铝合金/镁合金用可变缝隙式浇包系统及制备方法与流程

本发明涉及轻金属合金制备技术领域，具体涉及一种铝合金/镁合金用可变缝隙式浇包系统及制备方法。

背景技术：

快速凝固是一种新型的金属材料制备技术,不仅可以大幅度提高传统结构材料的性能,还可以开发出新合金体系,已广泛用于新合金材料的研制中。但目前，快速凝固甩带的技术在结构材料上的运用还无法实现大规模的产业化，其原因是：

①目前甩带装置中所用的喷嘴装置，其原理是合金液通过孔隙大概1-3毫米的喷嘴装置喷到急冷辊圆周面，快速冷却成带状产物，但这样所产出的细带无法满足实际产业下合金带材的快速大量生产，材料的收得率低、温度不容易控制。

②一般的金属甩带炉过程复杂，效率低，时间长。现有的金属甩带炉在生产时，先给坩埚加料后抽真空，在真空状态下将金属熔化，然后将熔化的合金液倒入浇口，熔液通过浇口达到急冷辊。由于急冷辊甩出到冷却盘内进行冷却，冷却至规定温度后，最后开炉取料，然后再给坩埚加料进入下一炉熔炼。该方案是金属甩带炉完成一个熔炼过程需加料、抽真空或加入保护气、加热熔化、甩带和冷却，之后再重复这样的一个过程，这样使得坩埚及浇口从加热到冷却的温度差非常大，而且需频繁变化。因此这种金属甩带炉的坩埚及浇口使用寿命很短。整体工作效率比较低，普通规模的金属甩带炉通常一炉需要6个小时左右，不适于大批量生产的要求。

同样地，在制备铝合金、镁合金板材时，也面临着耗时长、产量少、可控性差、无法连续化生产的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铝合金/镁合金用可变缝隙式浇包系统及制备方法，以解决现有铝合金、镁合金带材、板材制备工艺生产装置结构复杂、生产效率低、可控性差、无法大规模连续化生产的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种铝合金/镁合金用可变缝隙式浇包系统，包括：熔炼炉、保温炉、浇包、急冷辊、温度控制装置和液面高度控制装置；熔炼炉、保温炉和浇包依次连通，浇包具有加热元件，浇包的底部设有可变缝隙式浇口，急冷辊设置在可变缝隙式浇口的下方；温度控制装置包括设置在浇包内的温度传感器以及设置在浇包外且分别与温度传感器和加热元件电连接的温度控制器；液面高度控制装置包括设置在浇包内的液面高度传感器、设置在保温炉和浇包之间的自动控制阀，液面高度传感器与自动控制阀电连接。

本发明通过设置保温炉将熔炼后的合金液进行交替收集，使得熔炼炉能够持续熔炼，同时本发明通过在浇包内设置温度控制装置和液面高度控制装置对合金液的温度以及流量控制，使得整个过程能够自动化连续进行，克服了现有生产工艺先熔炼再冷却的断续式生产方式，从而实现轻金属合金带材、板材的大规模生产，满足市场对结构材料的巨大需求量。

本发明的可变缝隙式浇口，其相较于现有的喷嘴，具有更大的浇注尺寸，满足宽幅急冷辊的要求，且可变缝隙式浇口的大小可调，能够对合金液流量进行调节，以满足不同生产需求。

本发明通过设置温度控制装置，利用温度控制装置的温度传感器实时检测浇包内合金液的温度，当实际温度与预定温度有偏差时，通过温度控制器控制加热元件加热，使合金液在浇注过程中始终保持稳定的温度，从而保证甩出带材、板材的品质稳定，降低材料损失率。

本发明通过设置液面高度控制装置，利用液面高度传感器实时检测浇包内合金液的液面高度，使得浇包内始终有足够的合金液和稳定的合金液压头(通过设置液压头调节合金液喷射压力)，从而保证质量可控的连续化生产。具体地，本发明通过设置液面高度传感器检测液面高度，当检测到的液面高度参数未达到检测高度时，自动控制阀开启，将保温炉中的合金液输送至浇包内，当液面高度达到检测高度时，自动控制阀关闭。

本发明所指的“合金液”又称为熔液，二者均为铝合金或镁合金的熔融液体。本发明所指的“液面高度传感器”又称之为液位传感器，用于检测合金液在浇包中的液位高度。本发明所指的“温度控制器”优选为数显智能温控仪，方便工作人员操作设定温度，可以选择的产品型号为rkcrexc100-c900温度控制器。本发明所指的“自动控制阀”又称之为自动调节阀，用于调节合金液流量，根据接收的信号来自动调节阀门的开启或关闭。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述可变缝隙式浇口为条状开口，浇包设有用于调节可变缝隙式浇口的开口大小的流量调节机构，流量调节机构包括与可变缝隙式浇口相匹配的闸门以及与闸门连接且驱动闸门运动的驱动组件。

