CN103495618A - 金属复合板的铸轧复合生产装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明所设计的一种金属复合板的铸轧复合生产装置及方法，本发明将待复合的母材，通过母材开卷机，导向辊，自上而下进入薄带连铸机的熔池中，熔池内为待复合层的金属液体，由于母材的温度低于待复合层金属液体的温度，液体会在母材表面结晶，相当于热浸镀工艺；同时，由于结晶辊通水冷却，金属液体也会在与结晶辊的接触区结晶，母材到达结晶辊的吻合口时，结晶辊将在辊面上结晶的金属薄层压制到母材的结晶层上，形成复合板材；复合板材离开吻合口进入二次冷却区，通过平整辊使复合板进一步冷却，并进入轧机轧制，最后卷取成卷。本发明简化了生产工序，缩短了生产周期，设备投资也相应减少，产品成本显著降低。

Description

金属复合板的铸轧复合生产装置及方法

技术领域

本发明涉及钢材加工与制造技术领域，具体地指一种金属复合板的铸轧复合生产装置及方法。

技术背景

随着现代科技和国民经济的飞速发展，各行各业对金属材料提出了越来越苛刻的要求，单一组成的金属材料常常难以同时满足实际使用过程中多方面性能的要求。在此情况下，选取两种或两种以上的金属材料，采用各种不同工艺制成复合板材能够满足特殊的综合性能要求。

经过数十年的发展，金属复合板材已经成为重要的结构材料和功能材料。金属复合板具有如下特点：一是所选金属在性能上能够相互取长补短，复合板的综合性能优于未复合前任一组元金属材料。如钢与有色金属组合的复合极，不但具有钢的高强度和韧性，而且具有有色金属的特殊物理化学性能；又如高合金钢往往不能铸成大锭或难以轧成大板，但它可以做成复合钢板的一层坯料与钢坯一起轧成大板。二是采用金属复合板可以大幅度地节约贵金属材料、节约能源和板材的生产成本，生产不锈钢一碳钢、钛一钢、铜一钢、镍一钢等复合板材时，Ti、Cu、Ni等贵金属重量仅占整个复合板重量的5%～20%。钛一钢复合板为钛板价格的约1/3；不锈钢一碳钢、铜一钢等复合板分别为不锈钢板、铜板价格的50%～70%。

复合钢板是复合金属板中的重要种类，它广泛地应用于石油、化工、机械、造船、动力等工业中，需求量很大。

二十世纪三十年代，美国和德国就已经研制成功复合钢板，在以后数十年来复合板材的生产在国内外获得了高速发展。八十年代以来日本每年不锈钢复合板的产量超过3万吨，美国及前苏联的复合板材年产量也达数万吨。我国自1965年起采用轧制法生产不锈钢一钢复合板以来，虽然在复合钢板的制造工艺方法以及生产能力等方面都取得了长足的进步，但是总体与国外相比差距很大，主要表现在生产能力远远不足和不能生产大幅面复合板材，每年仍需进口大量复合钢板。

经过几十年的研究开发，金属复合板已经发展了多种生产工艺和方法，目前普遍使用的金属复合板工艺为热轧复合法，它在利用金属塑性变形的同时，为了能在较小的压力下实现压接焊合，采用高温加热使待复材料处于激活状态，其工艺方法中的绝大部分工序和普通钢板生产是一致的，主要的差别在于板迭的准备。热轧复合法的主要工序包括基板和复板的加工（切割）、表面处理（酸洗、研磨、镀镍）、板迭的组装和焊接、加热和轧制等。板迭的准备工序是热轧复合工艺中的关键工序，板迭组装时，四周必须用挡条进行密封焊接，焊接方式一般为埋弧焊或CO2保护焊。对于厚度50mm以下的复合板，通常由于基层和复合层的变形抗力不同，轧制时复合板将产生弯曲，故常采用对称轧制法，即将两组复合金属组合对称地叠放在一起，其中间放置隔离层，四周加以封焊，然后进行轧制。对于轧制厚度大于50mm的复合板，可以使用外露层轧制或者半夹层轧制。采用热轧复合法生产复合板具有如下优点：1、可充分发挥轧机的轧制能力和材料高温下的延展性能，产品尺寸范围广，可生产长而宽的各种厚度规格的大型板。2、容易在工业上实现稳定而经济的规模生产，生产成本较低。3、可以减少非金属杂质对接合部的污染，得到均一的接合。

