CN103769417B - 采用单机双流连续铸轧双金属复合板带材的设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种采用单机双流连续铸轧双金属复合板带材的设备及方法，本发明的设备主要是在普通立式双辊铸轧机的两个主铸轧辊旁分别增加一个辅助铸轧辊，形成具有两个单金属复合带坯铸轧单元和一个双金属复合轧制区的铸轧-复合轧制联合轧机。本发明的加工方法主要是：在两个单金属复合带坯铸轧单元上同步独立完成两种不同金属带材的铸轧成形，并将其作为坯料，再由两个主铸轧辊轧制复合成双金属板带材。本发明设备简单，能大大缩短工艺流程，具有连续生产、成材率高等特点，是一种高效、短流程的工艺方法。

Description

采用单机双流连续铸轧双金属复合板带材的设备及方法

技术领域：

本发明涉及一种双金属复合板带材的加工设备及加工方法。

背景技术：

随着现代科技的发展，金属材料的使用要求不再局限于单一的机械性能，而是要求金属材料在多场甚至极端服役条件下，兼具结构和功能的综合特性。双金属复合板是将物理、化学性能各异的两种金属通过适当工艺复合而成的一种层状复合材料，通过发挥各自的性能优势，实现单一金属板无法达到的综合性能，节约贵重金属材料。选择不同金属层的抗腐蚀、抗磨损、抗冲击、韧性、强度、热传导性、电磁性能、热膨胀等特性，可制备出具有多种优异性能的复合材料。目前，被试验可以复合的金属组合达百余种，其中，钢-铝复合板、钛-钢复合板、铜-铝复合板等多种复合产品已被广泛应用于建筑、航空航天、石油化工、交通运输、机械设备、电力和电子等领域，取得了显著的经济效益。

有关双金属复合板制备方法的研究，国内外都取得了重要进展，形成了固-固相复合、固-液相复合和液-液相复合三种主要工艺形式。其中，以轧制复合法和爆炸复合法为典型代表的固-固相复合法，在实际应用中得到了比较广泛的应用。固-液相铸轧复合法通过将金属熔液浇铸在基材上，与固态基材一起进入轧机进行变形加工，利用高温液相和轧制压力，实现基材与覆层金属的复合，可以实现较高的结合强度。液-液相复合法是近年发展起来的，相对于固-固相复合和固-液相复合，可省去对金属基材的预成形制备和表面洁净处理，缩短工艺流程，具有高效、连续、低能耗等优点，极具发展前景，但目前尚有很多技术问题亟待解决。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种不仅设备简单而且加工方法也简单的采用单机双流连续铸轧双金属复合板带材的设备及方法。

本发明的设备主要是在普通立式双辊铸轧机的两个主铸轧辊旁分别增加一个辅助铸轧辊，形成具有两个单金属复合带坯铸轧单元和一个双金属复合轧制区的铸轧-复合轧制联合轧机。普通立式双辊铸轧机有两个并列且转动方向相反的主铸轧辊，这两主铸轧辊内设有冷却水通道，每个主铸轧辊上部各设有盛装熔融态金属并可通入保护气体的流槽，流槽底部通孔与导管上端相连，导管下端置于中间包内，在上述导管上设有滑动水口。中间包底部的通孔与布流器上端相连，布流器顶部外设加热装置，布流器底部开口位于所对应的主铸轧辊竖直中心面（过轴线的竖直面）与另一主铸轧辊相邻一侧的顶部，并与内设冷却水通道的辅助铸轧辊相邻，该辅助铸轧辊的轴线与主铸轧辊轴线平行，两者转动方向相反，构成单金属复合带坯铸轧单元。主铸轧辊和辅助铸轧辊的直径可以相等，也可以不相等。

本发明的加工方法如下：

步骤1：根据实际使用要求，选择两种合适的金属材料—金属A和金属B，并确定复合板厚度和层厚比，调整两个独立的单金属复合带坯铸轧单元与复合轧制区的辊缝；

步骤2：根据工艺要求，调节各铸轧辊的速度和各铸轧辊内冷却水的流量和强度，铸轧机进入空转待机状态；

步骤3：将熔融态金属A和Ｂ分别置于两个流槽中，通入保护气体，开启滑动水口，液态金属通过中间包和布流器浇入铸轧单元，经双辊铸轧成形，分别得到金属A和金属Ｂ的复合带坯；

步骤4：复合带坯随着铸轧辊转动继续冷却前行，并在复合轧制区交汇，由主铸轧辊进行轧制复合，制备出双金属复合板。通过对铸轧单元位置、铸轧辊内冷却水流量和压力，控制复合带坯的温度，实现同温复合轧制（两种金属熔点相近时）或异温复合轧制（两种金属熔点差异较大时）。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、通过两个独立的双辊铸轧单元制备复合带坯，再直接进入复合轧制区域进行轧制复合成形，实现单机双流连续铸轧和复合轧制联合工艺，大大缩短了工艺流程。

