一种金属薄板近终形成形装置及其成形方法
【专利摘要】本发明提出一种金属薄板近终形成形装置及其成形方法，属于金属薄板的生产【技术领域】。本发明提出的金属薄板近终形成形装置，具有一对倾斜布置、内部水冷、反向旋转的铸轧辊，下铸轧辊一侧设置熔融金属布流装置。采用上述装置进行金属薄板近终形成形时，由布流装置将熔融金属均匀平铺在下铸轧辊辊面上，随后熔融金属在上下铸轧辊之间形成熔池、进而完成熔融金属的凝固与轧制，实现金属薄板的近终形成形。本发明提出的金属薄板近终形成形技术，可以扩大金属薄板近终形成形的应用范围，提高金属薄板的近终形成形程度。
【专利说明】一种金属薄板近终形成形装置及其成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种金属薄板近终形成形方法，属于金属薄板的生产【技术领域】。
[0002]
【背景技术】
[0003]常规材料加工工艺的短流程化和高效化，是金属材料加工技术的发展方向。打破传统的材料成形与加工模式，缩短生产工艺流程，简化工艺环节，实现近终形、短流程的连续化生产，可以大大提高生产效率。
[0004]众所周知，早期的金属薄板生产过程中，铸锭和轧制是两个独立的工序。金属薄板的连续和近终形成形，一直是人们追求的目标。
[0005]最早提出金属薄板近终形成形概念的是转炉炼钢
【发明者】贝塞麦，他在1846年提出，将熔融金属从上方注入一对反向旋转的水冷辊之间，实现熔融金属的凝固与轧制。由于问题的复杂性和技术条件限制，贝塞麦的设想在当时未能实现。经过多年探索和研究，目前，金属薄板的近终形成形已经在铝、镁合金薄板和薄钢板的生产领域实现了工业化。
[0006]众所周知，铝合金双辊铸轧技术是通过供料嘴将铝液从侧面送入一对垂直布置(或略有倾斜，15° )、反向旋转的水冷辊之间，铝液在双辊之间完成凝固与轧制。轧制可以抑制中心偏析，减少后续冷轧的工作量。由于铝液与冷却辊的接触距离比较短，铸轧速度速度受到限制，通常为lm/min左右，铝合金薄板的品种也受到限制(通常可铸轧铝合金的固液两相区温度范围小于50°C)。
[0007]人们一直致力于提高铝合金铸轧速度，扩大可铸轧铝合金的品种范围。例如，参考文献I提出一种铝合金板带 连续铸轧生产设备，可实现厚度为1.5-6mm铝热带连续铸轧，铸轧速度为2-14m/min。从提高生产效率的角度看，期望能进一步提高铸轧速度。
[0008]铝合金双辊铸轧也可以用于镁合金薄板的生产。参考文献2提出一种镁合金薄带材超高速连铸机，虽然其成形速度可达20-100m/min，但是其成形压力比传统双辊铸轧的铸轧力小100倍左右，显然不能实现轧制变形，影响了其近终形成形程度。
[0009]众所周知，钢铁生产领域的双辊薄带连铸技术，其速度大于铝合金双辊铸轧速度，它是将钢水由上方注入一对反向旋转的铸轧辊与固定侧封板之间形成熔池，钢水与铸轧辊接触后逐渐凝固，在辊缝出口处压合成带坯。钢水从上方注入熔池后，其流动不够均匀，导致凝固不够均匀，容易出现表面质量问题。为了防止出现表面裂纹，双辊薄带连铸不允许有轧制变形，影响了其近终形成形程度。为了提高尺寸精度和改善组织性能，只能设置在线轧机进一步进行轧制变形(例如参考文献3)。
[0010]本
【发明者】提出一种新型金属薄板近终形成形技术，它能进一步提高金属薄板的近终形成形程度。
[0011]参考文献I:CN 1133512C 2004.1.7 参考文献 2:CN 1325197C 2007.7.11
参考文献 3:CN 1046446C 1999.11.
