CN115415489A - 一种铝/铝合金薄板坯连铸装备及工艺 - Google Patents
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Abstract
一种铝/铝合金薄板坯连铸装备及工艺，属于材料科学与工程技术领域，装备包括熔炼炉、静置炉、浇注装置、立弯式连铸机、引锭装置、水平辊道、切割机。工艺为：熔炼铝/铝合金熔体；浇注到立弯式连铸机的结晶器中，通过一次冷却使薄板坯到结晶器出口形成合适的坯壳；薄板坯进入立弯式连铸机的二冷装置，通过压下装置进行压下；导入拉矫机，连续矫直后出坯进入水平辊道，进入切割机或在线补温后连续轧制成型。本发明可以实现厚度为30～120mm，宽度为200～1200mm的铝/铝合金薄板坯连续生产，灵活适用于多品种大批量生产，具有节能减排、降低材料生产成本的优势。
Description
技术领域
本发明属于材料科学与工程技术领域，特别涉及一种铝/铝合金薄板坯连铸装备及工艺。
背景技术
铝/铝合金作为各行业轻量化进程中最具有潜力的绿色金属材料之一，越来越广泛应用在航空航天、轨道交通、汽车船舶、武器装备及电子通信等领域。全球铝消费量于2017年达6000万吨，2020年上升至约7000万吨，随着轨道交通和汽车、船舶、航空用铝的需求量持续增长，迫切地需要开发一种新的连续铸造方法来实现铝/铝合金薄板坯的高质、高效生产。
专利CN202080011731.X公开了一种直接冷却半连续(立式)铸造方法和铸造设备，这种传统的铸造工艺可生产多种规格的铝/铝合金扁锭、空心圆锭、实心圆锭等，然而该工艺无法实现连续生产，并且生产的坯料存在很难消除的裂纹、偏析等缺陷；专利CN201020235675.1公开了一种圆型铸坯轮带式连铸机，铝/铝合金轮带式连铸连轧生产线存在设备自动化程度低、制品冶金质量差、一些高端产品无法生产等问题，制约了其大规模推广应用；专利CN202110513358.4公开了一种3003铝合金带材的连铸连轧生产工艺，采用双带式哈兹列特(水平式)连铸生产线实现了铝/铝合金薄板坯连续生产，然而其生产的铸坯表面存在严重的麻坑、偏析、黑丝线等问题，同时19mm的厚度规格难以生产厚度规格更大的坯料；专利CN201710604928.4公开了一种铝合金立式铸轧工艺及装置，双辊连续铸轧方法具有投资少、设备占地面积小、安装使用及维修方便、铝卷生产周期短、工艺流程简单等优势，然而采用这种方法生产的铝板带表面质量差，各向异性严重，深加工性能远比传统方法生产的热轧板差，且铸轧带厚度极薄(大多为<8mm)，难以生产厚度规格更大的薄板坯。
专利CN202110661707.7公开了一种高碳高锰钢立弯式板坯连铸方法，采用立弯式连铸机进行浇铸，可实现高碳高锰钢板坯的连续生产。然而，由于铝/铝合金高温脆性区间、高温成型特性与钢有所不同，钢的立弯式连铸装备及工艺无法适用于铝/铝合金薄板坯的生产制造，采用立弯式连铸方法生产铝/铝合金薄板坯存在很大的难度，至今未见有相关报道。
发明内容
针对现有铝/铝合金高温液态成型工艺技术存在的各种问题，本发明提出一种铝/铝合金薄板坯连铸装备及工艺，采用一种铝/铝合金薄板坯立弯式连铸机，结合铝/铝合金薄板坯结晶器内快速凝固成型、移动、弯曲变形、连续矫直的铝/铝合金薄板坯立弯式连铸工艺，实现铝/铝合金薄板坯的连续生产，达到近终形、铸坯质量高、节能降耗、成本低等效果。
本发明的铝/铝合金薄板坯连铸装备包括熔炼炉、静置炉、浇注装置、立弯式连铸机、引锭装置、水平辊道、切割机；其中，立弯式连铸机包括铝/铝合金薄板坯结晶器、结晶器振动装置、二冷装置、压下装置和拉矫机。二冷装置由足辊段、垂直段、弯曲段和弧形段组成。
所述足辊段、垂直段、弯曲段、弧形段之间满足如下关系式：
