CN105886822A - 一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法，由铝熔体连续供给***、熔融态泡沫铝水冷双辊垂直成形***和中心控制***组成，在熔化坩埚室内添加铝或铝合金并进行保温熔化，在增粘坩埚室内添加增粘剂并搅拌，增粘后的铝熔体注入缓存坩埚室，保温进行定时存储，在并排布局的混合坩埚室内添加发泡剂并高速搅拌，搅拌***交替连续工作实现待发泡铝熔体的连续供给，待发泡铝熔体在发泡槽进行保温发泡，熔融态泡沫铝经布流器垂直进入水冷双辊咬合区域，进行接触冷却，在泡沫铝自身重力和水冷双辊牵引力下离开水冷双辊咬合点并实现连续冷却成形，最终由飞剪实现泡沫铝板材的定尺切断。

Description

一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法
技术领域
本发明涉及泡沫铝生产制备技术领域，特别是涉及泡沫铝板材连续工业化生产制备技术，属于材料加工制造领域。
背景技术
泡沫铝因其独特的多孔结构具有许多优良的性能，如低密度、高比刚度、减震吸能、隔热吸声、电磁屏蔽等，因此泡沫铝可用于轨道交通领域高速列车的车厢面板和轨道两侧的吸音板墙，航空航天领域中航天器的轻质面板和返回舱的减震底座，军事领域中装甲车、战机的冲击防护结构和电子屏蔽夹心层，建筑领域中公共场合的吸声内墙和装饰材料。
目前商业化的泡沫铝板材多采用熔体发泡法制备块状“面包铝”然后进行切割成片的生产模式，其步骤包括：铝熔体制备、铝熔体增粘、发泡剂混合、保温发泡、冷却和切片成材等工序，专利CN1320710A改进了国外专利，降低了操作难度使泡沫铝生产简单可行，但该法属于间歇操作，单炉次生产模式造成设备的使用率和生产效率低，同时切片工序会造成一部分孔泡的破坏，影响其综合性能，由于泡沫铝的热导率低在大体积泡沫铝冷却过程中，容易产生中心裂纹和孔洞缺陷影响其成材率。
为实现泡沫铝板材的大规模工业化生产，美国专利US.par6984356B2提到了一种泡沫铝连续制备方法，但该专利不能根据需求量对熔体进行在线增粘，专利CN102312117A提供了一种吹气发泡连续生产闭孔泡沫铝的方法和设备，但其制备的产品易受蓄液室液面的干扰且在泡沫铝的提拉过程中易发生断裂现象，专利CN102962413A提到了一种闭孔泡沫铝的连续铸造***，该发明生产效率高可直接生产泡沫铝板材，但该发明设备的设计、各环节工艺控制和各工序之间的匹配尚存有一些问题，暂没有进行工业化生产实施，专利CN104589567A发明了一种采用螺杆推进和加压发泡的连续泡沫铝板材生产线，但该专利仍存有以下问题，（1）熔体增粘和发泡剂混合两道工序在同一加料室内进行，不能实现铝熔体的连续化制备，（2）螺杆推进结构复杂，不易密封，工作过程中易产生物料倒流，（3）水平提取半固态泡沫铝时易发生拉断现象。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法，包括铝熔体连续供给***、熔融态泡沫铝水冷双辊垂直成形***和中心控制***。铝熔体连续供给***实现熔融态泡沫铝的连续制备和供给；熔融态泡沫铝水冷双辊垂直成形可使泡沫铝由熔融态冷却凝固形成泡沫铝板材，并由飞剪进行定尺切断，中心控制***负责调节控制铝熔体连续供给***和熔融态泡沫铝水冷双辊垂直成形***，实现泡沫铝板材水冷双棍垂直连续成形过程中的全自动作业。
技术方案：一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法，由铝熔体连续供给***、熔融态泡沫铝水冷双辊垂直成形***和中心控制***组成，包括以下步骤：