【发明内容】
[0012]分析上述【背景技术】，本发明通过试验发现，金属薄板近终形成形技术的近终形成形程度，主要与两个因素有关，一是熔融金属与铸轧辊的接触时间，它与铸轧辊的速度及接触长度有关，二是熔融金属在铸轧辊辊面上的均匀凝固程度，它取决于熔融金属在熔池内的均匀流动程度。
[0013]通过试验进一步发现,将熔融金属以一定的速度均勻平铺在一个快速(60m/min左右)旋转的冷却辊辊面上，可以实现熔融金属与冷却辊辊面的较长时间接触及其在冷却辊辊面上的均匀流动，制备毫米级厚度的金属薄板。但是其上表面为自由凝固，表面不平整，当然也没有轧制变形。
[0014]进一步地，可以该冷却辊侧上方再设置一个冷却辊，将熔融金属平铺在旋转的下冷却辊辊面上、使之随着该冷却辊的旋转而被预冷，经过一定的时间之后，在两个冷却辊辊面之间形成熔池，由两个冷却辊共同完成熔融金属的凝固与轧制变形，此时的冷却辊即为铸轧辊。
[0015]进一步地，调整冷却辊速度和辊缝等参数，可以调整金属薄板的厚度、调整轧制变形量。
[0016]进一步地，调整熔融金属与下冷却辊辊面的接触时间，可以适应不同两相区温度范围的金属(合金)的成形。
[0017]根据上述研究结果提出本发明，上述参数的设置在本发明中具有重要意义。
[0018]图1和图2为本发明提出的金属薄板近终形成形装置。如图1和图2所示，该装置具有一对倾斜布置的铸轧辊，包括下铸轧辊I和上铸轧辊2，两铸轧辊轴线平行，轴心连线与垂直方向呈一定角度β，该角度可在30-80°范围内调整，铸轧辊内部通水冷却。下铸轧辊I的半径Rl为lOO-lOOOmm，上铸轧辊2的半径R2为下铸轧辊直径Rl的0.2-1倍。下铸轧辊I的辊面宽度BI为100-3000mm，上铸轧辊2的辊面宽度B2比下铸轧辊I辊面宽度BI小0.2-2mm。下铸轧辊两端具有凸缘3，其高度为5_50mm，其宽度为10-100mm。下铸轧辊I的辊面线速度V1为2-200m/min，上铸轧辊2的辊面线速度V2为下铸轧辊I辊面线速度V1的0.5-1.5倍。两铸轧辊的辊缝可以在0.1-10 mm范围内调整。
[0019]如图1所示，在下铸轧辊一侧，设置熔融金属布流装置4，该装置采用双层结构，内层由耐火材料制成，外层为钢板焊接，采用该装置可以将熔融金属均匀平铺在下铸轧辊的上表面。
[0020]铸轧辊1，2采用合金钢或铜合金，其固定、调整、内部水冷、驱动及调速皆采用已知技术。
[0021]采用本发明提出的金属薄板近终形成形装置进行金属薄板近终形成形时，首先对金属进行熔炼，然后启动并调整金属薄板近终形成形装置，将熔融金属5注入布流装置4，熔融金属的过热度为10-70°C。熔融金属5经布流装置4均匀平铺在下铸轧辊I的上表面，随着下铸轧辊I的转动，熔融金属在下铸轧辊I和上铸轧辊2之间形成熔池6。在下铸轧辊I和上铸轧辊2的共同作用下、完成熔融金属的凝固并随即对其轧制，得到金属薄板7。薄板的轧制变形量为5-50%。薄板的厚度为0.5-10mm。上述成形过程的控制采用已知控制技术。[0022]采用本发明提出的上述金属薄板成形装置和方法制备的金属薄板，其厚度为
0.5-10mm，宽度为100-3000mm，固液两相区宽度为1-100°C，材质包括碳钢、不锈钢、硅钢及其它钢铁、以及铝合金、镁合金、铜合金及其它有色金属。
[0023]
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明提出的金属薄板近终形成形装置；