本发明的可变缝隙式浇口通过流量调节机构调节其开口大小，从而控制合金液的流量大小，满足不同生产需求。此外，本发明通过在缝隙式浇口设置流量调节机构以对流量进行调节和控制，保证浇口喷射速率稳定，从而保证带材质量稳定。通过调节闸门对可变缝隙式浇口的遮挡面积的大小，来实现流量调节。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，沿可变缝隙式浇口的宽度方向间隔设置有多个档齿，相邻两个档齿间形成浇口缝隙，档齿与可移动的闸门对接，通过闸门的移动形成金属液流出的浇口。

本发明通过在可变缝隙式浇口的边缘设置档齿，将液布划分成多个液带，实现大批量带材的制备。本发明在缝隙式浇口内沿其宽度方向设置多个档齿，将缝隙式浇口划分成多个具有一定宽度的浇口缝隙，合金液通过浇口缝隙流出便可直接形成与浇口缝隙宽度相同的薄带，相比于整块“瀑布式”的带材更容易加工粉碎，从而简化合金粉末的加工步骤，同时带材冷却速度更高，质量更好。本发明的可变缝隙式浇口可以与急冷辊的宽度相当，从而实现大规模带材生产。在本发明的其他实施方式中，也可以不设置档齿，而制备板材。

前文所提及的缝隙式浇口和急冷辊的宽度，本领域技术人员可根据实际生产规模来确定，本发明不做具体限定。但应当清楚的是，缝隙式浇口的宽度明显大于现有喷嘴1-3mm的口径。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述驱动组件包括带齿的滑杆以及与滑杆配合的齿轮；滑杆的一端与闸门连接，滑杆带齿的另一端穿过浇包的侧壁与齿轮传动。带齿的滑杆与齿轮形成齿轮直线机构运动。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，浇包为夹层结构，浇包的上部设有与保温炉连接的熔液输送管，浇包顶部设有保护气输送管，熔液输送管上设有自动控制阀，浇包的夹层内设有加热元件。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述浇包的上部尺寸大于下部尺寸，可变缝隙式浇口为从上至下内径逐渐减小的缩口。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述急冷辊为单辊或双辊。

通过单辊制备带材、通过双辊制备板材。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述熔炼炉包括彼此独立的第一熔炼熔炼炉和第二熔炼熔炼炉，第一熔炼熔炼炉和第二熔炼熔炼炉的熔液出口分别与保温炉连通。

一种铝合金/镁合金带材、板材的制备方法，采用上述的铝合金/镁合金用可变缝隙式浇包系统进行制备，其包括以下步骤：

(1)将铝合金或镁合金在熔炼炉中熔炼成合金液然后交替输送至保温炉中保温；

(2)开启自动控制阀，将保温炉中的合金液输送至浇包中，直至注入的合金液达到液面高度传感器的检测高度，然后关闭自动控制阀；同时，根据温度传感器检测的温度参数并通过温度控制器控制加热元件的加热温度，使合金液保持在所需的保温温度下；

(3)启动急冷辊，之后开放可变缝隙式浇口，开始进行制备带材或板材，连续生产过程中，液面高度传感器检查液面高度，并反馈到的自动控制阀，开启或关闭的熔液输送管的液体输送。

温度传感器实时检测浇包中合金液的温度并将检测到的温度参数传输给温度控制器，温度控制器根据接收到的温度参数信号控制加热元件的加热温度，使合金液成分均匀、温度稳定。

合金液的液面高度通过液面高度传感器进行检测，液面高度传感器将检测到的液面高度参数传输给自动控制阀，自动控制阀根据接收到的液面高度参数信号控制开启或关闭，以保持浇包液面高度的相对稳定，联合熔炼炉与保温炉的交替互动，从而实现不间断、连续化生产。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述制备方法还包括：

(4)通过流量调节机构调节可变缝隙式浇口的浇口缝隙的大小。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用了一种可变缝隙式浇口来取代现有的喷嘴结构，解决了喷嘴所带来的局限性(产量少，效率低，无法应用于实际工业的规模化生产)，所采用的缝隙式浇口结构简单，缝隙式浇口还通过流量调节机构实现可调。

本发明通过液面高度传感器和自动控制阀，实现了浇包中合金液高度的稳定性，既能保证缝隙式浇口流出液体的压力的稳定性，也能保证合金液流量的稳定输送，从而能够应用于实际工业中大规模、连续化制备合金带材，大大提高了生产效率，节约了成本。