1.5≤1.18R/(3.125L1+2.235L2+2.16(L2+0.457(1/κ)2))≤3.0；式中，R为弧形半径，单位mm，L1为足辊段长度，单位mm，L2为垂直段长度，单位mm，κ为弯曲段曲率。
所述熔炼炉与静置炉入口相配合连接，静置炉出口与浇注装置相配合连接，浇注装置设置于铝/铝合金薄板坯结晶器上方并与该结晶器相配合连接，铝/铝合金薄板坯结晶器铜管为矩形，在铝/铝合金薄板坯结晶器铜管冷面开槽，铝/铝合金薄板坯结晶器的外部与结晶器振动装置装配在一起，铝/铝合金薄板坯结晶器的下部与足辊段的上部装配在一起，足辊段的下部与垂直段的上部装配在一起，垂直段的下部与弯曲段的上部装配在一起，弯曲段的下部与弧形段的上部相配合连接，弯曲段或弧形段之内设置压下装置；二冷装置、引锭装置与拉矫机配套安装，引锭装置由引锭头和引锭杆构成，引锭杆由多个链节和连接钢板构成，相邻链节之间沿行进方向相互铰接，连接钢板覆盖在链节上并与链节连接，拉矫机的出口与水平辊道的前端相配合连接，水平辊道的后端或与切割机相配合连接，或与在线补热装置、连轧机组相配合连接。
所述的铝/铝合金薄板坯连铸装备中，所述浇注装置采用敞开式或浸入式水口，水口的横断面宽度为5～50mm，保证铝/铝合金熔体平稳均匀、连续地流入结晶器。
所述的立弯式连铸机中，所述铝/铝合金薄板坯结晶器的长度为200～600mm，低于钢的薄板坯结晶器的长度700～1100mm，以适应铝/铝合金高导热系数的快速凝固特点；在结晶器铜管冷面开槽增强冷却效果，以实现铝/铝合金熔体高冷却强度的一次冷却；结晶器的锥度为0.4％～1.8％，以适应铝/铝合金的板型需求和大凝固收缩系数。
所述足辊段长度为80～300mm，足辊段宽面由1～3对足辊构成；足辊段宽面两侧和窄面两侧分别对称布置3～7排冷却喷嘴，确保铝/铝合金连铸薄板坯出铝/铝合金薄板坯结晶器后的坯壳均匀快速增厚，以达到预防拉漏和出现热裂纹的目的，保证连铸薄板坯高质量、连续通往垂直段。
所述垂直段长度为250～500mm，垂直段的宽面两侧分别对称布置5～10排冷却喷嘴，同侧喷嘴间隔一致，用于使带液芯的铝/铝合金薄板坯继续冷却凝固，有效增加坯壳厚度以抵抗随后的弯曲应力，达到预防拉漏和出现热裂纹的目的。
所述弯曲段曲率为0.1～0.4，以适应铝/铝合金薄板坯高温下低变形抗力的特点，从而实现由垂直段到弧形段的过渡；弯曲段宽面两侧分别对称布置5～10排冷却喷嘴，同侧喷嘴间隔一致，以实现对铝/铝合金薄板坯的连续多段强冷却，进一步保证薄板坯质量。弯曲段的宽面两侧均对称设置3～7对主动辊，对薄板坯的二冷区凝固、变形和运行起到辅助作用，减少了铝/铝合金薄板坯连铸过程的阻力。
所述弧形段的弧形半径R为2.5～5m，由3～5个弧形段组成，使得接近垂直运动的铝/铝合金薄板坯沿弧形辊道弯至水平，进入拉矫机进行矫直，以实现连续生产；每个弧形段宽面两侧分别对称布置3～5排冷却喷嘴，同侧喷嘴间隔一致，以实现对铝/铝合金薄板坯弧形段的连续多段弱冷却，使铝/铝合金薄板坯在合适的强塑性温度区间进行弧形弯曲，并减少温度损失，保留更高的温度进入后续拉矫及热轧过程。
所述弯曲段或弧形段之内设置压下装置，用于对铝/铝合金薄板坯施加轻压下，以补偿薄板坯凝固后期体收缩，抑制枝晶间浓化铝水向中心富集，显著降低铸坯中心偏析及疏松缺陷，提高铸坯的内部质量和后续轧制板材的探伤合格率。
所述的铝/铝合金薄板坯连铸装备中，所述引锭杆采用柔性引锭杆，由多个链节和连接钢板构成，相邻链节之间沿行进方向相互铰接，连接钢板覆盖在链节上并与链节连接。
所述水平辊道或与切割机相配合，以获得合格的连铸薄板坯供给后续加工成材的坯料；或与在线补热装置、连轧机组相配合，以实现铝/铝合金薄板坯的连铸连轧。在线补热装置安装在拉矫机的出口，以实现热轧前的温度补充，即在均热装置中保温一定时间后直接对铝/铝合金薄板坯进行连续轧制成型，具有简化工艺、改善劳动条件等优势。
