一种铝合金板坯的铸轧装置及铸轧方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝合金铸乳装备和制造领域，具体涉及一种较厚的铝合金板坯的铸乳装置及铸乳方法。
【背景技术】
[0002]目前，工业用铝箔和薄板的供坯方法主要有热乳法和铸乳法。热乳法的工序主要包括半连续铸锭、加热、开坯、铣面、加热、热乳等，工序繁多，能量消耗高，而且设备一次性投入大。铸乳法是将液态铝合金直接浇入两个内部通有冷却水的乳辊，在其冷却和一定的压下作用下，直接生产出厚度在6?8_的板坯。因此，与热乳法相比，铸乳法具有短流程、投资小、节能环保等优势。
[0003]并且，铸乳法生产的板坯需进一步通过冷乳和热乳制成工业所需的箔材和薄板。由于传统铸乳坯的厚度较小，通常在6?8mm之间，因此在冷热乳制过程中的压下量很小，不足以消除和改善板坯的组织缺陷以提高其最终使用性能。例如，用铸乳法生产3xxx、5xxx、6xxx、7xxx等系列合金板还时，由于添加合金元素较多，存在严重的宏观和微观偏析，虽然通过热处理能部分消除和减轻，但成品材的性能仍然低于热乳板。从物理冶金学知识可知，塑性变形可以显著改善铸锭和板坯的组织缺陷，如焊合孔洞、碎断枝晶、消除偏析等，塑性变形程度越大，上述改善效果越明显。而且塑性变形越大，金属中将储存更多的畸变能，在热乳和热处理过程中的再结晶过程将更加充分，晶粒将更加细化，也对提高性能有促进作用。因此，如果能提高铸乳板坯的厚度以增加后续冷热乳制的压下量，成品材的性能将会显著增加。但用铸乳法生产较厚板坯存在很多技术难关，比如铸嘴的设计、铸乳温度和速度的确定、板坯偏析的减轻等。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对于铸乳法生产较厚铝合金板坯存在的技术问题，提供了一种铝合金板坯的铸乳装置及铸乳方法。该装置设计了一种下注式铸嘴，以避免铸乳区提前凝固的产生；设计了一种喷水冷却装置，通过对凝固壳的水冷冷却来改变铸乳区的凝固顺序、改善板坯偏析；设计了一种电磁场发生装置和脉冲电源，通过给铸乳区施加电磁震荡进一步改善板坯组织；该方法通过合适的铸乳温度和速度组合，保证成功立板以及板坯在出铸乳区以后表面能形成一定厚度凝固壳。
[0005]一种铝合金板坯的铸乳装置，包括铸嘴(浇注嘴)，平台，铸乳辊，电磁场发生装置和/或脉冲电源，以及喷水冷却装置等；其中，装置中可以同时设置电磁场发生装置和脉冲电源，也可以只设置电磁场发生装置或只设置脉冲电源；
[0006]所述铸乳辊为两个，分别为上辊和下辊，上下对称放置，辊内通冷却水；平台设置在铸乳辊外，位于熔体流入侧；铸嘴放置在平台上，铸嘴出口位于两个铸乳辊间，铸嘴出口的高度在铸坯中心线以下，用于将熔体送入铸乳辊，并避免铸乳区提前凝固；电磁场发生装置设置在铸乳辊外，位于熔体流入侧，用于搅拌细化熔体组织；脉冲电源在铸乳辊外，电源通过导线，一端连接铝液，一端连接板坯，用于搅拌细化熔体组织；喷水冷却装置在铸乳辊夕卜，并位于出板坯侧，用于向铸乳区出口处的板坯表面喷冷却水，使熔体凝固顺序改为由铸乳区前端向后的水平凝固，从而有效避免了板坯的表面和中心带状偏析；并且喷水冷却装置的冷却水与铸乳辊内的冷却水可以由同一个水源提供；
[0007]所述电磁场发生装置由电源和磁场发生器组成；
[0008]所述喷水冷却装置由冷却水进水口、冷却水储水腔和冷却水喷水口组成，喷水口朝向板坯出坯的方向，向铸乳区出口处的板坯表面喷冷却水；
[0009]所述铸乳棍之间最小棍缝d彡15mm，较好的，d为20?50mm ；
[0010]较好的，所述电磁场发生装置产生的磁场强度为20mT?100mT ;脉冲电源频率为10?50Hz，电流密度为0.1?0.5A/mm2。
[0011 ] 一种铝合金板坯的铸乳方法，利用了上述的铸乳装置，具体包括如下步骤:
[0012](1)配料熔炼:根据所要铸乳铝合金的标准成分，将各添加元素进行配比和称重，当铝液温度达到规定值时按规定加入添加元素并保温一定时间，之后对熔体进行扒渣，转入静置炉静置一定时间，对熔体除气；