2、独立的单金属复合带坯铸轧单元可有效地控制复合带坯的厚度和复合温度，提高待复合界面的表面质量，实现同温复合轧制（两种金属熔点相近时）或异温复合轧制（两种金属熔点差异较大时）。在异温复合轧制条件下，当高熔点金属复合带坯的入口温度高于低熔点金属复合带坯的熔点时，通过复合界面的接触传热，还可以实现固-液轧制复合的特殊效果。

3、当独立的单金属复合带坯铸轧单元的两个铸轧辊直径不同时，可形成双辊异径铸轧，提高生产效率。

4、由于该工艺采用了保护气氛下的热轧复合，且复合带坯初始温度可控，可提高界面复合效果和板型质量，减小或消除双金属复合板的轧后翘曲缺陷，具有产品范围广、成材率高、可控性强和连续化生产等特点，实现了双金属复合板带材绿色、高效、连续和稳定生产。生产的双金属复合板带材可以作为终态产品直接使用，也可以作为后续成形加工的坯料。

附图说明：

图1为本发明的主视剖面示意简图。

图中：1—金属A熔液,2—滑动水口，3—中间包，4—加热装置，5—主铸轧辊（左）的冷却水通道，6—主铸轧辊（左），7—双金属复合板带材A/B，8—主铸轧辊（右），9—主铸轧辊（右）的冷却水通道，10—布流器，11—流槽，12—金属B熔液，13—辅助铸轧辊（右）14—辅助铸轧辊（右）的冷却水通道,15—辅助铸轧辊（左）的冷却水通道，16—辅助铸轧辊（左）

具体实施方式：

在图1所示的采用单机双流连续铸轧双金属复合板带材的设备主视剖面示意简图中，普通立式双辊铸轧机有两个并列且转动方向相反的主铸轧辊，这两主铸轧辊内设有冷却水通道，每个主铸轧辊上部各设有盛装熔融态金属并可通入保护气体的流槽，流槽底部通孔与导管上端相连，导管下端置于中间包内，在上述导管上设有滑动水口。中间包底部的通孔与布流器上端相连，布流器顶部外设加热装置，布流器底部开口位于所对应的主铸轧辊竖直中心面（过轴线的竖直面）与另一主铸轧辊相邻一侧的顶部，并与内设冷却水通道的辅助铸轧辊相邻，该辅助铸轧辊的轴线与主铸轧辊轴线平行，两者转动方向相反，构成单金属复合带坯铸轧单元。

实施例1

以铜-铝复合板为例，采用本发明方法加工铜-铝复合板，金属A选用工业紫铜、金属B选用工业纯铝，其复合产品尺寸为2mm，铜铝厚度比约为1:3，产品宽度为300mm。根据成品厚度规格，设定主铸轧辊（左）6和主铸轧辊（右）8之间的辊缝为2mm，取复合轧制压下率为50%。考虑两种不同金属的压下量分配关系，设定主铸轧辊（左）6与辅助铸轧辊（左）16间的辊缝值为0.94mm，以及主铸轧辊（右）8和辅助铸轧辊（右）13间的辊缝值为3.06mm。控制主铸轧辊与辅助铸轧辊速比为1，各铸轧辊内的冷却水压强为0.5MPa，铸轧机进入空转待机状态。将1150℃的熔融态工业紫铜1和680℃的熔融态工业纯铝12分别置于两个流槽中，通入惰性保护气体，开启滑动水口，铜液1经中间包并通过布流器浇入由主铸轧辊（左）6和辅助铸轧辊（左）16组成的独立单金属复合带坯铸轧单元，经双辊铸轧成形，得到铜复合带坯；同时，铝液12经中间包并通过布流器浇入由主铸轧辊（右）8和辅助铸轧辊（右）13组成的独立单金属复合带坯铸轧单元，经双辊铸轧成形，得到铝复合带坯；铜、铝复合带坯随着铸轧辊转动继续冷却前行，在由主铸轧辊（左）6和主铸轧辊（右）8组成的复合轧制区交汇，控制铝复合带坯的温度为350℃、铜复合带坯复合温度为650℃，进入主铸轧辊进行固相热态轧制复合成形，制备出铜-铝双金属复合板7。