本发明采用熔炼炉用于铝/铝合金的熔炼，保障高效、灵活、安全、稳定地为静置炉供给高温铝/铝合金熔体；用静置炉进行精炼，最大限度地降低铝/铝合金熔体中的气体与夹杂物含量，并通过感应加热保持铝/铝合金熔体过热度稳定，达到保温、减压等效果；采用敞开式或浸入式浇注，铝/铝合金熔体从浇注装置连续稳定流入结晶器；采用垂直形结晶器用于对铝/铝合金熔体进行一次冷却，获得带液芯的薄板坯，结晶器为组合形式，可以实现在线调宽；结晶器可装配液位测试装置，对结晶器内的液面波动进行监测，保障合适的坯壳厚度及良好的铸坯质量；结晶器振动装置用于实现结晶器按铝/铝合金薄板坯给定的振幅、频率和振动方式进行稳定地上下运动，防止出现坯壳与结晶器相互粘结的现象；二冷装置通过合理分配各段冷却强度，对铝/铝合金薄板坯进行快速二次冷却，减轻热裂纹以及偏析等缺陷，提升表面及内部质量；引锭装置用于牵引铸坯头部，将铝/铝合金薄板坯顺利从结晶器底部拉出至拉矫机；通过拉矫机改变弯曲铝/铝合金薄板坯的直线度，从而实现矫直。
本发明利用圆筒式辊子的转动来实现连铸薄板坯的运输，它把连铸生产过程的各个工序互相联结起来，实现操作机械化，改善劳动条件，提高生产效率，为实现自动化操作提供条件。
本发明的连铸工艺，采用所述铝/铝合金薄板坯连铸装备实现，包括以下步骤：
(1)在熔炼炉中熔炼铝/铝合金，然后导入静置炉内，经过精炼后获得纯净的铝/铝合金熔体；
(2)将获得的铝/铝合金熔体通过浇注装置连续浇注到立弯式连铸机的铝/铝合金薄板坯结晶器中，该铝/铝合金薄板坯结晶器已由引锭头实施封堵，通过结晶器的一次冷却，使铝/铝合金薄板坯到结晶器出口具有合适的坯壳厚度，获得带液芯的薄板坯；
(3)启动结晶器振动装置，同时由拉矫机带动引锭杆，将带液芯的薄板坯连续移出结晶器，进入立弯式连铸机的二冷装置，依次在足辊段、垂直段、弯曲段和弧形段进行连续多段二次冷却，经二冷装置的弯曲段或弧形段之内设置的压下装置，以特定的压下工艺保证形成质量良好的完全凝固的薄板坯；
(4)无液芯的薄板坯从弧形段移出后，通过引锭装置将其导入拉矫机，经拉矫机连续矫直后出坯进入水平辊道后，直接进入切割机，以获得合格的连铸薄板坯供给后续加工成材的坯料；或经过在线补热装置进行在线补温，直接进行连续轧制成型。
上述的步骤(2)中，通过铝/铝合金薄板坯结晶器的一次冷却时，通过该结晶器的冷却水进行一次冷却，结晶器进出水温差为3～15℃，结晶器水量控制在40～95m3/h。
上述的步骤(2)中，带液芯的薄板坯到结晶器出口的坯壳厚度为5～15mm，以保证合适的坯壳厚度使薄板坯顺利从结晶器中拉出，而不发生漏铝现象，同时可抵抗后续弯曲段和弧形段的弯曲应力。
上述的步骤(3)中，启动结晶器振动装置时，通过正弦振动方式或非正弦振动方式进行振动，振动频率为60～300Hz，振幅为2～6mm。
上述的步骤(3)中，控制拉坯速度和二次冷却强度，使带液芯的薄板坯在进入拉矫机之前完全凝固，形成无液芯的薄板坯进入拉矫机；拉坯速度为0.5～5.0m/min；二次冷却为喷水或气雾形式冷却；二次冷却过程中，采用铝/铝合金薄板坯二冷动态配水模型，控制有效比水量为0.2～3.3L/kg，其水量具体分布为：足辊段宽面的水量约占总水量的29.0～32.0％，足辊段窄面水量占总水量的12.5～14.6％，垂直段宽面的水量占总水量的27.4～28.3％，弯曲段宽面水量占总水量的15.0～18.0％，弧形段宽面水量占总水量的8.9～12.4％。通过布置冷却喷嘴数量、冷却水压力、冷却水流量动态多段控制各段冷却强度，保证薄板坯质量和出坯温度；
上述的步骤(3)中，采用压下装置对薄板坯施加轻压下，压下量为2～8mm；该压下量打断了在凝固过程中形成的所谓“晶间桥”，并且提高了连铸薄板坯内部的致密度，使连铸薄板坯的中心疏松和偏析得到有效的控制，消除或减轻凝固过程末期形成的中心疏松和偏析。