然而长期生产实践中申请人发现，常规的热轧复合法需要对复合板料焊接前清除复合面的非金属杂质和氧化薄膜，对复合面进行抽真空处理，同时还要进行一系列的焊接操作，焊接完成后，需对整块板加热到600～1350℃才能进行轧制。这样明显加大了金属复合板生产的难度和生产时间。同时，上述热轧复合法不能对板料进行连续加工，只能一块板料一块板料的加工，明显的降低了金属复合板的生产效率。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种金属复合板的铸轧复合生产装置及方法，该装置和方法将连续铸造、轧制、甚至热处理等工序整合为一体，使生产的薄带坯稍经冷轧就一次性形成工业成品，简化了生产工序，缩短了生产周期，设备投资也相应减少，产品成本显著降低，并且薄带质量不亚于传统工艺。同时，本装置和方法不需要对复合面进行抽真空处理，没有传统的焊接过程，进一步降低了金属复合板生产的难度和生产时间。另外，本装置和方法能对带材进行连续加工，提高了金属复合板的生产效率。

为实现此目的，本发明所设计的金属复合板的铸轧复合生产装置，其特征在于：它包括母材开卷机、位于母材开卷机输出端后方用于输送母材的第一夹送辊、位于第一夹送辊后方用于改变母材输送方向的导向辊、位于导向辊下方用于进行母材复合操作的薄带连铸机、位于薄带连铸机上方用于向薄带连铸机中输送复合层熔液的中间包、位于薄带连铸机下方用于将金属复合板带进一步冷却的二次冷却平整辊、位于二次冷却平整辊后方用于输送金属复合板带的第二夹送辊、位于第二夹送辊后方用于对金属复合板带进行轧制的冷轧机、位于冷轧机后方用于控制轧制后金属复合板带张力的导向张力辊、位于导向张力辊后方用于对轧制后金属复合板带进行卷取的卷取机，其中，所述薄带连铸机包括由两端的结晶辊组和两侧的侧封板形成的熔池，所述中间包的输出口与熔池对应。

进一步地，所述第二夹送辊的输入口方向与二次冷却平整辊的输出口方向垂直。

进一步地，所述导向辊的输入端与薄带连铸机的输入端方向垂直，所述冷轧机的前方设有另一个卷取机。

一种金属复合板的铸轧复合生产方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：中间包向薄带连铸机的熔池内灌入复合层熔液到设定高度；

步骤2：复合母卷经过母材开卷机开卷形成复合母带，并由第一夹送辊将复合母带送入导向辊；

步骤3：导向辊将复合母带垂直送入熔池内；

步骤4：复合母带以一定的速度自上而下穿过熔池，所述复合母带的温度低于熔池内复合层熔液的温度，复合母带使复合母带表面附近的复合层熔液降温，发生凝固或结晶，在复合母带表面形成一层凝固的复合层薄膜，形成初金属复合板；

步骤5：初金属复合板经过薄带连铸机的结晶辊组，结晶辊组将位于结晶辊组和初金属复合板之间的复合层熔液冷却，使初金属复合板的表面形成又一层凝固的复合层薄膜，该表面凝固了复合层薄膜的初金属复合板进入结晶辊组的吻合点时，结晶辊组对复合层薄膜提供一定的压力将复合层薄膜压到初金属复合板的表面，初金属复合板从结晶辊组的吻合点出来时，复合层和母带牢固地结合在一起，形成金属复合板带；

