CN105855490B - 一种镁合金板坯制备超声铸轧机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镁合金板坯制备新型超声铸轧机，该超声铸轧机包括铸轧小车、熔体输送液位控制系统、轧辊，该铸轧机还包括超声波探头，超声波探头设置在环状轧辊内壁，上轧辊、下轧辊内均设有超声波探头；超声波探头设置在轧辊内部靠近铸轧区铸坯凝固前沿位置。在环状轧辊内壁施加功率超声探头，将超声外场直接作用于铸轧凝固前沿位置，可以显著提高功率超声对铸轧板坯组织细化和均匀化的效果，改善溶质分布均匀性，提高铸坯冶金质量；轧辊内部中空，可显著降低轧辊重量，还可减轻铸轧传动能量消耗；采用风冷方式替代水冷方式，彻底避免辊套破裂导致镁液遇水爆炸的风险，提高工业生产安全等级。

Description

一种镁合金板坯制备超声铸轧机
技术领域
本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种镁合金板坯生产新装备。
背景技术
双辊铸轧技术具有短流程、低能耗和高效率的特点，应用于镁合金板坯制造领域，可显著降低板材加工成本，具有良好的应用前景。目前国内外镁合金板材已有采用铸轧板坯进行热温轧制的工艺进行加工。
纯镁力学性能较低，需要添加大量合金元素进行固溶强化，才能保证成品板材达到使用性能的要求，因此镁合金铸轧原料为高溶质含量的合金。由于镁合金铸轧用合金溶质含量高，凝固区间较宽，极易造成铸轧板坯组织粗大、成分分布不均而形成各种缺陷，限制了板坯的力学性能。
在镁合金铸轧过程中施加超声外场，可利用声空化和声流效益，促进形核细化晶粒，并改善溶质分布均匀性。但目前大部分超声铸轧装置，超声施加位置多放置于前箱与铸嘴熔体流经位置，距离合金熔化液凝固前沿还有一段距离，超声波到达凝固前沿时，已经大幅衰减，难以充分发挥超声外场对镁合金铸轧板坯凝固组织改善的功效。
发明内容
本发明提出一种镁合金板坯制备超声铸轧机，改变现有超声铸轧中超声探头施加位置，将其直接施加在铸轧区凝固前沿位置，有效利用超声外场声空化和声流效益，显著改善镁合金铸轧板坯组织结构与成分分布，改善板坯冶金质量，并提高成品镁合金板材的力学性能。
为了解决上述存在的问题，本发明的技术方案如下：
一种镁合金板坯制备超声铸轧机，该超声铸轧机包括铸轧小车、熔体输送液位控制系统、轧辊，该铸轧机还包括超声波探头，超声波探头设置在轧辊内，上轧辊、下轧辊内均设有超声波探头。
进一步地，超声波探头设置在轧辊内部靠近铸轧区铸坯凝固前沿位置。
进一步地，轧辊为环状轧辊，超声波探头设置在轧辊内壁，超声波探头数量根据轧辊直径与铸轧速度进行匹配设置。
进一步地，每个轧辊内的超声波探头数量范围优选4---6个。
进一步地，根据轧辊速度对超声波探头的开闭状态进行设置，使得铸轧过程中，当超声波探头临近铸坯凝固前沿位置时开启，当超声波探头旋转远离铸轧区时，切断该超声波探头的超声波输入，从而确保超声波作用于铸坯凝固前沿。
进一步地，该铸轧机还设置有轧辊预热与冷却系统，高温气体喷吹在轧辊表面实现预热，冷却气体喷吹在轧辊表面实现轧辊冷却。
进一步地，轧辊预热与冷却系统共用吹向轧辊的气体喷嘴，以简化铸轧机结构。
进一步地，轧辊预热与冷却系统的切换通过气体输送管道上的阀门控制。
进一步地，上述高温气体由燃烧炉提供，并通过风机吹送。
进一步地，冷却气体采用高压氮气、氩气或二氧化碳作为冷却源。
进一步地，轧辊厚度范围10mm---50mm，宽度范围200mm----2000mm。
进一步地，上述高温气体由煤气燃烧产生。
通过上述技术手段，本发明具有以下积极效果：
(1)本发明功率超声波探头设置在轧辊内壁，声流与声空化效应可直接作用于铸轧凝固前沿，大大减少现有超声铸轧作用在前箱或铸嘴位置而产生的声波衰减；
(2)本发明功率超声波设置方式，可根据工艺调整施加位置和施加数量，匹配镁合金铸轧多种合金牌号和铸坯规格变化需求；
(3)本发明超声波探头施加在铸轧凝固前沿位置，可大幅减少超声波传播距离，充分发挥功率声空化和声流效益，达到细化晶粒、均匀成分分布的目的，提高铸坯冶金质量；
(4)采用轧辊气体预热和冷却系统，替代现有轧辊电加热预热和水冷冷却装置，可消除铸轧过程中辊套破裂漏水而引起镁合金熔体剧烈爆炸的隐患，提高工业生产安全系数；此外风冷装置冷却强度相对水冷系统更低，镁合金的密度低、比热容小且凝固潜热小，铸坯凝固需要的冷却强度远低于其它合金，风冷系统的冷却强度与镁合金材料热物理性能相匹配；
(5)轧辊内部中空，可减少轧辊预热时无效热量散失，在预热时可实现高效率、高精度的控制轧辊预热温度；
(6)轧辊内部中空，使得铸轧轧辊重量显著降低，能够提高工业铸轧过程中的无效功率消耗，降低能耗而节省成本。
该超声铸轧机生产的镁合金薄板材，成品率高，板材的力学性能良好，抗拉强度可到达260～280MPa，屈服强度200～220MPa，延伸率15～20％，平均晶粒尺寸10μm以下。
