一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及材料加工工程领域，具体涉及一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯装置。本实用新型的一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，其特征在于所述装置结构包括：两组相对设置、相向旋转的铸轧轮组；两根分别缠绕在铸轧轮组外侧的钢带，所述两根钢带之间形成v字形铸轧区域；设置于铸轧区域内的供料装置；位于供料装置下方的阻尼挡块；设置于钢带外侧的水雾冷却装置。本实用新型能进一步加大铸轧时塑性变形量，即能从传统的铸轧塑性变形量为30%左右，提高到60%以上，有效的加大了铸轧工序的塑性变形量，实现了充分利用铸轧时的热能，对镁合金材料进行热加工。
【专利说明】一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及材料加工工程领域，具体涉及一种带式连续半固态铸轧镁合金板 带坯装置。
【背景技术】
[0002] 镁合金板带具有质量轻、电磁屏蔽好，具有广阔的应用前景。因此，是一种理想的 功能与结构一体化的工程材料，特别是应用在对材料要求质量轻、需要防止电磁干扰和减 震的领域，如交通运输、移动通讯、手动工具等方面。
[0003] 但是，在常温下，镁合金的塑性变形能力非常有限，在一定程度上影响到它的应 用。研究开发有效的镁合金材料加工新技术是促进镁合金材料应用的重要手段。
[0004] 半固态金属加工技术是近些年来研究开发的一项新技术，它是在金属凝固过程 中，通过剧烈搅拌或凝固过程的控制，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着固相组分近 球形的固相颗粒，即半固态金属浆料，具有很好的流动性，易于通过普通加工方法成形、形 状比较复杂的产品。同时，获得的产品具有非枝晶组织结构，因此产品的力学性能得到较大 的提商。
[0005] 铸轧是制备镁合金板带坯的有效方法，现有技术中多采用两辊铸轧方式，但是，传 统的两辊铸轧受到轧辊尺寸的限制，压下量受到制约，传统塑性变形量为30%左右，铸轧镁 合金板带坯存在效率低、板带质量不理想等问题。
【发明内容】
[0006] 本实用新型针对上述已有技术的不足，提供一种带式连续半固态铸轧镁合金板带 坯的装置，以提高连续铸轧镁合金板带产品的质量及生产效率。
[0007] 本实用新型是通过以下技术方案实现的：
[0008] 本实用新型的一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，其特征在于所述装 置结构包括：两组相对设置、相向旋转的铸轧轮组，所述的每一组铸轧轮组结构包括：连续 铸轧主动轮，设置在连续铸轧主动轮上方的第一从动轮，设置在第一从动轮侧方的钢带张 紧轮，所述钢带张紧轮的下方固定有基座，基座与钢带张紧轮之间通过张紧弹簧联接；以及 设置在基座下方的第二从动轮；在所述两组铸轧轮组外侧分别缠绕有一根钢带，所述的两 根钢带之间形成V字形铸轧区域；在两根钢带之间形成的V字形铸轧区域内设有供料装置， 所述供料装置上部为储料仓，下部为供料嘴；位于供料装置下方设有阻尼挡块；以及设置 在钢带内侧的水雾冷却装置，所述水雾冷却装置包括一个或多个水雾冷却喷嘴，所述水雾 冷却喷嘴朝向钢带，与钢带成15?20°的夹角。
[0009] 根据上述的装置，其特征在于所述供料嘴的结构包括：两块相对设置的侧板，在所 述两侧板之间横向方向均匀的分布有若干个分流块，所述分流块为锥形。
[0010] 根据上述的装置，其特征在于所述供料嘴的结构包括：两块相对设置的盖板，在所 述两盖板之间设有熔体入口，在熔体入口的下面设有倒梯形的分流块，在倒梯形分流块两 侧均布有三角形分流块，或者在熔体入口的下面设有均布的丁字形分流块。
[0011] 根据上述的装置，其特征在于所述阻尼挡块采用高强耐火材料或高温合金制造， 所述阻尼挡块的中部开有通孔，阻尼挡块的两侧面开有凹槽。
[0012] 根据上述的装置，其特征在于所述水雾冷却装置采用高压空气与水雾冷却的方 式，所述水雾冷却装置的冷却强度(对流散热系数）在2(T2000W/ m2 · K范围内调节。