步骤6：所述金属复合板带离开薄带连铸机进入二次冷却平整辊，二次冷却平整辊内通水使金属复合板带进一步冷却；

步骤7：进一步冷却后的金属复合板带由第二夹送辊送入冷轧机轧制成型，并输入导向张力辊进行张力控制，最后进入卷取机形成金属复合板卷。

进一步地，上述步骤1中，复合层熔液灌入熔池的高度范围为0.01～0.9倍结晶辊半径。

进一步地，上述步骤4中，复合母带以0.10～100m/min的速度自上而下穿过熔池。

进一步地，上述步骤5中，结晶辊组对复合层薄膜提供5～5000KN的压力将复合层薄膜压到初金属复合板的表面。

进一步地，上述步骤7中，冷轧机对金属复合板带进行平整、轧制或光整。

进一步地，上述步骤4中，复合母带进入熔池时的温度范围为20～780℃，所述熔池内复合层熔液的温度范围为复合层的熔化温度加上10～120℃。

更进一步地，上述步骤2中，复合母卷首先进行表面清理，然后进入母材开卷机；所述步骤1中，在熔池液面喷吹保护气体。

本发明的有益效果为：

1）因为该装置有水冷结晶辊和低于复层熔点的母材，复层进入熔池后必然在结晶辊和母材上凝固结晶，再通过结晶辊的挤压形成复合材料。所以本装置和方法适用于多种材料的复合：

如：双面同材料复合：

铜—钢—铜复合板，钢带作为母材，铜或铜合金作为复合层；

铝—钢—铝复合板，钢带作为母材，铝或铝合金作为复合层；

不锈钢—钢—不锈钢复合板，钢带作为母材，不锈钢作为复合层；

铝—铜—铝复合板，铜带作为母材，铝或铝合金作为复合层；

银—铜—钢—铜—银复合板，铜—钢—铜复合板为母材，银为复合层；

锌—钢—锌复合板，相当于带钢热镀锌，本发明相对传统方法取消了锌锅内的沉没辊。

铜—钢—铝复合，不锈钢—钢—铝复合，不锈钢—钢—铜复合等。

另外，由于母材在熔池中，将熔池分为两半，可以进行双面不同材料的复合：

2）本发明适用于多种厚度规格板料的复合：

通过选择母材的厚度，调整母带穿过熔池的速度、熔液温度等工艺参数，实现母材和复合层不同厚度比例；如母材为钢带，厚度2mm，在20m/min的速度下通过熔池，复层为铜，熔液温度为1100℃，熔液高度为30mm，双面复层的厚度均为0.15mm，复合后的材料厚度为2.3mm，铜钢的比例为3：20；如母材为铝带，厚度5mm，在30m/min的速度下通过熔池，复层为铜，熔液温度为1085℃，熔液高度为15mm，双面复层的厚度均为0.1mm，复合后的材料厚度为5.2mm，铝铜的比例为1：25；

通过确定不同的冷轧压下量，可以生产多种厚度规格的复合带材。如上述2.3mm的铜钢复合材料，冷却到300℃以下进行冷轧加工，可以加工成2.0mm、1.8mm、1.5mm和1.2mm等不同厚度的材料。

