[发明专利]一种铝合金板坯的铸轧装置及铸轧方法

说明书

技术领域

本发明属于铝合金铸轧装备和制造领域，具体涉及一种较厚的铝合金板坯的铸轧装置及铸轧方法。

背景技术

目前，工业用铝箔和薄板的供坯方法主要有热轧法和铸轧法。热轧法的工序主要包括半连续铸锭、加热、开坯、铣面、加热、热轧等，工序繁多，能量消耗高，而且设备一次性投入大。铸轧法是将液态铝合金直接浇入两个内部通有冷却水的轧辊，在其冷却和一定的压下作用下，直接生产出厚度在6～8mm的板坯。因此，与热轧法相比，铸轧法具有短流程、投资小、节能环保等优势。

并且，铸轧法生产的板坯需进一步通过冷轧和热轧制成工业所需的箔材和薄板。由于传统铸轧坯的厚度较小，通常在6～8mm之间，因此在冷热轧制过程中的压下量很小，不足以消除和改善板坯的组织缺陷以提高其最终使用性能。例如，用铸轧法生产3xxx、5xxx、6xxx、7xxx等系列合金板坯时，由于添加合金元素较多，存在严重的宏观和微观偏析，虽然通过热处理能部分消除和减轻，但成品材的性能仍然低于热轧板。从物理冶金学知识可知，塑性变形可以显著改善铸锭和板坯的组织缺陷，如焊合孔洞、碎断枝晶、消除偏析等，塑性变形程度越大，上述改善效果越明显。而且塑性变形越大，金属中将储存更多的畸变能，在热轧和热处理过程中的再结晶过程将更加充分，晶粒将更加细化，也对提高性能有促进作用。因此，如果能提高铸轧板坯的厚度以增加后续冷热轧制的压下量，成品材的性能将会显著增加。但用铸轧法生产较厚板坯存在很多技术难关，比如铸嘴的设计、铸轧温度和速度的确定、板坯偏析的减轻等。

发明内容

本发明的目的是针对于铸轧法生产较厚铝合金板坯存在的技术问题，提供了一种铝合金板坯的铸轧装置及铸轧方法。该装置设计了一种下注式铸嘴，以避免铸轧区提前凝固的产生；设计了一种喷水冷却装置，通过对凝固壳的水冷冷却来改变铸轧区的凝固顺序、改善板坯偏析；设计了一种电磁场发生装置和脉冲电源，通过给铸轧区施加电磁震荡进一步改善板坯组织；该方法通过合适的铸轧温度和速度组合，保证成功立板以及板坯在出铸轧区以后表面能形成一定厚度凝固壳。

一种铝合金板坯的铸轧装置，包括铸嘴(浇注嘴)，平台，铸轧辊，电磁场发生装置和/或脉冲电源，以及喷水冷却装置等；其中，装置中可以同时设置电磁场发生装置和脉冲电源，也可以只设置电磁场发生装置或只设置脉冲电源；

所述铸轧辊为两个，分别为上辊和下辊，上下对称放置，辊内通冷却水；平台设置在铸轧辊外，位于熔体流入侧；铸嘴放置在平台上，铸嘴出口位于两个铸轧辊间，铸嘴出口的高度在铸坯中心线以下，用于将熔体送入铸轧辊，并避免铸轧区提前凝固；电磁场发生装置设置在铸轧辊外，位于熔体流入侧，用于搅拌细化熔体组织；脉冲电源在铸轧辊外，电源通过导线，一端连接铝液，一端连接板坯，用于搅拌细化熔体组织；喷水冷却装置在铸轧辊外，并位于出板坯侧，用于向铸轧区出口处的板坯表面喷冷却水，使熔体凝固顺序改为由铸轧区前端向后的水平凝固，从而有效避免了板坯的表面和中心带状偏析；并且喷水冷却装置的冷却水与铸轧辊内的冷却水可以由同一个水源提供；

所述电磁场发生装置由电源和磁场发生器组成；

所述喷水冷却装置由冷却水进水口、冷却水储水腔和冷却水喷水口组成，喷水口朝向板坯出坯的方向，向铸轧区出口处的板坯表面喷冷却水；

所述铸轧辊之间最小辊缝d≥15mm，较好的，d为20～50mm；

较好的，所述电磁场发生装置产生的磁场强度为20mT～100mT；脉冲电源频率为10～50Hz，电流密度为0.1～0.5A/mm²。

一种铝合金板坯的铸轧方法，利用了上述的铸轧装置，具体包括如下步骤：

(1)配料熔炼：根据所要铸轧铝合金的标准成分，将各添加元素进行配比和称重，当铝液温度达到规定值时按规定加入添加元素并保温一定时间，之后对熔体进行扒渣，转入静置炉静置一定时间，对熔体除气；

(2)铸轧：将铝合金熔体输送入上述装置的铸嘴，进行立板，使板坯表面形成合适厚度的凝固壳，同时，控制铸嘴入口处熔体的温度在其液相线温度以上30～40℃，并控制铸轧辊冷却水压力0.2～0.4Mpa，铸轧速度0.3～0.9m/min，铸嘴开口度≥40mm；当立板成功后，开启喷水冷却装置、电磁场发生装置和/或脉冲电源，进行铸轧，电磁场发生装置产生的磁场强度为20mT～100mT，脉冲电源频率为10～50Hz，电流密度为0.1～0.5A/mm²；当板坯达到一定长度时，停止铸轧；

其中，较好的，铸轧得到的板坯厚度为20～50mm。