CN112355259A - 一种铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，包括结晶系统和轧制系统，结晶系统和轧制系统之间安装有夹送辊(8)；结晶系统包括结晶辊、预载压下机构(6)，结晶辊与夹送辊(8)之间设置有冷却机构(5)，轧制系统内部设置有轧制辊系(9)。制备装置的制备方法包括以下步骤：将合金熔体输送到保温材(2)内；将结晶辊内部的冷却槽通入冷却水并使结晶辊连续转动，打开冷却机构(5)，带坯经过冷却机构(5)和夹送辊(8)，得到板坯，板坯经过轧制辊系(9)得到能够卷曲的带材。本发明实现了薄板由液态到产品的连续凝固成型的短流程生产工序，具有制备速度快，冷却强度高，综合成本低的特点。

Description

一种铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置及制备方法

技术领域

本发明属于铝合金板坯制备领域，具体涉及一种铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置及制备方法。

背景技术

随着现代科技和国民经济的发展，对铝合金板材，尤其是铝合金薄板的需求量越来越大，铝合金薄板的主要应用领域包括：飞机、舰船蒙皮、汽车覆盖件内板和外板、建筑装饰外板、各类箔材坯料等。当前制备铝合金薄板的主要方法和设备有如下两种：半连续铸造-轧制法，采用半连续直接水冷铸造的方式制备出厚度范围为300mm～600mm的铝合金板锭，经铣面、均匀化后依次采用热轧、冷轧和热处理的工艺方式制备成所需要的铝合金板坯或成品，目前60％-70％的铝合金板带产品采用此种制备方法。另外一种是铸轧-冷轧法，该技术工艺特点是将液态金属直接注入两个相对转动的铸轧辊之间，在铸轧辊的凝固冷却和轧制变形下完成加工成型，然后经冷轧变形制备出需要的薄板或箔材产品，但是采用铸轧法在制备高合金化薄板材产品时，板坯存在中心偏析、表面偏析、轧制开裂等缺陷而导致无法生产。铸轧-冷轧法虽然产品性能与铸造轧制法相比具有一定的差距，但它具有生产流程短，工序连续化，设备投资小，工艺简单维护方便等诸多优点，被认为是一种具有前途的铝合金板坯短流程低成本制备方式。

为进一步提高铸轧产品的适应性，专利[CN01106825.6]提出了依托传统铸轧工艺的复合外冷装置，它通过在铸轧区出口侧的上下方各设置二排汽雾喷嘴和在铸轧区入口侧的上下方各设置一排压缩空气喷嘴来提高铸轧系统的冷却能力，起到增加铸轧速度，细化铸轧板组织结构的目的。专利[CN107321942]提出了一种铝合金立式铸轧工艺及装置，通过在竖直铸轧过程中熔池内添加常温同种材质铝板的方式，有效降低熔池中心温度，减小板坯凝固过程的内外温度差，减弱甚至消除板坯的中心线偏析问题，细化组织晶粒组织。专利[CN110373560A]提出了一种薄板坯连续铸轧生产高性能铝合金板带材的方法，该方法采用水冷铸辊对铝合金薄板坯进行双辊式连续铸轧，进行热平整、补热均温处理、保温、和热精轧处理，能够将薄板坯生产周期由20天缩短至0.5天左右，生产效率显著提高。专利[CN108246993A]提出了一种铝合金半固态铸轧方法，采用熔炼、弯曲浇道输送、保温坩埚保温、辊轧，制成铝合金矩形板状铸件，实现了工艺先进，加工流程短，铸件性能优的铝合金半固态铸轧方法。

以上专利都是为了实现铝合金薄板低成本、高效率制造，依赖原有铸轧技术针对装备和工艺方法进行改进而开发的新技术，但无法实现高合金化板坯的生产，消除中心和表面元素偏析缺陷，板带产品高端应用受到限制。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种能够实现铝合金薄板制备速度快、冷却强度高、生产流程短、制备效率高的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置及制备方法。

本发明采用以下技术方案：

一种铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述制备装置包括结晶系统和轧制系统，结晶系统和轧制系统之间安装有夹送辊(8)；结晶系统包括结晶辊、预载压下机构(6)，结晶辊包括第一结晶辊(1)、第二结晶辊(4)，第一结晶辊(1)的内部、第二结晶辊(4)的内部均设置有冷却槽(18)，第二结晶辊(4)安装于第一结晶辊(1)的上方，第二结晶辊(4)安装预载压下机构(6)；第一结晶辊(1)、第二结晶辊(4)与夹送辊(8)之间设置有冷却机构(5)，冷却机构(5)包括冷却一区(12)和冷却二区(13)，冷却一区(12)和冷却二区(13)相邻设置，冷却一区(12)靠近结晶辊；冷却一区(12)的内部和冷却二区(13)的内部均设置多个输送管道(24)，输送管道(24)上设置有多个压力调节阀(23)；轧制系统内部设置有轧制辊系(9)。

