[发明专利]铝带坯电磁铸轧方法及装置

说明书

本发明涉及铝材加工领域。

现有的铝板带坯连续铸轧工艺虽然此传统的熔铸——热轧减少了工序，节约了能源，提高了产品成品率，但必须在铸轧过程中添加适当的变质剂细化晶粒，才能使铝带坯质量、性能达到一般的使用要求；而铝板带坯的深冲性能仍难以满足铝材深加工的要求；而且由于添加变质剂使某些高纯铝带坯产生合金污染；同时铝合金生产的品种也受到限制。

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供电磁铸轧方法及装置，以实现：

无需在铸轧过程中添加铝钛硼丝变质剂，从而降低生产成本，消除合金污染；满足铸轧板带的性能，尤其是深冲性能要求；并且扩大可铸轧合金生产品种的范围。

本发明的技术方案是：设计安装专用电磁感应器，把磁场引入铸轧区，通过供电控制系统，严格控制电磁场参数与其工艺参数相匹配，在铸轧区中施加以行波磁场为主的组合交变磁场，沿轧辊轴线方向产生椭圆形磁势，由此产生的电磁效应使料嘴和铸轧区的铝液产生电磁流体行为，改变凝固结晶条件，强化(结晶—碎断—搅拌—结晶)动态形核结晶过程；同时使熔体流场均匀、温度场均匀，粗大的柱状晶等轴细化，且由于电磁力的搅拌作用不断改变晶核在生长过程中的晶粒位向，获得接近无织构取向的带坯组织，从而全面改善和提高铸轧板带力学性能和冶金性能。

其主要参数为：

(1)磁场形态：以行波磁场为主体含脉振磁场的复合交变磁场，沿轧辊轴线方向在铸轧区中产生椭圆形磁势；

(2)磁场频率：频率大小为10～18Hz，行波导向频率为3～15Hz。数值大小随合金品种与工艺参数作动态调节；

(3)铝熔体中通入直流电0.1～0.2A/cm²；

(4)磁场强度：通过单片机系统3控制励磁电流模拟量的大小来控制磁场的强度：0.025～0.04T；

(5)前箱液面高度保持在14～16mm，高度波动范围小于±2mm；

(6)前箱熔体温度为690～720℃；

(7)铸轧速度：14.7～15.3mm/s，尽量调到铸轧速度的上限；

(8)嘴辊间隙：供料嘴唇与轧辊间的间隙保持在0.5～0.7mm之间；

(9)铸轧带坯厚度：6～8mm；铸嘴开口度：4.5～5mm。

专用电磁感应器主要由感应元件、冷却装置等组成。线圈8、上铁芯3、下铁芯11构成感应元件：上铁芯3由垂直部分与水平部分相铰接；下铁芯11嵌在料嘴4的上端，由压板2上两排螺钉固定；带铁芯的线圈8横向均匀分布在铸轧机底盘下的托盘上，装卸料嘴4和调整料嘴4与铸轧辊1间隙时能随底盘前后移动；环线圈8设置了冷却水套7等构成的冷却装置；由与铁芯3铰接的磁靴、不导磁的不锈钢制作的压板2、隔磁板5及防止铸轧辊1与机架间漏磁的轴承座铜块等组成隔磁装置。在电磁感应线圈8中通入交流电，铝熔体通入直流电就形成了连续铸轧的电磁场。

本发明铝带坯电磁铸轧方法及装置的采用简便地实现了一种高效新工艺：将机械、电、磁、热四种运动和能量同时引入铸轧区，在极短的时间进行能量交换和金属成形，且产品质量高、设备简单、操作方便、成本低、功能强、易控制、安全可靠、适合工业生产。

本发明与现有技术相比，其显著效果是：

(1)在不用施加变质剂的条件下晶粒细化效果良好，达到1级晶粒度组织，而且具有良好的冶金组织和力学性能；

(2)由于不需施加变质剂，不仅消除了变质剂带来的合金化污染，而且不存在变质剂所固有的时效性，降低了生产成本；

(3)由于交变磁场的横向搅拌能将料嘴嘴唇前端的毛渣推出料嘴之外，消除了因嘴唇积淀毛渣而引起的通条缺陷；

(4)扩大了可铸轧合金的品种范围；

(5)由于能够铸轧出接近无织构取向的带坯，从而使铸轧板带的深冲性能取得突破性进展。取代传统的热轧板显著降低生产成本。

简言之，电磁铸轧技术的以上优点，说明它是一种高效、无毒、无害、无污染、成本低的新的铝材加工工艺。

下面结合附图作详细的说明：

图1：电磁铸轧技术工艺流程示意图；

图2：电磁感应器结构示意图；

图3：供电控制系统原理图；