CN117564235B - 一种铝合金板坯的铸轧装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金板坯的铸轧装置和方法。用于铸轧铝合金板坯的装置包括浇铸装置，所述浇铸装置包括分流装置和电磁搅拌装置，其中所述分流装置包括分流盘本体、进料口、多个山字形分流块和多个三角形分流块，所述电磁搅拌装置包括第一电磁感应线圈和第二电磁感应线圈、冷却水进出口和交流电源；以及结晶装置。本发明的装置结合有分流装置和电磁搅拌装置，制备的铝合金板坯成形率高、充型效果好且组织均匀。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金铸轧生产技术领域，具体涉及一种铝合金板坯的铸轧装置和方法，更具体涉及一种提高窄凝固区间铝合金宽幅薄板铸轧流动性和板坯质量的铸轧装置和方法。
背景技术
目前现有的1xxx系铝合金和8xxx系铝合金由于合金元素含量少，主要以Fe、Si元素为强化元素，因此凝固区间窄，固相线到液相线之间的温差仅为20-30°C。这使得在铸轧1xxx系铝合金和8xxx系铝合金薄板时，随着板材的宽度加大，铝液的流动性降低。
现有的生产铸轧板用铸嘴结构装置均为通用结构，且分流结构设计较为简单。例如，专利申请公开号CN 218798971 U描述了一种用于铝合金铸轧生产的铸嘴结构，然而其中没有考虑到不同牌号金属的流动性不同，也未考虑铸轧板材宽度厚度的影响，且浇铸结构简单，只有单排数量较少的几个分流块。该专利申请的发明重点在于铸轧过程中，铝液通过进料口可实现流量调节，而对铝液进入铸嘴本体后的分流设计较为薄弱，不适于制备窄凝固区间铝合金宽幅铸轧薄板。
目前采用铸轧法生产的坯料主要存在以下问题：随着板材的宽度增大，铝液的流动性降低，一方面，这会导致铸轧板边部铝液补缩困难、填充不完全，影响铸轧板成型效果；另一方面，铸轧板整体宽度方向上中心与边部温差较大，会产生元素偏析、板材晶粒大小不等的问题，导致板材组织不均匀、板材的力学性能降低。
发明内容
本公开的目的在于提供一种铝合金板坯的铸轧装置和方法，以解决现有技术中的已知装置铸轧的板材成型率低、晶粒大小不等、组织不均匀等技术问题。
为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了一种用于铸轧铝合金板坯的装置，装置包括：
浇铸装置，浇铸装置包括分流装置和电磁搅拌装置，
其中分流装置包括：分流盘本体，进料口，布置在分流盘本体的与铸轧方向垂直的侧面的中央处，多个山字形分流块，布置在分流盘本体中并且线性排列在靠近进料口的一侧，多个山字形分流块的山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度 / 横部长度之比为0.7-0.8，多个山字形分流块中相邻两个之间的间距从中心到两端递增且满足1.3≤ 最大间距/最小间距 ≤ 2.0，和多个三角形分流块，穿插设置在多个山字形分流块的间隙中并与多个山字形分流块交替排布，多个三角形分流块与多个山字形分流块处于分流盘本体的同一高度处，且三角形分流块的体积比山字形分流块的体积小，其中山字形分流块与三角形分流块在与铸轧方向垂直的方向上的宽度比为2:1，山字形分流块与三角形分流块的高度比为2.2:1，并且
电磁搅拌装置包括：第一电磁感应线圈和第二电磁感应线圈，分别设置在分流盘本体在铸轧方向上的两侧且由空心铜管缠绕而成，铜管的壁厚为0.3-0.6 mm，缠绕直径为100-160 mm，第一电磁感应线圈和第二电磁感应线圈的中心与分流盘本体的中心在同一高度处，且第一电磁感应线圈和第二电磁感应线圈在铸轧方向上的长度与分流盘本体在铸轧方向上的长度相等，冷却水进出口，布置在第一电磁感应线圈和第二电磁感应线圈上，用于将冷却水通入铜管中，和交流电源；以及
结晶装置，结晶装置包括上结晶轧辊和下结晶轧辊，上结晶轧辊和下结晶轧辊内部设置有冷却水的通路。
进一步地，结晶装置还包括风冷装置，位于上结晶轧辊和下结晶轧辊在铸轧方向的下游，用于对铝合金板坯风冷。
进一步地，上结晶轧辊和下结晶轧辊由铜制成。
进一步地，多个山字形分流块和多个三角形分流块的整体轮廓经过圆滑过渡。
进一步地，多个三角形分流块的朝向铸轧方向的顶角的角度大于其他角的角度。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于使用本发明的装置铸轧铝合金板坯的方法，方法包括如下步骤：步骤S1，将铝合金熔体精炼、扒渣、搅拌、静止后通过进料口进料至分流盘本体内，使铝合金熔体流过多个山字形分流块和多个三角形分流块；步骤S2，向第一电磁感应线圈和第二电磁感应线圈的铜管中通入冷却水并通过交流电源施加交变电流；以及步骤S3，向上结晶轧辊和下结晶轧辊的通路中通入冷却水，使流经多个山字形分流块和多个三角形分流块的铝合金熔体汇入上结晶轧辊和下结晶轧辊之间的区域，通过上结晶轧辊和下结晶轧辊对铝合金熔体施加冷却和轧制力，得到铝合金板坯。
进一步地，方法还包括步骤S4，通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对铝合金板坯进行风冷，得到成品铝合金板材。
进一步地，在步骤S1中，在进料口处铝合金熔体的温度为680-720°C，且铝合金熔体的流速为20-50 m/min。
进一步地，在步骤S2中，施加于铜线圈上的电压为220-380 V，施加于铜线圈上的电流频率为2-50 Hz，铜线圈中冷却水的流量为0.5-2 m3/h。
