一種雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置制造方法
【專利摘要】一種雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置，包括鑄嘴上板、鑄嘴下板、上鑄軋輥和下鑄軋輥，其中鑄嘴下板的頂面和前端面之間是一個弧面，該弧面與上鑄軋輥外表面的距離在1~5mm；弧面的上邊線與下邊線的直線距離在30~100mm；前端面與輥縫處的水平距離為30~100mm；弧面與上鑄軋輥之間的空間構成第一冷卻區(qū)，鑄嘴下板的前端面、兩個鑄軋輥、輥縫以及第一冷卻區(qū)出口之間的空間構成第二冷卻區(qū)。本發(fā)明的裝置在半固態(tài)化區(qū)利用鑄軋輥對熔體的冷卻作用來降低熔體的溫度，進行部分的形核過程，保證熔體順利進入凝變區(qū)；在凝變區(qū)內(nèi)快速凝固，縮短了鑄軋過程中從液態(tài)轉變成固態(tài)的時間，減少了由于鋁合金熔體凝固速度慢而引起的合金元素偏析問題，優(yōu)化細化了內(nèi)部組織。
【專利說明】一種雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于鑄軋設備【技術領域】，特別涉及一種雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置。
【背景技術】
[0002]進入新世紀，世界各國都在想方設法減少能源消耗和廢氣排放，尤其是在歐、美等發(fā)達國家，它們已經(jīng)發(fā)布了 2015年之前的國家油耗策略，并開始啟動2020年以后的油耗政策研究工作。由于鋁的密度只有鐵的1/3，有較好的深沖成型性和防腐性，鋁合金在交通運輸方面的用量逐年增加；2010年日本、歐洲、北美每臺汽車平均用量達到135Kg;除開發(fā)新能源汽車、制造高性能發(fā)動機外，以鋁替代鋼的汽車輕量化已成為汽車發(fā)展的必然趨勢。
[0003]高強鋁合金由于具有較高的強度、良好的耐蝕性、優(yōu)異的高溫塑性和質量輕等特點而廣泛用于汽車、高速列車、船舶和建筑行業(yè)等產(chǎn)品中，尤其在運輸設備輕量化方面，可大幅度節(jié)約能源，減少排放。隨著中國高速列車、汽車的高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設的推進，用于生產(chǎn)高速列車、地鐵和建筑用的高強鋁合金板材需求量將會迅速增加。
[0004]由于高強鋁合金合金元素含量高，其固液兩相線溫度區(qū)間大，合金流動性差，在鑄軋過程中容易產(chǎn)生嚴重的中心偏析。在我國高強鋁合金板材全部采用鑄造-熱軋法進行生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝復雜，流程長，生產(chǎn)設備投資大，生產(chǎn)成本高，能量消耗大。由于鋁合金的鑄軋技術在工藝和經(jīng)濟上都具有明顯的優(yōu)越性，是鋁合金板材最經(jīng)濟的生產(chǎn)方法，生產(chǎn)設備投資少，生產(chǎn)成本低，具有明顯的節(jié)能減排效應。但是，目前只能用于生產(chǎn)合金元素含量較低的鋁合金系列，而工業(yè)上大量應用的高強鋁合金還不能采用鑄軋方法生產(chǎn)，其技術瓶頸已成為鋁板帶行業(yè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有高強鋁合金在鑄軋技術上存在的上述問題，本發(fā)明提供一種雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置，通過在鑄嘴下板和上鑄軋輥之間設置冷卻區(qū)，利用鑄軋輥對熔體的冷卻作用來降低熔體的溫度，在縮短鑄軋時間的同時，減少了合金元素偏析問題，提高鑄軋板坯的內(nèi)
部質量。