[0013](2)铸乳:将铝合金熔体输送入上述装置的铸嘴，进行立板，使板坯表面形成合适厚度的凝固壳，同时，控制铸嘴入口处熔体的温度在其液相线温度以上30?40°C，并控制铸乳辊冷却水压力0.2?0.4Mpa，铸乳速度0.3?0.9m/min，铸嘴开口度彡40mm ;当立板成功后，开启喷水冷却装置、电磁场发生装置和/或脉冲电源，进行铸乳，电磁场发生装置产生的磁场强度为20mT?100mT，脉冲电源频率为10?50Hz，电流密度为0.1?0.5A/mm2；当板坯达到一定长度时，停止铸乳；
[0014]其中，较好的，铸乳得到的板坯厚度为20?50mm。
[0015]与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是:
[0016](1)本方法首次通过铸乳法生产出组织成分均匀的铝合金中厚板坯，以便为后续通过增加冷热乳制压下量来提高成品材性能提供可能；
[0017](2)本发明运用铸乳区出口处喷水冷却的方法改变了铸乳区内熔体的凝固顺序，将传统铸乳法中由板坯表面向中心凝固的顺序改为由铸乳区前端向后的水平凝固，有效避免了板坯的表面和中心带状偏析；
[0018](3)本发明通过在铸乳过程中施加电磁场和/或脉冲电流来达到细化板坯组织、进一步减轻偏析的目的，这种方法可以在细化组织的同时避免熔体污染；
[0019](4)本发明中采取下注式铸嘴来防止由于铸乳区高度增加造成的铝液提前凝固，效果良好。
【附图说明】
[0020]图1、本发明装置的示意图；
[0021]其中，1、铸嘴(浇注嘴)，2、平台，3、电磁场发生装置，4、脉冲电源，5、喷水口，6、上辊，7、下辊，8、冷却水，9、铸嘴出口，10、熔体，11、铸乳区，12、导线，13、板坯；
[0022]图2、7075铝合金板坯中心带状偏析的对比图；
[0023]a、普通铸乳板坯；b、实施例4制备的板坯；
[0024]图3、7075铝合金板坯组织的对比图；
[0025]c、普通铸乳板坯；d、实施例4制备的板坯；
[0026]图4、6181铝合金板坯中心带状偏析的对比图；
[0027]e、普通铸乳板还，黑框内为带状偏析实施例5制备的板还；
[0028]图5、3003铝合金板坯组织的对比图；
[0029]g、普通铸乳板坯；h、实施例6制备的板坯；
[0030]图6、3003铝合金板坯中心带状偏析的对比图；
[0031 ]1、普通铸乳板坯；j、实施例6制备的板坯；
[0032]图7、5052铝合金板坯组织的对比图；
[0033]k、普通铸乳板坯；1、实施例7制备的板坯；
[0034]图8、5052铝合金板坯中心带状偏析的对比图；
[0035]m、普通铸乳板坯；n、实施例7制备的板坯。
【具体实施方式】
[0036]实施例1
[0037]—种铝合金板坯的铸乳装置，如图1所示，包括铸嘴(浇注嘴)1，平台2，铸乳辊，电磁场发生装置3，脉冲电源4和喷水冷却装置；
[0038]所述铸乳辊为两个，分别为上辊6和下辊7，上下对称放置，辊内通冷却水8 ;平台2位于铸乳辊外的熔体流入侧；铸嘴1放置在平台2上，铸嘴出口 9位于上辊6和下辊7之间，高度在铸坯中心线以下，用于将熔体10送入铸乳辊，并避免铸乳区11提前凝固；电磁场发生装置3在铸乳辊外，位于熔体流入侧，由电源和磁场发生器组成，用于搅拌细化熔体组织；脉冲电源4在铸乳辊外，电源通过导线12 —端连接铝液，一端连接板坯13，用于搅拌细化恪体组织；喷水冷却装置在铸乳棍外，位于出板还侧，由冷却水进水口、冷却水储水腔和冷却水喷水口 5组成，喷水口 5朝向板还出还的方向，用于向铸乳区11出口处的板还表面喷冷却水，使熔体凝固顺序改为由铸乳区11前端向后的水平凝固，从而有效避免了板坯13的表面和中心带状偏析；铸乳棍间最小棍缝d多15mm，较好的，d为20?50mm。
[0039]实施例2
[0040]—种铝合金板坯的铸乳装置，结构与实施例1中装置相同，区别在于，未设置脉冲电源。
[0041]实施例3
[0042]—种铝合金板坯的铸乳装置，结构与实施例1中装置相同，区别在于，未设置电磁场发生装置。
[0043]实施例4
[0044]板坯厚度为20mm的7075铝合金的铸乳方法，利用了实施例2中的装置，具体步骤如下:
[0045](1)配料熔炼:按 7075 标准成分(wt % )S1:0.40，Fe:0.50