第一步、物料的熔化：向熔化坩埚室（1）内添加铝块或铝合金块并进行保温熔化，坩埚室内温度由温控单元调节控制，坩埚室内温度范围为700~720℃内可调。
第二步、增粘：将第一步制备的铝液或铝合金液注入增粘坩埚室中，向增粘坩埚室内添加增粘剂，增粘剂为金属钙、金属镁、SiC、Al2O3和粉煤灰其中的一种或几种混合，添加量为注入铝液或铝合金液重量的2~3%，搅拌***由电机、传动轴和搅拌叶片组成，搅拌叶片与传动轴固定联接，搅拌叶片位于铝液或铝合金液中，在电机的带动下传动轴旋转，电机的转速由搅拌***控制单元调节控制，搅拌转速范围在500~700r/min内可调，搅拌时间为6~10min，搅拌结束后形成铝熔体。
第三步、缓存：将第二步制备的铝熔体注入缓存坩埚室内，并进行保温存储，坩埚室内温度由温控单元调节控制，温度控制范围为700~720℃内可调。
第四步、混合：将第三步缓存的铝熔体分别注入多个并排布局的混合坩埚室，在混合坩埚室内添加发泡剂，发泡剂为TiH2、ZrH2或CaH2其中的一种或几种，添加量为注入铝熔体重量的1~1.6%，搅拌叶片位于混合坩埚室内铝熔体中，并在电机的带动下旋转，混合搅拌转速范围为1400~1600r/min内可调，混合搅拌时间为1~2min，搅拌结束后形成待发泡铝熔体。
第五步、保温发泡：将第四步制备的待发泡铝熔体注入发泡槽中，并进行保温发泡，发泡温度控制在680~720℃，熔融态泡沫铝生长溢出至布流器并经布流器垂直向下进入水平成对布局的有内部冷却水孔的水冷轧辊组成的水冷双辊咬合区域，并进行接触冷却，在泡沫铝自身重力、引导板和水冷双辊牵引力的作用下，离开水冷双辊咬合区域实现连续冷却成形，形成泡沫铝板材，当达到设定长度时由飞剪自行切断。
所述的一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形方法，其特征在于由中心控制***负责调节控制铝熔体连续供给***和熔融态泡沫铝水冷双辊垂直成形***，中心控制***由内部流道控制单元、搅拌***控制单元、双辊控制单元和飞剪控制单元组成，实现泡沫铝板材水冷双辊垂直连续生产过程中的全自动化作业。
所述的一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法，铝熔体连续供给***依次由熔化坩埚室、增粘坩埚室、缓存坩埚室、混合坩埚室、发泡槽和搅拌***组成，熔融态泡沫铝水冷双辊垂直成形由布流器、水冷轧辊、引导板和飞剪组成，其中水冷轧辊成对出现，且位于同一个平面上，铝熔体连续供给***内的部件采用高度差内部流道，流道内进行加热并保温防止铝熔体和熔融态泡沫铝的凝固堵塞。
所述的一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形方法，多个并排布局的混合坩埚室工作方式采用交替式连续工作并由中心控制***控制，混合坩埚室内发泡剂混合时间为1~1.5min，在混合坩埚室的非搅拌时间由中心控制***对其进行铝熔体的定量补给，控制铝熔体温度680~720℃，实现待发泡铝熔体的连续制备。
所述的一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法，熔融态泡沫铝经布流器垂直向下与水平布置的水冷双辊接触冷却，布流器可避免发泡槽内待发泡铝熔体注入产生的液面冲击对泡沫铝板材质量的影响，垂直向下的牵引模式避免牵引过程中发生熔融态泡沫铝断裂，水冷双辊使熔融态泡沫铝在其接触部位发生冷却并行成固态泡沫铝。