根据上述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述结晶辊的侧面安装有保温材(2)，保温材(2)与所述结晶辊贴合，保温材(2)与冷却机构(5)位于结晶辊相对的两侧；保温材(2)内嵌石墨板(17)。

根据上述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述结晶系统包括机架(7)，第一结晶辊(1)与机架(7)的顶部连接，第二结晶辊(4)与机架(7)的底部固定连接；机架(7)的顶部和底部分别安装有一个固定式辊面润滑喷射机构(3)，两个固定式辊面润滑喷射机构(3)分别安装于第一结晶辊(1)、第二结晶辊(4)的侧面；第一结晶辊(1)的材质、第二结晶辊(4)的材质均为高强钢或铜合金或铝合金。

根据上述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述第一结晶辊(1)的中心与第二结晶辊(4)的中心的连线与水平面的夹角为75°～90°。

根据上述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述机架(7)安装有两个结晶系统移动式清洁辊刷，一个移动式清洁辊刷与第一结晶辊(1)的外表面接触，另一个结晶系统移动式清洁辊刷与第二结晶辊(4)的外表面接触。

根据上述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述冷却一区(12)的冷却介质为压缩气体，所述冷却二区(13)的冷却介质为冷却水或液态乳液。

根据上述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(一)将经过精炼、扒渣、搅拌、静置处理后的合金熔体输送到保温材(2)内；

(二)将第一结晶辊(1)内部的冷却槽、第二结晶辊(4)内部的冷却槽分别通入冷却水并使第一结晶辊(1)、第二结晶辊(4)连续转动，合金熔体流到第一结晶辊(1)与第二结晶辊(4)之间的区域前形成铸坯，第二结晶辊(4)对铸坯施加预载力，得到带坯；

(三)打开冷却机构(5)，带坯依次经过冷却一区(12)、冷却二区(13)、夹送辊(8)，得到板坯，板坯经过轧制辊系(9)得到能够卷曲的带材。

根据上述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置的制备方法，其特征在于，步骤(二)中合金熔体流到第一结晶辊(1)与第二结晶辊(4)之间的温度为680℃～760℃；步骤(三)种带坯经过冷却一区(12)、冷却二区(13)、夹送辊(8)的速度为0.5m/min～60m/min，带坯经过夹送辊(8)的温度为350℃～600℃，带坯经过夹送辊(8)的平整压下量范围为3％～30％；步骤(三)种板坯经过轧制辊系(9)的温度为250℃～550℃，板坯经过轧制辊系(9)的道次压下率范围为30％～70％。

根据上述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置的制备方法，其特征在于，在初始成型阶段，步骤(二)中铸坯到达第二结晶辊(4)时，铸坯经过第二结晶辊(4)的速度为0.5～1.5m/min，第二结晶辊(4)对铸坯施加的预载力为1kN/mm～20kN/mm；由初始成型过渡到稳定成型阶段后，铸坯到达冷却机构(5)前，铸坯经过第二结晶辊(4)的速度为2～60m/min，第二结晶辊(4)对铸坯施加的预载力为0～5kN/mm；带坯的厚度为1～15mm。

根据上述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置的制备方法，其特征在于，所述冷却一区(12)的冷却介质经过独立喷嘴以0.5MPa～5MPa的压力、与水平面呈10°～90°的角度冲击到带坯的上表面和下表面。

本发明的有益技术效果：(1)本发明采用辊式结晶轮对液态金属进行初始凝固，采用二次冷却机构对板坯进行完全凝固成型。在凝固成型过程中，板坯固相线末端位于结晶辊中心线板坯出口端一侧，辊式结晶轮仅起到初始凝固作用，金属在微小轧制力或无轧制力下凝固，有效避免了传统铸轧凝固过程中由于铸轧辊对板材施加轧制变形力而导致的高合金化铸轧板坯元素偏析和轧制断带弊端，有利于拓展可制备板坯的品种范围；(2)本发明利用独特设计的冷却机构对经结晶辊初始凝固的板坯进行强制冷却和表面温度控制，通过板坯在冷却通道内的冷却介质的选择和时间来调控二次冷却强度，不仅能够使中心具有半固态组织结构的板坯在冷却道内完全凝固成型，而且实现了板材较快的制备速度，提高了铝合金薄板的生产效率。(3)本发明利用板坯具有可控的表面温度和强度实现连续轧制变形过程，通过固相金属热温变形来提高板坯的表面性能和力学性能，消除了传统热轧板材生产工艺所必需的铣面、均匀化和热粗轧工序，具有板材生产全流程周期短，工序少，综合能耗低和成材率高的特点，能够为铝合金薄板生产提供一种节能、高效的生产方式。

