CN106493316A - 立式半固态铸轧装置及铸轧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立式半固态铸轧装置及铸轧方法，涉及铝合金铸轧装备及制造技术领域，以解决现有的铸轧法生产效率较低、铸嘴容易堵塞且存在严重的宏观偏析及微观偏析缺陷等技术问题。本发明所述的立式半固态铸轧装置，包括：平台，平台的上端设有流槽；平台的下端设有铸嘴，且铸嘴与流槽连通；铸嘴的出口处水平对称设置有左铸轧辊和右铸轧辊，且铸嘴的出口高度在左铸轧辊和右铸轧辊的中心线以上；铸嘴的内部沿宽度方向设置有分流块；左铸轧辊和右铸轧辊的辊套内部均通有冷却水。

Description

立式半固态铸轧装置及铸轧方法

技术领域

本发明涉及铝合金铸轧装备及制造技术领域，特别涉及一种立式半固态铸轧装置及铸轧方法。

背景技术

目前，工业用高品质铝合金板带材的供料方式主要有直冷铸造法、铸轧法和连铸连轧法。其中，直冷铸造法的工序主要包括：半连续铸锭、切头、铣面、加热、热轧、中间退火、冷轧、热处理等，生产工序繁多，多次的加热导致能量消耗高，生产周期长，效率低，设备投资大；(卧式双辊)铸轧法是将一对逆向旋转的水冷铸轧辊作为结晶器，省去了中间的切头、铣面、再加热、热轧、中间退火等工序，由液态金属直接浇入两辊缝之间加工成金属成品或半成品的一种加工工艺，在铸轧辊的冷却和一定压力的轧制作用下，可以直接生产出6mm－8mm厚的板带；连铸连轧法是将一对相向旋转内部水冷的薄钢带作为结晶器，将液态金属直接浇入两条钢带之间加工成半成品板坯的一种加工工艺，板坯厚度约为15mm－23mm，在板坯出口处设置二机架或三机架热连轧机，以降低板坯的厚度，随后对热轧后的板坯进行卷曲。综上，与直冷铸造法和连铸连轧法相比，铸轧法具有短流程、低能耗、生产周期短、生产效率高、投资小等优势。

但是，工业上制备合金元素含量高的合金板坯时，由于所添加的合金元素种类较多，含量较高，因此存在严重的宏观偏析及微观偏析现象；此外，传统的卧式双辊铸轧法生产板坯的速度为0.7m/min－1.2m/min，铸轧速度相对还是较慢，可变范围较窄，从而对铝合金板材的生产效率还是有所影响；并且，水平设置的流槽导致铝合金熔体流动速度较慢，当铝合金熔体固相率较高时，容易造成铸嘴堵塞，铸轧失败。

因此，从而提供一种生产效率高、铸嘴堵塞风险低、且能够避免宏观偏析及微观偏析现象的铸轧装置及铸轧方法，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立式半固态铸轧装置及铸轧方法，以解决现有的铸轧法生产效率较低、铸嘴容易堵塞且存在严重的宏观偏析及微观偏析现象的技术问题。

本发明提供一种立式半固态铸轧装置，包括：平台，所述平台的上端设有流槽；所述平台的下端设有铸嘴，且所述铸嘴与所述流槽连通；所述铸嘴的出口处水平对称设置有左铸轧辊和右铸轧辊，且所述铸嘴的出口高度在所述左铸轧辊和所述右铸轧辊的中心线以上；所述铸嘴的内部沿宽度方向设置有分流块；所述左铸轧辊和所述右铸轧辊的辊套内部均通有冷却水。

实际应用时，所述左铸轧辊连通有左冷却模块，所述右铸轧辊连通有右冷却模块；所述左冷却模块和所述右冷却模块管路上均设置有水流调节器。

其中，所述铸嘴临近所述左铸轧辊和所述右铸轧辊处分别设置有侧封板。

具体地，所述流槽上设置有加热器。

进一步地，所述左铸轧辊与所述右铸轧辊之间的开口度为0.5mm－20mm。

实际应用时，所述左铸轧辊和所述右铸轧辊的下方还设有导引板，所述导引板的末端设有剪切装置，且所述剪切装置位于水平辊道支架上；所述水平辊道支架上且位于所述剪切装置的下游还装设有轧机，所述轧机与所述剪切装置之间铺设有水平辊道。

