专利名称：固-液相金属铸轧复合方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固-液相金属铸轧复合方法及设备，更具体的是，涉及一种采用铸轧机，由固-液相金属生产复合带材的方法，以及用于该方法的开卷机组、I号牵引机、2号牵引机、切头剪、接头机、清洗机、干燥机、3号牵引机、带材长度和张力调节装置、铸轧机、(保温加热装置、热连轧)、剪切机、卷取机生产线。
背景技术：
金属复合带材是通过温度和压力将两种或多种性质不同的金属结合在一起的新型材料。它可以按设计要求充分发挥每个组分的性能特长，以其高强度、耐磨、防腐等力学、物理、化学等工程性能和低成本，综合性能高等一系列优点，取代很多价格高昂的金属，广泛应用于建筑、机械、炊餐具、家具、化工、装潢、汽车、航天、航空等行业。金属带材的复合方法有多种形式，中国专利
公开日2002年I月9日，公开号为CN1329951的发明公开了一种“液-固相异种金属轧制复合方法及设备”，对五类金属复合带材的制造方法进行了介绍:(a)轧制法:轧制复合是应用最广泛的金属复合带材的生产方法，它可以分成热轧法和冷轧法，由于该方法是依靠金属轧制时伸长出现的新表面达到物理接触而实现结合，因此，首道压下率必须足够大(一般达到50%以上)。所以，轧制力大，所需轧机庞大，轧后依靠退火实现冶金结合，结合强度不高。近年来该类技术也有所发展，例如:连轧、异步轧制、差温轧制复合等，但设备投资大，能耗高，成本高的问题没有根本变化；(b)粉末法:该方法是将粉末布在基材上，在保护气氛中烧结后轧制成材。该方法工序复杂，流程长，·能耗高，适合于制造一些特殊复合材料，如铜铅合金-钢复合轴瓦带等；(C)爆炸法:该方法是利用爆炸时产生的射流清洁表面，利用爆炸时产生的冲击和瞬时高温实现结合。该方法简单、经济，但仅适用于复合较厚板材，生产地点受限制，且无法实现连续生产；(d)铸造法:该方法是将复合金属液浇注到固态基材的表面，形成冶金结合。该方法简单，可生产毛坯和部件，但是基材表面易氧化，毛坯需加工后再成型，界面残余应力大，结合强度不高，生产成本高；(e)喷镀法:该方法是将液态合金用喷枪热喷到固态金属板上，该方法的优点是由于喷镀时高速冷却，合金成分不偏析。但由于液态金属喷镀时易氧化，因此，结合强度不高。同时设备复杂，投资大。中国专利CN 00109241.3所公开的金属带材复合技术是一种连续铸轧方法，但该方法将已公知的固态金属板基表面处理技术作为主要特征，而没有解决铸轧复合过程中固态金属板基在辊缝中的定位问题，以及多层固态金属板基与液态金属同时复合的问题。并且，金属板基表面处理设备与铸轧机结合，设备复杂、可靠性低、投资大。目前，复合金属的发展关键是:在实现金属之间冶金结合，满足结合强度的前提下，寻求更加简单、经济和高效的一次性多层和多种类金属复合的生产方法及设备。
发明内容
本发明的目的是克服现有金属复合带材复合强度低、成本高、层数少和产品单一的缺陷，提供一种简单、经济和高效的一次性多层和多种类固-液相金属铸轧复合方法及设备。本发明方法涉及的内容为:将消除内应力且表面去除氧化膜和污溃的金属卷材，放置在铸轧机(13)上方的开卷机组〖含I号开卷机⑴、放料架(2)和2号开卷机(3)〗的放料架(2)上,上卷,启动I号开卷机(I)，使金属带材以I 8m/min的速度依次穿过:2号牵引机(5)-切头剪(6)-接头机(7)-清洗机(8)-干燥机(9)-3号牵引机(10)-带材长度和张力调节装置(11)，并进一步将带材经供料嘴(12)或供料嘴的导向辊D号导向辊(12al)和2号导向辊(12a2) 3或同时经过它们，而穿入静止的铸轧机辊缝。