所述的一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法，成形后的泡沫铝板材在牵引力作用下下行，到达指定长度后由中心控制***启动飞剪，对水冷轧辊下方的固态泡沫铝板材实施快速剪断，实现泡沫铝板材的定尺切断。
所述的一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法，成品泡沫铝板材的孔隙率、密度、孔壁厚度可通过添加不同种类不同含量的增粘剂和调节坩埚室内发泡温度进行调节控制，成品泡沫铝板材的生产速率可由并排布局的混合坩埚室的工作频率和水冷双辊的线速度调节控制，成品泡沫铝板材的厚度可由水冷双辊之间的间隙调节，成品泡沫铝板材的长度可由飞剪控制单元调节控制。
有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点。
1、本发明可完全实现泡沫铝板材的连续化工业生产，并可实现不同孔隙率、不同密度和不同孔壁厚度泡沫铝板材的在线调控。
2、本发明的设备构造简单，操作简便，各执行机构均由中心控制***控制并工作，可实现泡沫铝板材连续生产过程中的全自动化作业。
3、本发明中布流器的设计可避免发泡槽内液面波动对成品泡沫铝板材的干扰，同时垂直向下的引出模式避免了牵引过程中熔融态泡沫铝拉断现象的发生。
4、本发明采用水冷双辊对熔融态泡沫铝冷却成形使其在离开水冷双辊咬合点时固化，无需后续冷却装置。
5、本发明采用飞剪对泡沫铝板材进行定尺切断，实现不同长度泡沫铝板材的在线定尺切断。
附图说明
图1为本发明实施例的泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法示意图。
图2为本发明实施例的并排布局混合坩埚室示意图。
图3为本发明实施例的搅拌***结构示意图。
图4为本发明实施例的中心控制***示意图。
其中图中： 1、熔化坩埚室 2、搅拌*** 3、增粘坩埚室 4、缓存坩埚室 5、混合坩埚室 6、发泡槽 7、布流器 8、水冷轧辊 9、飞剪 10、引导板 201、电机 202、传动轴 203、搅拌叶片 801、冷却水孔。
具体实施方式
在如图1～4所示的实施例中，一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法，首先在熔化坩埚室1内添加15kg纯铝锭，由中心控制***的温控单元控制进行升温熔化，然后保温至700℃并进行表面除渣处理。
再由中心控制***控制开启连接熔化坩埚室1和增粘坩埚室3的内部流道，使铝液注入至增粘坩埚室3，当增粘坩埚室3内液面达到设定液位时，触发中心控制***并关闭该内部流道，随后触发搅拌***控制单元，使搅拌***2开始工作，并控制搅拌转速为600r/min，加入2.5%的金属钙和1%的金属镁，搅拌增粘8min。
其次增粘工序工作结束后搅拌***2在中心控制***控制下停止运转，增粘后的铝熔体在内部流道控制单元控制下注入至缓存坩埚室4，并进行700℃保温，同时增粘坩埚室3内可继续进行铝熔体的制备。
再次缓存的铝熔体在内部流道控制单元控制下分别注入至并排布局的混合坩埚室5，注入量为1.8kg由混合坩埚室5内中心控制***负责调节控制，并维持铝熔体的温度在700℃，由搅拌***控制单元开启混合坩埚室5中的搅拌***2并调节其转速在1450r/min，添加经450℃氧化1h处理的TiH2发泡剂1.5%，并定时混合搅拌，搅拌时间达到1.5min，开启联通发泡槽6的内部流道，利用搅拌***2的旋转推动力促使待发泡铝熔体迅速注入发泡槽6，待发泡铝熔体完全进入发泡槽6后关闭此流道，多个混合坩埚室5交替循环工作均由中心控制***调节控制，实现发泡槽6内待发泡铝熔体的连续化制备。