附图标记说明:
1——下铸轧辊；
2——上铸轧辊；
3——下铸轧辊凸缘；
4——熔融金属布流装置；
5-熔融金属；
6——熔池；
7——成形后的金属薄板。
[0025]图2为图1的A向视图。
[0026]
【具体实施方式】
[0027][实施方式I]
2024铝合金(铝铜合金)薄板的近终形成形采用常规双辊铸轧方法不能生产2024铝合金。
[0028]首先根据合金成分进行配料，在熔炼炉中将准备好的铝锭、中间合金熔化后，熔融铝液通过扒渣、搅拌，导入静置炉，熔融铝液在静置炉中进行静置、精炼。
[0029]调整布流装置，启动并调整金属薄带近终形成形装置。
[0030]将精炼后的铝合金熔液从流口导入流槽，再进入净化处理装置。铝合金熔液从净化处理装置流出后，进入布流装置。
[0031]铝合金熔液经过布流装置均匀进入金属薄板近终形成形装置，浇注温度为680°C，金属薄带近终形成形装置采用钢制铸轧辊，下铸轧辊半径为300mm，宽度为2000mm，凸缘高度为40mm、凸缘宽度为40mm，上铸轧辊半径为150mm，宽度为1999mm。调整铸轧辊倾角及其它工艺参数实现稳定成形过程，稳定成形阶段上下铸轧辊辊面线速度均为60m/min。轧制变形量为30-40%，2024铝合金薄板厚度为2mm，宽度为2000mm。
[0032]最后将近终形成形的2024铝合金薄板卷曲成卷。
[0033][实施方式2]
SUS304不锈钢薄板的近终形成形采用转炉或电炉熔炼钢水，然后进行真空处理，将真空处理后的钢水注入钢水包。
[0034]调整布流装置，启动并调整金属薄带近终形成形装置。
[0035]将钢水包运至钢包回转台，开启钢包水口将钢水注入中间包，至设定钢水高度后，开启中间包水口，将钢水导入布流装置。[0036]钢水经过布流装置均匀进入金属薄板近终形成形装置，浇注温度为1480°C，金属薄带近终形成形装置采用钢制铸轧辊，下铸轧辊半径为500_，宽度为1300_，凸缘高度为50mm、凸缘宽度为50mm，上铸轧辊半径为250mm，宽度为1299 mm。调整铸轧辊倾角及其它工艺参数实现稳定成形过程，稳定成形阶段上下铸轧辊辊面线速度均为60m/min。轧制变形量为20-30%，SUS304不锈钢薄板厚度为5 mm,宽度为1300mm。
[0037]最后将近终形成形的SUS304不锈钢薄板卷曲成卷。
[0038][实施方式3]
6.5%Si硅钢薄板的近终形成形采用转炉或电炉熔炼钢水，然后进行真空处理，将真空处理后的钢水注入钢水包。
[0039]调整布流装置，启动并调整金属薄带近终形成形装置。
[0040]将钢水包运至钢包回转台，开启钢包水口将钢水注入中间包，至设定钢水高度后，开启中间包水口，将钢水导入布流装置。
[0041]钢水经过布流装置均匀进入金属薄板近终形成形装置，浇注温度为1470°C，金属薄带近终形成形装置采用钢制铸轧辊，下铸轧辊半径为400_，宽度为1500_，凸缘高度为40mm、凸缘宽度为40mm，上铸轧辊半径为200mm，宽度为1499 mm。调整铸轧辊倾角及其它工艺参数实现稳定成形过程，稳定成形阶段下铸轧辊辊面线速度为60m/min，上铸轧辊辊面线速度为70m/min。轧制变形量为20_30%，6.5%Si硅钢薄板厚度为1.5 mm,宽度为1500mm。
[0042]最后将近终形成形的6.5%Si硅钢薄板卷曲成卷。
[0043]在实施方式I中，采用本发明实现了不能采用已有铝合金铸轧方法生产的2024铝合金薄板的近终形成形，而且其成形速度高于已有铝合金铸轧的速度。