[0006]本發(fā)明的雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置包括鑄嘴上板、鑄嘴下板、上鑄軋輥和下鑄軋輥，其中鑄嘴下板的頂面和前端面之間是一個弧面，該弧面與上鑄軋輥的外表面相對應，且該弧面與上鑄軋輥外表面的距離在f5mm;弧面的上邊線與下邊線平行，上邊線與下邊線的直線距離在3(Tl00mm ;鑄嘴下板的前端面與輥縫處的水平距離為3(Tl00mm ;弧面與上鑄軋輥之間的空間構成第一冷卻區(qū)，鑄嘴下板的前端面、兩個鑄軋輥、輥縫以及第一冷卻區(qū)出口之間的空間構成第二冷卻區(qū)。
[0007]上述裝置中的上鑄軋輥和下鑄軋輥之間的輥縫高度為6?20mm。
[0008]上述裝置中的上鑄軋輥和下鑄軋輥的直徑在86(Tl020mm。
[0009]本發(fā)明的雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置的使用方法為:
啟動鑄軋裝置，將溫度高于液相線4(T80°C的鋁合金熔體通過鑄嘴上板和鑄嘴下板之間的澆注通道進行澆注，鋁合金熔體經(jīng)過第一冷卻區(qū)后進入第二冷卻區(qū)，然后經(jīng)過輥縫被鑄軋輥鑄軋成鋁合金鑄軋板。
[0010]上述方法中，進行鑄軋時的鑄軋速度為1.0-2.5m/min。
[0011]本發(fā)明的裝置的鑄軋方法中，熔體的半固態(tài)化過程是依靠鑄軋輥本身的冷卻作用來實現(xiàn)，避免了半固態(tài)化過程熔體的氧化和夾雜的產(chǎn)生，實現(xiàn)了連續(xù)半固態(tài)化過程；本發(fā)明的裝置實現(xiàn)了連續(xù)半固態(tài)制漿和連續(xù)成形的有機結合，是真正意義上的半固態(tài)鑄軋技術；采用本發(fā)明的方法生產(chǎn)的鑄軋坯內(nèi)部組織具有明顯的半固態(tài)鑄軋?zhí)卣?，晶粒均勻細小，無鑄軋偏析。
[0012]本發(fā)明的鑄軋工藝流程的區(qū)別在于鑄軋嘴子結構和工藝參數(shù)的變化，在金屬熔體澆注溫度、鑄軋輥直徑、鑄軋輥縫不變的條件下，可以大幅度提高生產(chǎn)速度，提高產(chǎn)品質量，也可以用于生產(chǎn)比現(xiàn)有鑄軋工藝更厚的板材；現(xiàn)有鑄軋輥直徑為1000mm時，現(xiàn)有鑄軋技術可以比較穩(wěn)定生產(chǎn)8mm板材，但要生產(chǎn)iri5mm鑄軋坯幾乎不可能，即使能勉強生產(chǎn)，成材率也極低；而采用本發(fā)明的裝置進行鑄軋，在鑄軋輥直徑不變的條件下則可以穩(wěn)定生產(chǎn)厚度達到20mm的板材。
[0013]本發(fā)明的雙冷卻區(qū)鑄軋技術，即在半固態(tài)化區(qū)(第一冷卻區(qū))利用鑄軋輥對熔體的冷卻作用來降低熔體的溫度，使熔體溫度達到半固態(tài)溫度區(qū)間，進行部分的形核過程，同時依靠鑄軋輥的轉動對熔體的推擠作用以及熔體本身重力作用保證熔體順利進入凝變區(qū)(第二冷卻區(qū))；在凝變區(qū)內(nèi)，半固態(tài)金屬熔體在上下鑄軋輥的冷卻下快速凝固，縮短了鑄軋過程中從液態(tài)轉變成固態(tài)的時間，大大減少了由于鋁合金熔體凝固速度慢而引起的合金元素偏析問題，優(yōu)化細化 了內(nèi)部組織，提高了鑄軋板坯的內(nèi)部質量；本發(fā)明的裝置可鑄軋厚度在6~20mm的鑄軋坯，鑄軋速度比傳統(tǒng)鑄軋裝置可提高50%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例1的雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置剖面結構示意圖；
圖中，1、鑄嘴上板，2、鑄嘴下板，2-1、鑄嘴下板頂面，2-2、鑄嘴下板前端面，2-3、弧面，
3、上鑄軋輥，4、下鑄軋輥，5、澆注通道，6、第一冷卻區(qū)，7、第二冷卻區(qū)，8、鋁合金鑄軋板；
圖2為傳統(tǒng)鑄軋裝置鑄軋的5005鋁合金顯微組織圖；
圖3本發(fā)明實施例1中制備的5005鋁合金顯微組織圖；
圖4為傳統(tǒng)鑄軋裝置鑄軋的5052鋁合金上表層顯微組織圖；
圖5為本發(fā)明實施例2中制備的5052鋁合金上表層顯微組織圖；