其中，所述立式半固态铸轧装置还包括：脉冲电源装置，所述脉冲电源装置通入所述流槽内；所述脉冲电源装置的频率为10Hz－50Hz，电流密度为0.1－0.5A/mm²。

相对于现有技术，本发明所述的立式半固态铸轧装置具有以下优势：

本发明提供的立式半固态铸轧装置，包括：平台，平台的上端设有流槽；平台的下端设有铸嘴，且铸嘴与流槽连通；铸嘴的出口处水平对称设置有左铸轧辊和右铸轧辊，且铸嘴的出口高度在左铸轧辊和右铸轧辊的中心线以上；铸嘴的内部沿宽度方向设置有分流块；左铸轧辊和右铸轧辊的辊套内部均通有冷却水。由此分析可知，本发明提供的立式半固态铸轧装置中，由于铸嘴的内部沿宽度方向设置有分流块，因此能够使得半固态熔体的流量和温度在轧辊的宽度方向上均匀分布，由于铸嘴两侧设置有左、右冷却模块及左、右铸轧辊，且左、右冷却模块及左、右铸轧辊内部均通有冷却水，因此能够通过控制内部冷却水的流量来控制半固态熔体的固相率；同时，立式铸轧充分发挥了半固态浆料的流动性能，并以普通卧式铸轧几倍的速度进行铸轧生产，从而能够得到特殊微观组织的铝合金板带材；并且，立式半固态铸轧法制备的铝合金板带材，其中心线合金元素偏析缺陷明显减轻，从而本发明提供的立式半固态铸轧装置能够在提高板带材生产效率的同时，显著降低熔体的过热度，获得与传统铸轧方法不同的近球形或者非树枝晶微观组织，改善了板带的中心线合金元素偏析缺陷，并能够有效地细化晶粒，最终提高板带材的综合力学性能。

本发明还提供一种立式半固态铸轧方法，使用了如上述任一项所述的立式半固态铸轧装置，并包括如下步骤：将铝合金料按照含量的比例进行配料，并在熔炼炉中进行熔炼，随后进行除气、精炼、扒渣后在静置炉中将熔体进行降温，当熔体温度降至液相线的温度附近时，将铝合金熔体通过所述流槽输送入所述铸嘴，进行立板，立板成功后将铸轧速度提高并进行稳定铸轧；同时，控制熔体到达所述铸嘴入口时的温度，并控制流入所述左铸轧辊和所述右铸轧辊辊套内的冷却水流量、铸轧速度和所述铸嘴中的所述分流块高度。

实际应用时，具体包括如下步骤：配料熔炼：根据所需要的铝合金板带材的设计成分，将含有要添加各种合金元素的中间合金进行配比和称重，待所述熔炼炉的炉温升至200℃后，将坩埚内衬刷上二氧化钛保护层，放入纯铝原料，当铝液温度达到设定温度值时，按顺序加入各中间合金并保温，使中间合金可以充分熔化，之后对熔化好的熔体进行扒渣、搅拌，转入所述静置炉静置后，对熔体进行精炼除气处理；烘烤流槽：采用液化气喷枪加热设备对所述流槽进行烘烤，烘烤时间约为10min，待所述流槽变红，并充分预热干燥、无潮气，温度高于铝合金熔体时，开始进行铸轧；铸轧：将经过精炼和除气处理的铝合金熔体通过干燥的所述流槽导入所述铸嘴，进行立板操作，通过对铸轧速度的控制，使得铸轧板带的表面形成具有一定厚度的凝固壳。

其中，单位宽度铸轧辊冷却水流量为0.06m³＊h/mm－1.36m³＊h/mm，铸轧速度为1.0m/min－70m/min，铸轧温度为600℃－660℃，铸轧区长度为60mm－120mm。

