CN101269406A - 铝合金薄带坯的连铸工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金薄带坯的连铸工艺，其特征在于包括以下步骤：将铝合金锭预热后，在熔剂作用下在熔化炉内进行熔炼；浇铸前侧封***预热到400～450℃，熔体温度在650～680℃下，转入中间包在熔剂作用下保温静置15～30分钟，然后通过熔体布流装置进入等径立式双辊薄带坯连铸机，铸辊预留辊缝为0mm，保持熔池高度为90～340mm，潜入方式浇铸；铸轧时铸机的铸造速度为20～120m/min，薄带坯离开铸辊后进入夹送辊，铸出的铝合金薄带厚度为1.0～3.5mm。本发明能直接从液态铝合金生产出铝合金薄带坯，铸出的薄带坯表面质量良好，内部组织结构均匀，有利于后续轧制加工，有工艺流程短，成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于有色金属近终形铸造领域，特别涉及一种铝合金薄带的连铸工艺。
背景技术
铝合金是一种轻金属材料，是目前应用最广的有色金属材料，具有较高的比强度、比刚度以及良好加工性能，在航空航天、交通工具和日常生活用品等领域有广泛的应用。
传统的铝合金薄带材生产的工艺流程为：熔炼→铸锭→均匀化→铣面→加热→热轧→冷轧→成品退火，工艺流程较长，设备投资大。
中国专利CN1994620公开了一种泡沫铝的连续铸造***及工艺、CN1939610、和CN1995423公开了一种铝合金板带坯的双辊铸轧技术。这些公开的专利均采用水平式双辊铸轧机连续铸造铝合金板带坯。公认的水平式双辊铸机示意图如图1所示，水平式双辊铸机的两个铸辊3是上下放置的，通过铸嘴1将铝合金液2送入上下布置的旋转铸辊3之间，进入冷凝区4，铸轧得到薄带坯5。由于水平式双辊铸机是通过铸嘴将铝合金液送入上下布置的旋转铸辊之间，因此合金液与铸辊的接触区较短，一般为15～40mm；液面高度较低，一般为20mm；铸造速度较慢，一般在0.8～1.5m/min之间。虽然这种工艺容易控制，并能简化传统的铝合金薄带材生产工艺流程，实现近终形加工制备铝合金板带坯，但存在固有的缺点：短的接触区使凝固坯壳的形成需要较长的冷却时间；水平双辊法强调铸辊的轧制作用，要求有一定的轧制变形量；上下辊的冷却效果不一致，冷凝区上下表面液膜的表面形态不一致，导致铸带上下表面质量以及内部组织不均匀。因此，生产效率低，铝合金薄带坯的冷却速度较慢，薄带组织不均匀，使用性能不佳，不利于直接进行后续轧制加工。
发明内容
本发明的目的，是提供一种铝合金薄带坯的铸造工艺。它能直接从液态铝合金生产出铝合金薄带坯，生产效率高，铸出的薄带坯表面质量良好，内部组织结构均匀，有利于后续轧制加工。本发明还有工艺流程短，成本低的优点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：铝合金薄带坯的连铸工艺，是利用等径立式双辊薄带坯连铸机进行薄带坯连铸，所述连铸机的两个铸辊是呈水平布置在同一水平面上，铸辊两端有侧封***与铸辊构成熔池。。
具体方法可以如下：将铝合金坯于100～300℃预热10～30分钟，然后在熔剂保护下，放入电阻熔化炉内进行熔炼；熔体温度在650～680℃时，在熔剂保护下，转入中间包保温静置15～30分钟。
浇铸前铸辊两侧用于形成熔池的侧封***预热到400～450℃，侧封***的预热采用电加热或火焰加热的方式。侧封***的材质选用其与铝合金熔体具有良好物理化学相容性的、保温性能良好的、耐磨性良好的材料，本发明侧封***的材质采用重庆石棉制品厂生产的石棉板。
通过等径立式双辊薄带坯连铸机中用于控制辊缝的液压***将两个铸辊辊面接触，使铸辊预留辊缝接近0mm。然后将静置后的铝合金熔体通过布流装置进入等径立式双辊连铸机，通过控制熔体流量保持熔池高度为90～340mm。用布流装置出口***熔池内液面以下的潜入方式浇铸，布流装置的出水口低于熔池液面，可使熔池液面平稳。铸轧时铸机的铸造速度为20～120m/min，薄带坯离开铸辊后进入夹送辊，铸出的铝合金薄带厚度为1.0～3.5mm。
布流装置的作用是使熔体在熔池内的流场和温度场均匀，材质是与铝合金熔体具有良好物理化学相容性的、保温性能良好的材料，本发明布流装置材质采用重庆石棉制品厂生产的高铝铸嘴。