实施例2

以铜-铝复合板为例，采用本发明方法加工铜-铝复合板，金属A选用工业紫铜、金属B选用工业纯铝，其复合产品尺寸为3mm，铜铝厚度比约为1:3，产品宽度为350mm。根据成品厚度规格，设定主铸轧辊（左）6和主铸轧辊（右）8之间的辊缝为3mm，取复合轧制压下率为60%。考虑两种不同金属的压下量分配关系，设定主铸轧辊（左）6与辅助铸轧辊（左）16间的辊缝值为1.85mm，以及主铸轧辊（右）8和辅助铸轧辊（右）13间的辊缝值为5.65mm。控制主铸轧辊与辅助铸轧辊速比为0.9，各铸轧辊内的冷却水压强为0.5MPa，铸轧机进入空转待机状态。将1150℃的熔融态工业紫铜1和680℃的熔融态工业纯铝12分别置于两个流槽中，通入惰性保护气体，开启滑动水口，铜液1经中间包并通过布流器浇入由主铸轧辊（左）6和辅助铸轧辊（左）16组成的独立单金属复合带坯铸轧单元，经双辊铸轧成形，得到铜复合带坯；同时，铝液12经中间包并通过布流器浇入由主铸轧辊（右）8和辅助铸轧辊（右）13组成的独立单金属复合带坯铸轧单元，经双辊铸轧成形，得到铝复合带坯；铜、铝复合带坯随着铸轧辊转动继续冷却前行，在由主铸轧辊（左）6和主铸轧辊（右）8组成的复合轧制区交汇，控制铝复合带坯的温度为430℃、铜复合带坯温度为850℃，进入主铸轧辊进行轧制复合成形，由于铜复合带坯温度高于工业纯铝的熔点，在复合界面形成局部固-液相复合效果，制备出铜-铝双金属复合板7。

实施例3

以碳素钢-不锈钢复合板为例，采用本发明方法加工碳素钢-不锈钢复合板，金属A选用Q235碳素钢、金属B选用304不锈钢，其复合产品尺寸为3mm，厚度比约为1:1，产品宽度为300mm。根据成品厚度规格，设定主铸轧辊（左）6和主铸轧辊（右）8之间的辊缝为3mm，取复合轧制压下率为50%。设定主铸轧辊（左）6与辅助铸轧辊（左）16间的辊缝值为3.15mm，以及主铸轧辊（右）8和辅助铸轧辊（右）13间的辊缝值为2.85mm。控制主铸轧辊与辅助铸轧辊速比为0.9，各铸轧辊内的冷却水压强为0.5MPa，铸轧机进入空转待机状态。将1540℃的熔融态Q235钢和1500℃的熔融态304不锈钢12分别置于两个流槽中，通入惰性保护气体，开启滑动水口，Q235钢液1经中间包并通过布流器浇入由主铸轧辊（左）6和辅助铸轧辊（左）16组成的独立单金属复合带坯铸轧单元，经双辊铸轧成形，得到Q235钢复合带坯；同时，304不锈钢液12经中间包并通过布流器浇入由主铸轧辊（右）8和辅助铸轧辊（右）13组成的独立单金属复合带坯铸轧单元，经双辊铸轧成形，得到304不锈钢复合带坯；Q235钢、304不锈钢复合带坯随着铸轧辊转动继续冷却前行，在由主铸轧辊（左）6和主铸轧辊（右）8组成的复合轧制区交汇，控制Q235钢复合带坯的温度为1200℃、304不锈钢复合带坯温度为1250℃，进入主铸轧辊进行固-固高温轧制复合成形，制备出Q235碳素钢-304不锈钢双金属复合板7。

Claims (4)

1.一种采用单机双流连续铸轧双金属复合板带材的设备，该设备的单机为普通立式双辊铸轧机，其有两个并列且转动方向相反的主铸轧辊，这两主铸轧辊内设有冷却水通道，每个主铸轧辊上部各设有盛装熔融态金属并可通入保护气体的流槽，流槽底部通孔与导管上端相连，导管下端置于中间包内，在上述导管上设有滑动水口，中间包底部的通孔与布流器上端相连，布流器顶部外设加热装置，其特征在于：两布流器底部开口分别位于两主铸轧辊轴线所在的两竖直平面之间的两主铸轧辊顶部，并与内设冷却水通道的辅助铸轧辊相邻，该辅助铸轧辊的轴线与主铸轧辊轴线平行，两者转动方向相反，构成单金属复合带坯铸轧单元。

2.根据权利要求1所述的采用单机双流连续铸轧双金属复合板带材的设备，其特征在于：主铸轧辊和辅助铸轧辊的直径相等，或不相等。

3.一种采用如权利要求1所述设备制备双金属复合板带材的方法，其特征在于：

步骤1：根据实际使用要求，选择两种合适的金属材料—金属A和金属B，并确定复合板带材厚度和层厚比，调整两个独立的单金属复合带坯铸轧单元与复合轧制区的辊缝；

步骤2：根据工艺要求，调节各铸轧辊的速度和各铸轧辊内冷却水的流量和强度，铸轧机进入空转待机状态；

步骤3：将熔融态金属A和Ｂ分别置于两个流槽中，通入保护气体，开启滑动水口，液态金属通过中间包和布流器浇入铸轧单元，经双辊铸轧成形，分别得到金属A和金属Ｂ的复合带坯；

步骤4：复合带坯随着铸轧辊转动继续冷却前行，并在复合轧制区交汇，由主铸轧辊进行轧制复合，制备出双金属复合板带材。

4.根据权利要求3所述的采用如权利要求1所述设备制备双金属复合板带材的方法，其特征在于：通过对铸轧单元位置、铸轧辊内冷却水流量和压力调整，控制复合带坯的温度，实现同温复合轧制或异温复合轧制。