相对于现有技术，本发明所述的立式半固态铸轧方法具有以下优势：

本发明提供的立式半固态铸轧方法，使用了如上述任一项所述的立式半固态铸轧装置，并包括如下步骤：将铝合金料按照含量的比例进行配料，并在熔炼炉中进行熔炼，随后进行除气、精炼、扒渣后在静置炉中将熔体进行降温，当熔体温度降至液相线的温度附近时，将铝合金熔体通过流槽输送入铸嘴，进行立板，立板成功后将铸轧速度提高并进行稳定铸轧；同时，控制熔体到达铸嘴入口时的温度，并控制流入左铸轧辊和右铸轧辊辊套内的冷却水流量、铸轧速度和铸嘴中的分流块高度。由此分析可知，本发明提供的立式半固态铸轧方法，通过控制适当的铸轧温度、铸轧速度、辊缝开口度和冷却条件的组合，从而能够得到特殊微观组织的铝合金板带材；并且，立式半固态铸轧法制备的铝合金板带材，其中心线合金元素偏析缺陷明显减轻，从而本发明提供的立式半固态铸轧方法能够在提高板带材生产效率的同时，显著降低熔体的过热度，获得与传统铸轧方法不同的近球形或者非树枝晶微观组织，改善了板带的中心线合金元素偏析缺陷，并能够有效地细化晶粒，最终提高板带材的综合力学性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置的局部放大结构示意图；

图3为本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置中立式铸轧区的放大结构示意图；

图4为本发明实施例提供的立式半固态铸轧方法的生产工艺流程示意图；

图5为本发明实施例一提供的AA6111铝合金铸轧板坯的微观组织示意图；

图6为本发明实施例二提供的AA6016铝合金铸轧板坯的微观组织示意图。

图中：1－平台；2－流槽；3－铸嘴；41－左铸轧辊；42－右铸轧辊；5－侧封板；6－加热器；7－铸轧板带；8－剪切装置；9－导引板；10－水平辊道支架；11－水平辊道；12－轧机；13－脉冲电源装置；14－辊套；71－熔体；72－固液共存区；73－固相区。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置的结构示意图；图2为本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置的局部放大结构示意图。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种立式半固态铸轧装置，包括：平台1，平台1的上端设有流槽2；平台1的下端设有铸嘴3，且铸嘴3与流槽2连通；铸嘴3的出口处水平对称设置有左铸轧辊41和右铸轧辊42，且铸嘴3的出口高度在左铸轧辊41和右铸轧辊42的中心线以上；铸嘴3的内部沿宽度方向设置有分流块(图中未示出)；左铸轧辊41和右铸轧辊42的辊套内部均通有冷却水。

相对于现有技术，本发明实施例所述的立式半固态铸轧装置具有以下优势：

本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置，如图1和图2所示，包括：平台1，平台1的上端设有流槽2；平台1的下端设有铸嘴3，且铸嘴3与流槽2连通；铸嘴3的出口处水平对称设置有左铸轧辊41和右铸轧辊42，且铸嘴3的出口高度在左铸轧辊41和右铸轧辊42的中心线以上；铸嘴3的内部沿宽度方向设置有分流块(图中未示出)；左铸轧辊41和右铸轧辊42的辊套内部均通有冷却水。由此分析可知，本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置中，由于铸嘴3的内部沿宽度方向设置有分流块，因此能够使得半固态熔体的流量和温度在轧辊的宽度方向上均匀分布，由于铸嘴3两侧设置有左、右冷却模块及左、右铸轧辊(41、42)，且左、右冷却模块及左、右铸轧辊(41、42)内部均通有冷却水，因此能够通过控制内部冷却水的流量来控制半固态熔体的固相率；同时，立式铸轧充分发挥了半固态浆料的流动性能，并以普通卧式铸轧几倍的速度进行铸轧生产，从而能够得到特殊微观组织的铝合金板带材；并且，立式半固态铸轧法制备的铝合金板带材，其中心线合金元素偏析缺陷明显减轻，从而本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置能够在提高板带材生产效率的同时，显著降低熔体的过热度，获得与传统铸轧方法不同的近球形或者非树枝晶微观组织，改善了板带的中心线合金元素偏析缺陷，并能够有效地细化晶粒，最终提高板带材的综合力学性能。

此处需要补充说明的是，半固态金属具有非枝晶的微观组织结构、成形力小、流动性能好的特点，金属半固态成形的特殊成形机理，决定了成形产品良好的内部组织与整体性能。与传统的铸造成形相比，半固态金属浆料中包含有球形的固相颗粒，减少了凝固收缩，并提高了补缩能力，从而能够有效减轻或消除缩松倾向；同时，半固态铸造时有一个平滑的液态充模界面，减轻了气体包裹与气泡的产生，也减轻了成分偏析，提高了材料的致密度、强度以及材料的均匀性。