3）本方法工艺流程连续、紧凑，工艺调整简单方便，传统的热轧复合法只能一块板料一块板料的加工，本发明可以实现带材的连续加工。

4）本发明生产薄规格的复合板具有明显优势，可通过轧机直接轧到所需厚度；

5）本发明属近终形连铸（所有浇铸接近最终产品尺寸和形状的浇铸方式）工艺，投资少、操作成本低。

6）本发明不需要对复合板料进行抽真空处理，降低了复合板料的生产成本，提高了复合板料的生产效率。

7）本发明不需要进行任何焊接操作，降低了生产的难度。

8）本发明最终生产出来的金属复合板，相比传统热轧复合法生产出来的金属复合板，其复层与母材的附着性好，表面光滑平整，综合性能好。

说明书附图

图1为本发明装置部分结构示意图。

其中，1—母材开卷机、2—第一夹送辊、3—导向辊、4—中间包、5—复合层熔液、6—薄带连铸机、6.1—结晶辊组、6.2—侧封板、6.3—熔池、7—二次冷却平整辊、8—金属复合板带、9—第二夹送辊、10—冷轧机、11—导向张力辊、12—卷取机、13—复合母带。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示的金属复合板的铸轧复合生产装置，它包括母材开卷机1、位于母材开卷机1输出端后方用于输送母材的第一夹送辊2、位于第一夹送辊2后方用于改变母材输送方向的导向辊3、位于导向辊3下方用于进行母材复合操作的薄带连铸机6、位于薄带连铸机6上方用于向薄带连铸机6中输送复合层熔液的中间包4、位于薄带连铸机6下方用于将金属复合板带8进一步冷却的二次冷却平整辊7、位于二次冷却平整辊7后方用于输送金属复合板带8的第二夹送辊9、位于第二夹送辊9后方用于对金属复合板带8进行轧制的冷轧机10、位于冷轧机10后方用于控制轧制后金属复合板带8张力的导向张力辊11、位于导向张力辊11后方用于对轧制后金属复合板带8进行卷取的卷取机12，其中，所述薄带连铸机6包括由两端的结晶辊组6.1和两侧的侧封板6.2形成的熔池6.3，所述中间包4的输出口与熔池6.3对应。

上述技术方案中，第二夹送辊9的输入口方向与二次冷却平整辊7的输出口方向垂直。

上述技术方案中，所述导向辊3的输入端与薄带连铸机6的输入端方向垂直，所述冷轧机10的前方设有另一个卷取机12。冷轧机10的两侧均设有卷取机12方便实现金属复合板的可逆轧制。

一种金属复合板的铸轧复合生产方法，该方法将待复合的母材，通过母材开卷机1，导向辊3，自上而下进入薄带连铸机6的熔池6.3中，即两个结晶辊和双侧封板6.2构成的熔池6.3，熔池6.3内为待复合层的金属液体，由于母材的温度低于待复合层金属液体的温度，液体会在母材表面结晶，相当于热浸镀工艺；同时，由于结晶辊通水冷却，金属液体也会在与结晶辊的接触区结晶，母材到达结晶辊的吻合口时，结晶辊将在辊面上结晶的金属薄层压制到母材的结晶层上，形成完美的复合板材；复合板材离开吻合口进入二次冷却区，通过通水的平整辊使复合板进一步冷却，然后，根据用户需要，复合板材进入轧机，进行平整轧制或光整轧制，保证复合板材的性能和表面质量，最后卷取成卷。

具体来说本发明包括如下步骤：

步骤1：中间包4向薄带连铸机6的熔池6.3内灌入复合层熔液5到设定高度；

步骤2：复合母卷经过母材开卷机1开卷形成复合母带13，并由第一夹送辊2将复合母带13送入导向辊3；

步骤3：导向辊3将复合母带13垂直送入熔池6.3内；

步骤4：复合母带13以一定的速度自上而下穿过熔池6.3，所述复合母带13的温度低于熔池6.3内复合层熔液5的温度，复合母带13使复合母带13表面附近的复合层熔液5降温，发生凝固或结晶，在复合母带13表面形成一层凝固的复合层薄膜，形成初金属复合板；

步骤5：初金属复合板经过薄带连铸机6的结晶辊组6.1，结晶辊组6.1将位于结晶辊组6.1和初金属复合板之间的复合层熔液5冷却，使初金属复合板的表面形成又一层凝固的复合层薄膜，该表面凝固了复合层薄膜的初金属复合板进入结晶辊组6.1的吻合点时，结晶辊组6.1对复合层薄膜提供一定的压力将复合层薄膜压到初金属复合板的表面，初金属复合板从结晶辊组6.1的吻合点出来时，复合层和母带牢固地结合在一起，形成金属复合板带8；

