CN1745919A - 金属液磁悬浮连续铸造近终形余热热轧坯工艺 - Google Patents
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Abstract
本工艺属冶金行业板材铸坯新工艺，当今最先进的金属薄板材生产工艺为CSP等工艺。它们都是将金属液由冷铸模铸成厚坯，经外加热热轧成薄板材。本发明是将金属液被热铸模约束流展成近终形薄液片，进入中频磁场被电磁感应产生感生磁场，两磁场方向相向而相斥，将金属液片悬浮起来。与此同时被冷却适度降温及可控保护，并连续地向热轧牵引移动，保留略高于热轧上限温度余热进入热轧机，供在线一步成材。本发明达到利用金属液余热，在线一步热轧成材，达到节省能源、节省投资和降低成本。
Description
技术领域 本工艺属冶金行业板材铸坯新工艺
背景技术 金属(包括钢和有色金属，下同。)材料的主要生产流程为：冶炼→铸坯→加热→热轧→冷轧(或精整)等。
钢薄板生产，迄今最先进的生产工艺为CSP、ASP等工艺，它们都是将钢液经冷模铸造成厚40～250mm坯，经加热热轧(含连轧，下同。)成薄板材。注1～3。铜薄板材(带坯)生产，亦为冷模连铸成厚12mm坯，经冷轧
退火若干次成材。
上世纪八十年代出现的水平EMC工艺(见注4P35图10及P34右5行)，金属液在两磁极之间被悬浮，但随两磁极距离增大，两磁极之间的磁感应强度剧烈衰减，进而使磁悬浮力更剧烈地减小，因此只能铸造＜Φ10棒坯。
另一实验装置(注5)，亦受两凸台间距离增大，产生与注4相似特征。
发明内容 针对上述，采用新工艺能达到在线一步产出宽度≥1500mm板材。
将金属液受热铸模约束流展成近终形薄液片，被静压力和牵引力作用进入中频磁场被电磁感应产生感生磁场，两磁场方向相向而相斥，使金属液片悬浮。经可控适度降温及可控保护，保留略高于热轧上限温度余热，进入热轧机，供在线一步热轧成材。
本发明原理参见说明书附图，金属液1经控液机构2流入自热式热铸模3，被3约束成近终形薄液片(如成品δ＝1mm，液片δ＝5。)，在金属液静压力和热轧机5的牵引力作用下，流出热铸模3进入由马鞍形空腔平面线圈和中频电源组成的中频磁场7。由于钢液(温度远高于居里点)和铜液等都是非铁磁性物质，也是电阻较大的导体。它们在中频磁场内被感应，产生感生电动势和感生电流即涡流，涡流产生的涡流磁场即感生磁场与中频磁场方向相向而相互推斥，将金属液片悬浮。立刻被可控冷却及可控保护4，将微水粒及保护剂喷射在液片的上下两平面(下面水粒及保护剂穿越线圈空腔)，使液片适度降温，转为固相，并保留高于热轧上限温度50～100℃余热，被牵引上达支承轮6进入热轧机5，供热轧成薄板材(带坯)8。
金属液的悬浮高度为10～30mm，磁场能量衰减小。液片宽度b，仅受轧制宽度限制，故接受磁场能量面积大，能量接受量大，可以生产宽度≥1500mm的薄板材。
具体实施方式 1、控液机构有多种形式，但性须使金属液既充满热铸模3(其内腔横断面尺寸为液片横断面尺寸)，也不产生浪涌散喷，保持平稳流出。
2、热铸模3为金属液加热即自热式，由耐高温抗氧化的复合材料制成。
3、中频磁场线圈为马鞍空腔平面线图，马鞍部分与前进方向中轴对称。线圈用通水冷却的铜管制成，其制作由中频电源生产厂家配套完成。线圈底部一边，应在热铸模3的下端，其内边线与热铸模3的出口端对齐。
中频频率为3～10KHZ。
中频功率如下表，表中液片规格按需要调节。
| 金属液名称 | 液态比重(g/cm3) | 初选液片规格L×b×h(mm) | 液片重量(g) | 液态电阻率(×10-6Ω.cm) | 中频功率(kw) |
| 钢 | 7.2 | 150×1500×5 | 8100 | 136.3 | 2000 |
| 铜 | 8.3 | 100×320×3 | 797 | 21 | 200 |
中频功率输出必须为无级调节，以适应液片平稳悬浮，顺利上达支承轮6。
金属液片悬浮高度10～30mm。
4、初始时，金属液片是通过牵引头(系平板，附图中未示。)和牵引带(软带)完成牵引的。牵引头材质为磁力线能穿越的1Cr18Ni9Ti等。牵引头的上平面铣一“凸”字形的凹槽，槽的窄部向热铸模，宽部向支承轮。金属液流入凹槽降温为固态后，其凸肩部将液片连续牵引移动进入磁悬浮冷却区域，上支承轮进入热轧机。
牵引头由另一牵引机拖动(附图中未示)，牵引头通过轧辊后，轧辊才压下轧制，从此由轧机完成牵引。
5、进入磁悬浮区域液片的上下两平面，被可控喷射微水粒。(下部喷射的水粒穿越线圈空腔)，经适度冷却降温，保留高于热轧上限温度50～100℃余热，上支承轮进入热轮机。
冷却计算见冷却计算表。
冷却产生的水雾抽排出车间。
6、一部分牌号金属在磁悬浮连铸中需要特别保护，可设置与冷却类似的装置进行保护。