[0013] 根据上述的装置，其特征在于所述水雾冷却喷嘴为2?6个。
[0014] 根据上述的装置，其特征在于所述装置结构还设有熔体保护罩，所述熔体保护罩 罩在供料装置的储料仓上，在熔体保护罩上设有进气管和进料管。
[0015] 根据上述的装置，其特征在于所述装置结构还设有液面控制装置，所述液面控制 装置安装在进料管的下端。
[0016] 根据上述的装置，其特征在于铸轧的镁合金板坯的尺寸：宽度为200mm?800mm， 厚度为3mm?6mm。
[0017] 本实用新型的有益技术效果：本实用新型提供了一种带式连续半固态铸轧镁合金 板带坯的装置，具有以下优点：
[0018] (1)采用钢带铸轧能增加熔体与冷却钢带的接触长度，提高冷却强度，提高铸轧速 度；
[0019] 同时，能迅速冷却邻近钢带内表面的熔体，使之凝固并附着在钢带上长大，当受到 邻近阻尼挡块的影响而脱落，熔体在成为冷却质点，并受到不断冷却的影响，继续长大，成 为半固态熔体(浆料)，实现动态制备半固态浆料的过程；
[0020] (2)在供料装置下方安装了阻尼挡块，能促进钢带内表面上冷却凝固的金属结晶 颗粒脱
[0021] 落，在熔体中形成大量结晶核心，促进熔体均匀、快速结晶，并生成近球形的非枝 晶组织；在阻尼挡块的左右外侧表面具有凹槽，增加流经挡块外侧与钢带内侧之间的阻力， 促进在钢带表面凝固结晶较大的颗粒脱落，成为熔体中的结晶核心；
[0022] (3)水雾冷却装置具有极高的冷却强度和冷却均匀性，并且具有很强的冷却强度 和调节
[0023] 能力；钢带外表面的冷却强度(对流散热系数）可以在2(T2000 (W/ rtf ·Κ)范围内 调节，当采用低速空气冷却时，钢带外表面的对流散热系数为20W/ m2 · Κ ;当采用高压空气 加水雾冷却时，钢带外表面的对流散热系数可达2000W/ rrf · Κ ;水雾冷却装置包括多个喷 嘴，喷嘴与钢带成15?20°的夹角，有利于水雾及蒸汽的排出；
[0024] (4)为保证产品质量，节约保护气体的消耗，还可以采用封闭式的浇注系统，镁合 金熔
[0025] 体是通过进料管注入带有保护罩的供料装置中，保护罩下充有适量的保护气体， 使金属液面受到保护；
[0026] (5)能进一步加大铸轧时塑性变形量，即能从传统的铸轧塑性变形量为30%左右，提高
[0027] 到60%以上，有效的加大了铸轧工序的塑性变形量，实现了充分利用铸轧时的热 能，对镁合金材料进行热加工。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0029] 图2为喷嘴的排列示意图；
[0030] 图3为供料嘴的第一种结构示意图；
[0031] 图4为供料嘴的第二种结构示意图；
[0032] 图5为供料嘴的第三种结构示意图；
[0033] 图6为阻尼挡块的结构示意图；
[0034] 图7为使用本实用新型装置的工艺过程示意图；
[0035] 图8为半固态连续铸轧结晶区的结构及镁合金熔体凝固过程示意图；
[0036] 图9为图8的局部放大图；
[0037] 图10为AZ91D合金轧制板坯进行进一步轧制加工获得试样的外形图；
[0038] 图11为AZ318合金轧制板坯进行进一步轧制加工获得试样的外形图；
[0039] 图12为对本实用新型工艺进行简化后建立的几何模型及划分的网格图；
[0040] 图13为不同入口熔体温度连铸区的温度场分布图；
[0041] 图14为不同入口熔体温度固相体积分数分布图；
[0042] 图15为不同铸轧速度连铸区的温度场分布图；
[0043] 图16为不同铸乳速度烙体固相体积分数分布图。
【具体实施方式】
[0044] 结合图1-图6所示，一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，所述装置结 构包括：两组相对设置、相向旋转的铸轧轮组1，所述的每一组铸轧轮组结构包括：连续铸 轧主动轮2,设置在连续铸轧主动轮上方的第一从动轮3,设置在第一从动轮侧方的钢带张 紧轮4,所述钢带张紧轮的下方固定有基座5,基座与钢带张紧轮之间通过张紧弹簧6联接； 以及设置在基座下方的第二从动轮7 ;在所述两组铸轧轮组外侧分别缠绕有一根钢带8,所 述的两根钢带之间形成V字形铸轧区域9 ;在两根钢带之间形成的V字形铸轧区域内设有 供料装置10,所述供料装置上部为储料仓，下部为供料嘴；位于供料装置下方设有阻尼挡 块11 ;以及设置在钢带内侧的水雾冷却装置，所述水雾冷却装置包括一个或多个水雾冷却 喷嘴12,所述水雾冷却喷嘴朝向钢带，与钢带成15?20°的夹角。