附图说明

图1是本发明的制备装置及凝固带坯的剖视图；

图2是本发明制备装置中带坯在初始成型状态时的放大结构示意图；

图3是本发明制备装置中带坯在稳定凝固状态时的放大结构示意图；

图4是本发明冷却机构的俯视布置图。

具体实施方式

参见图1-4，本发明的一种铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，包括结晶系统和轧制系统，结晶系统和轧制系统之间安装有夹送辊8；结晶系统包括结晶辊、预载压下机构6，结晶辊包括第一结晶辊1、第二结晶辊4，第一结晶辊1的内部、第二结晶辊4的内部均设置，第一结晶辊1、第二结晶辊4均是内部设计有冷却槽18的圆辊式结构，第一结晶辊1的内部、第二结晶辊4上下对称布置且可相向转动。第二结晶辊4安装于第一结晶辊1的上方，第二结晶辊4安装预载压下机构6，可根据工艺变化调整压下力：在初始成型阶段预载压下机构对第二结晶辊施加轧制力，在正常凝固阶段轧制力减小至微小值甚至零，金属在无轧制状态下凝固。

第一结晶辊1、第二结晶辊4与夹送辊8之间设置有冷却机构5，冷却机构5包括冷却一区12和冷却二区13，冷却一区12和冷却二区13相邻设置，冷却一区12靠近结晶辊；冷却一区12的内部和冷却二区13的内部均设置多个输送管道24，输送管道24上设置有多个压力调节阀23。设置冷却介质在输送管道24内经压力调节阀23后，经相邻管道间交错布置的冷却喷嘴14以喷雾状冲击到带坯10的上下表面，冷却一区12内的相邻输送管道24的冷却一区的冷却介质19喷淋到带坯10的上下表面的冷却一区激冷位置线21处，冷却二区13内的相邻输送管道24的冷却二区的冷却介质20喷淋到带坯10的上下表面的冷却二区激冷位置线22处。冷却一区、冷却二区、输送管道、压力调压阀和冷却介质喷嘴，共同对带坯10上下两个表面实施可控强度冷却，冷却强度通过介质材质和介质压力控制。冷却一区和冷却二区内的管道压力调压阀和冷却介质喷嘴倾角可独立控制，冷却介质经压缩后经彼此独立的管道输送，每根管道末端连接压力调节阀23和可变角度的喷嘴，冷却介质在压力下以变化的压力和可变的角度连续冲击到带坯上下两个表面，对带坯形成强制激冷作用，对带坯实施二次冷却。冷却一区和冷却二区内的冷却喷嘴14均采用分组式交错布置设计，冷却一区的冷却介质经喷嘴后，冲击于带坯上下表面同一位置线处，冷却二区的冷却介质经喷嘴后，冲击于带坯上下表面不同位置线处，以起到增强带坯冷却强度，同时调控带坯表面温度的目的。在冷却区域下方设计介质收集和循环再利用装置。根据凝固成型的带坯合金品种和冷却强度控制要求，冷却一区和冷却二区邻排交错设计的冷却喷嘴均可采用单组或多组重复布置。冷却一区介质为压缩气体，冷却二区介质为冷却水或液态乳液，冷却机构本体为上下对称布置的密闭结构，内置增压机构和彼此独立的输送管道，管道末端设计压力调压阀和可变角度喷嘴，增压机构底部设计有冷却介质收集和循环再利用的容器。夹送辊起到支撑和平整铸造带坯表面的作用，夹送辊8具有热平整功能，夹送辊由高合金钢构成。轧制系统内部设置有轧制辊系9，轧制辊系分别由支撑辊和轧制辊构成，对板坯进行连续热温轧制变形，不但提高板坯表面质量，而且提高力学性能。轧制辊系可根据产品厚度和性能需要，设计一个或多个，带材产品经轧制辊系完成轧制变形后可实现在线卷曲。轧制完成后板坯可进行多道次冷精轧卷曲或直接卷曲成板材成品。轧制辊系由高合金碳钢制成。