进一步地，在步骤S3中，上结晶轧辊和下结晶轧辊的轧辊速度为1.0-3.0 m/min，轧辊冷却水的流量为3-10 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.3-0.5 μm，轧辊的凸度为0.15-0.20mm，轧制力为22-25 MPa，轧辊的区域的长度为50-55 mm，铝合金板坯离开上结晶轧辊和下结晶轧辊的温度450-510°C。
如上所述，已知的铝合金板坯的铸轧装置和方法具有板材成型率低、晶粒大小不等、组织不均匀等技术问题。根据本公开的技术方案，提供了一种铝合金板坯的铸轧装置，通过结合分流装置和电磁搅拌装置两者的结构布局，增加分流盘在与铸轧方向垂直的方向上的两端部铝液的流动性，从而使得液流分配均匀、充型效果改善，由此显著提高铝合金板材的成型率，可从现有的95-96%提高到98-99%；通过本发明的分流装置中分流块的具体布置，减小分流盘中心和两端部的铝液的温差，可从现有的10-12°C减小到3-5°C，从而改善铸轧板中心晶粒粗大、两端部晶粒细小的现象；防止因分流盘两端部的铝液温度过低而产生粗大化合物（例如，Al9Fe2Si2相），由此改善铸轧板的组织均匀性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的宽幅薄板铸轧装置的立体图。
图2是根据本发明实施例的宽幅薄板浇铸装置的主视图。
图3是根据对比例1的宽幅薄板浇铸装置的主视图。
图4是根据对比例2的宽幅薄板浇铸装置的主视图。
图5是根据对比例3的宽幅薄板浇铸装置的主视图。
图6是根据对比例3的浇铸过程的铝液流场分布图。
图7是根据本发明实施例1的浇铸过程的铝液流场分布图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1：分流盘本体；2：进料口；3：山字形分流块；4：三角形分流块；5：第一电磁感应线圈；6：第二电磁感应线圈；7：上结晶轧辊；8：下结晶轧辊；9：铝合金板坯。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本公开。
针对背景技术中所提及的现有技术中存在的不足，本公开的一个具体实施方式提供了一种用于铸轧铝合金板坯的装置，该装置包括：
浇铸装置，浇铸装置包括分流装置和电磁搅拌装置，
其中分流装置包括：分流盘本体1，进料口2，布置在分流盘本体1的与铸轧方向垂直的侧面的中央处，多个山字形分流块3，布置在分流盘本体1中并且线性排列在靠近进料口2的一侧，多个山字形分流块3的山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度 /横部长度之比为0.7-0.8，多个山字形分流块3中相邻两个之间的间距从中心到两端递增且满足1.3 ≤ 最大间距/最小间距 ≤ 2.0，和多个三角形分流块4，穿插设置在多个山字形分流块3的间隙中并与多个山字形分流块3交替排布，多个三角形分流块4与多个山字形分流块3处于分流盘本体1的同一高度处，且三角形分流块4的体积比山字形分流块3的体积小，其中山字形分流块3与三角形分流块4在与铸轧方向垂直的方向上的宽度比为2:1，山字形分流块3与三角形分流块4的高度比为2.2:1，并且
电磁搅拌装置包括：第一电磁感应线圈5和第二电磁感应线圈6，分别设置在分流盘本体1在铸轧方向上的两侧且由空心铜管缠绕而成，铜管的壁厚为0.3-0.6 mm，缠绕直径为100-160 mm，第一电磁感应线圈5和第二电磁感应线圈6的中心与分流盘本体1的中心在同一高度处，且第一电磁感应线圈5和第二电磁感应线圈6在铸轧方向上的长度与分流盘本体1在铸轧方向上的长度相等，冷却水进出口，布置在第一电磁感应线圈5和第二电磁感应线圈6上，用于将冷却水通入铜管中，和交流电源；以及
结晶装置，结晶装置包括上结晶轧辊7和下结晶轧辊8，上结晶轧辊7和下结晶轧辊8内部设置有冷却水的通路。
已经发现，在铝合金材料（如凝固区间窄的1xxx系和8xxx系铝合金材料）铸轧过程中随着铸轧板材宽度增大，铝液的流动性会降低，导致铸轧板两端部铝液补缩困难、填充不完全，并且铸轧板整体宽度方向上中心与两端部温差较大，板材两端部会产生粗大化合物、组织不均匀。本发明针对现有技术中凝固区间窄、宽度约两米的薄板铸轧过程设计了一种铸轧装置，同时考虑到了板材宽度、厚度、固液相线温差、合金元素的析出规律等因素。
用于铸轧铝合金板坯的装置应用电磁感应原理，在分流盘本体（铸嘴本体）两侧增加水冷铜线圈，金属液（铝合金熔体）在流动过程中受到电磁力的搅拌作用和焦耳热的加热作用，由此增加分流盘两侧金属液的流动性并且同时提高其温度，有利于浇铸过程中液流充型完整。
另外，在模拟的基础上设计分流盘本体中布置的分流块的形状、数量、间距和分布位置，进一步改善金属液在分流盘本体中的分布以及流动特性。其中山字形分流块的体积较大，以线性横向排列在靠近进料口一侧，起到初次分配铝液流量的作用；三角形分流块的体积较小，穿插设置在山字形分流块的间隙中，且与山字形分流块排列在同一高度，从而起到再次均匀分配铝液作用。由此铝液在分流盘本体中的流动性得以改善。
优选地，多个山字形分流块3中相邻两个之间的间距满足最大间距/最小间距为1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0。最大间距/最小间距在本公开的范围内，使得铝液在分流盘本体中流动时两端部的流动阻力减小，从而促进铝液在两端部的流动，进一步改善铝液的充型完整性。
在一些实例中，结晶装置还包括风冷装置，位于上结晶轧辊7和下结晶轧辊8在铸轧方向的下游，用于对铝合金板坯风冷。