此外，本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置中，铸嘴3可以为上注式结构，上注式结构的铸嘴3能够充分发挥出半固态熔体的流动性能，从而进一步提高板带材的综合力学性能。

实际应用时，为了使左铸轧辊41和右铸轧辊42辊套内能够循环流通有冷却水，上述左铸轧辊41和右铸轧辊42可以通过辊套钻孔，从而实现与左冷却水箱和右冷却水箱的循环流通。

为了提高左铸轧辊41和右铸轧辊42的导热性能，辊套可以为铍铜材质，且上述铸嘴3的出口对应设置在两个铸轧辊之间；同时，左冷却模块和右冷却模块(如图3中铸嘴3两侧的虚线箭头所指)可以为金属铜或铜合金材质。

实际生产制造时，左冷却模块和右冷却模块可以为长方体空腔结构，且长方体空腔结构的对角线处可以分别设置有进水口和出水口；具体地，该进水口可以设置在长方体空腔结构的上部，出水口可以设置在长方体空腔结构的下部。

为了进一步提高铸嘴3的换热能力，上述左冷却模块和右冷却模块管路上均可以设置有水流调节器，从而通过该水流调节器以调节进水口和/或出水口处的水流压力值，进而有效调节控制铸嘴3的换热能力，并控制熔体的固相率。

此处需要补充说明的是，内部通有冷却水的左、右冷却模块分别设置在铸嘴3的两侧，能够有效地将熔体传递给铸嘴3的热量及时地被冷却水带走，从而通过控制冷却水的流量可以控制熔体的固相率。

其中，为了使熔体能够较顺利地进入左铸轧辊41和右铸轧辊42之间，如图1和图2所示，上述铸嘴3临近左铸轧辊41和右铸轧辊42处可以分别设置有侧封板5，从而通过该侧封板5有效减小熔体流动时的摩擦，进而使其能够较顺畅地进入两辊之间。

具体地，为了保证熔体由熔炼炉中流出后、经流槽2进入铸嘴3之前，依然能够保持为较好地熔融状态，如图1和图2所示，上述流槽2上设置有加热器6，从而通过该加热器6有效地对由熔炼炉中流出后的熔体继续进行保温，使其依然能够保持为较好地熔融状态。

进一步地，本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置中，上述左铸轧辊41与右铸轧辊42之间的开口度可以为0.5mm－20mm，从而较好地控制熔体流经两辊之间时的流速。

实际应用时，为了使铸轧板带7能够较快地进入剪切装置8，如图1所示，上述左铸轧辊41和右铸轧辊42的下方还可以设有(弧形)导引板9，从而通过该弧形的导引板9较好地引导铸轧板带7尽快进入剪切装置8；具体装配时，导引板9的末端设有剪切装置8，且剪切装置8可以位于水平辊道支架10上水平放置，同时水平辊道支架10上且位于剪切装置8的下游还可以依次间隔装设有一个或多个轧机12，该轧机12与剪切装置8、以及多个轧机12之间均可以铺设有水平辊道11，从而通过轧机12对经过剪切装置8剪切后的板带进行连续轧制。

此处需要补充说明的是，对剪切过的板带坯进行轧制，能够有效降低其板带厚度，改善其表面质量。

其中，为了防止晶粒细化剂的聚集，使其能够更均匀地分布在熔体中，如图1所示，本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置还可以包括：脉冲电源装置13，该脉冲电源装置13可以通入上述流槽2内，且脉冲电源装置13的频率可以为10Hz－50Hz、电流密度可以为0.1－0.5A/mm²；具体地，脉冲电源装置13可以设置在左、右铸轧辊(41、42)的下方铸轧板带7的出口侧，脉冲电源通过导线一端连接铝液、另一端接触铸轧板带7，从而通过搅拌合金熔体，以提高熔体溶质的均匀性，细化微观组织。

图3为本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置中立式铸轧区的放大结构示意图。

如图3所示，本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置中立式铸轧区可以包括：辊套14，对应辊套14设置的铸嘴3，由铸嘴3流出并依次形成的熔体71、固液共存区72、固相区73和铸轧板带7。