[0044]在实施方式2中，采用本发明同时实现了 SUS304不锈钢薄板的凝固与轧制，而采用已有双辊薄带连铸方法不能实现轧制变形。
[0045]在实施方式3中，采用本发明同时实现了 6.5%硅钢薄板的凝固与轧制，并且可以实现异步轧制。而采用已有双辊薄带连铸方法不能实现轧制变形。
[0046]由实施方式1-实施方式3可以看出，与已有金属薄板近终形成形技术相比，本发明提出的金属薄板近终形成形技术，可以扩大金属薄板近终形成形的应用范围，提高金属薄板的近终形成形程度。
【权利要求】
1.一种金属薄板近终形成形装置，其特征在于，该成形装置包括一对倾斜布置的铸轧辊，分别为上铸轧辊和下铸轧辊，两铸轧辊轴线平行，轴心连线与垂直方向呈一定角度，所述铸轧辊内部通水冷却。
2.根据权利要求1所述的金属薄板近终形成形装置，其特征在于，所述下铸轧辊一侧设置熔融金属布流装置，该装置采用双层结构，内层由耐火材料制成，外层为钢板焊接，采用该布流装置将熔融金属均匀平铺在下铸轧辊的上表面。
3.根据权利要求1所述的金属薄板近终形成形装置，其特征在于，所述角度可在20-80°范围内调整。
4.根据权利要求1所述的金属薄板近终形成形装置，所述下铸轧辊半径为lOO-lOOOmm，上铸轧辊直径为下铸轧辊直径0.2-1倍。
5.根据权利要求1所述的金属薄板近终形成形装置，其特征在于，所述下铸轧辊的辊面宽度为100-3000mm，上铸轧辊的辊面宽度比下铸轧辊的辊面宽度小0.2_2mm。
6.根据权利要求1所述的金属薄板近终形成形装置，其特征在于，所述下铸轧辊两端具有凸缘，凸缘高度为5-50 mm，凸缘宽度为10-100mm。
7.根据权利要求1所述的金属薄板近终形成形装置，其特征在于，所述下铸轧辊的辊面线速度为2-200mm/min，上铸轧辊的辊面线速度为下铸轧辊辊面线速度的0.1-2倍。
8.根据权利要求1所述的金属薄板近终形成形装置，其特征在于，两铸轧辊的辊缝可以在0.1-1Omm范围内调整。
9.一种金属薄板近终形成形方法，所述方法采用权利要求1-8之一所述的金属薄板近终形成形装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤: O启动并调整金属带材近终形成形装置； 2)采用布流装置将熔融金属均匀平铺在下铸轧辊的上表面，其中熔融金属与下铸轧辊接触时的水平线速度为下铸轧辊辊面速度的0.5-15倍； 3)随着下铸轧辊的转动，熔融金属在下铸轧辊和上铸轧辊之间形成熔池； 4)在下铸轧辊和上铸轧辊的共同作用下，完成熔融金属的凝固并随即对其轧制，得到金属薄板。
10.根据权利要求9所述的金属薄板近终形成形方法，其特征在于，步骤4)中的轧制变形量为5-50%。
11.一种近终形成形的金属薄板，其特征在于，所述金属薄板采用权利要求9所述的方法制备，其厚度为0.5-10mm，宽度为10(T3000mm，固液两相区温度范围为1?10(TC，材质包括碳钢、不锈钢、硅钢及其它钢铁、以及铝合金、镁合金、铜合金及其它有色金属。
【文档编号】B22D11/06GK103464702SQ201310436252
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】周成, 谢建新, 王德, 徐国进, 方永, 罗登超, 罗俊杰, 姚舜, 张志豪, 付华栋 申请人:北京科技大学