铝合金板坯在随着轧辊的转动被移出轧制区域之后可采用风冷装置继续对其进行风冷，可以有利于铸轧板的定型，得到稳定的成品铝合金铸轧板。
在一些实例中，上结晶轧辊7和下结晶轧辊8由铜制成。上结晶轧辊和下结晶轧辊的材质为铜，铜具有良好的导热性，结合上结晶轧辊和下结晶轧辊内部通路中的冷却水，能够在轧辊过程中实现良好的降温效果。
在一些实例中，多个山字形分流块3和多个三角形分流块4的整体轮廓经过圆滑过渡。山字形分流块和三角形分流块的整体轮廓经圆滑过渡从而降低对铝液的阻力，促使铝液均匀分布，从而进一步有利于板材的充型完整。
在一些实例中，多个三角形分流块4的朝向铸轧方向的顶角的角度大于其他角的角度。三角形分流块的朝向铸轧方向的顶角大于另外两个角的角度可以进一步改善铝液的流动性以及其在与铸轧方向垂直的方向上的均匀分布，从而进一步改善板材的充型完整性。
根据本文的另一个实施方式，提供了一种用于使用本发明的装置铸轧铝合金板坯的方法，方法包括如下步骤：步骤S1，将铝合金熔体精炼、扒渣、搅拌、静止后通过进料口2进料至分流盘本体1内，使铝合金熔体流过多个山字形分流块3和多个三角形分流块4；步骤S2，向第一电磁感应线圈5和第二电磁感应线圈6的铜管中通入冷却水并通过交流电源施加交变电流；以及步骤S3，向上结晶轧辊7和下结晶轧辊8的通路中通入冷却水，使流经多个山字形分流块3和多个三角形分流块4的铝合金熔体汇入上结晶轧辊7和下结晶轧辊8之间的区域，通过上结晶轧辊7和下结晶轧辊8对铝合金熔体施加冷却和轧制力，得到铝合金板坯。
铝合金熔体经过精炼、扒渣、搅拌、静止后从进料口进入分流盘本体内，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，并同时从中心向两侧流动填充。第一电磁感应线圈和第二电磁感应线圈通入冷却水并施加交变电流，产生交变磁场，分流盘本体中的铝合金熔体在流动过程中切割磁力线，产生洛伦兹力和焦耳热，由于电磁力的作用，靠近分流盘两端的铝合金熔体流动速度和温度都会提高，使充型更完整、成型的板材在宽度方向上的温差降低。上结晶轧辊和下结晶轧辊中通有冷却水，铝液流经山字形分流块和三角形分流块后汇入到上结晶轧辊和下结晶轧辊之间的区域，经过上结晶轧辊和下结晶轧辊的冷却作用和施加的轧制力的作用，铝液先凝固后被轧制成铝合金板坯。
上结晶轧辊和下结晶轧辊内部设置有冷却水的通路，在轧制过程中通冷却水，对轧辊实施降温；同时上下结晶轧辊对铝液施加轧制力，确保铝液与轧辊接触后，在有效工作区域内能够完成凝固，降温至固相线以下形成铸轧铝合金板坯，板坯随着轧辊的转动被移出轧制区域，随后被冷却水雾继续降温，形成稳定的铝合金轧板。
在一些实例中，方法还包括步骤S4，通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对铝合金板坯进行风冷，得到成品铝合金板材。优选地，压缩空气的湿度为40%、42%、44%、46%、48%、50%、52%、54%、56%、58%、60%等。风冷装置提供的压缩空气的湿度在本公开范围内，可以改善铝合金板坯的定型效果，提高成品率。
在一些实例中，在步骤S1中，在进料口2处铝合金熔体的温度为680-720°C，且铝合金熔体的流速为20-50 m/min。
优选地，进料口处铝合金熔体的温度为680°C、685°C、690°C、695°C、700°C、705°C、710°C、715°C、720°C等。优选地，铝合金熔体的流速为20 m/min、25 m/min、30 m/min、35 m/min、40 m/min、45 m/min、50 m/min等。铝合金熔体的温度和流速在本公开范围内，可以进一步改善铝合金熔体的流动性，降低分流盘中心和两端处铝液的温差，从而进一步改善铝液的充型完整性。
在一些实例中，在步骤S2中，施加于铜线圈上的电压为220-380 V，施加于铜线圈上的电流频率为2-50 Hz，铜线圈中冷却水的流量为0.5-2 m3/h。
优选地，施加于铜线圈上的电压为220 V、380 V等，电流频率为50 Hz，冷却水的流量为0.5 m3/h、1.0 m3/h、1.5 m3/h、2.0 m3/h等。冷却水的流量在本公开范围内，可以有效保护铜线圈，防止铜线圈过热发生短路。施加于铜线圈上的电压和电流频率在本公开范围内，可以有效产生适当的洛伦兹力和焦耳热，从而进一步提高分流盘两端的铝熔体流动速度和温度，进一步降低铝合金板材在宽度方向上的温差，同时进一步改善充型效果。
在一些实例中，在步骤S3中，上结晶轧辊7和下结晶轧辊8的轧辊速度为1.0-3.0m/min，轧辊冷却水的流量为3-10 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.3-0.5 μm，轧辊的凸度为0.15-0.20 mm，轧制力为22-25 MPa，轧辊的区域的长度为50-55 mm，铝合金板坯离开上结晶轧辊7和下结晶轧辊8的温度450-510°C。