调节液压***的锁紧力以控制铝合金薄带的厚度。其方法是首先预置液压***锁紧力，在浇铸开始后分离力逐渐增大，直到与锁紧力平衡。此时，铸带厚度不变。预置锁紧力增大，铸带厚度减小；预置锁紧力减小，铸带厚度增大。将铸辊设置为0辊缝，在起铸过程中，熔体可以很快充满熔池，旋转的铸辊顺利地将铝合金薄带送出，使起铸顺利。
夹送辊的作用是为了防止铝合金薄带坯在刚离开铸辊时因强度较低而容易断带。
本发明所用等径立式双辊薄带坯连铸机的铸辊直径为250～1000mm，宽度为150～1000mm。其内部通入冷却循环水，使铸辊的冷却效果良好，铸辊材料为不锈钢或铜合金，可以保证薄带的冷却速度达到200-300℃/s。
采用本发明所述工艺条件，使液态铝合金在铸辊之间形成的熔池高度为90～340mm，有利于熔池内的铝合金熔体的均匀混合。
本发明与水平式双辊连铸工艺的区别在于：铸辊的放置方式不同。本发明的两个铸辊水平放置在同一平面上，熔化的铝合金液通过布流装置形成熔池，铝合金液与铸辊接触形成冷凝区，得到薄带坯。本发明采用的立式双辊连铸工艺，熔池液面较高，当铸辊直径为
300mm时，其液面高度可达100mm。此时，由于立式双辊熔池的形成，使合金液与铸辊的接触区较长，合金液与铸辊的接触区在200mm左右，因此铸辊对合金液的有效冷却距离较长，改善了铸辊对熔体的传热效果。较长的冷却距离有助于获得快速凝固组织，从而改善铸带性能。
由于立式双辊连铸机的两个铸辊水平放置，两个铸辊对铝合金液体的冷却均匀对称，冷凝区液膜的表面形态一致，因此形成的铸带坯组织均匀，对后续加工有利。较高的熔池有利于熔池内熔体的混合，提高了温度分布的均匀性。
本发明工艺能很好地细化晶粒和改善合金的组织，在立式双辊连铸铝合金凝固过程中，由于冷却速率高，过冷度增大，形核率增加使晶粒变小。过冷度增加使凝固过程中原子扩散受到抑制，晶粒不能完全长大。因此本发明方法得到的铝合金薄带综合力学性能较高。
采用立式双辊薄带连铸工艺生产铝合金薄带坯，可提高铝合金薄带坯的浇铸速度，生产效率高，铸出的薄带坯表面质量良好，内部组织结构均匀，有利于后续轧制加工。能获得具有快速凝固效应的组织，铸带具有良好的性能。
本发明利用立式双辊连铸工艺，可以省略传统的铝合金薄带材生产的工艺流程中的铸锭→均匀化→铣面→热轧→冷轧等中间过程，得到接近最终使用形状的产品，可节约加工成本和原材料，实现产品的近终形成形加工，使铝合金由液态直接成形为薄带坯，因此工艺流程短，成本低。
本发明可应用于直接进行在线轧制，轧制后的带材为性能优良的板带材。
附图说明
图1为水平式双辊连铸示意图；
图2为立式双辊连铸示意图；
图3a为立式双辊连铸5052铝合金薄带的金相组织照片(加偏振光)；
图3b为立式双辊连铸5052铝合金薄带的金相组织照片(未加偏振光)；
图4为本发明的工艺流程图。
其中：图中1为铸嘴；2为铝合金液；3为铸辊；4为冷凝区；5为薄带坯；6为布流装置
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
实施例1
铝合金的原料为5052，其化学成分如表1所示。
表1
| 牌号 | Mg | Fe | Cr | Si | Zn | Mn | Cu | Al |
| 5052 | 2.363 | 0.372 | 0.191 | 0.115 | 0.100 | 0.055 | 0.017 | 余量 |
生产工艺如图4所示，其过程依次如下：
铝合金坯预热：首先将铝合金坯于200℃预热15分钟；
熔炼：在电阻熔化坩埚炉内加入少量熔炼熔剂，待坩埚内壁红亮时，将经过预热的铝合金坯放入坩埚内，熔化后用铝合金冶炼的通常方法进行拔渣，铝合金坯熔化后静置10分钟；
静置：然后将熔体转入中间包保温静置15分钟，温度为650℃时开始浇铸；
连铸：将铝合金液通过布流装置和等径立式双辊薄带连铸机进行连铸。参照图2所示，采用等径立式双辊薄带坯连铸机进行薄带坯连铸，连铸机的两个铸辊3是呈水平布置在同一水平面上，铸辊两端有侧封***与铸辊3构成盛装铝合金液2的熔池，熔池内铝合金液2与铸辊3的接触区域为冷凝区4，布流装置6出水口低于熔池液面形成潜入式浇铸。浇铸前侧封***预热温度为400℃，浇铸时熔体即熔化的铝合金液通过布流装置6进入等径立式双辊连铸机，用潜入方式浇铸，保持熔池高度为100mm，其铸造速度为20m/min。带厚通过调节等径立式双辊薄带坯连铸机中用于控制辊缝的液压***的锁紧力来控制，开始将铸辊设置为0辊缝，在起铸过程中，熔体可以很快充满熔池，旋转的铸辊顺利地将铝合金薄带送出，使起铸顺利。当薄带坯5离开铸辊3后进入夹送辊，得到厚度为3.5mm，宽度为150mm的表面质量良好、内部组织均匀细小的铝合金薄带坯。