上述的步骤(4)中，最终制备的薄板坯厚度为30～120mm，宽度为200～1200mm。
上述的步骤(4)中，经二冷动态配水后，使二冷室内薄板坯进入拉矫机的表面温度为300～480℃。矫直工艺采取先咬入铝/铝合金薄板坯，后辊缝设置的方法，避免了矫直时铝/铝合金薄板坯咬入过程中头部碰撞矫直辊的问题；通过对矫直过程中铝/铝合金薄板坯的头尾进行定位，解决了后续矫直过程中，因头尾翘曲量过高导致铝/铝合金薄板坯无法进入的问题；并通过多道次相同辊缝设置的矫直工艺，提高了铝/铝合金薄板坯的平直度，同时使铝/铝合金薄板坯的内应力分布更加均匀。
上述的步骤(4)中，制成的连铸薄板坯经水平辊道传输至切割机，经切割形成所需尺寸的坯料，或者经在线补热装置补温后传输至轧机进行连续轧制。
本发明的有益效果：
本发明开发了一种新的铝/铝合金薄板坯的连铸装备及工艺，可以实现真正意义上的铝/铝合金薄板坯连续生产；该连铸装备及工艺，能够生产制造1XXX系(如1050、1060、1070)、2XXX系(如2024)、3XXX系(如3003、3004、3105)、4XXX系(如4032、4043)、5XXX系(如5005、5052、5083、5154、5182、5454)、6XXX系(如6061、6063)、7XXX系(如7050、7075)等铝/铝合金薄板坯；采用结晶器一次冷却和足辊段、垂直段、弯曲段、弧形段二次冷却多段冷却耦合，满足关系式：1.5≤1.18R/(3.125L1+2.235L2+2.16(L2+0.457(1/κ)2))≤3.0；式中，弧形半径为R，单位mm，足辊段长度为L1，单位mm，垂直段长度为L2，单位mm，弯曲段曲率为κ；保证合适坯壳厚度的同时，使其避开高温脆性区间，从而在弧形段弯曲过程中不易出现裂纹等问题，并在进入拉矫机之前获得无液芯的全固态铝/铝合金薄板坯，同时保持出坯温度不至于过低，减少了后续连轧能源消耗，从而实现高品质铝/铝合金薄板坯稳定高品质生产；弯曲段宽面两侧辊道上的主动辊起多点支撑的作用，减少了连铸过程的阻力，并且合理的曲率(0.1～0.4)可满足垂直段到弧形段的过渡，促进了工艺的顺行；可生产厚度为30～120mm的铝/铝合金薄板坯，与Hazelett工艺相比其产品厚度范围宽；所生产铝/铝合金薄板坯表面不会伴随黑丝线等，而且设备维修方便，灵活适用于多品种大批量生产，具有节能减排、降低材料生产成本的优势。
附图说明
图1为本发明实施例1中的铝/铝合金薄板坯连铸装备结构示意图；图中，1、熔炼炉，2、静置炉，3、浇注装置，4、结晶器，5、结晶器振动装置，6、足辊段，7、垂直段，8、压下装置，9、弯曲段，10、弧形段，11、拉矫机，12、引锭装置，13、水平辊道，14、切割机；
图2为本发明实施例1中的1070纯铝连铸薄板坯外观照片图；
图3为本发明实施例2中的6063铝合金连铸薄板坯低倍宏观照片图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于以下实施例。
开浇前须将引锭装置上端的引锭头伸入结晶器内，作为结晶器的活底，引锭装置的尾端夹在拉矫机的拉辊中。开浇后，随着铝/铝合金熔体的凝固，铸坯头部与引锭头凝结为一体被拉辊一同拉出。当引锭头通过拉矫辊之后，将引锭装置与铸坯脱开，留待下次浇注时重复使用。
本发明实施例中采用的结晶器振动装置参考了专利CN201020191206.4所提及的结晶器振动装置。
本发明实施例中进行熔炼时，将原料中间合金放置熔炼炉加热至熔炼温度后，保温15～30分钟，倾倒至静置炉，在静置炉中进行精炼和变质处理；采用感应加热装置，保持铝/铝合金熔体过热度稳定的同时，起到减压、保护和清除杂质的作用，铝/铝合金熔体浇注温度范围为高于液相线15～50℃。
本发明实施例中进行熔炼时，铝/铝合金熔体通过敞开式或浸入式浇注系统经过流道流至结晶器。
实施例1