图4为本发明实施例提供的立式半固态铸轧方法的生产工艺流程示意图。

本发明实施例还提供一种立式半固态铸轧方法，如图1－3所示，使用了如上述任一项所述的立式半固态铸轧装置，并如图4所示，包括如下步骤：将铝合金料按照含量的比例进行配料，并在熔炼炉中进行熔炼，随后进行除气、精炼、扒渣后在静置炉中将熔体进行降温，当熔体温度降至液相线的温度附近时，将铝合金熔体通过流槽2输送入铸嘴3，进行立板，立板成功后将铸轧速度提高并进行稳定铸轧；同时，控制熔体到达铸嘴3入口时的温度，并控制流入左铸轧辊41和右铸轧辊42辊套内的冷却水流量、铸轧速度和铸嘴3中的分流块高度。

相对于现有技术，本发明实施例所述的立式半固态铸轧方法具有以下优势：

本发明实施例提供的立式半固态铸轧方法，如图1－3所示，使用了如上述任一项所述的立式半固态铸轧装置，并如图4所示，包括如下步骤：将铝合金料按照含量的比例进行配料，并在熔炼炉中进行熔炼，随后进行除气、精炼、扒渣后在静置炉中将熔体进行降温，当熔体温度降至液相线的温度附近时，将铝合金熔体通过流槽2输送入铸嘴3，进行立板，立板成功后将铸轧速度提高并进行稳定铸轧；同时，控制熔体到达铸嘴3入口时的温度，并控制流入左铸轧辊41和右铸轧辊42内的冷却水流量、铸轧速度和铸嘴3中的分流块高度。由此分析可知，本发明实施例提供的立式半固态铸轧方法，通过控制适当的铸轧温度、铸轧速度、辊缝开口度和冷却条件的组合，从而能够得到特殊微观组织的铝合金板带材；并且，立式半固态铸轧法制备的铝合金板带材，其中心线合金元素偏析缺陷明显减轻，从而本发明实施例提供的立式半固态铸轧方法能够在提高板带材生产效率的同时，显著降低熔体的过热度，获得与传统铸轧方法不同的近球形或者非树枝晶微观组织，改善了板带的中心线合金元素偏析缺陷，并能够有效地细化晶粒，最终提高板带材的综合力学性能。

实际应用时，如图1－3结合图4所示，本发明实施例提供的立式半固态铸轧方法具体可以包括如下步骤：配料熔炼：根据所需要的铝合金板带材的设计成分，将含有要添加各种合金元素的中间合金进行配比和称重，待所述熔炼炉的炉温升至200℃后，将坩埚内衬刷上二氧化钛保护层(起到防止在高温情况下熔体与不锈钢坩埚发生化学反应)，放入纯铝原料，当铝液温度达到设定温度值时，按顺序加入各中间合金并保温，使中间合金可以充分熔化，之后对熔化好的熔体进行扒渣、搅拌，转入所述静置炉静置后，对熔体进行精炼除气处理；烘烤流槽2：采用液化气喷枪加热设备对流槽2进行烘烤，烘烤时间约为10min，待流槽2变红，并充分预热干燥、无潮气，温度高于铝合金熔体时，开始进行铸轧；铸轧：将经过精炼和除气处理的铝合金熔体通过干燥的流槽2导入铸嘴3，进行立板操作，通过对铸轧速度的控制，使得铸轧板带7的表面形成具有一定厚度的凝固壳，此时铸轧板带7的内部中心部位仍未完全凝固(以有效降低铸轧力)。

其中，上述相关操作所对应的参数具体可以为：单位宽度铸轧辊冷却水流量可以为0.06m³＊h/mm－1.36m³＊h/mm，铸轧速度可以为1.0m/min－70m/min，铸轧温度可以为600℃－660℃，铸轧区长度可以为60mm－120mm。

通过本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置及铸轧方法，所制得的铝合金带板的厚度通常可以为1mm－20mm。

下面列举两个具体实施例：

实施例一、

图5为本发明实施例一提供的AA6111铝合金铸轧板坯的微观组织示意图。

一种铝合金板带材的立式半固态铸轧装置，如图1所示，包括：加热器6，流槽2，铸嘴3，侧封板5，通有冷却水的左、右铸轧辊(41、42)，弧形的导引板9，剪切装置8，轧机12，水平辊道11，脉冲电源装置13，铸轧板带7。