等径立式双辊铸机的铸辊直径为300mm，铸辊宽度为150mm。
实施例2
铝合金原料、熔炼方法以及铸辊尺寸与实施例1相同。
将铝合金熔体转入中间包，当铸锭熔化后保温静置15分钟，温度为660℃时开始浇铸，浇铸前侧封***预热温度为400℃，浇铸时熔体通过布流装置进入等径立式双辊连铸机，用潜入方式浇铸，保持熔池高度为100mm，其铸造速度为40m/min。当薄带坯离开铸辊后进入夹送辊，得到厚度为2.5mm，宽度为150mm的表面质量良好、内部组织均匀细小的铝合金薄带坯。
实施例3
铝合金原料、熔炼方法以及铸辊尺寸与实施例1相同。
将铝合金熔体转入中间包，当铸锭熔化后静置20分钟温度为680℃时开始浇铸，浇铸前侧封***预热温度为430℃，浇铸时熔体通过熔体分配装置进入等径立式双辊连铸机，用潜入方式浇铸，保持熔池高度为100mm，其铸造速度为50m/min。当薄带坯离开铸辊后进入夹送辊，得到厚度为2.0mm，宽度为150mm的表面质量良好、内部组织均匀细小的铝合金薄带坯。
实施例4
铝合金原料、熔炼方法以及铸辊尺寸与实施例1相同。
将铝合金熔体转入中间包，当铸锭熔化后静置25分钟温度为680℃时开始浇铸，浇铸前侧封***预热温度为450℃，浇铸时熔体通过熔体分配装置进入等径立式双辊连铸机，用潜入方式浇铸，保持熔池高度为100mm，其铸造速度为60m/min。当薄带坯离开铸辊后进入夹送辊，得到厚度为2.0mm，宽度为150mm的表面质量良好、内部组织均匀细小的铝合金薄带坯。
实施例5
铝合金原料、熔炼方法以及铸辊尺寸与实施例1相同。
将铝合金熔体转入中间包，当铸锭熔化后静置30分钟温度为680℃时开始浇铸，浇铸前侧封***预热温度为430℃，浇铸时熔体通过熔体分配装置进入等径立式双辊连铸机，用潜入方式浇铸，保持熔池高度为120mm，其铸造速度为100m/min。当薄带坯离开铸辊后进入夹送辊，得到厚度为1.0mm，宽度为150mm的表面质量良好、内部组织均匀细小的铝合金薄带坯。
采用本发明方法，可以将熔融的铝合金直接铸成可以得到厚度为1.0～3.5mm，宽度为150mm，边缘整齐的铝合金带，带坯的晶粒细小
图3为立式双辊铸造5052铝合金薄带的金相组织(采用氢氧化钠溶液浸蚀)。本发明工艺能很好地细化晶粒和改善合金的组织，在立式双辊连铸铝合金凝固过程中，由于冷却速率高，过冷度增大，形核率增加使晶粒变小。过冷度增加使凝固过程中原子扩散受到抑制，晶粒不能完全长大。快速凝固通过以上两方面作用使晶粒明显细化，经测定，在浇铸温度650℃，铸造速度为20m/min条件下，5052铝合金薄带金相组织照片如图3a所示，晶粒细小(晶粒平均弦长约为7μm)，同时，快速凝固的较大的过冷度还可增加溶质元素在基体中的固溶度，使更多的合金元素固溶于铝基体中，减少合金元素的偏析，改善合金组织。如图3b所示，在与图3a相同工艺条件下，5052铝合金薄带中第二相细小且分布均匀。因此本发明方法得到的铝合金薄带综合力学性能较高。
Claims (3)
1.一种铝合金薄带坯的连铸工艺，其特征在于：是利用等径立式双辊薄带坯连铸机进行薄带坯连铸，所述连铸机的两个铸辊是呈水平布置在同一水平面上，铸辊两端有侧封***与铸辊构成熔池。
2.根据权利要求1所述的铝合金薄带坯的连铸工艺，其特征在于包括以下步骤：
(1)将铝合金坯预热后，在熔剂保护下，放入熔化炉内进行熔炼；
(2)浇铸前侧封***预热到400～450℃；
(3)熔体温度于650～680℃时，在熔剂保护下，转入中间包保温静置15～30分钟，然后通过布流装置进入等径立式双辊连铸机，铸辊预留辊缝为0mm，保持熔池高度为90～340mm，潜入方式浇铸；
(4)铸轧时铸机的铸造速度为20～120m/min；
(5)薄带坯离开铸辊后，进入夹送辊，铸出的铝合金薄带厚度为1.0～3.5mm。
3.根据权利要求1所述的铝合金薄带坯的连铸工艺，其特征在于：带厚通过调节等径立式双辊薄带坯连铸机中用于控制辊缝的液压***的锁紧力来控制。
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