预热供料嘴(12)，使其内腔温度达到金属熔体液相线温度的40% 120%之间。张紧带材，调整辊缝至设定的复合带材的厚度值，调整供料嘴(12)的导向辊和铸轧机(13)出口处的夹持辊(14)，使带材处在满足复合带材要求的辊缝位置上。将金属熔体注入供料嘴(12)，启动铸轧机(13)，使轧辊初始线速度保持在0.6 2.0m/min的范围内，当铸轧区前沿的金属熔体逐渐由液态变成固态时，将铸轧机(13)的轧辊线速度由初始速度逐渐提升至2.5 15m/min。金属熔体在半固态和固态的情况下与金属带材共同轧制，固化附着于金属带材上，形成二种或多种金属的冶金结合，而连续生产出预定厚度的金属复合带材，切头并卷成卷材。所述方法中金属熔体的温度低于金属带材的液相线温度，金属带材在金属熔体中的浸润时间为I 300秒，复合压力彡180Mpa。经铸轧机(13)复合后的带材，由保温加热装置(15)使复合带材的温度保持或上升至:金属熔体的再结晶温度以上，液相线温度以下，并进行热连轧，切头并卷成卷材。所述方法 中金属带材的数量是一条以上，它们是同种金属或不同种金属。并且，所述金属带材可以是金属网格，它们是同种金属或不同种金属。金属带材或金属网格在辊缝之间的位置能够调节，当从带材长度和张力调节装置(11)引出的金属带或网:a)经过供料嘴的I号导向辊(12al)时D号导向辊的下辊面低于下铸轧辊的上辊面3，金属带或网贴在下铸轧辊的上辊面上山)经过供料嘴的2号导向辊(12a2)时，金属带或网处在上、下铸轧辊的辊缝之间；c)不经过供料嘴的导向辊，则金属带或网贴在上铸轧辊的下辊面上。在多条金属带或网的情况下，带或网的位置可以具备其中的两种情形，或同时具备三种情形。一种实现上述工艺方法的固-液相金属铸轧复合设备，它主要包括:供料嘴(12)、铸轧机(13)、剪切机(17)、卷取机(18);所述设备中的上方包括依次排列的开卷机组K含I号开卷机(I)、放料架⑵和2号开卷机(3) 3、1号牵引机(4)、2号牵引机(5)、切头剪(6)、接头机(7)、清洗机(8)、干燥机(9)、3号牵引机(10)、带材长度和张力调节装置(11);所述设备中供料嘴(12)是开放式的，供料嘴(12)的上方或内部带有一个以上前后排列的导向辊；所述导向辊是中空的，导向辊具有蒸汽和冷却水切换机构；所述导向辊具有位置调节机构；所述设备中铸轧机(13)是双辊直立式的，或者是双辊倾斜式的，或者是异径双辊式的，或者是三辊式的；所述设备中铸轧机(13)的出口处，设有一对与机架相连，整体位置能上、下调节的夹持辊(14)，夹持辊(14)上辊单独开合或下辊单独开合；所述夹持辊(14)是中空的，夹持辊(14)具有蒸汽和冷却水切换机构，并且，夹持辊(14)带有驱动装置；所述设备中铸轧机(13)的出口侧，设有保温加热装置(15);所述设备中保温加热装置(15)的出口侧，设有热轧机(16)。所述开卷机组是单开卷机或者是双开卷机，与开卷机相邻，并列设置有放料架。单开卷机时，放料架只有一个。双开卷机时，放料架有一个或两个，一个放料架时，放料架设置在双开卷机的中间。两个放料架时，放料架分别设置在双开卷机的两边；所述接头机(7)是焊接机，它有一个以上的焊接头；所述清洗机(8)的进、出口处各设有一台牵引机，在牵引机之间的上下各设有一个导向辊；在进口牵引机与出口牵引机之间、进口牵引机与上导向辊之间、进口牵引机与下导向辊之间、出口牵引机与上导向辊之间、出口牵引机与下导向辊之间，均设有带材清洗喷嘴；所述干燥机(9)的内部设有热风循环装置，干燥后的热风经管道送到清洗机(8)的内部或经管道外排；所述干燥机(9)的进、出口处各设有一对上下排列的导辊，导辊辊缝为I 50mm ;在进、出口导辊之间，设有三重排列的三个以上的导辊，它们之间垂直排列或错落排列，各导辊之间的垂直辊缝为I 50mm。