CN101637781B - 滚筒法溅射成形制备薄带工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
滚筒法溅射成形制备薄带工艺，钢液从中间包经过水口流入到盛钢包中，在盛钢包出口端设置一个用以将钢液控制在一定宽度的薄膜预制导槽，导槽顶面远端开有设一开口，并设置一旋转的高温滚筒，滚筒与薄膜预制导槽底部保持一可将钢液形成薄膜的缝隙，滚筒将钢液形成厚度较小的薄膜，同时进行离心雾化，高速旋转的高温滚筒带动底部的钢液发生液膜分离，雾化形成细小的金属液滴，金属液滴呈高斯分布，喷向在薄膜预制导槽的外侧布置有两个相反方向旋转的结晶辊之间，结晶辊将被滚筒雾化形成金属液滴瞬间凝固，并对形成的金属沉积层进行轧制，形成金属薄带，金属薄带通过牵引最终形成薄带卷。
Description
技术领域
本发明涉及双辊薄带连铸领域，特别涉及滚筒法溅射成形制备薄带工艺及装置。
背景技术
双辊薄带连铸是以两个相反方向旋转的浇注辊为结晶器，将液态金属直接生产成厚度小于10mm薄带钢的生长工艺。与传统薄带生产工艺相比，改技术具有缩短工艺流程、节约能源、降低生产成本和改善带坯力学性能等优势，因此技术被认为是21世纪最有前途的近终形连铸技术之一。
薄带连铸过程是一个与传统连铸既有联系又有区别的铸轧过程。如下图所示：它的主要工艺是将钢液注入到中间包后，通过水口将钢液分配到布流器内，再由布流器注入到两个水冷结晶辊与侧封板围成的溶池内，钢液在两个结晶辊的表面逐渐凝固形成坯壳，在两个结晶辊连线附近完全凝固后，通过两个辊的反向转动发生轧制作用，形成一定厚度和宽度的致密金属带。
该工艺的主要难点是：
(1)对布流器的要求较高，布流的效果直接影响到薄带的质量，溶池液面波动幅度超过±2mm时，带坯就会出现纵向裂纹；但溶池液面流体区域过于平静，又不利于溶池上部钢液的更新，容易造成液面结壳。
(2)对侧封设备的要求较高，侧封与结晶辊之间相连，受到结晶辊的不断摩擦和钢液的冲击，要求其材料具有高的耐腐蚀和耐磨性，而且要求其导热系数低，高的导热性将使得边部的钢液快速凝固形成钢壳。
离心喷射沉积的原理是：在坩埚中将金属液熔融后，通过底部导液管输送流出，金属液滴落至底端的离心沉积盘上，沉积盘高速旋转，将金属液体离心雾化，金属液滴在飞行的过程中快速冷却，半固态的雾化颗粒最终沉积在冷的基底上，基底在炉体中上下往复移动，不断沉积的颗粒最终沉积成形。利用该方法可以制备大直径环件或管坯。
该工艺的主要缺点是：
(1)由于雾化喷嘴特有的圆锥形气体分布，导致雾化技术液滴在同一截面上的分布呈高斯分布，这样在制备板坯的过程中，如何保证产品的均匀性，以及层与层之间的结合变得非常难以操作。
(2)喷射成形工艺在制备板坯的过程中，若采用单喷嘴，则板坯的规模非常有限；而采用双喷嘴及多喷嘴时，使得机构的复杂性增加，而且雾化处理沉积层之间的迭代问题。
(3)基于传统离心喷射沉积的特点，它非常适合与制备管坯及环件，对于制备板坯则无法实施。
