CN103934267B - 一种双冷却区双辊铸轧装置 - Google Patents

Abstract

一种双冷却区双辊铸轧装置，包括铸嘴上板、铸嘴下板、上铸轧辊和下铸轧辊，其中铸嘴下板的顶面和前端面之间是一个弧面，该弧面与上铸轧辊外表面的距离在1~5mm；弧面的上边线与下边线的直线距离在30~100mm；前端面与辊缝处的水平距离为30~100mm；弧面与上铸轧辊之间的空间构成第一冷却区，铸嘴下板的前端面、两个铸轧辊、辊缝以及第一冷却区出口之间的空间构成第二冷却区。本发明的装置在半固态化区利用铸轧辊对熔体的冷却作用来降低熔体的温度，进行部分的形核过程，保证熔体顺利进入凝变区；在凝变区内快速凝固，缩短了铸轧过程中从液态转变成固态的时间，减少了由于铝合金熔体凝固速度慢而引起的合金元素偏析问题，优化细化了内部组织。

Description

一种双冷却区双辊铸轧装置

技术领域

本发明属于铸轧设备技术领域，特别涉及一种双冷却区双辊铸轧装置。

背景技术

进入新世纪，世界各国都在想方设法减少能源消耗和废气排放，尤其是在欧、美等发达国家，它们已经发布了2015年之前的国家油耗策略，并开始启动2020年以后的油耗政策研究工作。由于铝的密度只有铁的1/3，有较好的深冲成型性和防腐性，铝合金在交通运输方面的用量逐年增加；2010年日本、欧洲、北美每台汽车平均用量达到135Kg；除开发新能源汽车、制造高性能发动机外，以铝替代钢的汽车轻量化已成为汽车发展的必然趋势。

高强铝合金由于具有较高的强度、良好的耐蚀性、优异的高温塑性和质量轻等特点而广泛用于汽车、高速列车、船舶和建筑行业等产品中，尤其在运输设备轻量化方面，可大幅度节约能源，减少排放。随着中国高速列车、汽车的高速发展和城镇化建设的推进，用于生产高速列车、地铁和建筑用的高强铝合金板材需求量将会迅速增加。

由于高强铝合金合金元素含量高，其固液两相线温度区间大, 合金流动性差，在铸轧过程中容易产生严重的中心偏析。在我国高强铝合金板材全部采用铸造-热轧法进行生产， 生产工艺复杂，流程长，生产设备投资大，生产成本高，能量消耗大。由于铝合金的铸轧技术在工艺和经济上都具有明显的优越性,是铝合金板材最经济的生产方法，生产设备投资少，生产成本低，具有明显的节能减排效应。但是，目前只能用于生产合金元素含量较低的铝合金系列，而工业上大量应用的高强铝合金还不能采用铸轧方法生产，其技术瓶颈已成为铝板带行业亟待解决的问题。

发明内容

针对现有高强铝合金在铸轧技术上存在的上述问题，本发明提供一种双冷却区双辊铸轧装置，通过在铸嘴下板和上铸轧辊之间设置冷却区，利用铸轧辊对熔体的冷却作用来降低熔体的温度，在缩短铸轧时间的同时，减少了合金元素偏析问题，提高铸轧板坯的内部质量。

本发明的双冷却区双辊铸轧装置包括铸嘴上板、铸嘴下板、上铸轧辊和下铸轧辊，其中铸嘴下板顶面和铸嘴下板前端面之间是一个弧面，该弧面与上铸轧辊的外表面相对应，且该弧面与上铸轧辊外表面的距离在1~5mm；弧面的上边线与下边线平行，上边线与下边线的直线距离在30~100mm；铸嘴下板前端面与辊缝处的水平距离为30~100mm；弧面与上铸轧辊之间的空间构成第一冷却区，铸嘴下板前端面、两个铸轧辊、辊缝以及第一冷却区出口之间的空间构成第二冷却区。

上述装置中的上铸轧辊和下铸轧辊之间的辊缝高度为6~20mm。

上述装置中的上铸轧辊和下铸轧辊的直径在860~1020mm。

本发明的双冷却区双辊铸轧装置的使用方法为：

启动铸轧装置，将温度高于液相线40~80℃的铝合金熔体通过铸嘴上板和铸嘴下板之间的浇注通道进行浇注，铝合金熔体经过第一冷却区后进入第二冷却区，然后经过辊缝被铸轧辊铸轧成铝合金铸轧板。

上述方法中，进行铸轧时的铸轧速度为1.0~2.5m/min。

本发明的装置的铸轧方法中，熔体的半固态化过程是依靠铸轧辊本身的冷却作用来实现，避免了半固态化过程熔体的氧化和夹杂的产生，实现了连续半固态化过程；本发明的装置实现了连续半固态制浆和连续成形的有机结合，是真正意义上的半固态铸轧技术；采用本发明的方法生产的铸轧坯内部组织具有明显的半固态铸轧特征，晶粒均匀细小，无铸轧偏析。