本发明提供了一种生产金属复合带材的工艺方法及用于该方法的设备，该方法在实现复合金属之间冶金结合，满足结合强度的前提下，较现有金属复合方法更加简单、经济和高效，并且，它能够一次性复合出多层 、多种类金属的复合带材。使用本方法及设备显著提高了金属复合带材的:产量、尺寸精度、机械性能，同时扩大了产品范围。
附图1是本发明固-液相金属铸轧复合生产线示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步的介绍。实施例1固态金属是20号碳素钢单层卷材，厚度0.75 1.6mm,宽度800 1200mm，液态金属(复合层)是3003招合金,复合后的产品厚度1.25 4.0mm。将消除内应力且表面去除氧化膜和污溃的钢卷，放置在铸轧机上方的开卷机组的放料架上，上卷，启动I号开卷机，使钢带以I 8m/min的速度依次穿过:2号牵引机-切头剪(切掉带头)_接头机-清洗机-进口牵引机-下导向辊-出口牵引机(用50°C 60°C水温，0.2 0.SMpa水压的弱碱性水溶液清洗钢带)-干燥机(150°C 400°C的干燥热风烘干钢带)_3号牵引机-带材长度和张力调节装置-供料嘴的2号导向辊(12a2)，最终穿入静止的铸轧机辊缝。预热供料嘴，使其内腔温度达到280°C 580°C之间。张紧带材，调整辊缝至设定的复合带材的厚度值，将2号导向辊和铸轧机出口处的夹持辊通入蒸汽，并上、下调整，使带材处在满足复合带材要求的辊缝位置上。将铝合金熔体注入供料嘴，启动铸轧机，使轧辊初始线速度保持在0.6 2.0m/min的范围内，当铸轧区前沿的铝合金熔体逐渐由液态变成固态时，将铸轧机轧辊线速度由初始速度逐渐提升至2.5 15m/min(其最高速度应满足铝液与钢带的浸润时间> I秒)，将2号导向辊和夹持辊的蒸汽切换到冷却水的位置。铝合金熔体在半固态和固态的情况下，复合压力在40 130Mpa之间，与钢带共同轧制，固化附着于钢带上，形成二种金属的冶金结合，而连续生产出预定厚度的铝/钢/铝金属复合带材，切头并卷成卷材。为了进一步提高铝/钢/铝复合带材的性能和结合强度，复合带材可继续通过铸轧机出口侧的保温加热装置，将复合带材的温度保持或上升至280°C 620°C之间，再进行热连轧，切头并卷成卷材。当I号开卷机上的钢卷将要复合完时，将机列速度降至初始速度，启动2号开卷机，使其钢带以I 8m/min的速度依次穿过:1号牵引机_2号牵引机-切头剪(切掉带头)_接头机(与剪齐后的I号钢卷的带尾焊合)。重复上述工艺过程，将机列速度逐渐提升至正常生产速度，从而实现铝/钢/铝复合带材的连续化生产。实施例2固态金属是T2铜双层卷材,厚度0.1 0.8mm,宽度800 1200mm,液态金属(复合层)是I X X X系招合金,复合后的产品厚度0.4 6.5mm。将消除内应力且表面去除氧化膜和污溃的双层铜卷，放置在铸轧机上方的开卷机组的放料架上，上卷，启动I号开卷机，使铜带以I 8m/min的速度依次穿过:2号牵引机-切头剪(切掉带头)-接头机-清洗机-进口牵引机(分开铜带)-上、下导向辊-出口牵引机(用50°C 60°C水温，0.2 0.SMpa水压的弱碱性水溶液清洗铜带)-干燥机(分开铜带)-进口上、下导辊-中间上、下导辊-出口上、下导辊(150°C 400°C的干燥热风烘干铜带)_3号牵引机-带材长度和张力调节装置。一条铜带经供料嘴的I号导向辊(12al)，穿入静止的铸轧机辊缝，另一条铜带直接包覆在上铸轧辊的表面上。预热供料嘴，使其内腔温度达到280°C 580°C之间。将与复合铝层厚度相对应的引锭板，由夹持辊的出口侧辊缝，插入铸轧机的出口辊缝中，张紧带材，调整辊缝至设定的复合带材的厚度值，将 I号导向辊和夹持辊通入蒸汽，并上、下调整，使铜带处在满足复合带材要求的辊缝位置上。将铝合金熔体注入供料嘴，启动铸轧机，使轧辊初始线速度保持在
