬度為10(T3000mm，固液兩相區溫度范圍為1?10(TC，材質包括碳鋼、不銹鋼、硅鋼及其它鋼鐵、以及鋁合金、鎂合金、銅合金及其它有色金屬。
【文檔編號】B22D11/06GK103464702SQ201310436252
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】周成, 謝建新, 王德, 徐國進, 方永, 羅登超, 羅俊杰, 姚舜, 張志豪, 付華棟 申請人:北京科技大學