相比传统的快速凝固制备合金带材、板材时所存在的耗时长，产量少，无法连续化生产等问题，本发明能够实现合金液的熔炼、保温、制带或制板一体的不间断连续化生产，产出量高效，能够真正的运用于实际工业的规模化生产，且制备过程中合金液的温差和合金液压力可控可调，有效控制了合金液温度和合金液压力对合金液特性的影响，切实保证了合金板材和带材的质量。

附图说明

图1为本发明实施例1的可变缝隙式浇包系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1的可变缝隙式浇包系统的局部结构示意图；

图3为本发明实施例1的可变缝隙式浇包系统的流量调节机构的结构示意图；

图4为本发明实施例1的可变缝隙式浇包系统的流量调节机构关闭缝隙式浇口的状态图；

图5为本发明实施例1的可变缝隙式浇包系统的流量调节机构开启缝隙式浇口的状态图；

图6为本发明实施例2的可变缝隙式浇包系统的结构示意图。

图中：100-可变缝隙式浇包系统；10-熔炼炉；101-第一熔炼炉；102-第二熔炼炉；20-保温炉；30-浇包；301-熔液输送管；302-保护气输送管；303-可变缝隙式浇口；304-浇口缝隙；305-档齿；40-急冷辊；501-闸门；502-滑杆；503-齿轮；601-温度传感器；602-温度控制器；603-液面高度传感器；604-自动控制阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

请参照图1，本发明实施例的可变缝隙式浇包系统100，包括：熔炼炉10、保温炉20、浇包30、急冷辊40、温度控制装置和液面高度控制装置。熔炼炉10、保温炉20和浇包30依次连通。浇包30的底部设有可变缝隙式浇口303，急冷辊40设置在可变缝隙式浇口303的下方。本实施例中，急冷辊40为单辊。温度控制装置和液面高度控制装置设置在浇包30上，用以控制浇包30内合金液的温度以及液面高度。

请参照图1，熔炼炉10包括彼此独立的第一熔炼炉101和第二熔炼炉102，第一熔炼炉101和第二熔炼炉102的熔液出口分别与保温炉20连通。工作时，两个熔炼炉交替熔炼，保证合金液的持续输送。

请参照图1，保温炉20设置在熔炼炉10和浇包30之间，用于将熔炼后的合金液交替输入进行保温，使得输送至浇包30的合金液始终为熔炼合格的合金液，确保生产连续进行。

请参照图1，浇包30设置在保温炉20和急冷辊40之间。浇包30的上部设有与保温炉20连接的熔液输送管301，浇包30的顶部设有保护气输送管302，熔液输送管301上设有自动控制阀604。浇包30的底部设有可变缝隙式浇口303。浇包30为夹层结构，浇包30的夹层内设有加热元件(图未示)。加热元件用于对浇包30内的合金液进行加热，使得合金液保持在稳定的温度下。加热元件优选为电阻加热线圈(图未示)。浇包30的上部尺寸大于下部尺寸，可变缝隙式浇口303为从上至下内径逐渐减小的缩口，这种结构设计更有利于合金液流出。并且可变缝隙式浇口303为条状开口。在本实施例中，如图2所示，可变缝隙式浇口303用于制备带材，沿可变缝隙式浇口303的宽度方向间隔设置有多个档齿305，相邻两个档齿305间形成浇口缝隙304，档齿305与可移动的闸门501相交形成金属液流出的浇口。如图4所示，在本实施例中，浇包30沿其底部长度方向的两个侧壁限定出可变缝隙式浇口缝隙304的最大长度，浇包30的底壁缝隙304通常为半开口式。以图4所呈现的视角为例，左边侧壁与底部连接，右边侧壁与带缝隙的底壁连接，形成缝隙式开口。在本发明的其他实施例中，也可以不设置档齿，此时用于制备合金板材。

请参照图3至图4，浇包30还设有与可变缝隙式浇口303对应的流量调节机构，流量调节机构包括沿可变缝隙式浇口303的底部长度方向设置的闸门501以及与闸门501连接且驱动闸门501运动的驱动组件。在本实施例中，驱动组件包括分别沿档齿305长度方向设置的滑杆502和齿轮503。闸门501设置在档齿305上并且与档齿305紧密贴合；滑杆502的一端与闸门501连接，滑杆502带齿的另一端穿过浇包30的侧壁与齿轮503传动，形成齿轮直线机构运动。在具体实施时，通过齿轮503转动，传动滑杆502形成直线运动，带动闸门501移动，从而调节浇口缝隙304的长度，控制金属液流量和速度。齿轮503的转动可以借助动力设备，如电机、液压缸等，也可以人工手动操作，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整。图4为可变缝隙式浇口303完全关闭的状态，图5为可变缝隙式浇口303部分打开的状态，闸门501越往右移动，浇口缝隙304越大。图中所示仅为本发明的驱动组件的一种实施方式，在本发明的其他实施例中，驱动组件还可以直接是电机驱动，此时，通过电机驱动齿轮503的转动，传动滑杆502形成直线运动，带动闸门501移动来调节可变缝隙式浇口303的大小。本发明的驱动组件包括但不限于前述描述的两种实施方式，本领域技术人员可以进行调整、变形。