板带厚度约为6mm的AA6111铝合金板带材的立式半固态铸轧方法，具体操作步骤如下：

配料熔炼：按AA6111铝合金的标准成分(wt％)Si：1.20，Mg：0.7，Cu：0.7，Mn：0.2，Fe：0.2，Ti：0.1，Al余量，将工业用纯铝锭、纯镁锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、锰剂、铁剂及铝钛硼中间合金等按比例配比称重，先将工业用纯铝锭放入熔炼炉中进行熔炼，温度设定值为750℃，待纯铝锭全部熔化后，按顺序加入上述各种中间合金和金属添加剂，之后保温1个小时左右，再对铝液进行扒渣和搅拌处理，然后将温度降至690℃，转移到静置炉内保温1小时左右，进行除气，最后将静置炉温度设定为660℃进行等温处理。

熔体输送：将在约为660℃温度下保温处理的铝合金熔体，通过流槽2输送至铸嘴3，控制熔体在进入辊缝前的温度降至液相线以下或者附近范围。

铸轧：设定辊缝开口度为6mm；铸嘴3开口度为5mm；冷却水流量控制为50m³/h，冷却水温度控制为25℃；为了防止铸轧开始阶段出现漏铝现象，在辊缝下端插入引锭板；铸轧起始速度设定为3m/min，随着流槽2中铝水的充满，待立板成功后立刻将铸轧速度提升至3.8m/min进行稳定的铸轧；当成功立板100mm左右后，开启脉冲电源装置13，脉冲频率30Hz，电流密度0.3A/mm²。

如图5所示，通过本发明实施例一提供的的铸轧装置和方法制得的铝合金板带材，与传统的卧式铸轧方法相比，无明显的中心线偏析缺陷，如(a)所示，且无明显的树枝晶定向生长现象，微观组织为退化的树枝晶和近球形晶粒，如(b)所示。

实施例二、

图6为本发明实施例二提供的AA6016铝合金铸轧板坯的微观组织示意图。

板带厚度约为10mm的AA6016铝合金板带材的立式半固态铸轧方法，具体操作步骤如下：

配料熔炼：按AA6016铝合金的标准成分(wt％)Si：1.20，Mg：0.7，Cu：0.2，Mn：0.2，Fe：0.2，Ti：0.1，Al余量，将工业用纯铝锭、纯镁锭、铝铜中间合金、铝硅中间合金、锰剂、铁剂及铝钛硼中间合金等按比例配比称重，先将工业用纯铝锭放入熔炼炉中进行熔炼，温度设定值为750℃，待纯铝锭全部熔化后，按顺序加入上述各种中间合金和金属添加剂，之后保温1个小时左右，再对铝液进行扒渣和搅拌处理，然后将温度降至690℃，转移到静置炉内保温1小时左右，进行除气，最后将静置炉温度设定为660℃进行等温处理。

熔体输送：将在约为660℃温度下保温处理的铝合金熔体，通过流槽2输送至铸嘴3，控制熔体在进入辊缝前的温度降至液相线以下或者附近范围。

铸轧：设定辊缝开口度为9mm；铸嘴3开口度为5mm；冷却水流量控制为50m³/h，冷却水温度控制为25℃；为了防止铸轧开始阶段出现漏铝现象，在辊缝下端插入引锭板；铸轧起始速度设定为2.7m/min，随着流槽2中铝水的充满，待立板成功后立刻将铸轧速度提升至3.5m/min进行稳定的铸轧；当成功立板100mm左右后，开启脉冲电源装置13，脉冲频率30Hz，电流密度0.3A/mm²。

如图6所示，通过本发明实施例二提供的铸轧装置和方法制得的铝合金板带材，与传统的卧式铸轧方法相比，无明显的中心线偏析缺陷，如(c)所示，微观组织为退化的树枝晶和近球形晶粒，如(d)所示。

与现有的传统卧式铸轧技术相比，本发明实施例提供的立式半固态铸轧装置及铸轧方法所具有的优势为：

(1)通过立式半固态铸轧法制备出了一定厚度组织成分均匀的铝合金板带材产品，该方法制备的铝合金板带材没有明显的中心线偏析现象；

(2)通过具有一定固相率的半固态铸轧方法，显著降低铸轧力的同时，得到了一种少偏析或者无偏析、非枝晶的微观组织结构，提高了成品板带材的综合力学性能；

(3)采用石墨材质等作为铸轧生产的铸嘴，降低了熔体进入辊缝前的过热度的同时，降低了由于铸嘴内部挂料造成铸嘴堵塞的风险；铸嘴外侧的水冷装置及时地将熔体传递给铸嘴的热量带走，控制了熔体进入辊缝前的固相率；