文献《Microstructure Evolution During Spray Rolling and HeatTreatment of 2124 A1》介绍了一种利用气体雾化方法制备薄带的工艺，在该工艺中，金属液通过中间包的水口垂直流入雾化喷嘴中，在雾化喷嘴的横向入口端通入高压的惰性气体，雾化喷嘴采用拉瓦尔管形式，入口端的高速气流经过加速达到一个甚至更高的马赫数，高速的气流将金属液雾化成为细小的金属颗粒，细小的金属颗粒通过加速后以很高的速度冲击到结晶辊上，结晶辊在冷却的同时高速旋转，将凝结到其上的金属液颗粒凝固的同时进行轧制作用，使得沉积层更加致密，减少疏松。
该工艺的主要难点是：
(1)雾化喷嘴内部在通入高速气流的同时又通入了高温的金属液，因此受到两者的侵蚀非常严重，普通的耐火材料喷嘴将难以满足要求；
(2)高速气流能够雾化金属液流，但同时对金属颗粒起到很强的冷却作用，金属液滴在雾化喷嘴中运动的过程中，将非常容易粘结在喷嘴的边部，长时间的粘结将引起雾化喷嘴内腔的变性，严重时将引起堵塞；
(3)具有拉瓦尔形状的喷嘴内腔将对气流起到加速的作用，但同时由于雾化后的金属液滴也具有锥形分布，将使得金属液滴在结晶辊间发生沉积时厚度不均，导致薄板内部出现薄厚差别。
(4)局限于拉瓦尔喷嘴的形式，在制备大尺度的薄带时则较难实施。
发明内容
本发明的目的在于提出一种滚筒法溅射成形制备薄带工艺及装置，全 新的薄带制备工艺，该工艺结合了金属雾化和薄带铸造两个过程，雾化形式采用机械离心方式代替传统的气体雾化式，节约能源和成本；雾化形式改变后引起的雾化效率提高，同时克服了以往雾化的不均匀性；高速雾化金属颗粒在撞击到结晶辊时继续发生碎化，同时极速冷却，形成的材料中晶粒细小，经过结晶辊的挤压轧制后，形成致密的金属带；金属颗粒在射向结晶辊的瞬间发生高速冷却，与结晶辊接触后发生二次冷却，大大的降低了夹杂物长大的机会。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，本发明利用滚筒高速旋转的离心力将液进行雾化成细小的金属液滴，这些细小的金属液滴在雾化后仍然具有很高的动能，在与结晶辊发生碰撞后黏附在结晶辊表面发生凝固，高速旋转的结晶辊将黏附其上的金属层进行轧制，消除了存在于金属液滴之间的空隙，最终形成致密的金属薄带。
具体地，滚筒法溅射成形制备薄带工艺，钢液从中间包经过水口流入到盛钢包中，在盛钢包出口端设置一个用以将钢液控制在一定宽度的薄膜预制导槽，导槽顶面远端开有设一开口，并设置一旋转的高温滚筒，高温滚筒与薄膜预制导槽底部保持一可将钢液形成薄膜的缝隙，滚筒将钢液形成厚度较小的薄膜，同时进行离心雾化，高速旋转的高温滚筒带动底部的钢液发生液膜分离，雾化形成细小的金属液滴，金属液滴呈高斯分布，喷向在薄膜预制导槽的外侧布置有两个相反方向旋转的结晶辊之间，结晶辊将被高温滚筒雾化形成金属液滴瞬间凝固，并对形成的金属沉积层进行轧制，形成金属薄带，金属薄带通过牵引最终形成薄带卷。
进一步，高温滚筒速度控制在150～300r/min，温度控制在1100～1300℃，滚筒距离薄膜预制导槽底部的距离为2～5mm。
高温滚筒设用以保持高温的加热装置。
另外，在薄膜预制导槽远端设置一个用以阻挡金属液外溢的挡板。
所述的薄膜预制导槽底部安装有防止预制板间的金属液凝结的加热器。
所述的结晶辊内部具有水冷系统。
调节高温滚筒与薄膜预制导槽的位置，使得金属液膜浸没水冷滚筒至适当的深度；