0.6 2.0m/min的范围内，当铸轧区前沿的铝合金熔体逐渐由液态变成固态时，抽出引锭板，并将铸轧机轧辊线速度由初始速度逐渐提升至2.5 15m/min (其最高速度应满足铝液与铜带的浸润时间> I秒)，将I号导向辊和夹持辊的蒸汽切换到冷却水的位置。铝合金熔体在半固态和固态的情况下，复合压力在50 160Mpa之间，与铜带共同轧制，固化附着于铜带上，形成二种金属的冶金结合，而连续生产出预定厚度的铜/铝/铜金属复合带材，切头并卷成卷材。为了进一步提高铜/铝/铜复合带材的性能和结合强度，复合带材可继续通过铸轧机出口侧的保温加热装置，将复合带材的温度保持或上升至280°C 620°C之间，再进行热连轧，切头并卷成卷材。当I号开卷机上的铜卷将要复合完时，将机列速度降至初始速度，启动2号开卷机，使其铜带以I 8m/min的速度依次穿过:1号牵引机_2号牵引机-切头剪(切掉带头)-接头机(分开铜带，分别与剪齐后的I号铜卷的两条带尾焊合)。重复上述工艺过程，将机列速度逐渐提升至正常生产速度，从而实现铜/铝/铜复合带材的连续化生产。实施例3固态金属是304不锈钢/T2铜/304不锈钢三层卷材，304不锈钢厚度0.1
0.6謹，宽度800 1200mm，T2铜厚度0.2 0.6謹，宽度800 1200mm，液态金属(复合层)是I X X X系招合金,复合后的产品厚度0.6 5.5mm。将消除内应力且表面去除氧化膜和污溃的不锈钢/铜/不锈钢三层卷材，放置在铸轧机上方的开卷机组的放料架上，上卷，启动I号开卷机，使三层卷带以I 8m/min的速度依次穿过:2号牵引机-切头剪(切掉带头)-接头机-清洗机-进口牵引机(分开上、下不锈钢带，并分别穿过上、下导向棍；铜带直接穿过清洗机)-出口牵引机(用50°C 60°C水温，0.2 0.SMpa水压的弱碱性水溶液清洗不锈钢带及铜带)_干燥机(分开上、下不锈钢带，并分别穿过:进口上、下导辊-中间上、下导辊-出口上、下导辊；铜带直接穿过干燥机。150°C 400°C的干燥热风烘干不锈钢带及铜带)_3号牵引机-带材长度和张力调节装置。一条不锈钢带经供料嘴的I号导向辊(12al)，穿入静止的铸轧机辊缝，另一条不锈钢带直接包覆在上铸轧辊的表面上，铜带经供料嘴的2号导向辊(12a2)，穿入静止的铸轧机辊缝。预热供料嘴，使其内腔温度达到280°C 580°C之间。将与复合铝层厚度相对应的两个引锭板，由夹持辊出口侧辊缝中铜带的上、下面，插入铸轧机的出口辊缝中，张紧三条带材，调整辊缝至设定的复合带材的厚度值，将1、2号导向辊和夹持辊通入蒸汽，并上、下调整，使两条不锈钢带和一条铜带分别处在满足复合带材要求的辊缝位置上。将铝合金熔体注入供料嘴，启动铸轧机，使轧辊初始线速度保持在0.6 2.0m/min的范围内，当铸轧区前沿的铝合金熔体逐渐由液态变成固态时，抽出引锭板，并将铸轧机轧辊线速度由初始速度逐渐提升至2.5 15m/min(其最高速度应满足铝液与不锈钢带和铜带的浸润时间> I秒)，将1、2号导向辊和夹持辊的蒸汽切换到冷却水的位置。