一种铝/铝合金薄板坯连铸装备，结构如图1所示，包括熔炼炉、静置炉、浇注装置、立弯式连铸机、引锭装置、水平辊道、切割机；其中，立弯式连铸机包括铝/铝合金薄板坯结晶器、结晶器振动装置、二冷装置、压下装置和拉矫机；二冷装置由足辊段、垂直段、弯曲段和弧形段组成。
熔炼炉与静置炉入口相配合连接，静置炉出口与浇注装置相配合连接，浇注装置位于铝/铝合金薄板坯结晶器上方并与该结晶器相配合连接，浇注装置采用敞开式水口，水口的横断面宽度为11mm。铝/铝合金薄板坯结晶器的长度为300mm，结晶器铜管为矩形，在结晶器铜管冷面开槽，结晶器的锥度为0.5％；结晶器的外部与结晶器振动装置装配在一起，结晶器的下部与足辊段的上部装配在一起，足辊段长度为80mm，由1对足辊构成，足辊段宽面两侧和窄面两侧分别布置3排冷却喷嘴；足辊段的下部与垂直段的上部装配在一起，垂直段长度为250mm，宽面两侧分别布置5排冷却喷嘴；垂直段的下部与弯曲段的上部装配在一起，弯曲段曲率为0.3，弯曲段布置5排冷却喷嘴；弯曲段的宽面两侧辊道上均设置3对主动辊；弯曲段设置压下装置；弧形段位于弯曲段下部，与弯曲段相配合，弧形段的弧形半径R为2.5m，由3段组成，每段宽面两侧分别布置3排冷却喷嘴；二冷装置、引锭装置与拉矫机配套安装，引锭装置由引锭头和引锭杆构成，引锭杆采用柔性引锭杆，柔性引锭杆由36个链节和连接钢板构成，相邻链节之间沿行进方向相互铰接，连接钢板覆盖在链节上并与链节连接；拉矫机与水平辊道相配合，水平辊道与切割机相配合，以获得合格的连铸薄板坯供给后续加工成材的坯料；水平辊道或与在线补热装置、连轧机组相配合，以实现热轧前的温度补充。
所述足辊段、垂直段、弯曲段、弧形段之间满足如下关系式：
1.5≤1.18R/(3.125L1+2.235L2+2.16(L2+0.457(1/κ)2))≤3.0；式中，R为弧形半径，单位mm，L1为足辊段长度，单位mm，L2为垂直段长度，单位mm，κ为弯曲段曲率。
一种采用所述铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，具体操作步骤为：
(1)在熔炼炉中熔炼1070纯铝，然后导入静置炉内，经过精炼后获得纯净的铝熔体；
(2)将静置炉内的铝熔体通过浇注装置连续浇注到立弯式连铸机的铝/铝合金薄板坯结晶器中，该结晶器已由引锭头实施封堵，通过结晶器的冷却水进行一次冷却，结晶器进出水温差为5℃，结晶器水量为56m3/h，获得带液芯的薄板坯，带液芯的薄板坯的坯壳厚度为7mm；
(3)立即启动结晶器振动装置，同时由拉矫机带动引锭杆，将带液芯的薄板坯连续移出结晶器，进入二冷装置，依次在足辊段、垂直段、弯曲段和弧形段进行连续多段二次冷却，形成无液芯的薄板坯。启动结晶器振动装置时，通过正弦振动方式进行振动，振动频率为60Hz，振幅为2mm；控制拉坯速度和二次冷却强度，拉坯速度为5.0m/min；二次冷却为喷水形式冷却；二次冷却过程中，控制有效比水量为0.2L/kg；其水量具体分布为：足辊段宽面的水量约占总水量的30.0％，足辊段窄面水量占总水量的13.0％，垂直段宽面的水量占总水量的27.4％，弯曲段宽面水量占总水量的18.0％，弧形段宽面水量占总水量的11.6％；采用压下装置对薄板坯施加轻压下，压下量为2mm；
二次冷却过程中，薄板坯在足辊段、垂直段、弯曲段和弧形段的相邻两段的温差≤100℃；
(4)无液芯的薄板坯从弧形段移出后，通过引锭装置将其导入拉矫机，薄板坯进入拉矫机的表面温度为300℃；经拉矫机连续矫直后出坯进入水平辊道后，最终制备的薄板坯厚度为40mm，宽度为260mm；薄板坯直接进入切割机，以获得合格的连铸薄板坯供给后续加工成材的坯料，或经过在线补热装置进行在线补温，直接进行连续轧制成型。外观如图2所示。
实施例2
一种铝/铝合金薄板坯连铸装备，结构同实施例1，不同点在于：