结晶辊的侧面安装有保温材2，保温材由硅酸铝耐火材料制成，保温材2与所述结晶辊紧密贴合构成封闭腔体，铝合金熔体在腔体内凝固，凝固带坯宽度由侧封板控制，板坯厚度依靠结晶辊缝隙间距来调整。结晶辊安装于机架并支撑整个凝固系统，第二结晶辊轮轴连接可控预载压下机构，可根据凝固状态不同，在凝固板坯施加可控轧制力。结晶辊两侧分别设计移动式清洁辊刷和固定式辊面润滑喷射机构，移动式清洁辊刷在凝固初期自动清洁结晶辊表面铝屑，正常凝固后移开结晶辊表面。固定式辊面润滑喷射机构在凝固过程中连续向结晶辊表面连续喷涂石墨粉或润滑颗粒或润滑油，起在线连续润滑结晶辊、提高铝合金带坯表面质量的作用。保温材2与冷却机构5位于结晶辊相对的两侧；保温材2内嵌具有自润滑功能的石墨板17。结晶系统包括机架7，第一结晶辊1与机架7的顶部连接，第二结晶辊4与机架7的底部固定连接；机架7的顶部和底部分别安装有一个固定式辊面润滑喷射机构3，两个固定式辊面润滑喷射机构3分别安装于第一结晶辊1、第二结晶辊4的侧面。第一结晶辊1的材质、第二结晶辊4的材质均为高强钢或铜合金或铝合金。第一结晶辊1的中心与第二结晶辊4的中心的连线与水平面的夹角为75°～90°。机架7安装有两个结晶系统移动式清洁辊刷，一个移动式清洁辊刷与第一结晶辊1的外表面接触，另一个结晶系统移动式清洁辊刷与第二结晶辊4的外表面接触。

采用本发明的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置的制备方法，包括以下步骤：

(一)配料与熔体处理：根据所要求的铝合金带坯的标准成分，将铝锭熔化至液态，按照各添加元素进行配比和称重，当铝液温度达到规定值时，按照计算添加量分别往熔体中添加元素并保温，搅拌均匀后进行精炼、扒渣、搅拌和静置处理，铝合金熔体经在线除气和在线过滤处理后，温度为680℃～760℃的液态金属连续进入保温材内。

(二)凝固与冷却：为保证结晶系统金属流量和温度分布稳定，两个结晶辊中心连线16与机架水平线呈75°～90°范围的夹角。在初始凝固成型阶段，内通冷却水的结晶辊连续转动，液态金属平稳浇铸入保温材和结晶辊组成的凝固腔。在凝固过程中，第二结晶辊对铸坯施加范围为0～20kN/mm的轧制力，凝固带坯以0.5～1.5m/min的速度范围离开结晶辊，板坯固相线末端15位于结晶辊中心线熔体入口端一侧，带坯经凝固和轧制变形后离开结晶辊，带坯厚度范围为1～15mm。此阶段关闭冷却机构，结晶辊内通冷却水且连续转动，合金熔体流到第一结晶辊1与第二结晶辊4之间的区域前形成铸坯，第二结晶辊对铸坯施加预载力，带坯制备速度较低，经轧制变形后离开结晶辊。初始凝固工艺建立完成后，开启冷却机构，第二结晶辊对带坯施加的预载力逐渐减小，带坯制备速度逐渐增加，在微小轧制力甚至零轧制力作用下离开结晶辊，经二次冷却后完全凝固成型。合金熔体流到第一结晶辊1与第二结晶辊4之间的温度为680℃～760℃；在带坯10初始成型阶段，冷却机构5处于关闭状态，空腔内的液态金属在由保温材2和结晶辊构成的封闭空腔内凝固成型。移动式清洁辊刷11自动贴紧于上下两个结晶辊表面，通过高速连续转动清除粘连于结晶辊表面的铝屑，当凝固进入到稳定阶段后移动式清洁辊刷11自动停止并脱离辊面。由于初始成型阶段可控预载压下机构对凝固带坯10施加了轧制压下力，配合0.5～1.5m/min范围内较慢的制坯速度，结晶系统对凝固带坯10的冷却能力较强。液态金属依次历经了过热冷却区A(液态熔体区)、凝固结晶区B(液-固两相区)和轧制变形区C(固态金属变形区)。在带坯10稳定成型阶段，冷却机构5开启，冷却一区的冷却介质19和冷却二区的冷却介质20分别以0.5MPa～2.5MPa的压力连续倾斜冲击到带坯10上下表面，可控预载压下机构6对凝固带坯10仅施加微小轧制圧下力，配合2～30m/min范围内较快的制坯速度，板坯固相线末端15位于结晶辊中心的连线冷却端一侧。液态金属依次历经了过热冷却区A(液态熔体区)、凝固结晶区B(液-固两相区)和强制冷却区D(固态金属冷却区)，带坯10的厚度比初始成型阶段增加。