优选地，轧辊速度为1.0 m/min、1.5 m/min、2.0 m/min、2.5 m/min、3.0 m/min等，轧辊冷却水的流量为3 m3/h、4 m3/h、5 m3/h、6 m3/h、7 m3/h、8 m3/h、9 m3/h、10 m3/h等，粗糙度Ra为0.3 μm、0.4 μm、0.5 μm等，轧辊的凸度为0.15 mm、0.16 mm、0.17 mm、0.18 mm、0.19 mm、0.20 mm等，轧制力为22 MPa、23 MPa、24 MPa、25 MPa等，轧辊区域的长度为50mm、51 mm、52 mm、53 mm、54 mm等，离开轧辊的温度为450°C、460°C、470°C、480°C、490°C、500°C、510°C等。轧辊过程的工艺参数在本公开范围内，可以提高铝合金板材的轧辊效率，提高产量，改善成品铝合金板材的品质。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以680°C、20 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，从中心向两侧流动填充整个分流盘；山字形分流块中相邻两个之间呈不等间距排列，从中心到两端间距递增，最大间距/最小间距 = 1.3；山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度 / 横部长度 = 0.7；山字形分流块与三角形分流块的宽度比为2:1，高度比为2.2:1；
步骤S2、向电磁感应线圈的铜管（壁厚为0.3 mm，缠绕直径为100 mm）中通入冷却水，流量为0.5 m3/h，并施加交变电流，电压为220 V，铜线圈电感产生交变磁场，对分流盘本体中的铝合金熔体施加电磁力；
步骤S3、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为1.0 m/min，轧辊冷却水的流量为3 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.3 μm，轧辊的凸度为0.15 mm，轧制力为22 MPa，轧辊区域的长度为50mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为450°C；
步骤S4、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
实施例2
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以680°C、20 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，从中心向两侧流动填充整个分流盘；山字形分流块中相邻两个之间呈不等间距排列，从中心到两端间距递增，最大间距/最小间距 = 1.6；山字形尖端朝向铸轧方向且山字形的竖部长度/ 横部长度 = 0.7；山字形分流块与三角形分流块的宽度比为2:1，高度比为2.2:1；
步骤S2、向电磁感应线圈的铜管（壁厚为0.3 mm，缠绕直径为100 mm）中通入冷却水，流量为0.5 m3/h，并施加交变电流，电压为220 V，铜线圈电感产生交变磁场，对分流盘本体中的铝合金熔体施加电磁力；
步骤S3、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为1.0 m/min，轧辊冷却水的流量为3 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.3 μm，轧辊的凸度为0.15 mm，轧制力为22 MPa，轧辊区域的长度为50mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为450°C；
步骤S4、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
实施例3
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以680°C、20 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，从中心向两侧流动填充整个分流盘；山字形分流块中相邻两个之间呈不等间距排列，从中心到两端间距递增，最大间距/最小间距 = 2.0；山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度/ 横部长度 = 0.7；山字形分流块与三角形分流块的宽度比为2:1，高度比为2.2:1；
步骤S2、向电磁感应线圈的铜管（壁厚为0.3 mm，缠绕直径为100 mm）中通入冷却水，流量为0.5 m3/h，并施加交变电流，电压为220 V，铜线圈电感产生交变磁场，对分流盘本体中的铝合金熔体施加电磁力；
步骤S3、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为1.0 m/min，轧辊冷却水的流量为3 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.3 μm，轧辊的凸度为0.15 mm，轧制力为22 MPa，轧辊区域的长度为50mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为450°C；
步骤S4、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
实施例4
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以720°C、20 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，从中心向两侧流动填充整个分流盘；山字形分流块中相邻两个之间呈不等间距排列，从中心到两端间距递增，最大间距/最小间距 = 1.3；山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度/ 横部长度 = 0.8；山字形分流块与三角形分流块的宽度比为2:1，高度比为2.2:1；