[0045] 一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，所述供料嘴的结构包括：两块相 对设置的侧板13,在所述两侧板之间横向方向均匀的分布有若干个分流块14,所述分流块 为锥形。当铸轧板坯宽度为200_时，可选择如图3所示的分流块为锥形的分配供料嘴。
[0046] -种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，所述供料嘴的结构包括：两块相 对设置的盖板15,在所述两盖板之间设有熔体入口 16,在熔体入口的下面设有倒梯形的分 流块17,在倒梯形分流块两侧均布有三角形分流块18,或者在熔体入口的下面设有均布的 丁字形分流块19。当铸轧板坯宽度为800mm时，可选择如图5所示的分流块为丁字形结构 的分配供料嘴。
[0047] -种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，所述阻尼挡块采用高强耐火材料 或高温合金制造，所述阻尼挡块的中部开有保证熔体顺利通过的通孔20,阻尼挡块的两侧 面开有凹槽21。
[0048] 一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，所述水雾冷却装置采用高压空气 与水雾冷却的方式，所述水雾冷却装置的冷却强度(对流散热系数）在2(T2000W/ m2 · K范 围内调节，当采用低速空气冷却时，钢带外表面的对流散热系数为20W/ m2 · Κ ;当采用高压 空气加水雾冷却时，钢带外表面的对流散热系数可达2000W/ rrf · Κ。
[0049] 一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，所述水雾冷却喷嘴为2?6个。
[0050] -种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，所述装置结构还设有熔体保护 罩22,所述熔体保护罩罩在供料装置的储料仓上，在熔体保护罩上设有进气管23和进料管 24,在所述熔体保护罩下充有适量的保护气体，保护气体为以二氧化碳为主的混合气体。
[0051] 一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，所述装置结构还设有液面控制装 置25,所述液面控制装置安装在进料管的下端。
[0052] -种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，铸轧的镁合金板坯26的尺寸：宽 度为200mm?800mm,厚度为3_?6mm。
[0053] 如图7-图9所示，一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置的工作过程为： 镁合金熔体通过进料管注入供料装置中，并在液面控制装置的控制下保持液面的设定高 度；同时，保护罩下充有适量的保护气体，金属液面将受到保护。供料装置中的镁合金熔体 在两个连续铸轧主动轮转动而向下移动的钢带驱动下，向下流动；大部分熔体是通过阻尼 挡块的中间通孔向下流动；少部分熔体是通过阻尼挡块的两边间隙间向下流动，这部分熔 体受到冷钢带的迅速冷却，被凝固在钢带内表面，如图9中所指的A区，随着钢带向下移动 并不断长大。当凝固的镁合金颗粒长大到一定尺寸，由于受到重力的作用与阻尼档块的影 响，从钢带表面脱落下来，回到熔融的熔体中，如图9中所指的B区。由于两侧冷钢带的冷 却作用，熔体在向下流动的同时温度也在不断的降低，同时受到从钢带表面脱落下来的大 量细小凝固颗粒影响，即已凝固的细小颗粒回到熔体中成为熔体凝固的核心的影响，该区 的镁合金(指流入图9中所指的C区）处于半固态状态；继续在两侧冷钢带向下运动的带动 下，从上向下固相体积分数在不断的增加，最后全部凝固成具有近球形非枝晶组织结构的 固态，即进入图9中所指D区。完全凝固的镁合金在两侧冷钢带的带动下进入两连续铸轧主 动轮中间，在两连续铸轧主动轮的压轧下，产生塑性变形，即完成铸轧过程。由于采用了钢 带包裹着凝固的镁合金进行轧制(一是，刚凝固的镁合金处于很高的温度，变形抗力小；二 是、钢带与凝固镁合金的接触长度较大，产生的牵拉也较大，能将凝固的镁合金带进轧轮)， 因此能实现较大的塑性变形量，试验表明可以达到60%左右。