带坯初始成型完成后，逐渐提高制备速度，开启冷却机构，冷却一区的冷却介质19为压缩空气或液态二氧化碳，冷却二区的冷却介质20为冷却水或乳液，均通过设计的输送管道24运送至带坯10的上下两个表面，通过热交换作用实施冷却。在每个独立输送管道24均设计有压力调节阀23和可变角度的喷嘴14，用于控制热交换过程中冷却一区的冷却介质19和冷却二区的冷却介质20与带坯10上下表面的热交换强度，以实现控制温度变化的目的。冷却机构5内部的冷却喷嘴14采用相邻两排交错布置的设计方式，同时满足，冷却一区的冷却介质19经压力调节阀23和冷却喷嘴14后，连续冲击于带坯10上下表面冷却一区激冷位置线21处，在冷却一区12内，冷却一区激冷位置线21为相邻两排的冷却一区的冷却介质19冲击到带坯10表面后构成的连续分布的位置线。在冷却二区13内，冷却二区激冷位置线22为相邻两排的冷却二区的冷却介质20冲击到带坯10表面后构成的间断分布的位置线。根据冷却强度控制差异，在冷却一区12和冷却二区13内邻排交错设计的冷却喷嘴14均可采用单组或多组重复布置。冷却介质被加压后经独立管道，分别以0.5MPa～5MPa范围的压力和与水平线呈10°～90°范围的夹角连续冲击到带坯上下表面，对带坯形成强制激冷作用，对带坯实施二次冷却。冷却一区相邻两排喷嘴喷射出的冷却介质冲击于带坯表面同一位置线，冷却二区相邻两排喷嘴喷射出的冷却介质冲击于带坯表面不同位置线。同时，第二结晶辊对带坯施加的轧制力逐渐减小至0～5kN/mm范围内的微小值，带坯制备速度逐渐增加至2～60m/min，凝固过程过渡到稳定阶段。此阶段，板坯金属固相线末端位于辊式结晶轮中心线板坯出口端一侧，带坯经结晶辊和二次冷却装置完成完全凝固过程，板坯厚度比初始成型阶段增加10％～50％。

(三)热温轧制变形：在热温轧制阶段，带坯经夹送辊进行表面平整，然后连续进入轧制辊系进行热温轧制变形，轧制辊系可根据产品厚度和性能需要设计一个或多个道次，带材产品经轧制辊系完成轧制变形后可实现在线卷曲，得到能够直接卷曲的带材。带坯经过冷却机构5和夹送辊8的速度为0.5m/min～60m/min，带坯经过夹送辊8的温度为350℃～600℃，带坯经过夹送辊8的平整压下量范围为3％～30％；步骤(三)种板坯经过轧制辊系9的温度为250℃～550℃，板坯经过轧制辊系9的道次压下率范围为30％～70％。

实施例1

将1235铝合金薄板坯，进行由液态连续凝固成型的连续凝固和轧制变形方法，具体步骤如下：

根据生产的铝合金板带材产品，选用纯铝锭(≥99.85wt.％)作为原材料，其他合金化元素如铁、硅、钛等均以中间合金锭的形式添加，对原材料和合金锭进行烘干预处理后逐一放入熔炼炉内熔化。待合金完全熔化后对依次对熔体进行精炼、静置、除气和过滤处理，使其成分和温度均匀。保持熔体温度为715℃～735℃，在封闭条件下将其连续转移至辊式结晶轮的凝固腔体内，获得液态金属。

保温材由厚度为50mm的硅酸铝板制成，包括侧板和上下盖板，盖板内嵌10mm自润滑功能的石墨板。保持两个结晶辊中心的连线与机架水平线呈90°夹角，调整上下结晶辊辊缝厚度为7mm，第二结晶辊通过固定于机架7上的可控预载压下机构对带坯施加6kN/mm的预载力。开启结晶辊两侧的移动式清洁辊刷11和固定式辊面润滑喷射机构3，往辊面均匀喷涂石墨润滑粉。打开结晶辊内部的循环冷却水并使两个结晶辊分别以1m/min的速度相对转动，液态金属在保温材2和结晶辊组成的密闭腔室内完成初始凝固。

