專利名稱：有色金屬熔液熱模流注－磁懸浮降溫－余熱熱軋制坯工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬有色金屬加工領(lǐng)域。
本發(fā)明系連鑄連軋制坯工藝。
有色金屬(包括銅等所有非磁性金屬)板帶材，線材主要生產(chǎn)工序?yàn)槿蹮挕T造→開坯→冷軋(或拉伸)→熱處理→剪切(或精整)等工序。
按生產(chǎn)有色金屬板帶材、線材的牌號(hào)，將相應(yīng)的有色金屬原料，投入熔煉爐熔煉成合格的金屬熔液，經(jīng)合符要求的鑄坯工藝鑄造成坯，然后進(jìn)行壓力加工成材。(注1)(注2)(注3)壓力加工成材的第一步是開坯，開坯分熱軋開坯和冷軋開坯兩種。然后將板帶坯(或線坯)交冷精軋(或冷拉伸)繼續(xù)壓力加工為成品。
從上述知，迄今為止全世界的有色金屬板帶坯(或線坯)的制坯，都是由鑄造、開坯兩大工序分別單獨(dú)進(jìn)行。
本發(fā)明將鑄造、開坯兩大工序合并為一步進(jìn)行。既有熱模鑄造(注2)和電磁鑄造(注3)的優(yōu)點(diǎn)，又有利用流注金屬液余熱進(jìn)行熱軋開坯的特點(diǎn)。形成自熔鑄后，將現(xiàn)在須十多道工序改進(jìn)成一道工序提供冷精軋(或冷拉伸)的坯料。從而節(jié)省大量的能耗、物耗和投資。
本發(fā)明的工作原理如附圖
所示，對(duì)于須在可控氣環(huán)境中流注的有色金屬種類及各種牌號(hào)，必須另加有保護(hù)氣氛的保護(hù)裝置，本文略。
本文主要針對(duì)板帶材闡述，對(duì)線材原理上完全適用，對(duì)設(shè)備須作相應(yīng)的改變，本文也略。
按有色金屬板帶材牌號(hào)，將熔煉合格的金屬熔液①，傾注入保溫爐②的熔池中。經(jīng)保溫達(dá)到澆注溫度后，將塞捧③上提與流槽④錐孔形成園錐環(huán)形間隙，利用金屬液的流展性及熔池中熔液的靜壓力，迫使金屬液從扁平澆注嘴⑤流出，形成金屬液片⑥,⑥受電磁鐵⑦產(chǎn)生的磁懸浮力浮托于空中，受可控冷卻裝置⑧冷卻成為固態(tài)的扁平板帶坯，并保持其溫度達(dá)到該牌號(hào)的熱軋上限溫度，被起始牽引板⑨，通過主要為熱軋機(jī)牽引力，牽引入熱軋機(jī)⑩進(jìn)行熱軋。熱軋后的板帶坯又被可控冷卻裝置(11)及拋磨光機(jī)(12)作拋磨光處理，除去微氧化層達(dá)金屬本色。最后由卷取機(jī)(板材坯為剪切堆料機(jī))(13)卷取成卷，供冷精軋(或拉伸)為成品。現(xiàn)分述如下1、傾注入保溫爐②的金屬熔液必須合格。并消除傾注帶來的不良影響。
2、保溫爐②的結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，須符合所生產(chǎn)牌號(hào)的工藝要求，爐體下端必須有滾輪并置于軌道上，作前進(jìn)、后退，并可卡緊在軌道上。這樣能適應(yīng)不同牌號(hào)，不同規(guī)格工藝參數(shù)調(diào)整。
3、塞奉③起控制金屬液流量使生產(chǎn)能夠正常進(jìn)行，須有機(jī)械傳動(dòng)，電動(dòng)及電控裝置，使③有上下靈活及微小量(如0.1mm)升降的功能。金屬液經(jīng)流槽④，澆注嘴⑤成片狀流出時(shí)，須控其流出量與工藝設(shè)計(jì)一致，即與生產(chǎn)量、懸浮力、冷卻能力、熱軋機(jī)熱軋線速度一致。流量過大，成為噴涌，使生產(chǎn)無法進(jìn)行；過小不能充滿澆注嘴，造成厚度不夠或孔凹，成為廢品。
4、流槽④長期埋于金屬液中，可用石墨或耐火材料制成。
5、澆注嘴⑤可與④分開制造，然后用高溫粘料組合。澆注嘴⑤可用抗氧化石墨制造，并對(duì)與空氣接觸的端面作保護(hù)處理，以延長其使用壽命。
澆注嘴⑤出口端斷面尺寸，須符合用戶訂貨、熱軋機(jī)規(guī)格及生產(chǎn)工藝要求。如對(duì)訂貨為H62 0.3mm×310mm的卷狀帶材，熱軋機(jī)軋輥輥面寬為800mm，則⑤的出口端斷面為3～4mm×640mm為宜。