[0054] 实施例1 :应用本专利制备宽度为600mm、厚度为6mm的AD91镁合金板带述。
[0055] 1、有关参数设定和相关资料
[0056] (1)有关参数设定
[0057] 设定：铸乳板述宽度为600mm ;厚度为6mm ;铸乳速度为2m/min ;铸乳板述出口温 度为300°C ;注入熔体温度设定为740°C ;
[0058] (2)相关资料
[0059] AZ91D镁合金的化学成分如表1所示。有关实验材料的物理参数见表2所示。
[0060] 表1 AZ91D镁合金的化学成分
[0061]
【权利要求】
1. 一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，其特征在于所述装置结构包括：两 组相对设置、相向旋转的铸轧轮组，所述的每一组铸轧轮组结构包括：连续铸轧主动轮，设 置在连续铸轧主动轮上方的第一从动轮，设置在第一从动轮侧方的钢带张紧轮，所述钢带 张紧轮的下方固定有基座，基座与钢带张紧轮之间通过张紧弹簧联接；以及设置在基座下 方的第二从动轮；在所述两组铸轧轮组外侧分别缠绕有一根钢带，所述的两根钢带之间形 成V字形铸轧区域；在两根钢带之间形成的V字形铸轧区域内设有供料装置，所述供料装置 上部为储料仓，下部为供料嘴；位于供料装置下方设有阻尼挡块；以及设置在钢带内侧的 水雾冷却装置，所述水雾冷却装置包括一个或多个水雾冷却喷嘴，所述水雾冷却喷嘴朝向 钢带，与钢带成15?20°的夹角。
2. 根据权利要求1所述的一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，其特征在于 所述供料嘴的结构包括：两块相对设置的侧板，在所述两侧板之间横向方向均匀的分布有 若干个分流块，所述分流块为锥形。
3. 根据权利要求1所述的一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，其特征在于 所述供料嘴的结构包括：两块相对设置的盖板，在所述两盖板之间设有熔体入口，在熔体入 口的下面设有倒梯形的分流块，在倒梯形分流块两侧均布有三角形分流块，或者在熔体入 口的下面设有均布的丁字形分流块。
4. 根据权利要求1所述的一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，其特征在于 所述阻尼挡块采用高强耐火材料或高温合金制造，所述阻尼挡块的中部开有通孔，阻尼挡 块的两侧面开有凹槽。
5. 根据权利要求1所述的一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，其特征在于 所述水雾冷却装置采用高压空气与水雾冷却的方式，所述水雾冷却装置的冷却强度即对流 散热系数在2(T2000W/ m2 · K范围内调节。
6. 根据权利要求1所述的一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，其特征在于 所述水雾冷却喷嘴为2?6个。
7. 根据权利要求1所述的一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，其特征在于 所述装置结构还设有熔体保护罩，所述熔体保护罩罩在供料装置的储料仓上，在熔体保护 罩上设有进气管和进料管。
8. 根据权利要求7所述的一种带式连续半固态铸轧镁合金板带坯的装置，其特征在于 所述装置结构还设有液面控制装置，所述液面控制装置安装在进料管的下端。
【文档编号】B22D11/06GK204052831SQ201420507847
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】孙大吉, 谢水生 申请人:内蒙古汇豪镁业有限公司