CN101264513A - 一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法及装置，在铸轧辊、铸嘴之间与外界分隔成一非密闭的区域，铸轧开始前以及在整个铸轧生产过程中，持续地向该区域内输入惰性气体，在该区域内，流出铸嘴的熔体、铸轧辊、铸嘴之间的空间完全由惰性气体覆盖并保护，惰性气体压力高于区域外的大气压力，则惰性气体由该区域内逸出。本发明还提供了可有效地运用于上述保护方法中的装置。本发明的方法可有效地避免铸嘴与轧辊间隙处的金属熔体与自然环境中含氧空气的接触，防止该处形成氧化膜并被带到坏料表面而造成的质量问题，大大地提高铸轧工艺生产的产品的质量。

Description

一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法及装置

技术领域

本发明涉及一种冶金制造中铸轧工艺。更具体说是涉及一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法及所使用的保护装置。

背景技术

铝及铝合金板带箔产品坯料的生产目前国内外采用两种不同工艺，即热轧工艺和双辊铸轧工艺。热轧工艺过程示意如下：

热轧工艺是铝及铝合金板带箔坯料生产的传统工艺，技术的形成与发展已有200多年的历史。热轧工艺及其生产的产品具有技术成熟、质量稳定、产品应用领域较广泛等优点。该工艺流程简述如下：

1、将电解铝锭在熔化炉内熔化成液态金属；

2、将熔化后的液态金属用铸造机铸成铝锭；

3、用大型铣床铣削去铸锭表面氧化皮；

4、将铣去氧化皮的铸锭加热至400-500℃；

5、用热轧机将加热后的铝锭经多道次轧制到所需厚度(3-10mm)，最终获得下工序所需坯料。

热轧工艺由于其工艺过程较长，生产成本和设备投资较大，能源消耗和金属损失较大。

上世纪50年代，法塔.亨特公司发明了用于铝及铝合金板带箔坯料生产的双辊铸轧技术。其工艺过程示意如下：

铸轧技术的工作原理如下(参见图1、图2)：

双辊铸轧技术的工艺流程简述如下：

1、将电解铝锭在熔化炉内熔化成液态金属；

2、液态金属经溜槽进入铸嘴2；

3、铸嘴2将液态金属成扇形分布至坯料宽度；

4、液态金属在铸轧区4内与铸轧辊3接触、冷却并同时完成结晶(凝固)过程；

5、凝固后的金属通过铸轧辊3轧制变形，获得所需厚度坯料5。

双辊铸轧技术自上世纪60年代进入我国并在70年代末进入工业化应用以来，由于其本身具有投资规模小、建设周期短、生产成本低、短流程、低能耗的技术优势，再加上我国改革开放后铝及铝加工产品大规模从军工、航空领域向民用领域转移的市场环境，该项技术和产能得到飞速发展。截至目前，我国采用铸轧工艺生产铝及铝合金板带箔产品，无论从生产能力还是从实际产量，均占有了我国铝板带箔生产和消费的70％以上。

从上述的两种不同的工艺过程描述中可以清楚看到，和热轧工艺相比，铸轧板坯没有铣面，板坯表面即是今后的产品表面。铝属于活泼金属，在自然环境下极易与空气中的氧发生化学反应生成氧化膜(Al₂O₃)，特别是在高温环境下，铝的氧化反应更为迅速。由于双辊铸轧工艺的固有特性，铸嘴(结晶器)与铸轧辊之间必须保持1毫米左右间隙(见示意图4的局部放大)，间隙处的金属熔体由于暴露在空气中，必将产生氧化并生成氧化膜。这一氧化膜随生产过程的延续，持续、间断地被带到坯料表面。这些非自然氧化膜的存在，给铝箔生产过程和产品的表面质量造成不利影响：在最终产品上形成表面条纹，降低表面质量；Al₂O₃是一种硬脆性杂质，易在最终产品上形成孔洞(针孔)或造成断带，破坏铝箔轧制过程的连续性，降低生产效率和成品率。

如前所述，铝及铝合金双辊铸轧技术的生产过程为：金属熔体从铸嘴前端进入铸嘴(结晶器)，在铸轧区内受铸轧辊冷却，逐渐由液态结晶为固态并随铸轧辊的转动和轧制，形成最终的铸轧板坯(成品)。如图3所示：

深入考察铸轧工艺和热轧工艺间的区别，可发现由于铸轧辊和铸嘴(结晶器)之间必须保留的间隙，在高温下金属熔体极易发生氧化并生成氧化膜。在生产过程中，形成的氧化膜间断的、随机的、持续的、随铸轧辊的转动带到并残留在铸轧坯料的表面，从而导致了上述质量问题。这也是铸轧工艺所生产的产品所面临解决的一个很重要的问题，也由于这个问题的存在从而使铸轧工艺所生产的产品的质量性能不及热轧工艺的产品。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的旨在提供一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法，本发明的方法可有效地避免铸嘴与轧辊间隙处的金属熔体与自然环境中含氧空气的接触，防止该处形成氧化膜并被带到坏料表面而造成的质量问题，大大地提高铸轧工艺生产的产品的质量。