在初始成型凝固过程中，1235铝合金带坯凝固区域的局部放大图如图2所示，液态金属在凝固系统中分别经历了过热冷却区A(液态熔体区)、凝固结晶区B(液固两相区)和轧制变形区C(固相变形区)，受到结晶辊的冷却和轧制变形作用，此阶段合金液固两相糊状区宽度较小，板材固相线末端15位于结晶辊中心线16液态金属凝固区一侧，结晶辊中心线16二次冷却装置5一侧板坯完全凝固成型。

初始成型过程建立完成后，选择压缩空气作为冷却一区12的冷却介质，选择水溶性乳液作为冷却二区13的冷却介质，按照程序控制打开冷却机构5区域内的管道压力调节阀23和冷却喷嘴14。冷却一区的冷却介质19压力调整为2.5MPa，冷却二区的冷却介质20压力调整为2MPa，两种介质均以与水平线呈60°的夹角倾斜冲击到板坯上下表面，对移出结晶辊的带坯10实施二次冷却。同时，第二结晶辊对带坯10施加的预载力按照程序控制逐渐减小至0.8kN/mm，带坯制备速度逐渐增加至6.5m/min，建立完成稳定凝固成型过程。在稳定制坯阶段的平衡凝固过程如图3所示，液态金属在凝固系统中分别经历了过热冷却区A(液态熔体区)、凝固结晶区B(液-固两相区)和强制冷却区D(固态金属冷却区)。1235合金板坯固相线末端15位于结晶辊中心线16冷却装置一侧。1235板坯厚度增加至7.5mm，比初始成型状态增加10％，经二次冷却后，带坯表面温度为480℃～510℃。

经稳态凝固成型和二次冷却后的1235铝合金板坯送入夹送辊8进行表面平整，平整阶段单道次压下量为0.5mm，带坯10的表面温度为450℃～460℃，平整后进入轧制辊系9进行3个道次热温轧制变形，轧制温度为430℃，道次压下率分别为20％，40％，30％，轧制完成后板材厚度为2.4mm，热卷曲后供后续变形。

实施例2

将3003铝合金薄板坯，进行由液态连续凝固成型的连续凝固和轧制变形方法，具体步骤如下：

根据生产的铝合金板带材产品，选用纯铝锭(≥99.70wt.％)、铝锰中间合金锭、铝铜中间合金锭和铝铁中间合金锭作为原材料，进行烘干预处理后逐一放入熔炼炉内熔化。待合金完全熔化后对依次对熔体进行精炼、静置、除气和过滤处理，使其成分和温度均匀。保持熔体温度为705℃～710℃，在封闭条件下将其连续转移至辊式结晶轮的凝固腔体内，获得液态金属。

两个结晶辊中心的连线与机架水平线呈90°夹角。保温材由厚度为40mm的硅酸铝板制成，包括侧板和上下盖板，盖板内嵌10mm自润滑功能的石墨板。调整上下结晶辊辊缝厚度为4mm，第二结晶辊通过固定于机架7上的可控预载压下机构6对带坯10施加8kN/mm预载力。开启结晶辊两侧的移动式清洁辊刷11和固定式辊面润滑喷射机构3，往辊面均匀喷涂石墨润滑粉。打开结晶辊内部的循环冷却水并使两个结晶辊分别以0.9m/min的速度相对转动，液态金属在由保温材和结晶辊组成的密闭腔室内完成初次凝固过程。

在初始成型过程中，3003铝合金带坯凝固区域的局部放大图如图2所示，液态金属在凝固系统中分别经历了过热冷却区A(液态熔体区)、凝固结晶区B(液固两相区)和轧制变形区C(固相变形区)，受到结晶辊4的冷却和轧制变形作用，此阶段合金液固两相糊状区宽度较小，板材固相线末端15位于结晶辊中心线16液态金属凝固区一侧，结晶辊中心线16二次冷却装置5一侧板坯完全凝固成型。