本发明的铸轧工艺流程的区别在于铸轧嘴子结构和工艺参数的变化，在金属熔体浇注温度、铸轧辊直径、铸轧辊缝不变的条件下，可以大幅度提高生产速度，提高产品质量，也可以用于生产比现有铸轧工艺更厚的板材；现有铸轧辊直径为1000mm时，现有铸轧技术可以比较稳定生产8mm板材，但要生产14~15mm铸轧坯几乎不可能，即使能勉强生产，成材率也极低；而采用本发明的装置进行铸轧，在铸轧辊直径不变的条件下则可以稳定生产厚度达到20mm的板材。

本发明的双冷却区铸轧技术，即在半固态化区（第一冷却区）利用铸轧辊对熔体的冷却作用来降低熔体的温度，使熔体温度达到半固态温度区间，进行部分的形核过程，同时依靠铸轧辊的转动对熔体的推挤作用以及熔体本身重力作用保证熔体顺利进入凝变区（第二冷却区）；在凝变区内，半固态金属熔体在上下铸轧辊的冷却下快速凝固，缩短了铸轧过程中从液态转变成固态的时间，大大减少了由于铝合金熔体凝固速度慢而引起的合金元素偏析问题，优化细化了内部组织，提高了铸轧板坯的内部质量；本发明的装置可铸轧厚度在6~20mm的铸轧坯，铸轧速度比传统铸轧装置可提高50%以上。

附图说明

图1为本发明实施例1的双冷却区双辊铸轧装置剖面结构示意图；

图中，1、铸嘴上板，2、铸嘴下板，2-1、铸嘴下板顶面，2-2、铸嘴下板前端面，2-3、弧面，3、上铸轧辊，4、下铸轧辊，5、浇注通道，6、第一冷却区，7、第二冷却区，8、铝合金铸轧板；

图2为传统铸轧装置铸轧的5005铝合金显微组织图；

图3本发明实施例1中制备的5005铝合金显微组织图；

图4为传统铸轧装置铸轧的5052铝合金上表层显微组织图；

图5为本发明实施例2中制备的5052铝合金上表层显微组织图；

图6为传统铸轧装置铸轧的5052铝合金1/4厚度处显微组织图；

图7为本发明实施例2中制备的5052铝合金1/4厚度处显微组织图；

图8为传统铸轧装置铸轧的5052铝合金1/2厚度处显微组织图；

图9为本发明实施例2中制备的5052铝合金1/2厚度处显微组织图；

图10为传统铸轧装置铸轧的5052铝合金3/4厚度处显微组织图；

图11为本发明实施例2中制备的5052铝合金3/4厚度处显微组织图；

图12为传统铸轧装置铸轧的5052铝合金下表层显微组织图；

图13为本发明实施例2中制备的5052铝合金下表层显微组织图；

图14为传统铸轧装置剖面结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的铝合金熔体为5005、5052、6061、5182或7075铝合金熔体。

本发明实施例中，弧面与上铸轧辊的外表面相对应是指弧面所在的圆柱面与上铸轧辊的外表面同轴。

本发明实施例中，铸嘴上板和铸嘴下板之间的浇注通道与第一冷却区的上口连通，第一冷却区的下口与第二冷却区连通。

本发明实施例中，铸嘴上板与铸嘴下板的垂直距离不小于5mm。

实施例1

双冷却区双辊铸轧装置结构如图1所示，包括铸嘴上板1、铸嘴下板2、上铸轧辊3和下铸轧辊4；

铸嘴下板顶面2-1和铸嘴下板前端面2-2之间是一个弧面2-3，该弧面2-3与上铸轧辊3的外表面相对应，弧面2-3与上铸轧辊3外表面的距离1mm；弧面2-3的上边线与下边线平行，上边线与下边线的直线距离30mm；铸嘴下板前端面2-2与辊缝处的水平距离为30mm；弧面2-3与上铸轧辊3之间的空间构成第一冷却区6，铸嘴下板前端面2-2、两个铸轧辊、辊缝处以及第一冷却区6出口之间的空间构成第二冷却区7；

辊缝高度为6mm；

两个铸轧辊的直径为860mm；

采用上述装置，对5005铝合金熔体进行浇注和铸轧，方法为：

启动铸轧装置，将温度高于液相线40~80℃的5005铝合金熔体通过铸嘴上板和铸嘴下板之间的浇注通道进行浇注，5005铝合金熔体经过第一冷却区后进入第二冷却区，然后经过辊缝被铸轧辊铸轧成铝合金铸轧板；