附图说明
图1是本发明的超声铸轧机的轧辊超声结构示意图；
图2为超声铸轧机超声探头施加方式示意图；
图3为轧辊预热/冷却系统示意图；
图4为超声波发生装置与探头布置方式的示意图。
其中：1-镁合金熔液；2-轧辊；3-超声波探头；4-铸轧板坯；5-轧辊预热和冷却系统；6-轧辊加强筋；7-预热和冷却气体喷嘴；8-预热通道阀门；9-冷却通道阀门；10-鼓风机；11-煤气燃烧器；12-氮气站；13-功率超声发生装置。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步阐述。
参见图1，本发明镁合金板坯超声铸轧机，主要包括铸轧小车、熔体输送液位控制系统、轧辊2、轧辊预热和冷却系统5、功率超声发生装置13、铸轧机本体。
参见图2，铸轧轧辊2为环状轧辊，其内壁设有轧辊加强筋6，超声波探头3施加在轧辊2内壁，轧辊材质为合金钢，轧辊厚度与加强肋尺寸根据铸轧材料热物理性能进行强度刚度校核确定。轧辊2为内部中空，减少质量的轧辊能够降低工业铸轧过程中的功率消耗，同时能提高轧辊预热效率。轧辊厚度范围10mm---50mm，宽度范围200mm----2000mm。
参见图3，铸轧辊预热和冷却系统5采用热风、冷风分别达到预热或冷却轧辊的目的，通过高压气体高速喷吹并实时控制轧辊表面温度，实现铸轧前的预热轧辊、以及铸轧过程中带走高温镁合金熔体持续凝固与轧制变形中释放的热量。轧辊2的预热采用在煤气燃烧器11内煤气燃烧产生的高温气体，利用鼓风机10通过管道经预热和冷却气体喷嘴7喷吹到轧辊表面，轧辊2预热温度为150～300℃范围；铸轧过程中，轧辊的冷却采用高压氮气喷吹轧辊2表面冷却，氮气气源采用现场氮气站12制备。冷却气体还可以为氩气或二氧化碳气体。轧辊预热和冷却系统5共用预热和冷却气体喷嘴7，能够简化铸轧机结构。预热和冷却系统5的开闭切换通过高温气体和冷却气体的输送管道上设置的预热通道阀门8、冷却通道阀门9控制。
参见图4，功率超声发生装置13设置在轧辊2内部，轧辊内的各个超声波探头3与功率超声发生装置13进行电连接。超声功率发生装置13由电源、功率发生器和超声探头三个部分组成，超声探头施加位置在环状轧辊内壁，施加数量和位置，可以配合工艺进行调整。超声波探头3根据轧辊直径大小和铸轧速度可以设置多个，优选4到6个超声波探头。铸轧时配合铸轧速度，在铸轧铸坯凝固前沿位置开启探头输入超声波，当探头位置旋转远离铸轧区时，切断该探头超声波输入，即根据轧辊速度对超声波探头3的开闭状态进行设置，从而确保超声作用于铸坯凝固前沿。
超声铸轧机的工作过程是：首先开启轧辊2，使其滚动工作，接着利用轧辊预热和冷却系统5对轧辊2进行预热，对滚动的轧辊表面喷吹高温气体，将轧辊2温度预热至150～300℃范围；然后，镁合金熔液1由输送装置输送到轧辊2左侧，轧辊2在轧制过程中温度会逐渐升高，由于过度高温的轧辊对生产的镁合金板坯的尺寸以及表明性能极为不利，因此需要将轧辊预热和冷却系统5切换至轧辊冷却系统，本实施例中通过预热通道阀门8关闭、冷却通道阀门9开启实现切换，接着对轧辊2进行冷却，也就是说高压气体直接喷吹在轧辊上，带走轧辊2表面热量。
上述手段仅是本发明的较好实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种镁合金板坯制备超声铸轧机，该超声铸轧机包括铸轧小车、熔体输送液位控制系统、轧辊，其特征在于：该铸轧机还包括超声波探头，超声波探头设置在轧辊内部，上轧辊、下轧辊内均设有超声波探头；
超声波探头设置在轧辊内部靠近铸轧区铸坯凝固前沿位置；
轧辊为环状轧辊，超声波探头设置在轧辊内壁，超声波探头数量根据轧辊直径与铸轧速度进行匹配设置；根据轧辊速度对超声波探头的开闭状态进行设置，使得铸轧过程中，当超声波探头临近铸坯凝固前沿位置时开启，当超声波探头旋转远离铸轧区时，切断该超声波探头的超声波输入，从而确保超声波作用于铸坯凝固前沿；
该铸轧机还设置有轧辊预热与冷却系统，高温气体喷吹在轧辊表面实现预热，冷却气体喷吹在轧辊表面实现轧辊冷却。
2.根据权利要求1所述的镁合金板坯制备超声铸轧机，其特征在于：超声波发生装置功率范围在2-8kW，频率25±0.5kHZ；每个轧辊内的超声波探头数量范围4--6个。
3.根据权利要求1所述的镁合金板坯制备超声铸轧机，其特征在于：轧辊预热与冷却系统共用吹向轧辊的气体喷嘴，以简化铸轧机结构。
4.根据权利要求1所述的镁合金板坯制备超声铸轧机，其特征在于：轧辊预热与冷却系统的切换通过气体输送管道上的阀门控制。
5.根据权利要求4所述的镁合金板坯制备超声铸轧机，其特征在于：上述高温气体由燃烧炉提供，并通过风机吹送。
6.根据权利要求4所述的镁合金板坯制备超声铸轧机，其特征在于：冷却气体包括：高压氮气、氩气或二氧化碳。
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