(4)通过在半固态铸轧过程中施加脉冲电源来达到细化微观组织，提高溶质均匀性，减轻表面和中心线偏析的目的，此种非接触式的方法细化组织的同时保持了熔体的纯净化。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种立式半固态铸轧装置，其特征在于，包括：平台，所述平台的上端设有流槽；所述平台的下端设有铸嘴，且所述铸嘴与所述流槽连通；所述铸嘴的出口处水平对称设置有左铸轧辊和右铸轧辊，且所述铸嘴的出口高度在所述左铸轧辊和所述右铸轧辊的中心线以上；

所述铸嘴的内部沿宽度方向设置有分流块；所述左铸轧辊和所述右铸轧辊的辊套内部均通有冷却水。

2.根据权利要求1所述的立式半固态铸轧装置，其特征在于，所述左铸轧辊连通有左冷却模块，所述右铸轧辊连通有右冷却模块；所述左冷却模块和所述右冷却模块管路上均设置有水流调节器。

3.根据权利要求1所述的立式半固态铸轧装置，其特征在于，所述铸嘴临近所述左铸轧辊和所述右铸轧辊处分别设置有侧封板。

4.根据权利要求1所述的立式半固态铸轧装置，其特征在于，所述流槽上设置有加热器。

5.根据权利要求1－4中任一项所述的立式半固态铸轧装置，其特征在于，所述左铸轧辊与所述右铸轧辊之间的开口度为0.5mm－20mm。

6.根据权利要求1－4中任一项所述的立式半固态铸轧装置，其特征在于，所述左铸轧辊和所述右铸轧辊的下方还设有导引板，所述导引板的末端设有剪切装置，且所述剪切装置位于水平辊道支架上；所述水平辊道支架上且位于所述剪切装置的下游还装设有轧机，所述轧机与所述剪切装置之间铺设有水平辊道。

7.根据权利要求6所述的立式半固态铸轧装置，其特征在于，还包括：脉冲电源装置，所述脉冲电源装置通入所述流槽内；所述脉冲电源装置的频率为10Hz－50Hz，电流密度为0.1－0.5A/mm²。

8.一种立式半固态铸轧方法，其特征在于，使用了如上述权利要求1－7中任一项所述的立式半固态铸轧装置，并包括如下步骤：

将铝合金料按照含量的比例进行配料，并在熔炼炉中进行熔炼，随后进行除气、精炼、扒渣后在静置炉中将熔体进行降温，当熔体温度降至液相线的温度时，将铝合金熔体通过所述流槽输送入所述铸嘴，进行立板，立板成功后将铸轧速度提高并进行稳定铸轧；同时，控制熔体到达所述铸嘴入口时的温度，并控制流入所述左铸轧辊和所述右铸轧辊辊套内的冷却水流量、铸轧速度和所述铸嘴中的所述分流块高度。

9.根据权利要求8所述的立式半固态铸轧方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

配料熔炼：根据所需要的铝合金板带材的设计成分，将含有要添加各种合金元素的中间合金进行配比和称重，待所述熔炼炉的炉温升至200℃后，将坩埚内衬刷上二氧化钛保护层，放入纯铝原料，当铝液温度达到设定温度值时，按顺序加入各中间合金并保温，使中间合金可以充分熔化，之后对熔化好的熔体进行扒渣、搅拌，转入所述静置炉静置后，对熔体进行精炼除气处理；

烘烤流槽：采用液化气喷枪加热设备对所述流槽进行烘烤，烘烤时间为10min，待所述流槽变红，并充分预热干燥、无潮气，温度高于铝合金熔体时，开始进行铸轧；

铸轧：将经过精炼和除气处理的铝合金熔体通过干燥的所述流槽导入所述铸嘴，进行立板操作，通过对铸轧速度的控制，使得铸轧板带的表面形成具有厚度的凝固壳。

10.根据权利要求9所述的立式半固态铸轧方法，其特征在于，单位宽度铸轧辊冷却水流量为0.06m³＊h/mm－1.36m³＊h/mm，铸轧速度为1.0m/min－70m/min，铸轧温度为600℃－660℃，铸轧区长度为60mm－120mm。