圖6為傳統(tǒng)鑄軋裝置鑄軋的5052鋁合金1/4厚度處顯微組織圖；
圖7為本發(fā)明實施例2中制備的5052鋁合金1/4厚度處顯微組織圖；
圖8為傳統(tǒng)鑄軋裝置鑄軋的5052鋁合金1/2厚度處顯微組織圖；
圖9為本發(fā)明實施例2中制備的5052鋁合金1/2厚度處顯微組織圖；
圖10為傳統(tǒng)鑄軋裝置鑄軋的5052鋁合金3/4厚度處顯微組織圖；
圖11為本發(fā)明實施例2中制備的5052鋁合金3/4厚度處顯微組織圖；
圖12為傳統(tǒng)鑄軋裝置鑄軋的5052鋁合金下表層顯微組織圖；
圖13為本發(fā)明實施例2中制備的5052鋁合金下表層顯微組織圖；
圖14為傳統(tǒng)鑄軋裝置剖面結構示意圖。【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明實施例中采用的鋁合金熔體為5005、5052、6061、5182或7075鋁合金熔體。
[0016]本發(fā)明實施例中，弧面與上鑄軋輥的外表面相對應是指弧面所在的圓柱面與上鑄軋棍的外表面同軸。
[0017]本發(fā)明實施例中，鑄嘴上板和鑄嘴下板之間的澆注通道與第一冷卻區(qū)的上口連通，第一冷卻區(qū)的下口與第二冷卻區(qū)連通。
[0018]本發(fā)明實施例中，鑄嘴上板與鑄嘴下板的垂直距離不小于5mm。
[0019]實施例1
雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置結構如圖1所示，包括鑄嘴上板1、鑄嘴下板2、上鑄軋輥3和下鑄軋輥4 ；
鑄嘴下板頂面2-1和鑄嘴下板前端面2-2之間是一個弧面2-3，該弧面2-3與上鑄軋輥3的外表面相對應，弧面2-3與上鑄軋輥3外表面的距離Imm ;弧面2_3的上邊線與下邊線平行，上邊線與下邊線的直線距離30mm ;鑄嘴下板前端面2-2與輥縫處的水平距離為30mm ；弧面2-3與上鑄軋輥3之間的空間構成第一冷卻區(qū)6，鑄嘴下板前端面2-2、兩個鑄軋輥、輥縫處以及第一冷卻區(qū)6出口之間的空間構成第二冷卻區(qū)7 ；
輥縫高度為6mm ；
兩個鑄軋棍的直徑為860mm ；
采用上述裝置，對5005鋁合金熔體進行澆注和鑄軋，方法為:
啟動鑄軋裝置，將溫度高于液相線4(T80°C的5005鋁合金熔體通過鑄嘴上板和鑄嘴下板之間的澆注通道進行澆注，5005鋁合金熔體經(jīng)過第一冷卻區(qū)后進入第二冷卻區(qū)，然后經(jīng)過輥縫被鑄軋輥鑄軋成鋁合金鑄軋板；
進行鑄軋時的鑄軋速度為1.2^1.5m/min ；
制成的5005鋁合金的厚度為6mm ;抗拉強度為130MPa，延伸率為24% ;表面顯微組織如圖3所示；
采用傳統(tǒng)鑄軋裝置對同種鋁合金按同樣方法進行鑄軋，鑄軋速度為0.7^0.8m/min ;獲得的鋁合金的厚度為6mm ;抗拉強度為125MPa，延伸率為21% ;顯微組織如圖2所示，由圖可見，采用雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置進行鑄軋后，細化了鋁合金內(nèi)部組織，提高了鑄軋板坯的內(nèi)
部質量。
[0020]實施例2
雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置結構同實施例1，不同點在于:
弧面與上鑄軋輥外表面的距離在2mm ;弧面的上邊線與下邊線的直線距離在50mm ;鑄嘴下板前端面與輥縫處的水平距離為40mm ；
輥縫高度為IOmm ；
兩個鑄軋輥的直徑為920mm ；
采用上述裝置，對5052鋁合金熔體進行澆注和鑄軋，方法同實施例1，不同點在于: 進行鑄軋時的鑄軋速度為1.5^1.8m/min ；
制成的5052鋁合金的厚度為IOmm ;抗拉強度為205MPa，延伸率為26% ;上表層、距上表層1/4厚度處、距上表層1/2厚度處、距上表層3/4厚度處、下表層的顯微組織分別如圖5、7、9、11和13所示；