步骤S2、向电磁感应线圈的铜管（壁厚为0.4 mm，缠绕直径为120 mm）中通入冷却水，流量为2 m3/h，并施加交变电流，电压为380 V，铜线圈电感产生交变磁场，对分流盘本体中的铝合金熔体施加电磁力；
步骤S3、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为1.0 m/min，轧辊冷却水的流量为3 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.3 μm，轧辊的凸度为0.15 mm，轧制力为22 MPa，轧辊区域的长度为52mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为450°C；
步骤S4、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
实施例5
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以720°C、20 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，从中心向两侧流动填充整个分流盘；山字形分流块中相邻两个之间呈不等间距排列，从中心到两端间距递增，最大间距/最小间距 = 1.6；山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度/ 横部长度 = 0.8；山字形分流块与三角形分流块的宽度比为2:1，高度比为2.2:1；
步骤S2、向电磁感应线圈的铜管（壁厚为0.4 mm，缠绕直径为120 mm）中通入冷却水，流量为2 m3/h，并施加交变电流，电压为380 V，铜线圈电感产生交变磁场，对分流盘本体中的铝合金熔体施加电磁力；
步骤S3、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为1.0 m/min，轧辊冷却水的流量为3 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.3 μm，轧辊的凸度为0.15 mm，轧制力为22 MPa，轧辊区域的长度为52mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为450°C；
步骤S4、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
实施例6
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以720°C、20 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，从中心向两侧流动填充整个分流盘；山字形分流块中相邻两个之间呈不等间距排列，从中心到两端间距递增，最大间距/最小间距 = 2.0；山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度/ 横部长度 = 0.8；山字形分流块与三角形分流块的宽度比为2:1，高度比为2.2:1；
步骤S2、向电磁感应线圈的铜管（壁厚为0.4 mm，缠绕直径为120 mm）中通入冷却水，流量为2 m3/h，并施加交变电流，电压为380 V，铜线圈电感产生交变磁场，对分流盘本体中的铝合金熔体施加电磁力；
步骤S3、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为1.0 m/min，轧辊冷却水的流量为3 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.3 μm，轧辊的凸度为0.15 mm，轧制力为22 MPa，轧辊区域的长度为52mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为450°C；
步骤S4、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
实施例7
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以680°C、25 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，从中心向两侧流动填充整个分流盘；山字形分流块中相邻两个之间呈不等间距排列，从中心到两端间距递增，最大间距/最小间距 = 1.3；山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度/ 横部长度 = 0.75；山字形分流块与三角形分流块的宽度比为2:1，高度比为2.2:1；
步骤S2、向电磁感应线圈的铜管（壁厚为0.5 mm，缠绕直径为140 mm）中通入冷却水，流量为0.5 m3/h，并施加交变电流，电压为220 V，铜线圈电感产生交变磁场，对分流盘本体中的铝合金熔体施加电磁力；
步骤S3、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为2.0 m/min，轧辊冷却水的流量为6 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.4 μm，轧辊的凸度为0.18 mm，轧制力为23 MPa，轧辊区域的长度为55mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为450°C；