(1)结晶器的长度为380mm；
(2)浇注装置的水口的横断面宽度为25mm；
(3)垂直段长度为280mm。
一种采用所述铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，操作步骤同实施例1，不同点在于：
(1)熔炼6063铝合金，经过精炼后获得纯净的铝合金熔体；
(2)带液芯的薄板坯的坯壳厚度为8mm；
(3)结晶器进出水温差为5.5℃，结晶器水量为63m3/h；
(4)通过非正弦振动方式进行振动，振动频率为80Hz，振幅为3mm；
(5)拉坯速度为4.0m/min；二次冷却控制有效比水量为1L/kg；其水量具体分布为：足辊段宽面的水量约占总水量的32.0％，足辊段窄面水量占总水量的14.6％，垂直段宽面的水量占总水量的28.0％，弯曲段宽面水量占总水量的15.0％，弧形段宽面水量占总水量的10.4％；
(6)薄板坯进入拉矫机的表面温度为340℃；
(7)最终制备的薄板坯的厚度为40mm；宽度为260mm；低倍宏观照片如图3所示。
实施例3
一种铝/铝合金薄板坯连铸装备，结构同实施例1，不同点在于：
(1)结晶器的长度为600mm，锥度为1.8％；
(2)浇注装置的水口的横断面宽度为28mm；
(3)二冷装置的足辊段长度为140mm，由3对足辊组成；
(4)垂直段长度为410mm；
(5)弯曲段曲率为0.1；
(6)弧形段的弧形半径R为4.5m；
一种采用所述铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，操作步骤同实施例1，不同点在于：
(1)熔炼2024铝合金，经过精炼后获得纯净的铝合金熔体；
(2)带液芯的薄板坯的坯壳厚度为9.5mm；
(3)结晶器进出水温差为6℃，结晶器水量为75m3/h；
(4)振动频率为120Hz，振幅为4mm；
(5)拉坯速度为3.0m/min；二次冷却控制有效比水量为2.2L/kg；其水量具体分布为：足辊段宽面的水量约占总水量的31.0％，足辊段窄面水量占总水量的12.5％，垂直段宽面的水量占总水量的27.5％，弯曲段宽面水量占总水量的17.5％，弧形段宽面水量占总水量的11.5％；
(6)采用压下装置对薄板坯施加轻压下，压下量为5mm；
(7)薄板坯进入拉矫机的表面温度为372℃；
(8)最终制备的薄板坯的厚度为60mm；宽度为400mm。
实施例4
一种铝/铝合金薄板坯连铸装备，结构同实施例1，不同点在于：
(1)结晶器的长度为200mm，锥度为0.4％；
(2)浇注装置的水口的横断面宽度为32mm；
(3)二冷装置的足辊段长度为220mm；
(4)垂直段长度为320mm；
(5)弯曲段曲率为0.4；
(6)弧形段的弧形半径R为4m；
(7)弧形段设置了压下装置；
一种采用所述铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，操作同实施例1，不同点在于：
(1)熔炼3004铝合金，经过精炼后获得纯净的铝合金熔体；
(2)带液芯的薄板坯的坯壳厚度为12mm；
(3)结晶器进出水温差为7.3℃，结晶器水量为80m3/h；
(4)振动频率为150Hz，振幅为5mm；
(5)拉坯速度为1.0m/min；二次冷却为气雾形式冷却，控制有效比水量为3L/kg；其水量具体分布为：足辊段宽面的水量约占总水量的29.0％，足辊段窄面水量占总水量的14.0％，垂直段宽面的水量占总水量的28.2％，弯曲段宽面水量占总水量的16.4％，弧形段宽面水量占总水量的12.4％；
(6)采用压下装置对薄板坯施加轻压下，压下量为3mm；
(7)薄板坯进入拉矫机的表面温度为385℃；
(8)最终制备的薄板坯的厚度为80mm；宽度为500mm。
实施例5
一种铝/铝合金薄板坯连铸装备，结构同实施例1，不同点在于：