采用傳統(tǒng)鑄軋裝置對同種鋁合金按同樣方法進行鑄軋，鑄軋速度為0.6^0.7m/min ;獲得的鋁合金的厚度為5.5mm ;抗拉強度為195MPa，延伸率為23% ;上表層、距上表層1/4厚度處、距上表層1/2厚度處、距上表層3/4厚度處、下表層的顯微組織分別如圖4、6、8、10和12所示，由圖可見，采用雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置進行鑄軋后，細化了鋁合金內(nèi)部組織，提高了鑄軋板還的內(nèi)部質量。
[0021]實施例3
雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置結構同實施例1，不同點在于:
弧面與上鑄軋輥外表面的距離在3mm ;弧面的上邊線與下邊線的直線距離在60mm ;鑄嘴下板前端面與輥縫處的水平距離為60mm ； 輥縫高度為12mm ；
兩個鑄軋輥的直徑為960mm ；
采用上述裝置，對6061鋁合金熔體進行澆注和鑄軋，方法同實施例1，不同點在于: 進行鑄軋時的鑄軋速度為1.8^2.lm/min ；
制成的6061鋁合金的厚度為12mm ;經(jīng)T6處理后抗拉強度為330MPa，延伸率為19% ;傳統(tǒng)鑄軋裝置無法鑄軋的同樣厚度的同種鋁合金。
[0022]實施例4
雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置結構同實施例1，不同點在于:
弧面與上鑄軋輥外表面的距離在4mm ;弧面的上邊線與下邊線的直線距離在80mm ;鑄嘴下板前端面與輥縫處的水平距離為80mm ；
輥縫高度為16mm ；
兩個鑄軋輥的直徑為1020mm ；
采用上述裝置，對7075鋁合金熔體進行澆注和鑄軋，方法同實施例1，不同點在于: 進行鑄軋時的鑄軋速度為1.5^1.7m/min ；
制成的7075鋁合金的厚度為16mm ;經(jīng)T6處理后抗拉強度為580MPa，延伸率為13% ;傳統(tǒng)鑄軋裝置無法鑄軋的同樣厚度的同種鋁合金。
[0023]實施例5
雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置結構同實施例1，不同點在于:
弧面與上鑄軋輥外表面的距離在5mm ;弧面的上邊線與下邊線的直線距離在IOOmm ;鑄嘴下板前端面與輥縫處的水平距離為IOOmm ；
輥縫高度為20mm ；
兩個鑄軋輥的直徑為1020mm ；
采用上述裝置，對5182鋁合金熔體進行澆注和鑄軋，方法同實施例1，不同點在于: 進行鑄軋時的鑄軋速度為1.5^1.6m/min ；
制成的5182鋁合金的厚度為20mm ;抗拉強度為290MPa，延伸率為26% ;與傳統(tǒng)鑄軋裝置鑄軋的同種鋁合金相比，細化了鋁合金內(nèi)部組織，提高了鑄軋板坯的內(nèi)部質量。
【權利要求】
1.一種雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置，包括鑄嘴上板、鑄嘴下板、上鑄軋輥和下鑄軋輥，其特征在于鑄嘴下板的頂面和前端面之間是一個弧面，該弧面與上鑄軋輥的外表面相對應，且該弧面與上鑄軋輥外表面的距離在f 5mm ;弧面的上邊線與下邊線平行，上邊線與下邊線的直線距離在3(Tl00mm ;鑄嘴下板的前端面與輥縫處的水平距離為3(Tl00mm ;弧面與上鑄軋輥之間的空間構成第一冷卻區(qū)，鑄嘴下板的前端面、兩個鑄軋輥、輥縫以及第一冷卻區(qū)出口之間的空間構成第二冷卻區(qū)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置，其特征在于所述的上鑄軋輥和下鑄軋輥之間的輥縫高度為6?20mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種雙冷卻區(qū)雙輥鑄軋裝置，其特征在于所述的上鑄軋輥和下鑄軋輥的直徑在86(Tl020mm。
【文檔編號】B21B1/46GK103934267SQ201410082203
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權日:2014年3月7日
【發(fā)明者】許光明 申請人:東北大學