步骤6：所述金属复合板带8离开薄带连铸机6进入二次冷却平整辊7，二次冷却平整辊7内通水使金属复合板带8进一步冷却；

步骤7：进一步冷却后的金属复合板带8由第二夹送辊9送入冷轧机10轧制成型，并输入导向张力辊11进行张力控制，最后进入卷取机12形成金属复合板卷。

上述技术方案中，本发明的方法最初的准备过程为:母材带头依次通过第一夹送辊2、导向辊3、薄带连铸机6、二次冷却平整辊7、第二夹送辊9、冷轧机10、导向张力辊11进入卷取机12，并将卷取机12卷绕2～3圈；然后调整结晶辊组6.1的辊缝，使结晶辊组6.1夹住母材；中间包4向熔池6.3中加注复合层熔液5，到达设定的液面高度时，整条生产线设备同时起动，即转入步骤2。

上述技术方案的步骤1中，复合层熔液5灌入熔池6.3的高度范围为0.01～0.9倍结晶辊半径。在相同的速度下，复层的厚度与熔池内熔液的高度直接相关，熔池面越高，复层越厚，反之亦然。

上述技术方案的步骤4中，复合母带13以0.10～100m/min的速度自上而下穿过熔池6.3。在相同的熔液高度下，速度越快，复层越薄，反之亦然。如速度越过100m/min，复层太薄，一般20～50μm之间，复材的综合性能不突出。

上述技术方案的步骤5中，结晶辊组6.1对复合层薄膜提供5～5000KN（根据带宽不同，压力不同，材料不同所需压力也不同）的压力将复合层薄膜压到初金属复合板的表面。

上述技术方案的步骤7中，冷轧机10对金属复合板带8进行平整、轧制或光整。压下变形小（0.5%～5%压下率）为平整，压下变形较大（5%～75%压下率）为轧制，几乎没有压下量只对表面进行平整为光整。

上述技术方案的步骤4中，复合母带13进入熔池6.3时的温度范围为20～780℃，温度越低，复层越厚，所述熔池6.3内复合层熔液5的温度范围为复合层的熔化温度加上10～120℃。温度越高，冷却越快，晶粒越细小。

上述技术方案的步骤2中，复合母卷首先进行表面清理，然后进入母材开卷机1；所述步骤1中，在熔池6.3液面喷吹保护气体，该保护气体为氩气或氮气等，防止复层熔液与空气接触发生氧化。

上述技术方案中，对于需要减薄的复合带材，可进行进一步轧制减薄，并经热处理达到最终的产品性能要求。

上述技术方案中，母材的温度低于复合层熔液5，将母带以一定速度自上而下穿过复合层熔液5，母带使其表面附近的熔液降温，发生凝固或结晶，在母带表面形成一层凝固的复合层薄膜；同时，带通水冷的结晶辊组6.1与熔液接触的区域使熔液凝固，形成又一层凝固的复合层薄膜。

说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种金属复合板的铸轧复合生产装置，其特征在于：它包括母材开卷机（1）、位于母材开卷机（1）输出端后方用于输送母材的第一夹送辊（2）、位于第一夹送辊（2）后方用于改变母材输送方向的导向辊（3）、位于导向辊（3）下方用于进行母材复合操作的薄带连铸机（6）、位于薄带连铸机（6）上方用于向薄带连铸机（6）中输送复合层熔液的中间包（4）、位于薄带连铸机（6）下方用于将金属复合板带（8）进一步冷却的二次冷却平整辊（7）、位于二次冷却平整辊（7）后方用于输送金属复合板带（8）的第二夹送辊（9）、位于第二夹送辊（9）后方用于对金属复合板带（8）进行轧制的冷轧机（10）、位于冷轧机（10）后方用于控制轧制后金属复合板带（8）张力的导向张力辊（11）、位于导向张力辊（11）后方用于对轧制后金属复合板带（8）进行卷取的卷取机（12），其中，所述薄带连铸机（6）包括由两端的结晶辊组（6.1）和两侧的侧封板（6.2）形成的熔池（6.3），所述中间包（4）的输出口与熔池（6.3）对应。