(1)结晶器的长度为420mm，锥度为0.6％；
(2)浇注装置采用浸入式水口，水口的横断面宽度为50mm；
(3)二冷装置的足辊段长度为300mm，由2对足辊组成；
(4)垂直段长度为450mm；
(5)弧形段的弧形半径R为5m；
(6)弧形段设置了压下装置；
一种采用所述铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，操作步骤同实施例1，不同点在于：
(1)熔炼4043铝合金，经过精炼后获得纯净的铝合金熔体；
(2)带液芯的薄板坯的坯壳厚度为15mm；
(3)结晶器进出水温差为15℃，结晶器水量为91m3/h；
(4)振动频率为300Hz，振幅为6mm；
(5)拉坯速度为0.5m/min；二次冷却控制有效比水量为2.8L/kg；其水量具体分布为：足辊段宽面的水量约占总水量的29.8％，足辊段窄面水量占总水量的13.6％，垂直段宽面的水量占总水量的27.5％，弯曲段宽面水量占总水量的17.1％，弧形段宽面水量占总水量的12.0％；
(6)采用压下装置对薄板坯施加轻压下，压下量为6mm；
(7)薄板坯进入拉矫机的表面温度为436℃；
(8)最终制备的薄板坯的厚度为120mm；宽度为1200mm。
实施例6
一种铝/铝合金薄板坯连铸装备，结构同实施例1，不同点在于：
(1)结晶器的长度为530mm，锥度为0.8％；
(2)浇注装置的水口的横断面宽度为45mm；
(3)二冷装置的足辊段长度为300mm，由2对足辊组成，足辊段宽面两侧和窄面两侧分别布置7排冷却喷嘴；
(4)垂直段长度为500mm，垂直段宽面两侧分别布置10排冷却喷嘴；
(5)弯曲段宽面两侧分别布置10排冷却喷嘴；
(6)二冷装置的弯曲段的宽面两侧辊道上均设置了7对主动辊；
(7)弯曲段曲率为0.4；
(8)弧形段的弧形半径R为5m，由5段组成，每段宽面两侧分别布置5排冷却喷嘴；
(9)弧形段设置了压下装置；
一种采用所述铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，操作步骤同实施例1，不同点在于：
(1)熔炼5083铝合金，经过精炼后获得纯净的铝合金熔体；
(2)带液芯的薄板坯的凝固厚度为15mm；
(3)结晶器进出水温差为13.5℃，结晶器水量为95m3/h；
(4)振动频率为240Hz，振幅为6mm；
(5)拉坯速度为0.5m/min；二次冷却控制有效比水量为3.3L/kg；其水量具体分布为：足辊段宽面的水量约占总水量的30.9％，足辊段窄面水量占总水量的13.2％，垂直段宽面的水量占总水量的28.3％，弯曲段宽面水量占总水量的15.5％，弧形段宽面水量占总水量的12.1％；
(6)采用压下装置对薄板坯施加轻压下，压下量为8mm；
(7)薄板坯进入拉矫机的表面温度为480℃；
(8)最终制备的薄板坯的厚度为120mm；宽度为1200mm。
实施例7
一种铝/铝合金薄板坯连铸装备，结构同实施例1，不同点在于：
(1)结晶器的长度为360mm，锥度为1.3％；
(2)浇注装置的水口的横断面宽度为5mm；
(3)二冷装置的足辊段长度为100mm，由3对足辊组成；
(4)垂直段长度为340mm；
(5)弯曲段曲率为0.1；
(6)弧形段的弧形半径R为4.5m；
一种采用所述铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，操作步骤同实施例1，不同点在于：
(1)熔炼7050铝合金，经过精炼后获得纯净的铝合金熔体；
(2)带液芯的薄板坯的坯壳厚度为5mm；
(3)结晶器进出水温差为3℃，结晶器水量为40m3/h；
(4)振动频率为100Hz，振幅为5mm；