进行铸轧时的铸轧速度为1.2~1.5m/min；

制成的5005铝合金的厚度为6mm；抗拉强度为130MPa，延伸率为24%；表面显微组织如图3所示；

采用传统铸轧装置对同种铝合金按同样方法进行铸轧，铸轧速度为0.7~0.8m/min；获得的铝合金的厚度为6mm；抗拉强度为125MPa，延伸率为21%；显微组织如图2所示，由图可见，采用双冷却区双辊铸轧装置进行铸轧后，细化了铝合金内部组织，提高了铸轧板坯的内部质量。

实施例2

双冷却区双辊铸轧装置结构同实施例1，不同点在于：

弧面与上铸轧辊外表面的距离在2mm；弧面的上边线与下边线的直线距离在50mm；铸嘴下板前端面与辊缝处的水平距离为40mm；

辊缝高度为10mm；

两个铸轧辊的直径为920mm；

采用上述装置，对5052铝合金熔体进行浇注和铸轧，方法同实施例1，不同点在于：

进行铸轧时的铸轧速度为1.5~1.8m/min；

制成的5052铝合金的厚度为10mm；抗拉强度为205MPa，延伸率为26%；上表层、距上表层1/4厚度处、距上表层1/2厚度处、距上表层3/4厚度处、下表层的显微组织分别如图5、7、9、11和13所示；

采用传统铸轧装置对同种铝合金按同样方法进行铸轧，铸轧速度为0.6~0.7m/min；获得的铝合金的厚度为5.5mm；抗拉强度为195MPa，延伸率为23%；上表层、距上表层1/4厚度处、距上表层1/2厚度处、距上表层3/4厚度处、下表层的显微组织分别如图4、6、8、10和12所示，由图可见，采用双冷却区双辊铸轧装置进行铸轧后，细化了铝合金内部组织，提高了铸轧板坯的内部质量。

实施例3

双冷却区双辊铸轧装置结构同实施例1，不同点在于：

弧面与上铸轧辊外表面的距离在3mm；弧面的上边线与下边线的直线距离在60mm；铸嘴下板前端面与辊缝处的水平距离为60mm；

辊缝高度为12mm；

两个铸轧辊的直径为960mm；

采用上述装置，对6061铝合金熔体进行浇注和铸轧，方法同实施例1，不同点在于：

进行铸轧时的铸轧速度为1.8~2.1m/min；

制成的6061铝合金的厚度为12mm；经T6处理后抗拉强度为330MPa，延伸率为19%；传统铸轧装置无法铸轧的同样厚度的同种铝合金。

实施例4

双冷却区双辊铸轧装置结构同实施例1，不同点在于：

弧面与上铸轧辊外表面的距离在4mm；弧面的上边线与下边线的直线距离在80mm；铸嘴下板前端面与辊缝处的水平距离为80mm；

辊缝高度为16mm；

两个铸轧辊的直径为1020mm；

采用上述装置，对7075铝合金熔体进行浇注和铸轧，方法同实施例1，不同点在于：

进行铸轧时的铸轧速度为1.5~1.7m/min；

制成的7075铝合金的厚度为16mm；经T6处理后抗拉强度为580MPa，延伸率为13%；传统铸轧装置无法铸轧的同样厚度的同种铝合金。

实施例5

双冷却区双辊铸轧装置结构同实施例1，不同点在于：

弧面与上铸轧辊外表面的距离在5mm；弧面的上边线与下边线的直线距离在100mm；铸嘴下板前端面与辊缝处的水平距离为100mm；

辊缝高度为20mm；

两个铸轧辊的直径为1020mm；

采用上述装置，对5182铝合金熔体进行浇注和铸轧，方法同实施例1，不同点在于：

进行铸轧时的铸轧速度为1.5~1.6m/min；

制成的5182铝合金的厚度为20mm；抗拉强度为290MPa，延伸率为26%；与传统铸轧装置铸轧的同种铝合金相比，细化了铝合金内部组织，提高了铸轧板坯的内部质量。

Claims (3)

1.一种双冷却区双辊铸轧装置，包括铸嘴上板、铸嘴下板、上铸轧辊和下铸轧辊，其特征在于铸嘴下板顶面和铸嘴下板前端面之间是一个弧面，该弧面与上铸轧辊的外表面相对应，且该弧面与上铸轧辊外表面的距离在1~5mm；弧面的上边线与下边线平行，上边线与下边线的直线距离在30~100mm；铸嘴下板前端面与辊缝处的水平距离为30~100mm；弧面与上铸轧辊之间的空间构成第一冷却区，铸嘴下板前端面、两个铸轧辊、辊缝以及第一冷却区出口之间的空间构成第二冷却区。

2.根据权利要求1所述的一种双冷却区双辊铸轧装置，其特征在于所述的上铸轧辊和下铸轧辊之间的辊缝高度为6~20mm。

3.根据权利要求1所述的一种双冷却区双辊铸轧装置，其特征在于所述的上铸轧辊和下铸轧辊的直径在860~1020mm。