步骤S4、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
实施例8
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以700°C、25 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，从中心向两侧流动填充整个分流盘；山字形分流块中相邻两个之间呈不等间距排列，从中心到两端间距递增，最大间距/最小间距 = 2.0；山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度/ 横部长度 = 0.75；山字形分流块与三角形分流块的宽度比为2:1，高度比为2.2:1；
步骤S2、向电磁感应线圈的铜管（壁厚为0.5 mm，缠绕直径为140 mm）中通入冷却水，流量为2 m3/h，并施加交变电流，电压为380 V，铜线圈电感产生交变磁场，对分流盘本体中的铝合金熔体施加电磁力；
步骤S3、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为2.0 m/min，轧辊冷却水的流量为6 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.4 μm，轧辊的凸度为0.18 mm，轧制力为23 MPa，轧辊区域的长度为55mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为510°C；
步骤S4、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
实施例9
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以680°C、50 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，从中心向两侧流动填充整个分流盘；山字形分流块中相邻两个之间呈不等间距排列，从中心到两端间距递增，最大间距/最小间距 = 1.3；山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度/ 横部长度 = 0.7；山字形分流块与三角形分流块的宽度比为2:1，高度比为2.2:1；
步骤S2、向电磁感应线圈的铜管（壁厚为0.6 mm，缠绕直径为160 mm）中通入冷却水，流量为0.5 m3/h，并施加交变电流，电压为220 V，铜线圈电感产生交变磁场，对分流盘本体中的铝合金熔体施加电磁力；
步骤S3、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为3.0 m/min，轧辊冷却水的流量为10 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.5 μm，轧辊的凸度为0.20 mm，轧制力为25 MPa，轧辊区域的长度为55 mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为450°C；
步骤S4、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
实施例10
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以700°C、50 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排山字形分流块，再通过第二排三角形分流块，从中心向两侧流动填充整个分流盘；山字形分流块中相邻两个之间呈不等间距排列，从中心到两端间距递增，最大间距/最小间距 = 2.0；山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度/ 横部长度 = 0.8；山字形分流块与三角形分流块的宽度比为2:1，高度比为2.2:1；
步骤S2、向电磁感应线圈的铜管（壁厚为0.6 mm，缠绕直径为160 mm）中通入冷却水，流量为2 m3/h，并施加交变电流，电压为380 V，铜线圈电感产生交变磁场，对分流盘本体中的铝合金熔体施加电磁力；
步骤S3、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为3.0 m/min，轧辊冷却水的流量为10 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.5 μm，轧辊的凸度为0.20 mm，轧制力为25 MPa，轧辊区域的长度为55 mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为510°C；
步骤S4、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
对比例1
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以680°C、20 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，通过山字形分流块，山字形尖端朝向铸轧方向且山字形分流块的竖部长度 / 横部长度 = 0.7，山字形分流块中相邻两个之间呈等间距排列，从中心向两侧流动填充整个分流盘本体；