请参照图1，温度控制装置包括设置在浇包30内的温度传感器601以及设置在浇包30外且分别与温度传感器601和加热元件连接的温度控制器602。温度传感器601检测浇包30内合金液的温度，并将温度参数信号传输给温度控制器602，温度控制器602根据接收到的信号进行判断，当温度低于预设温度时，控制加热元件工作对合金液进行加热，直至达到预设值，加热元件停止工作。温度控制器602控制加热元件加热可以通过人为设定温度，也可以通过温度控制器602自动控制。液面高度控制装置包括设置在浇包30内的液面高度传感器603、设置在保温炉20和浇包30之间的自动控制阀604，液面高度传感器603与自动控制阀604电连接。本发明通过设置液面高度传感器603检测液面高度，当检测到的液面高度参数未达到检测高度时，自动控制阀604开启，将保温炉中的合金液输送至浇包30内，当液面高度达到检测高度时，自动控制阀604关闭。液面高度传感器603设置在浇包30中适宜的位置高度，通过检测液位压力，判断其所在高度，又称液位传感器。因此，本领域技术人员可以根据实际确定的浇包30的大小，将液面高度传感器603设置在能够保证合金液持续生产的高度位置，例如在浇包30高度1/2处。

实施例2

请参照图6，本发明实施例的可变缝隙式浇包系统100与实施例1基本相同，区别在于，本实施例的急冷辊40为双辊，其他相同部分，本实施例不在赘述。通过双辊制备合金板材。

如图6所示，两个平行设置的双辊40位于可变缝隙式浇口303的下方。两个辊体间隔设置，其间隔距离对应为板材的宽度。因此，可通过调节两个辊体之间距离来调节板材的厚度。两个辊体间隔的缝隙与可变缝隙式浇口303相对应。在图6所示的视角下，左边辊体顺时针转动，右边辊体逆时针转动。流经两个辊体之间的合金液被快速冷凝为合金板材。

在制备板材时，除了上述描述的双辊模式进行冷凝以外，还可以采用水冷铜结晶器。

实施例3

本发明实施例的轻金属合金带材的制备方法，采用本实施例的缝隙式轻金属合金甩带装置进行制备，其包括以下步骤：

(1)将轻金属合金在熔炼炉10中熔炼成合金液然后输送至保温炉20中保温，使合金液成分均匀、温度稳定。

(2)开启自动控制阀604，将保温炉20中的合金液输送至浇包30中，直至注入的合金液达到液面高度传感器603的检测高度，然后关闭自动控制阀604；同时，根据温度传感器601检测的温度参数并通过温度控制器602控制加热元件的加热温度，使合金液保持在所需的保温温度下。

合金液的液面高度通过液面高度传感器603进行检测，液面高度传感器603将检测到的液面高度信号传输给自动控制阀604，自动控制阀604根据接收到的信号开启或关闭。

温度传感器601实时检测浇包30中合金液的温度并将检测到的温度参数传输给温度控制器602，温度控制器602根据接收到的温度参数信号控制加热元件的加热温度。

(3)开放可变缝隙式浇口303并启动急冷辊40，进行甩带或铸板，带材或板材的生产，连续生产过程中，液面高度传感器603检查液面高度，并反馈到的自动控制阀604，开启或关闭的熔液输送管301的液体输送。

(4)通过流量调节机构调节可变缝隙式浇口303的浇口缝隙304的大小。

通过自动调整控制阀604的开启或关闭，保持浇包液面高度的相对稳定，联合熔炼炉与保温炉的交替互动，实现连续化生产。

综上所示，与传统合金甩带装置相比，本发明提供了一种缝隙式浇口来取代现有的喷嘴结构，解决了喷嘴所带来的局限性(产量少，效率低，根本无法应用于实际工业的规模化生产)，解决了现有甩带机喷嘴无法实现合金带材大制规模制备的问题。同时，还解决了传统合金甩带的产量少、耗时长，效率低，不利于在实际工业连续化生产的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。