本工艺不须加热耗能、薄坯降低了设备功率、减少设备数量、设备简易和生产流程短减少厂房面积等显著节能、节省投资和降低成本。若将全国现有属淘汰工艺的年产能达2000万吨的钢锭加热热轧窄板材生产线，改为本工艺生产，年增收达100～200亿元。
注1“钢铁生产连铸连轧新工艺”《冶金设备》1999年2月
注2《中国冶金报》2003年11月13日第2版“薄板坯连铸连轧成‘亮点’”。
注3“珠钢连铸连轧CSP生产线建设与投产”《中国冶金》2000年8月
注4“电磁铸造法的现状和未来”《轻合金加工技术》1989年6月
注5“水平电磁连铸中金属磁悬浮行为”《金属学报》1996年6月
冷却计算表
| 序号 | 金属液编号 | A | B | |
| 1 | 金属液牌号 | T2 | Q235 | |
| 2 | 金属液比重γ(g/cm3) | 8.6 | 7.2 | |
| 3 | 金属液片规格b(横宽)×h(厚)(mm) | 320×3 | 1500×5 | |
| 4 | 产量C(每年生产6500h) | (×104t/a) | 3 | 120 |
| (t/h) | 4.62 | 184.7 | ||
| (kg/min) | 80 | 3077 | ||
| 5 | 牵引速度V，V＝C/b×h×γ(M/min) | 10.04 | 57 | |
| 6 | 磁悬浮纵向长度L(M) | 0.1 | 0.15 | |
| 7 | 磁悬浮重量G，G＝L×b×h×γ(kg) | 0.797 | 8.1 | |
| 8 | 液片通过磁浮区时间t，t＝L/V(min)(s) | 0.010.6 | 0.00260.16 | |
| 9 | 金属溶化温度/铸造温度(℃/℃) | 1080/1200 | 1520/1600 | |
| 10 | 金属液铸造温度单位热容量Q00(Kcal/kg) | 186.2 | 324 | |
| 11 | 磁浮区域液片热容量Q1，Q1＝G×Q00(Kcal) | 148.4 | 2624 | |
| 12 | 金属液片经降温后牵引上支承轮温度(℃) | 900 | 1300 | |
| 13 | 上轮温度单位热容量Q01(Kcal/kg) | 95.1 | 218.5 | |
| 14 | 轮前需散释热量Q2，Q2＝G(Q00-Q01)(Kcal) | 72.6 | 855 | |
| 15 | 磁悬浮功率P(KW) | 200 | 2000 | |
| 16 | 电磁感应在时间t产生涡流热量Q3，Q3＝P×864Kcal×0.6×t/60(Kcal) | 8.64 | 45 | |
| 17 | 上轮前需散失总热量Q，Q＝Q2+Q3(Kcal) | 81.24 | 900 | |
| 18 | 上轮前需喷射微水粒总量W，W＝Q/539(Kcal/kg)(kg) | 0.1507 | 1.67 | |
| 19 | 每分钟需喷射微水粒量Wmin，Wmin＝W/t(kg) | 15.07 | 642 | |
| 20 | 磁悬浮区接受微水粒总面积Sz＝L×b×2(M2) | 0.064 | 0.46 | |
| 21 | 喷水强度Wf，Wf＝Wmin/60×Sz(kg/m2·s) | 3.925 | 23.3 | |
说明：1、当今喷水技术能力已大于Wf。
2、序号16计算公式中的0.6为电热效率。
3、序号18计算公式中的539为水汽化热值。
Claims (5)
- 金属(含钢、铜和铝等，下同。)液磁悬浮连续铸造近终形余热热轧坯工艺，是使金属液被悬浮、被可控适度降温，成为可以利用其余热热轧(含连轧，下同。)成材的热铸坯。与说明书中注4、注5所述，虽然都能使金属液或条产生悬浮，但注4、注5方案，因两磁极之间的磁感应强度，随两磁极之间的距离增大而剧烈地衰减，进而使磁悬浮力更剧烈地降低的限制，只能铸造出＜Φ10坯，无法用于板材生产。本工艺可以产生宽度≥1500mm的板材，是因为：1、金属液被自热式热铸模约束流展成近终形尺寸液片，液片宽度仅受轧制宽度限制。
- 2、由于中频电源和马鞍形空腔平面线圈组成的中频磁场，能将液片平稳地悬浮。金属液片在全横向宽度b和线圈长度L区域，及与线圈平面距离10～30mm高度上接受中频磁场能量，能量衰减小，接受磁场能量的面积大，能量接受量大。当中频电源输出功率符合要求时，能将需要度宽的液片悬浮起来，经适度降温后，保有高于热轧上限温度50～100℃余热，供在线一步热轧成材。
- 3、初始时，通过透磁材料(如1Cr18Ni9Ti等)并在上面铣有“凸”字形凹槽的牵引头(系平板)和牵引带，将金属液牵引进入磁悬浮降温区，又牵引进入轧机。初始牵引，由专设的牵引机完成。
- 4、由可控冷却***将液片适度降温转变为固相，保留高于热轧上限温度50～100℃余热，进入热轧机热轧成材。
- 5、一部分牌号金属在磁悬浮连铸中需要特别保护，可设置与冷却类似的装置进行保护。
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