铝熔体在保温700℃的发泡槽6内生长，熔融态泡沫铝充满发泡槽6后溢出至底部安装有引导板10的布流器7内，当布流器7内熔融态泡沫铝液位到达一定高度后，由水冷双辊控制单元启动水冷轧辊8，并控制水冷轧辊8线速度为1m/min，熔融态泡沫铝在其重力和引导板10的牵引下垂直向下引出并与水冷轧辊8接触，使熔融态泡沫铝冷却成固态泡沫铝板材。
最后当到泡沫铝板材到达预设长度后，触发飞剪控制单元并启动飞剪9进行定尺切断，获得规定长度的泡沫铝板材。

Claims (2)

1.一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法，由铝熔体连续供给***、熔融态泡沫铝双辊垂直成形***和中心控制***组成，其特征在于：包括以下步骤：
第一步、物料的熔化：向熔化坩埚室（1）内添加铝块或铝合金块并进行保温熔化，坩埚室内温度由温控单元调节控制，坩埚室内温度范围为700~720℃内可调；
第二步、增粘：将第一步制备的铝液或铝合金液注入增粘坩埚室（3）中，向增粘坩埚室（3）内添加增粘剂，增粘剂为金属钙、金属镁、SiC、Al2O3和粉煤灰其中的一种或几种混合，添加量为注入铝液或铝合金液重量的2~3%，搅拌***（2）由电机（201）、传动轴（202）和搅拌叶片（203）组成，搅拌叶片（203）与传动轴（202）固定联接，搅拌叶片（203）位于铝液或铝合金液中，在电机（201）的带动下传动轴（202）旋转，电机的转速由搅拌***控制单元调节控制，搅拌转速范围在500~700r/min内可调，搅拌时间为6~10min，搅拌结束后形成铝熔体；
第三步、缓存：将第二步制备的铝熔体注入缓存坩埚室（4）内，并进行保温存储，坩埚室内温度由温控单元调节控制，温度控制范围为700~720℃内可调；
第四步、混合：将第三步缓存的铝熔体分别注入多个并排布局的混合坩埚室（5），在混合坩埚室（5）内添加发泡剂，发泡剂为TiH2、ZrH2或CaH2其中的一种或几种，添加量为注入铝熔体重量的1~1.6%，搅拌叶片位于混合坩埚室（5）内铝熔体中，并在电机的带动下旋转，混合搅拌转速范围为1400~1600r/min内可调，混合搅拌时间为1~2min，搅拌结束后形成待发泡铝熔体；
第五步、保温发泡：将第四步制备的待发泡铝熔体注入发泡槽（6）中，并进行保温发泡，发泡温度控制在680~720℃，熔融态泡沫铝生长溢出至布流器（7）并经布流器（7）垂直向下进入水平成对布局的有内部冷却水孔（801）的水冷轧辊（8）组成的水冷双辊咬合区域，并进行接触冷却，在泡沫铝自身重力、引导板（10）和水冷双辊牵引力的作用下，离开水冷双辊咬合区域实现连续冷却成形，形成泡沫铝板材，当达到设定长度时由飞剪（9）自行切断。
2.根据权利1要求，所述的一种泡沫铝板材水冷双辊垂直连续成形的方法，其特征在于：由中心控制***负责调节控制铝熔体连续供给***和熔融态泡沫铝水冷双辊垂直成形***，中心控制***由内部流道控制单元、搅拌***控制单元、双辊控制单元、飞剪控制单元和温控单元组成，实现泡沫铝板材连续生产过程中的全自动化作业，铝熔体连续供给***依次由融化坩埚室（1）、增粘坩埚室（3）、缓存坩埚室（4）、混合坩埚室（5）、发泡槽（6）和搅拌***（2）组成，铝熔体连续供给***内的部件采用高度差内部流道，流道内进行加热并保温防止铝熔体和熔融态泡沫铝的凝固堵塞，实现铝熔体的连续供给；熔融态泡沫铝水冷双辊垂直成形***由布流器（7）、水冷轧辊（8）、引导板（10）和飞剪（9）组成，其中水冷轧辊（8）成对出现，且位于同一个平面上形成水冷双辊。
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