6、金屬液流出澆注嘴后，成為金屬液片⑥，被磁懸浮力浮托于空中，立刻被可控冷卻，由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，并保持該牌號(hào)熱軋溫度上限。在主要是熱軋機(jī)牽引力作用下，被牽引進(jìn)入熱軋機(jī)⑩進(jìn)行熱軋。
7、由⑤流出的金屬液片⑥被電磁鐵⑦的磁懸浮力浮托于空中，被可控冷卻⑧作可控冷卻，由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。
根據(jù)電磁感應(yīng)理論、磁懸浮列車(注4)和直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)原理，本發(fā)明的電磁鐵⑦相當(dāng)于同步直線電動(dòng)機(jī)單邊定子(注5)，金屬熾熱片⑥為同步直線電動(dòng)機(jī)的非磁性片狀轉(zhuǎn)子(注6)。
從注5，注6知，當(dāng)電磁鐵通以直流電流后，便產(chǎn)生懸浮力將金屬液片⑥浮托于空中并向熱軋機(jī)⑩移動(dòng)。⑥的浮托高度以20mm為宜并與熱軋中心高度一致。
對(duì)磁懸浮的橫向推力，采用兩組電磁電鐵并列，兩組線圈互為反向進(jìn)電，各組電磁鐵所產(chǎn)生的橫向推力互相抵消。這樣消除橫向推力將金屬液片推離軋制中心線，使熱軋無法進(jìn)行。
電磁鐵⑦的磁力線在兩端邊部有邊端效應(yīng)，在⑦的兩端部加裝鋼板(14)以隔離其影響。
由于各牌號(hào)熱軋上限溫度不同，金屬液片尺寸不同(即重量不同)，須施用的磁懸浮力的大小也不同，故直流電源應(yīng)能調(diào)節(jié)輸出功率。根據(jù)我國磁懸浮列車設(shè)計(jì)、調(diào)試及運(yùn)行實(shí)踐(注7)(注8)，當(dāng)懸浮高度為10～20mm時(shí)，懸浮1公斤重量需電功率12～16瓦，就可確定可調(diào)直流電源的功率范圍。例如對(duì)H623mm×640mm斷面金屬片，長度為1公尺時(shí)，金屬片重為16～17kg，則直流電源功率應(yīng)為272瓦。選輸出功率從50瓦至2千瓦的可調(diào)直流電源。
當(dāng)不同牌號(hào)，不同規(guī)格的金屬片懸浮于空中需冷卻的時(shí)間即冷卻區(qū)長度也不同相同，為此須將電磁鐵作成單個(gè)長約100mm至200mm，寬為略小于1/2金屬液片寬的單個(gè)電磁鐵，并排成兩列，每列串聯(lián)數(shù)個(gè)，既可抵消橫向推力，又可組成不同長度的磁懸浮空間，滿足生產(chǎn)要求。
電磁鐵⑦可縱向設(shè)置(如附圖所示)也可橫向設(shè)置。
金屬片下可臨時(shí)放置一耐火材料薄片，以便調(diào)整。
電磁鐵的設(shè)計(jì)，按有關(guān)設(shè)計(jì)理論及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不屬本文范圍。
8、可控冷卻⑧可用水霧冷卻或噴水冷卻。但必須調(diào)節(jié)靈活、方便和穩(wěn)定。
9、起始牽引板⑨斷面的寬和厚尺寸都應(yīng)比澆注嘴出口斷面的寬和厚尺寸小0.3mm，以便插入澆注嘴。在插入前端寬向的側(cè)面鋸三齒凹齒，以便牽出金屬液。⑨的材質(zhì)以與生產(chǎn)產(chǎn)品的牌號(hào)相同為宜。附圖中的牽引板⑨，已完成牽引任務(wù)，轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)，該牽引板⑨已折除，附圖仍按起始牽引狀態(tài)將其起始牽引位置標(biāo)示。
10、熱軋機(jī)⑩的規(guī)格依產(chǎn)品方案和軋制理論而定，對(duì)于H62 0.3×310mm卷帶，則熱軋機(jī)規(guī)格可選為二輥熱軋機(jī)Φ400×800，軋制力180噸，軋制線速度為30m/min～300m/min連續(xù)無級(jí)可調(diào)。其熱軋加工率在40％以上。對(duì)厚3mm的H62，經(jīng)加工率為40％的熱軋后成為厚1.8mm的卷坯，供冷精軋為成品。
11、對(duì)不同牌號(hào)，其熱軋后的冷卻工藝差異很大。采用可控冷卻(11)以達(dá)工藝要求。其中包括對(duì)噴水急冷后濕坯的擠水烘干裝置。