初始凝固成型过程建立完成后，选择压缩空气作为冷却一区的冷却介质，选择水溶性乳液作为冷却二区的冷却介质，按照程序控制打开冷却机构5区域内的管道压力调节阀23和冷却喷嘴14。冷却一区的冷却介质压力调整为2.5MPa，冷却二区的冷却介质20压力调整为2MPa，两种介质均以与水平线呈60°的夹角倾斜冲击到板坯上下表面，对移出结晶辊的带坯实施二次冷却。同时，第二结晶辊对带坯10施加的预载力按照程序控制逐渐减小至0.7kN/mm，带坯制备速度逐渐增加至6.5m/min，建立完成稳定凝固成型过程。在稳定制坯阶段的平衡凝固过程如图3所示，液态金属在凝固系统中分别经历了过热冷却区A(液态熔体区)、凝固结晶区B(液-固两相区)和强制冷却区D(固态金属冷却区)。3003合金板坯固相线末端15位于结晶辊中心线16冷却装置一侧。3003板坯厚度增加至4.5mm，比初始成型状态增加12％，经二次冷却后，带坯表面温度为480℃～510℃。

经稳态凝固成型和二次冷却后的3003铝合金板坯送入夹送辊8进行表面平整，平整阶段单道次压下量为0.6mm，带坯10的表面温度为450℃～460℃，平整后进入轧制辊系9进行1个道次热温轧制变形，轧制温度为430℃，道次压下率为40％，轧制完成后板材厚度为2.3mm，热卷曲后供后续变形。

实施例3

对3mm厚6016铝合金板带材的连续制备生产，具体采用以下步骤：

根据生产的铝合金板带材产品，选用纯铝锭(≥99.70wt.％)、纯镁锭和铝硅中间合金锭，其他微量元素如铜、锰、铬等微量元素均以中间合金形式添加，将原材料进行烘干预处理后逐一放入熔炼炉。待合金锭完全熔化后对铝合金熔体依次进行保温、搅拌、精炼和静置处理，经过在线除气和过滤后，获得成分和状态均匀的6016铝合金熔体并使熔体温度保持在700℃～710℃范围内，在封闭条件下将熔体转移至辊式结晶轮的凝固腔体内，获得液态金属。

为保证结晶系统金属流量和温度分布稳定，两个结晶辊中心的连线与机架水平线呈75°夹角。保温材2由厚度为50mm的硅酸铝板制成，包括侧板和上下盖板，盖板内嵌10mm自润滑功能的石墨板。调整结晶辊辊缝厚度为7mm，第二结晶辊4通过固定于机架7上的可控预载压下机构6对铸坯10施加10kN/mm预载力。开启结晶辊两侧的移动式清洁辊刷11和固定式辊面润滑喷射机构3，往辊面均匀喷涂石墨润滑粉。打开结晶辊内部的循环冷却水并使两个结晶辊分别以0.8m/min的速度相对转动，液态金属在由保温材2和结晶辊组成的密闭腔室内完成初次凝固过程。

在初始成型过程中，6016铝合金带坯凝固区域的局部放大图如图2所示，液态金属在凝固系统中分别经历了过热冷却区A(液态熔体区)、凝固结晶区B(液固两相区)和轧制变形区C(固相变形区)，受到结晶辊4的冷却和轧制变形作用，此阶段合金液固两相糊状区宽度较小，板材固相线末端15位于结晶辊中心线16液态金属凝固区一侧，结晶辊中心线16二次冷却装置5一侧板坯完全凝固成型。

初始成型过程建立完成后，选择液态二氧化碳作为冷却一区的冷却介质，选择乳液作为冷却二区13的冷却介质，按照程序控制打开冷却机构5区域内的管道压力调节阀23和冷却喷嘴14。冷却介质均以2MPa范围的压力和与水平线呈60°的夹角连续冲击到板坯上下表面，对出结晶辊后的带坯10实施二次冷却。同时，第二结晶辊4对带坯10施加的预载力按照程序控制逐渐减小至0.2kN/mm，带坯制备速度逐渐增加至5m/min，并建立起稳定凝固成型过程。在此阶段凝固状态如图3所示，液态金属在凝固系统中分别经历了过热冷却区A(液态熔体区)、凝固结晶区B(液-固两相区)和强制冷却区D(固态金属冷却区)。6016合金液固两相糊状区宽度较大，板坯固相线末端15位于结晶辊中心线16冷却装置一侧。6016板坯厚度增加至7.9mm，比初始成型状态增加13％，经二次冷却后，带坯表面温度为450℃～500℃。

经稳态凝固成型和二次冷却后的6016铝合金板坯送入夹送辊8进行表面平整，平整阶段单道次压下量为0.5mm，板坯10的表面温度为400℃～420℃，平整后进入轧制辊系9进行2个道次热温轧制变形，轧制温度为390℃，道次压下率分别为30％和40％，轧制完成后板材厚度为3.1mm，热卷曲后供后续变形。

Claims (10)