本发明的滚筒法溅射成形制备薄带的装置，其包括，盛钢包，薄膜预制导槽，设置于盛钢包出口端，该导槽顶面远端开有设一开口；高温滚筒，设置于薄膜预制导槽顶面远端开口上方，滚筒距离薄膜预制导槽底部保持一定距离；两个相反方向旋转的结晶辊，设置在薄膜预制导槽的外侧。
又，高温滚筒设用以保持高温的加热装置。
另外，在薄膜预制导槽远端设置一个用以阻挡金属液外溢的挡板。
所述的薄膜预制导槽底部安装有防止预制板间的金属液凝结的加热器。
所述的结晶辊内部具有水冷系统。
钢液从中间包经过水口流入到盛钢包中，高速旋转的高温滚筒将薄膜预制导槽钢液形成厚度较小的薄膜同时进行离心雾化，雾化形成细小的金属液滴，喷向结晶辊，结晶辊将金属液滴瞬间凝固，并对形成的金属沉积层进行轧制，形成金属薄带，金属薄带通过牵引最终形成薄带卷。
本发明的有益效果
首先利用高温滚筒实现了金属液雾化的效果，随着滚筒速度的提高，金属液雾化的粒径减小，速度增大。
雾化形式采用机械离心方式代替传统的气体雾化式，节约能源和成本；
雾化形式改变后引起的雾化效率提高，同时克服了以往雾化的不均匀性；
高速雾化金属颗粒在撞击到结晶辊时继续发生碎化，同时极速冷却，形成的材料中晶粒细小，经过结晶辊的挤压轧制后，形成致密的金属带；
金属颗粒在射向结晶辊的瞬间发生高速冷却，与结晶辊接触后发生二次冷却，大大的降低了夹杂物长大的机会。
附图说明
图1为本发明的示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明滚筒法溅射成形制备薄带工艺，钢液从中间包1经 过水口2流入到盛钢包3中，在盛钢包3出口端设置一个用以将钢液12控制在一定宽度的薄膜预制导槽4，导槽4顶面远端开有设一开口41，并设置一高速旋转的高温滚筒5，高温滚筒5与薄膜预制导槽4底部保持一可将钢液形成薄膜13的缝隙，高温滚筒5将钢液形成的薄膜13，同时进行离心雾化，高速旋转的高温滚筒5带动底部的钢液发生液膜分离，雾化形成细小的金属液滴14，金属液滴14呈高斯分布，喷向在薄膜预制导槽4的外侧布置有两个相反方向旋转的结晶辊6、6’之间，结晶辊6、6’将被高温滚筒5雾化形成金属液滴14瞬间凝固，并对形成的金属沉积层进行轧制，形成金属薄带7，金属薄带7通过牵引最终形成薄带卷8。
另外，高温滚筒5设用以保持高温的加热装置9；在薄膜预制导槽4远端设置一个用以阻挡金属液外溢的挡板10；所述的薄膜预制导槽4底部安装有防止预制板间的金属液凝结的加热器11。所述的结晶辊6、6’内部具有水冷系统。
实施例1
将金属液倾倒入钢包中，金属液的过热度保持在20℃度左右，钢包通过水口将钢液输送到盛钢包中，盛钢包的液位保持在200mm，液膜预制板的高度为20mm，与滚筒相接，滚筒的直径为300mm，滚筒内部具有加热器，使得滚筒保持低于金属液20℃左右的温度，滚筒底部与预制板底部的缝隙宽为5mm，滚筒的转速为200r/min，挡板的高度为30mm，滚筒与结晶辊的距离为350mm，结晶辊之间的间隔为2mm，结晶辊的转速为100r/min，薄带的拉速为60m/min，加热器的温度控制在不是预制板间的金属液凝固为宜。
实施例2