铝合金熔体在半固态和固态的情况下，复合压力在50 ISOMpa之间，与不锈钢带及铜带共同轧制，固化附着于与之接触的不锈钢带上或铜带上，分别形成二种金属的冶金结合，而连续生产出预定厚度的不锈钢/铝/铜/铝/不锈钢金属复合带材，切头并卷成卷材。为了进一步提高不锈钢/铝/铜/铝/不锈钢复合带材的性能和结合强度，复合带材可继续通过铸轧机出口侧 的保温加热装置，将复合带材的温度保持或上升至280°C 620°C之间，再进行热连轧，切头并卷成卷材。当I号开卷机上的不锈钢/铜/不锈钢三层卷材将要复合完时，将机列速度降至初始速度，启动2号开卷机,使不锈钢/铜/不锈钢三层卷带以I 8m/min的速度依次穿过:1号牵引机-2号牵引机-切头剪(切掉带头)-接头机(分开不锈钢带，分别与剪齐后的I号卷材的两条不锈钢带和一条铜带的带尾焊合)。重复上述工艺过程，将机列速度逐渐提升至正常生产速度，从而实现不锈钢/铝/铜/铝/不锈钢复合带材的连续化生产。本发明的核心是:在板带铸轧工艺的基础上，采用开放式供料嘴，将经过预处理的一层和一种以上的金属带材，同时经过供料嘴中的金属熔体浸润后穿入铸轧机辊缝。并且，铸轧辊将铸轧区内的金属熔体冷却到半固态和固态的情况下，与金属带材共同轧制，使金属熔体固化附着于金属带材上，形成二种或多种金属的冶金结合，而一次性连续生产出预定厚度的新型金属复合带材。与现有金属带材复合技术相比，本发明具有以下优点:(a)充分发挥了铸轧工艺:设备投资少、生产成本低及能源消耗低的特点；(b)由于固态金属带材在金属熔体中的浸润时间、浸润温度及复合压力可以设计和控制，有效的保证了界面结构达到最佳效果；
(c)可更加简单、连续而高效的一次性复合出多层、多种类不同厚度的金属复合带材；(d)固-液相金属铸轧复合方法为液态金属提供了一个快速冷却的铸轧区，因此，液态金属结晶速度快，晶粒小，不易产生金属偏析，显著提高了金属复合带材的产品质量和机械性能；(e)铸轧复合后的金属带材，在利用其余热的情况下，还可通过保温加热装置将带材的温度保持或提升至液态金属的再结晶温度及液相线温度之间，再进行热连轧，进一步提高金属复合带材的性能、结合强度和尺寸精度；(f)固态金属带材在生产线以外进行预处理，进一步提高了生产效率、生产的灵活性，并降 低生产成本。
权利要求
1.一种固-液相金属铸轧复合方法，内容为将金属带材穿入铸轧机辊缝，注入金属熔体，并与金属带材共同轧制，连续生产出预定厚度的金属复合带材、切头并卷成卷材，其特征是将金属带材经供料嘴穿入静止的铸轧机辊缝，预热供料嘴，使其内腔温度达到金属熔体液相线温度的40% 120%之间，张紧带材，调整辊缝至设定的复合带材的厚度值，将金属熔体注入供料嘴，启动铸轧机，使轧辊初始线速度保持在O. 6 2. Om/min的范围内，当铸轧区前沿的金属熔体逐渐由液态变成固态时，将铸轧机轧辊线速度由初始速度逐渐提升至2.5 15m/min,金属熔体在半固态和固态的情况下与金属带材共同轧制，固化附着于金属带材上，而连续生产出预定厚度的金属复合带材、切头并卷成卷材。
2.权利要求I的固-液相金属铸轧复合方法，其特征是所述金属带材是消除内应力的，并且，表面是去除氧化膜和污溃的；所述金属熔体的温度低于金属带材的液相线温度，金属带材在金属熔体中的浸润时间为I 300秒，复合压力< 180Mpa，经铸轧机复合后的金属复合带材，进一步经过热连轧。
3.权利要求I或2的固-液相金属铸轧复合方法，其特征是所述方法中金属带材的数量是一条以上，它们是同种金属或不同种金属。
4.权利要求1、2或3中任一权利要求的固-液相金属铸轧复合方法，其特征是所述方法中金属带材的数量是一条以上，所述金属带材是金属网格，它们是同种金属或不同种金属。
