[发明专利]滚筒法溅射成形制备薄带工艺及装置

说明书

技术领域

本发明涉及双辊薄带连铸领域，特别涉及滚筒法溅射成形制备薄带工艺及装置。 

背景技术

双辊薄带连铸是以两个相反方向旋转的浇注辊为结晶器，将液态金属直接生产成厚度小于10mm薄带钢的生长工艺。与传统薄带生产工艺相比，改技术具有缩短工艺流程、节约能源、降低生产成本和改善带坯力学性能等优势，因此技术被认为是21世纪最有前途的近终形连铸技术之一。 

薄带连铸过程是一个与传统连铸既有联系又有区别的铸轧过程。如下图所示：它的主要工艺是将钢液注入到中间包后，通过水口将钢液分配到布流器内，再由布流器注入到两个水冷结晶辊与侧封板围成的溶池内，钢液在两个结晶辊的表面逐渐凝固形成坯壳，在两个结晶辊连线附近完全凝固后，通过两个辊的反向转动发生轧制作用，形成一定厚度和宽度的致密金属带。 

该工艺的主要难点是： 

(1)对布流器的要求较高，布流的效果直接影响到薄带的质量，溶池液面波动幅度超过±2mm时，带坯就会出现纵向裂纹；但溶池液面流体区域过于平静，又不利于溶池上部钢液的更新，容易造成液面结壳。 

(2)对侧封设备的要求较高，侧封与结晶辊之间相连，受到结晶辊的不断摩擦和钢液的冲击，要求其材料具有高的耐腐蚀和耐磨性，而且要求其导热系数低，高的导热性将使得边部的钢液快速凝固形成钢壳。 

离心喷射沉积的原理是：在坩埚中将金属液熔融后，通过底部导液管输送流出，金属液滴落至底端的离心沉积盘上，沉积盘高速旋转，将金属液体离心雾化，金属液滴在飞行的过程中快速冷却，半固态的雾化颗粒最终沉积在冷的基底上，基底在炉体中上下往复移动，不断沉积的颗粒最终沉积成形。利用该方法可以制备大直径环件或管坯。 

该工艺的主要缺点是： 

(1)由于雾化喷嘴特有的圆锥形气体分布，导致雾化技术液滴在同一截面上的分布呈高斯分布，这样在制备板坯的过程中，如何保证产品的均匀性，以及层与层之间的结合变得非常难以操作。 

(2)喷射成形工艺在制备板坯的过程中，若采用单喷嘴，则板坯的规模非常有限；而采用双喷嘴及多喷嘴时，使得机构的复杂性增加，而且雾化处理沉积层之间的迭代问题。 

(3)基于传统离心喷射沉积的特点，它非常适合与制备管坯及环件，对于制备板坯则无法实施。 

文献《Microstructure Evolution During Spray Rolling and HeatTreatment of 2124 A1》介绍了一种利用气体雾化方法制备薄带的工艺，在该工艺中，金属液通过中间包的水口垂直流入雾化喷嘴中，在雾化喷嘴的横向入口端通入高压的惰性气体，雾化喷嘴采用拉瓦尔管形式，入口端的高速气流经过加速达到一个甚至更高的马赫数，高速的气流将金属液雾化成为细小的金属颗粒，细小的金属颗粒通过加速后以很高的速度冲击到结晶辊上，结晶辊在冷却的同时高速旋转，将凝结到其上的金属液颗粒凝固的同时进行轧制作用，使得沉积层更加致密，减少疏松。 

该工艺的主要难点是： 

(1)雾化喷嘴内部在通入高速气流的同时又通入了高温的金属液，因此受到两者的侵蚀非常严重，普通的耐火材料喷嘴将难以满足要求； 

(2)高速气流能够雾化金属液流，但同时对金属颗粒起到很强的冷却作用，金属液滴在雾化喷嘴中运动的过程中，将非常容易粘结在喷嘴的边部，长时间的粘结将引起雾化喷嘴内腔的变性，严重时将引起堵塞； 

(3)具有拉瓦尔形状的喷嘴内腔将对气流起到加速的作用，但同时由于雾化后的金属液滴也具有锥形分布，将使得金属液滴在结晶辊间发生沉积时厚度不均，导致薄板内部出现薄厚差别。 

(4)局限于拉瓦尔喷嘴的形式，在制备大尺度的薄带时则较难实施。 

发明内容

本发明的目的在于提出一种滚筒法溅射成形制备薄带工艺及装置，全 新的薄带制备工艺，该工艺结合了金属雾化和薄带铸造两个过程，雾化形式采用机械离心方式代替传统的气体雾化式，节约能源和成本；雾化形式改变后引起的雾化效率提高，同时克服了以往雾化的不均匀性；高速雾化金属颗粒在撞击到结晶辊时继续发生碎化，同时极速冷却，形成的材料中晶粒细小，经过结晶辊的挤压轧制后，形成致密的金属带；金属颗粒在射向结晶辊的瞬间发生高速冷却，与结晶辊接触后发生二次冷却，大大的降低了夹杂物长大的机会。