12、熱軋坯經(jīng)可控冷卻達(dá)室溫后，經(jīng)拋磨光機(jī)(12)作拋磨光，去除微氧化層，呈金屬光亮本色，成為光亮帶坯交冷精軋(或拉伸)。在可控冷卻(11)與拋磨光機(jī)(12)及拋磨光機(jī)(12)與卷取取機(jī)(13)之間都可設(shè)置活套架，便于操作和調(diào)機(jī)。
13、經(jīng)拋磨光后呈光亮本色的熱軋帶坯，由卷取機(jī)(13)卷取成卷(板坯則由剪切堆料機(jī)堆成朵)交冷精軋(或拉伸)為成品。
本發(fā)明有下列優(yōu)點(diǎn)。
1、提高坯料質(zhì)量 采用本發(fā)明生產(chǎn)的坯料具有表面無裂紋、內(nèi)部無偏折和反偏折等缺隙，經(jīng)熱軋、拋磨可成優(yōu)質(zhì)坯供冷精軋(或拉伸)。
2、降低巨額基建投資 以銅板帶材為例，我國有一家80年末引進(jìn)國外主體設(shè)備建成年產(chǎn)1.2萬噸銅帶廠。其總投資現(xiàn)在折合人民幣約5至6億元。從鑄造到為冷精軋?zhí)峁┡髁线@段生產(chǎn)流程的基建投資一般為全部投資的二分之一強(qiáng)，即2.5至3億以上。采用本發(fā)明建成同規(guī)格的廠，從鑄造到為冷精軋?zhí)峁┡髁线@段生產(chǎn)流程的基建投資不高于0.5億元，能節(jié)省巨額投資。
3、節(jié)省能耗 以銅板帶為例，在國內(nèi)、國外，從鑄造到為冷精軋(或拉伸)供坯這段工序，都須經(jīng)鑄坯、加熱和十多道次熱軋、銑面、粗軋、中軋以及若干次中間退火及酸洗或10多道次冷開坯以及中間退火，才能為冷精軋供坯。一般來說這段工序的能耗占全產(chǎn)品能耗的60％左右，按國內(nèi)較先進(jìn)的銅帶材能耗指標(biāo)2000kW·h/噸產(chǎn)品為例，這段工序的能耗的為1200kW·h/噸產(chǎn)品。本發(fā)明這段工序的能耗不高于200kW·h/噸成品，以我國年產(chǎn)20萬噸板帶材估計(jì)，年節(jié)能2億kW·h，價(jià)值2億元以上。
4、降低生產(chǎn)費(fèi)用 以銅板帶為例，將十多道次鑄造、加熱、熱軋、銑面、粗軋、中間退火、酸洗或鑄造、冷開坯、中間退火合并為一道完成，大幅度降低原料、輔料、配件及人力消耗，提高成材率，予計(jì)每噸產(chǎn)品可降低生產(chǎn)費(fèi)用1000元。全國年產(chǎn)20萬噸銅板帶就可節(jié)省2億元以上及許多金屬原料。
5、降低冷硬性大的有色金屬板帶線材生產(chǎn)難度和生產(chǎn)費(fèi)用 隨著尖端科技和國防高科技的發(fā)展，大量使用各種冷硬性大(比銅合金大許多)的材料。按現(xiàn)有生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，是非常煩難的，不僅工序多、能耗高、工藝要求苛刻，而且成材率低，費(fèi)用和消耗都高。采用本發(fā)明則可顯著降低生產(chǎn)難度和生產(chǎn)費(fèi)用。
6、本發(fā)明為世界領(lǐng)先。用于生產(chǎn)后提高我國原材料生產(chǎn)的科技水平。
權(quán)利要求
有色金屬(包括銅等所有非磁性金屬)板帶材坯料及有色金屬線材坯料采用熔液熱模流注，由磁懸浮力浮托于空間被可控冷卻，利用其余熱熱軋制坯。
全文摘要
本發(fā)明系連鑄連軋制成有色金屬板帶坯(或線坯)供冷精軋(或拉伸)軋制成品。金屬溶液①從保溫爐②的澆注嘴⑤流出后,成為金屬液片或線⑥,被電磁鐵⑦產(chǎn)生的磁懸浮力懸浮于空中由⑧進(jìn)行可控冷卻,變成固態(tài),并保持該牌號(hào)熱軋溫度上限,在主要為熱軋機(jī)⑩牽引力的牽引下進(jìn)入熱軋機(jī)熱軋。熱軋后被(11)可控冷卻,又被拋磨光機(jī)(12)除去微氧化層呈光亮帶坯,經(jīng)卷取機(jī)(13)(或板坯剪切堆料機(jī))卷取成卷供冷精軋(或拉伸)成材。
文檔編號(hào)B21B1/46GK1214970SQ9811224
公開日1999年4月28日 申請(qǐng)日期1998年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月11日
發(fā)明者劉定平 申請(qǐng)人:劉定平