本发明的另一目的旨在提供本发明上述方法所优选使用的装置。

本发明的目的是通过下述方式实现的。

一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法，其特征在于，在铸轧辊、铸嘴之间与外界分隔成一非密闭的区域，铸轧开始前以及在整个铸轧生产过程中，持续地向该区域内输入惰性气体，在该区域内，流出铸嘴的熔体、铸轧辊、铸嘴之间的空间完全由惰性气体覆盖并保护，惰性气体压力高于区域外的大气压力，惰性气体由该区域内逸出。

通过本发明的方法，金属熔体在铸嘴与铸轧辊间隙处(见图4、图5)受到惰性气体保护，阻断了金属熔体与自然环境中含氧空气的接触，从根本上克服了原生产过程中由于铸嘴与轧辊间隙处的氧化现象，解决了由于该处氧化膜随生产过程的延续，持续、间断地被带到坯料表面给铝箔生产过程和产品的表面质量造成的不利影响。从而大大地提高了铸轧生产的产品的质量。

所述的区域可以是在铸轧辊和铸嘴之间通过加装保护罩从而与外界进行非密封分隔。

保护罩与铸轧辊表面保留有间隙。

所述的间隙为0.01-3毫米。

所述的惰性气体通过保护罩上的导孔导入。

在铸轧生产前15-30分钟和在随后的整个铸轧生产过程中，持续地向该区域通入惰性气体。

铸轧生产中，保持该区域惰性气体为5-10Pa的正压，使惰性气体从保护罩与铸轧辊之间的间隙处逸出，因此外界自然环境中的含氧空气不能进入。

所述的惰性气体为不和金属熔体发生反应的气体。

本发明的另一目的是通过下述方式实现。

可有效地运用到上述避免金属熔体氧化的铸轧保护方法中的保护装置为：有一个开口的罩状体，罩状体上设有通入惰性气体的导孔。

所述的罩状体为多面体或圆弧体。

所述的多面体为优选四面体或三面体，所述的四面体或三面体的两边端面上有一侧边为圆弧。

所述圆弧的圆弧半径与铸轧辊的辊径相吻合。

保护罩上设有可将其连接固定铸嘴的连接件。

所述的连接件为压板。

罩状体的宽度比所需铸轧的金属熔体所形成坏料宽度大30-60毫米。

本发明优选的保护装置为：由顶板、后侧板及两边的端板所构成的罩状四面体，端板上一侧边为圆弧，其圆弧半径与铸轧辊的辊径相吻合，罩状体上设有通过惰性气体的导孔，及连接固定铸嘴的连接件。

所述的导孔设置在顶板上。

由于本发明独特的防氧化保护方法，在嘴辊间隙处充入惰性气体，从而保证了金属熔体不发生氧化，避免了氧化膜的产生，而获得表面性能质量优良的铸轧板。另外，还是由于本发明独特设计思路，并不是单纯去考虑如何有效的保留惰性气体，进行密封，而是采用嘴辊间隙处区域的压力高于外界压力，从而阻隔了氧气的接触，解决了困扰技术人员的密封问题。以上方法可以很好地使产品跃上一个新的台阶，减小的铸轧产品与热轧产品之间的质量差距，而成本则更节约更经济，因而本发明的方法具有十分重要的实际生产意义。

附图说明

图1为铸轧技术的工作原理结构示图。

图2为图1的俯视图。

图3为金属熔体从铸嘴前端进入铸嘴，在铸轧区内受铸轧辊冷却，逐渐由液态结晶为固态并随铸轧辊的转动和轧制，形成最终的铸轧板坯示意图。

图4为图3的A部的局部放大图。

图5为惰性气体充入在铸轧辊、铸嘴之间与外界分隔成一非密闭的区域的示意图。

图6为加装本发明的保护罩后工艺原理结构示图。

图7为本发明的四面体保护装置的安装时的结构示意图。

图8为本发明的四面体保护装置的安装时的俯视图。

图9为本发明的四面体保护装置的立体结构示意图。

图10为图4的A-A的剖图。

图11为本发明三面体保护装置的侧视图。

图12为本发明五面体保护装置的侧视图

图号说明：

1、流槽             2、铸嘴            3、铸轧辊                4、铸轧区

5、铸轧板坯料       6、金属(液固两相)  7、嘴辊间隙(氧化膜产生处)

8、金属熔体         9、惰性气体        10、调节阀               11、流量计

12、保护罩          13、端板           14、顶板                 15、后侧板

16、端板的圆弧侧边  17、导孔           18、压板                 19、压紧螺栓

20、铸嘴托盘

A、铸嘴与轧辊间隙局部

B、铸嘴、轧辊之间与外界分隔成一非密闭区域

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1

参见图5所示，在双辊铸轧机上，在铸嘴2和铸轧辊3之间人为地分隔出一区域B，对铸嘴和铸轧辊的之间的间隙7形成非密闭合围，并在其中连续填充高纯度惰性气体9，区域内的压力高于区域外的压力。整个生产过程中用惰性气体9对铸嘴与铸轧辊间隙处7实施保护。