将金属液倾倒入钢包中，金属液的过热度保持在22℃度左右，钢包通过水口将钢液输送到盛钢包中，盛钢包的液位保持在230mm，液膜预制板的高度为15mm，与滚筒相接，滚筒的直径为260mm，滚筒内部具有加热器，使得滚筒保持低于金属液18℃左右的温度，滚筒底部与预制板底部的缝隙宽为6mm，滚筒的转速为230r/min，挡板的高度为25mm，滚筒与结 晶辊的距离为380mm，结晶辊之间的间隔为2.5mm，结晶辊的转速为120r/min，薄带的拉速为80m/min，加热器的温度控制在不是预制板间的金属液凝固为宜。
实施例3
将金属液倾倒入钢包中，金属液的过热度保持在23℃度左右，钢包通过水口将钢液输送到盛钢包中，盛钢包的液位保持在280mm，液膜预制板的高度为12mm，与滚筒相接，滚筒的直径为280mm，滚筒内部具有加热器，使得滚筒保持低于金属液22℃左右的温度，滚筒底部与预制板底部的缝隙宽为4mm，滚筒的转速为260r/min，挡板的高度为28mm，滚筒与结晶辊的距离为400mm，结晶辊之间的间隔为4mm，结晶辊的转速为130r/min，薄带的拉速为100m/min，加热器的温度控制在不是预制板间的金属液凝固为宜。
Claims (11)
1.滚筒法溅射成形制备薄带工艺，钢液从中间包经过水口流入到盛钢包中，在盛钢包出口端设置一个用以将钢液控制在一定宽度的薄膜预制导槽，导槽顶面远端开有设一开口，并设置一旋转的高温滚筒，温度控制在1100～1300℃，高温滚筒与薄膜预制导槽底部保持一可将钢液形成薄膜的缝隙，滚筒将钢液形成厚度较小的薄膜，同时进行离心雾化，高速旋转的高温滚筒带动底部的钢液发生液膜分离，雾化形成细小的金属液滴，金属液滴呈高斯分布，喷向在薄膜预制导槽的外侧布置有两个相反方向旋转的结晶辊之间，结晶辊将被滚筒雾化形成金属液滴瞬间凝固，并对形成的金属沉积层进行轧制，形成金属薄带，金属薄带通过牵引最终形成薄带卷。
2.如权利要求1所述的滚筒法溅射成形制备薄带工艺，其特征是，高温滚筒速度控制在150～300r/min，高温滚筒距离薄膜预制导槽底部的距离为2～5mm。
3.如权利要求1所述的滚筒法溅射成形制备薄带工艺，其特征是，高温滚筒设用以保持高温的加热装置。
4.如权利要求1所述的滚筒法溅射成形制备薄带工艺，其特征是，在薄膜预制导槽远端设置一个用以阻挡金属液外溢的挡板。
5.如权利要求1所述的滚筒法溅射成形制备薄带工艺，其特征是，所述的薄膜预制导槽底部安装有防止预制板间的金属液凝结的加热器。
6.如权利要求1所述的滚筒法溅射成形制备薄带工艺，其特征是，所述的结晶辊内部具有水冷系统。
7.滚筒法溅射成形制备薄带的装置，其特征是，包括，
盛钢包；
薄膜预制导槽，设置于盛钢包出口端，该导槽顶面远端开有设一开口；
高温滚筒，设置于薄膜预制导槽顶面远端开口上方，滚筒距离薄膜预制导槽底部保持一定距离；
两个相反方向旋转的结晶辊，设置在薄膜预制导槽的外侧。
8.如权利要求7所述的滚筒法溅射成形制备薄带的装置，其特征是，高温滚筒设有一用以保持高温的加热装置。
9.如权利要求7所述的滚筒法溅射成形制备薄带的装置，其特征是，在薄膜预制导槽远端设置一个用以阻挡金属液外溢的挡板。
10.如权利要求7或9所述的滚筒法溅射成形制备薄带的装置，其特征是，所述的薄膜预制导槽底部安装有防止预制板间的金属液凝结的加热器。
11.如权利要求9所述的滚筒法溅射成形制备薄带的装置，其特征是，所述的结晶辊内部具有水冷系统。
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