5.权利要求1、2或3中任一权利要求的固-液相金属铸轧复合方法，其特征是金属带材在辊缝之间的位置能够调节；金属带材紧贴上辊，或紧贴下辊，或处在辊缝之间，或具备其中的两种情形，或同时具备这三种情形。
6.一种固-液相金属铸轧复合设备，主要包括供料嘴、铸轧机、剪切机、卷取机，其特征是 (a)所述设备中的上方包括依次排列的开卷机组、I号牵引机、2号牵引机、切头剪、接头机、清洗机、干燥机、3号牵引机、带材长度和张力调节装置； (b)所述设备中供料嘴是开放式的，供料嘴带有导向辊； (c)所述设备中铸轧机是双辊直立式的，或者是双辊倾斜式的，或者是异径双辊式的，或者是三棍式的； (d)所述设备中铸轧机的出口处，设有一对与机架相连，整体位置能上下调节的夹持辊； (e)所述设备中铸轧机的出口侧，设有保温加热装置； (f)所述设备中保温加热装置的出口侧，设有热轧机。
7.权利要求6的固-液相金属铸轧复合设备，其特征是所述开卷机组是单开卷机或者是双开卷机，与开卷机相邻，并列设置有放料架。
8.权利要求6的固-液相金属铸轧复合设备，其特征是所述接头机是焊接机，它有一个以上的焊接头。
9.权利要求6的固-液相金属铸轧复合设备，其特征是所述清洗机的进、出口处各设有一台牵引机，在牵引机之间的上下各设有一个导向辊；在进口牵引机与出口牵引机之间、进口牵引机与上导向辊之间、进口牵引机与下导向辊之间、出口牵引机与上导向辊之间、出口牵引机与下导向辊之间，均设有带材清洗喷嘴。
10.权利要求6的固-液相金属铸轧复合设备，其特征是所述干燥机内部设有热风循环装置，干燥后的热风经管道送到清洗机内部或经管道外排。
11.权利要求6或10的固-液相金属铸轧复合设备，其特征是所述干燥机进、出口处各设有一对上下排列的导辊，导辊辊缝为I 50mm ;在进出口导辊之间，设有三重排列的三个以上的导辊，它们之间垂直排列或错落排列，各导辊之间的垂直辊缝为I 50mm。
12.权利要求6的固-液相金属铸轧复合设备，其特征是所述设备中供料嘴是开放式的，供料嘴带有一个以上前后排列的导向辊；所述导向辊是中空的，导向辊具有蒸汽和冷却水切换机构。
13.权利要求6或12的固-液相金属铸轧复合设备，其特征是；所述导向辊是中空的，导向辊具有蒸汽和冷却水切换机构，导向辊具有位置调节机构。
14.权利要求6的固-液相金属铸轧复合设备，其特征是所述设备中铸轧机的出口处，设有一对与机架相连，整体位置能上下调节的夹持辊，夹持辊上辊单独开合或下辊单独开合；所述夹持辊是中空的，夹持辊具有蒸汽和冷却水切换机构，并带有驱动装置。
全文摘要
固-液相金属铸轧复合方法及设备，本发明提供一种由液态金属将多层和多种金属板材，一次性连续生产出新型金属复合带材的方法及设备；它是在板带铸轧工艺的基础上，采用开放式供料嘴，将经过预处理的多层金属带材，经供料嘴中的金属熔体浸润后穿入铸轧机辊缝，与铸轧区内冷却到半固态和固态的金属熔体共同轧制，使金属熔体固化附着于金属带材上，形成二种或多种金属的冶金结合，而生产出预定厚度的金属复合带材，其优点是投资少、生产成本低、能耗低、产品性能好，产品范围广；该方法的设备是开卷机组-1、2号牵引机-切头剪-接头机-清洗机-干燥机-3号牵引机-带材长度和张力调节装置-铸轧机-(保温加热装置-热连轧)-剪切机-卷取机生产线。
文档编号B22D19/16GK103252369SQ201210038320
公开日2013年8月21日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者秋海滨 申请人:秋海滨