1.一种铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述制备装置包括结晶系统和轧制系统，结晶系统和轧制系统之间安装有夹送辊(8)；结晶系统包括结晶辊、预载压下机构(6)，结晶辊包括第一结晶辊(1)、第二结晶辊(4)，第一结晶辊(1)的内部、第二结晶辊(4)的内部均设置有冷却槽(18)，第二结晶辊(4)安装于第一结晶辊(1)的上方，第二结晶辊(4)安装预载压下机构(6)；第一结晶辊(1)、第二结晶辊(4)与夹送辊(8)之间设置有冷却机构(5)，冷却机构(5)包括冷却一区(12)和冷却二区(13)，冷却一区(12)和冷却二区(13)相邻设置，冷却一区(12)靠近结晶辊；冷却一区(12)的内部和冷却二区(13)的内部均设置多个输送管道(24)，输送管道(24)上设置有多个压力调节阀(23)；轧制系统内部设置有轧制辊系(9)。

2.根据权利要求1所述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述结晶辊的侧面安装有保温材(2)，保温材(2)与所述结晶辊贴合，保温材(2)与冷却机构(5)位于结晶辊相对的两侧；保温材(2)内嵌石墨板(17)。

3.根据权利要求1所述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述结晶系统包括机架(7)，第一结晶辊(1)与机架(7)的顶部连接，第二结晶辊(4)与机架(7)的底部固定连接；机架(7)的顶部和底部分别安装有一个固定式辊面润滑喷射机构(3)，两个固定式辊面润滑喷射机构(3)分别安装于第一结晶辊(1)、第二结晶辊(4)的侧面；第一结晶辊(1)的材质、第二结晶辊(4)的材质均为高强钢或铜合金或铝合金。

4.根据权利要求3所述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述第一结晶辊(1)的中心与第二结晶辊(4)的中心的连线与水平面的夹角为75°～90°。

5.根据权利要求3所述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述机架(7)安装有两个结晶系统移动式清洁辊刷，一个移动式清洁辊刷与第一结晶辊(1)的外表面接触，另一个结晶系统移动式清洁辊刷与第二结晶辊(4)的外表面接触。

6.根据权利要求1所述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置，其特征在于，所述冷却一区(12)的冷却介质为压缩气体，所述冷却二区(13)的冷却介质为冷却水或液态乳液。

7.根据权利要求1-6任一项所述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(一)将经过精炼、扒渣、搅拌、静置处理后的合金熔体输送到保温材(2)内；

(二)将第一结晶辊(1)内部的冷却槽、第二结晶辊(4)内部的冷却槽分别通入冷却水并使第一结晶辊(1)、第二结晶辊(4)连续转动，合金熔体流到第一结晶辊(1)与第二结晶辊(4)之间的区域前形成铸坯，第二结晶辊(4)对铸坯施加预载力，得到带坯；

(三)打开冷却机构(5)，带坯依次经过冷却一区(12)、冷却二区(13)、夹送辊(8)，得到板坯，板坯经过轧制辊系(9)得到能够卷曲的带材。

8.根据权利要求7所述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置的制备方法，其特征在于，步骤(二)中合金熔体流到第一结晶辊(1)与第二结晶辊(4)之间的温度为680℃～760℃；步骤(三)种带坯经过冷却一区(12)、冷却二区(13)、夹送辊(8)的速度为0.5m/min～60m/min，带坯经过夹送辊(8)的温度为350℃～600℃，带坯经过夹送辊(8)的平整压下量范围为3％～30％；步骤(三)种板坯经过轧制辊系(9)的温度为250℃～550℃，板坯经过轧制辊系(9)的道次压下率范围为30％～70％。

9.根据权利要求8所述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置的制备方法，其特征在于，在初始成型阶段，步骤(二)中铸坯到达第二结晶辊(4)时，铸坯经过第二结晶辊(4)的速度为0.5～1.5m/min，第二结晶辊(4)对铸坯施加的预载力为1kN/mm～20kN/mm；由初始成型过渡到稳定成型阶段后，铸坯到达冷却机构(5)前，铸坯经过第二结晶辊(4)的速度为2～60m/min，第二结晶辊(4)对铸坯施加的预载力为0～5kN/mm；带坯的厚度为1～15mm。

10.根据权利要求7所述的铝合金薄板液态连续凝固成型的制备装置的制备方法，其特征在于，所述冷却一区(12)的冷却介质经过独立喷嘴以0.5MPa～5MPa的压力、与水平面呈10°～90°的角度冲击到带坯的上表面和下表面。

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