参见图6所述的区域的分隔可以在铸嘴2和铸轧辊3之间，靠近铸嘴的中后部处，安装一保护罩12与铸嘴2、铸轧辊3之间形成合围。保护罩12与铸轧辊3接触部位保持0.5-2毫米间隙。惰性气体可以通过保护罩12上的导孔17导入。

本发明优选在铸轧生产开始前15-30分钟，由惰性气体供应站向保护罩内填充高纯度惰性气体(氩或氮)，气体纯度应在99.9％以上；

惰性气体经调压阀10，调整气体压力为5-10Pa，高于外界的气压；

惰性气体向保护罩内填充15-30分钟后，开始正常的生产过程；

在整个铸轧生产过程中，始终保持保护罩内气体压强5-10Pa的正压环境，该区域B内的流出的熔体、铸轧辊、铸嘴之间的惰性气体压力高于区域外的压力。使惰性气体从保护罩与铸轧辊之间的间隙处逸出，因此外界自然环境中的含氧空气不能进入。有效地保护了铸嘴与铸轧辊间隙处的熔体不被氧化。

实施例2

参见图7、8、9、10所示，用于实现铸轧辊、铸嘴之间与外界区域的分隔的保护罩12，由顶板14、后侧板15及两边的端板13所构成的一面开口的四面体，端板13上一侧边为圆弧16，其圆弧半径与铸轧辊的辊径相吻合，保护罩12上设有通过惰性气体的导孔17，及连接固定铸嘴的连接件。所述的连接件为压板18。

保护罩的宽度比熔体所形成坏料宽度大30-60毫米。

其它安装及使用方式同实施例1。

实施例3

参见图11所示，用于实现铸轧辊、铸嘴之间与外界区域的分隔的保护罩12，由后侧板15及两边的端板13所构成的有一开口的三面体，端板13上一侧边为圆弧16，其圆弧半径与铸轧辊的辊径相吻合，保护罩12上设有通过惰性气体的导孔。

其它安装及使用方式同实施例1。

实施例4

参见图12所示，保护罩为设有一开口的五面体，及罩体上设有导孔。其它安装及使用方式同实施例1。

Claims (17)

1.一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法，其特征在于，在铸轧辊、铸嘴之间与外界分隔成一非密闭的区域，铸轧开始前以及在整个铸轧生产过程中，持续地向该区域内输入惰性气体，在该区域内，流出铸嘴的熔体、铸轧辊、铸嘴之间的空间完全由惰性气体覆盖并保护，惰性气体压力高于区域外的大气压力，惰性气体由该区域内逸出。

2.根据权利要求1所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法，其特征在于，所述的区域是在铸轧辊和铸嘴之间通过加装保护罩从而与外界进行非密封分隔。

3.根据权利要求2所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法，其特征在于，保护罩与铸轧辊表面保留有间隙。

4.根据权利要求3所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法，其特征在于，所述的间隙为0.01-3毫米。

5.根据权利要求2所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法，其特征在于，所述的惰性气体通过保护罩上的导孔导入。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法，其特征在于，在铸轧生产前15-30分钟和整个铸轧生产过程中，持续地向该区域通入惰性气体。

7.根据权利要求2-5任一项所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法，其特征在于，铸轧生产中，保持该区域惰性气体为5-10Pa的正压，惰性气体从保护罩与铸轧棍之间的间隙处逸出。

8.根据权利要求1所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护方法，其特征在于，所述的惰性气体为不和金属熔体发生反应的气体。

9.一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护装置，其特征在于，所述的保护装置为有一个开口的罩状体，罩状体上设有通入惰性气体的导孔。

10.根据权利要求9所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护装置，其特征在于，所述的罩状体为多面体或圆弧体。

11.根据权利要求10所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护装置，其特征在于，所述的多面体为四面体或三面体，所述的四面体或三面体的两边端面上有一侧边为圆弧。

12.根据权利要求11所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护装置，其特征在于，所述圆弧的圆弧半径与铸轧辊的辊径相吻合。

13.根据权利要求9-12任一项所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护装置，其特征在于，罩状体上设有可将其连接固定铸嘴的连接件。

14.根据权利要求13所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护装置，其特征在于，所述的连接件为压板。

15.根据权利要求9所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护装置，其特征在于，罩状体的宽度比所需铸轧的金属熔体所形成坏料宽度大30-60毫米。

16.根据权利要求9所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护装置，其特征在于，所述的装置为由顶板、后侧板及两边的端板所构成的罩状四面体，端板上一侧边为圆弧，其圆弧半径与铸轧辊的辊径相吻合，罩状体上设有通过惰性气体的导孔，及连接固定铸嘴的连接件。

17.根据权利要求16所述的一种可避免金属熔体氧化的铸轧保护装置，其特征在于，导孔可设置在顶板、后侧板或端板上。

Images