2.根据权利要求1所述的金属复合板的铸轧复合生产装置，其特征在于：所述第二夹送辊（9）的输入口方向与二次冷却平整辊（7）的输出口方向垂直。

3.根据权利要求1或2所述的金属复合板的铸轧复合生产装置，其特征在于：所述导向辊（3）的输入端与薄带连铸机（6）的输入端方向垂直，所述冷轧机（10）的前方设有另一个卷取机（12）。

4.一种金属复合板的铸轧复合生产方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：中间包（4）向薄带连铸机（6）的熔池（6.3）内灌入复合层熔液（5）到设定高度；

步骤2：复合母卷经过母材开卷机（1）开卷形成复合母带（13），并由第一夹送辊（2）将复合母带（13）送入导向辊（3）；

步骤3：导向辊（3）将复合母带（13）垂直送入熔池（6.3）内；

步骤4：复合母带（13）以一定的速度自上而下穿过熔池（6.3），所述复合母带（13）的温度低于熔池（6.3）内复合层熔液（5）的温度，复合母带（13）使复合母带（13）表面附近的复合层熔液（5）降温，发生凝固或结晶，在复合母带（13）表面形成一层凝固的复合层薄膜，形成初金属复合板；

步骤5：初金属复合板经过薄带连铸机（6）的结晶辊组（6.1），结晶辊组（6.1）将位于结晶辊组（6.1）和初金属复合板之间的复合层熔液（5）冷却，使初金属复合板的表面形成又一层凝固的复合层薄膜，该表面凝固了复合层薄膜的初金属复合板进入结晶辊组（6.1）的吻合点时，结晶辊组（6.1）对复合层薄膜提供一定的压力将复合层薄膜压到初金属复合板的表面，初金属复合板从结晶辊组（6.1）的吻合点出来时，复合层和母带牢固地结合在一起，形成金属复合板带（8）；

步骤6：所述金属复合板带（8）离开薄带连铸机（6）进入二次冷却平整辊（7），二次冷却平整辊（7）内通水使金属复合板带（8）进一步冷却；

步骤7：进一步冷却后的金属复合板带（8）由第二夹送辊（9）送入冷轧机（10）轧制成型，并输入导向张力辊（11）进行张力控制，最后进入卷取机（12）形成金属复合板卷。

5.根据权利要求4所述的金属复合板的铸轧复合生产方法，其特征在于：所述步骤1中，复合层熔液（5）灌入熔池（6.3）的高度范围为0.01～0.9倍结晶辊半径。

6.根据权利要求4所述的金属复合板的铸轧复合生产方法，其特征在于：所述步骤4中，复合母带（13）以0.10～100m/min的速度自上而下穿过熔池（6.3）。

7.根据权利要求4所述的金属复合板的铸轧复合生产方法，其特征在于：所述步骤5中，结晶辊组（6.1）对复合层薄膜提供5～5000KN的压力将复合层薄膜压到初金属复合板的表面。

8.根据权利要求4所述的金属复合板的铸轧复合生产方法，其特征在于：所述步骤7中，冷轧机（10）对金属复合板带（8）进行平整、轧制或光整。

9.根据权利要求4所述的金属复合板的铸轧复合生产方法，其特征在于：所述步骤4中，复合母带（13）进入熔池（6.3）时的温度范围为20～780℃，所述熔池（6.3）内复合层熔液（5）的温度范围为复合层的熔化温度加上10～120℃。

10.根据权利要求4所述的金属复合板的铸轧复合生产方法，其特征在于：所述步骤2中，复合母卷首先进行表面清理，然后进入母材开卷机（1）；所述步骤1中，在熔池（6.3）液面喷吹保护气体。