步骤S2、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为1.0 m/min，轧辊冷却水的流量为3 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.3 μm，轧辊的凸度为0.15 mm，轧制力为22 MPa，轧辊区域的长度为57mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为450°C；
步骤S3、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
对比例2
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以680°C、25 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，通过带有锥顶的凸字形分流块，分流块的竖部长度 / 横部长度 = 0.7，分流块中相邻两个之间呈等间距排列，从中心向两侧流动填充整个分流盘本体；
步骤S2、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为2.0 m/min，轧辊冷却水的流量为6 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.4 μm，轧辊的凸度为0.18 mm，轧制力为23 MPa，轧辊区域的长度为57mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为450°C；
步骤S3、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
对比例3
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以700°C、50 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排带有锥顶的凸字形分流块（分流块的竖部长度 / 横部长度 = 0.8），再通过第二排三角形分流块，分流块中相邻两个之间呈等间距排列，从中心向两侧流动填充整个分流盘本体；
步骤S2、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为3.0 m/min，轧辊冷却水的流量为10 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.5 μm，轧辊的凸度为0.2 mm，轧制力为25 MPa，轧辊区域的长度为60mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为510°C；
步骤S3、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
对比例4
步骤S1、对8xxx系铝合金熔体进行精炼、扒渣、搅拌、静止，随后铝合金熔体以710°C、60 m/min的速度从进料口进料至分流盘本体，先通过第一排带有锥顶的凸字形分流块（分流块的竖部长度 / 横部长度 = 0.8），再通过第二排三角形分流块，分流块中相邻两个之间呈等间距排列，从中心向两侧流动填充整个分流盘本体；
步骤S2、铝合金熔体流入到上下结晶轧辊区域后，受到上下结晶轧辊的冷却和轧制作用，先凝固后轧制成铝合金板坯，轧辊速度为4.0 m/min，轧辊冷却水的流量为15 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.6 μm，轧辊的凸度为0.3 mm，轧制力为20 MPa，轧辊区域的长度为63mm，铝合金板坯离开上下结晶轧辊的温度为550°C；
步骤S3、通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对移出轧辊后的铝合金板材风冷，得到成品铸轧铝合金板材。
以下表1中示出了根据本发明实施例1-10以及对比例1-4制备铝合金板材的工艺参数。
表1
以下表2中示出了根据本发明实施例1-10以及对比例1-4制备的1900 mm宽6.8 mm厚的铝合金板材的性能数据。
表2
从以上结果可以看出，结合有本发明具体排布的分流装置以及电磁搅拌装置的实施例1-10能够铸轧得到合乎要求的成品铝合金铸轧板，在铸轧过程中，分流盘两端部流动性好，铝液分配均匀、充型效果好，铸轧板成形率高，铸轧板宽度方向上中心和两端部的温差小，且铸轧板端部不存在粗大化合物。而相比之下，未采用本发明具体排布的分流装置以及电磁搅拌装置的对比例1-4得到的铸轧板显著更差，在铸轧过程中，分流盘两端部流动性差，铝液分配不均匀、充型效果差，铸轧板成形率低，铸轧板宽度方向上中心和两端部的温差大，且铸轧板端部出现粗大化合物Al9Fe2Si2相。
图6示出了根据对比例3的浇铸过程流场分布图，图7示出了根据实施例1的浇铸过程流场分布图。从图6和图7可以看出两种浇铸装置的铝液流量分配差别明显，对比例3中分流盘两端部铝液较少，而实施例1中分流盘两端部铝液流量充盈。这表明在结合了电磁感应线圈后，采用本发明的浇铸装置进行浇铸时，铝液能够在分流盘中均匀分配，两端部铝液流量大、充型效果好，且两端部铝液温度与中心位置处铝液温差明显减小。
上述的实施例仅是对本公开技术方案的描述，而非对其范围的限定。尽管该领域的普通技术人员能够参考上述实例进行各种修改，但只要不脱离本公开设计精神的前提下都应在本公开的保护范围内。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅涉及本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于铸轧铝合金板坯的装置，其特征在于，所述装置包括：
浇铸装置，所述浇铸装置包括分流装置和电磁搅拌装置，
其中所述分流装置包括：
分流盘本体（1），
进料口（2），布置在所述分流盘本体（1）的与铸轧方向垂直的侧面的中央处，
多个山字形分流块（3），布置在所述分流盘本体（1）中并且线性排列在靠近所述进料口（2）的一侧，所述多个山字形分流块（3）的山字形尖端朝向所述铸轧方向且山字形分流块的竖部长度/ 横部长度之比为0.7-0.8，所述多个山字形分流块（3）中相邻两个之间的间距从中心到两端递增且满足1.3 ≤ 最大间距/最小间距 ≤ 2.0，和
多个三角形分流块（4），穿插设置在所述多个山字形分流块（3）的间隙中并与所述多个山字形分流块（3）交替排布，所述多个三角形分流块（4）与所述多个山字形分流块（3）处于所述分流盘本体（1）的同一高度处，且所述三角形分流块（4）的体积比所述山字形分流块（3）的体积小，
其中所述山字形分流块（3）与所述三角形分流块（4）在与所述铸轧方向垂直的方向上的宽度比为2:1，所述山字形分流块（3）与所述三角形分流块（4）的高度比为2.2:1，并且
所述电磁搅拌装置包括：
第一电磁感应线圈（5）和第二电磁感应线圈（6），分别设置在所述分流盘本体（1）在铸轧方向上的两侧且由空心铜管缠绕而成，所述铜管的壁厚为0.3-0.6 mm，缠绕直径为100-160 mm，所述第一电磁感应线圈（5）和所述第二电磁感应线圈（6）的中心与所述分流盘本体（1）的中心在同一高度处，且所述第一电磁感应线圈（5）和所述第二电磁感应线圈（6）在铸轧方向上的长度与所述分流盘本体（1）在铸轧方向上的长度相等，
冷却水进出口，布置在所述第一电磁感应线圈（5）和第二电磁感应线圈（6）上，用于将冷却水通入所述铜管中，和
交流电源；以及
结晶装置，所述结晶装置包括上结晶轧辊（7）和下结晶轧辊（8），所述上结晶轧辊（7）和所述下结晶轧辊（8）内部设置有冷却水的通路，
其中所述多个山字形分流块（3）和所述多个三角形分流块（4）的整体轮廓经过圆滑过渡，所述多个三角形分流块（4）的朝向所述铸轧方向的顶角的角度大于其他角的角度，并且
在所述进料口（2）处铝合金熔体的温度为680-720°C，且所述铝合金熔体的流速为20-50 m/min。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述结晶装置还包括风冷装置，位于所述上结晶轧辊（7）和下结晶轧辊（8）在所述铸轧方向的下游，用于对所述铝合金板坯风冷。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述上结晶轧辊（7）和所述下结晶轧辊（8）由铜制成。
4.一种使用权利要求1-3中任一项所述的装置进行铸轧铝合金板坯的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，将铝合金熔体精炼、扒渣、搅拌、静止后通过进料口（2）进料至分流盘本体（1）内，使所述铝合金熔体流过多个山字形分流块（3）和多个三角形分流块（4）；
步骤S2，向第一电磁感应线圈（5）和第二电磁感应线圈（6）的铜管中通入冷却水并通过交流电源施加交变电流；以及
步骤S3，向上结晶轧辊（7）和下结晶轧辊（8）的通路中通入冷却水，使流经所述多个山字形分流块（3）和所述多个三角形分流块（4）的所述铝合金熔体汇入所述上结晶轧辊（7）和所述下结晶轧辊（8）之间的区域，通过所述上结晶轧辊（7）和所述下结晶轧辊（8）对所述铝合金熔体施加冷却和轧制力，得到所述铝合金板坯。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤S4，通过风冷装置使用湿度为40-60%的压缩空气对所述铝合金板坯进行风冷，得到成品铝合金板材。
6. 根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，施加于铜线圈上的电压为220-380 V，施加于所述铜线圈上的电流频率为2-50 Hz，所述铜线圈中冷却水的流量为0.5-2 m3/h。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述上结晶轧辊（7）和所述下结晶轧辊（8）的轧辊速度为1.0-3.0 m/min，轧辊冷却水的流量为3-10 m3/h，轧辊的粗糙度Ra为0.3-0.5 μm，轧辊的凸度为0.15-0.20 mm，轧制力为22-25 MPa，轧辊的所述区域的长度为50-55 mm，所述铝合金板坯离开所述上结晶轧辊（7）和所述下结晶轧辊（8）的温度450-510。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202410053451.5A CN117564235B (zh) | 2024-01-15 | 2024-01-15 | 一种铝合金板坯的铸轧装置和方法 |
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Patent Citations (8)
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