(5)拉坯速度为1.0m/min；二次冷却控制有效比水量为1.8L/kg；其水量具体分布为：足辊段宽面的水量约占总水量的31.5％，足辊段窄面水量占总水量的14.3％，垂直段宽面的水量占总水量的28.1％，弯曲段宽面水量占总水量的17.2％，弧形段宽面水量占总水量的8.9％；
(6)采用压下装置对薄板坯施加轻压下，压下量为4mm；
(7)薄板坯进入拉矫机的表面温度为320℃；
(8)最终制备的薄板坯的厚度为30mm；宽度为200mm。
Claims (10)
1.一种铝/铝合金薄板坯连铸装备，其特征在于，包括熔炼炉、静置炉、浇注装置、立弯式连铸机、引锭装置、水平辊道、切割机；其中，立弯式连铸机包括铝/铝合金薄板坯结晶器、结晶器振动装置、二冷装置、压下装置和拉矫机；二冷装置由足辊段、垂直段、弯曲段和弧形段组成；
所述足辊段、垂直段、弯曲段、弧形段之间满足如下关系式：
1.5≤1.18R/(3.125L1+2.235L2+2.16(L2+0.457(1/κ)2))≤3.0；式中，R为弧形半径，单位mm，L1为足辊段长度，单位mm，L2为垂直段长度，单位mm，κ为弯曲段曲率；
所述熔炼炉与静置炉入口相配合连接，静置炉出口与浇注装置相配合连接，浇注装置设置于铝/铝合金薄板坯结晶器上方并与该结晶器相配合连接，铝/铝合金薄板坯结晶器铜管为矩形，在铝/铝合金薄板坯结晶器铜管冷面开槽，铝/铝合金薄板坯结晶器的外部与结晶器振动装置装配在一起，铝/铝合金薄板坯结晶器的下部与足辊段的上部装配在一起，足辊段的下部与垂直段的上部装配在一起，垂直段的下部与弯曲段的上部装配在一起，弯曲段的下部与弧形段的上部相配合连接，弯曲段或弧形段之内设置压下装置；二冷装置、引锭装置与拉矫机配套安装，引锭装置由引锭头和引锭杆构成，引锭杆由多个链节和连接钢板构成，相邻链节之间沿行进方向相互铰接，连接钢板覆盖在链节上并与链节连接，拉矫机的出口与水平辊道的前端相配合连接，水平辊道的后端或与切割机相配合连接，或与在线补热装置、连轧机组相配合连接。
2.根据权利要求1所述的铝/铝合金薄板坯连铸装备，其特征在于，所述浇注装置采用敞开式或浸入式水口，水口的横断面宽度为5～50mm；所述铝/铝合金薄板坯结晶器的长度为200～600mm，结晶器的锥度为0.4％～1.8％。
3.根据权利要求1所述的铝/铝合金薄板坯连铸装备，其特征在于，所述足辊段长度为80～300mm，足辊段宽面由1～3对足辊构成；足辊段宽面两侧和窄面两侧分别对称布置3～7排冷却喷嘴；所述垂直段长度为250～500mm，垂直段的宽面两侧分别对称布置5～10排冷却喷嘴，同侧喷嘴间隔一致。
4.根据权利要求1所述的铝/铝合金薄板坯连铸装备，其特征在于，所述弯曲段曲率为0.1～0.4；弯曲段宽面两侧分别对称布置5～10排冷却喷嘴，同侧喷嘴间隔一致；弯曲段的宽面两侧均对称设置3～7对主动辊。
5.根据权利要求1所述的铝/铝合金薄板坯连铸装备，其特征在于，所述弧形段的弧形半径R为2.5～5m，由3～5个弧形段组成；每个弧形段宽面两侧分别对称布置3～5排冷却喷嘴，同侧喷嘴间隔一致。
6.一种采用权利要求1-5任一项所述铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在熔炼炉中熔炼铝/铝合金，然后导入静置炉内，经过精炼后获得纯净的铝/铝合金熔体；
(2)将获得的铝/铝合金熔体通过浇注装置连续浇注到立弯式连铸机的铝/铝合金薄板坯结晶器中，该铝/铝合金薄板坯结晶器已由引锭头实施封堵，通过结晶器的一次冷却，结晶器进出水温差为3～15℃，结晶器水量控制在40～95m3/h，使铝/铝合金薄板坯到结晶器出口的坯壳厚度为5～15mm，获得带液芯的薄板坯；
(3)启动结晶器振动装置，振动频率为60～300Hz，振幅为2～6mm，同时由拉矫机带动引锭杆，将带液芯的薄板坯连续移出结晶器，进入立弯式连铸机的二冷装置，依次在足辊段、垂直段、弯曲段和弧形段进行连续多段二次冷却，经二冷装置的弯曲段或弧形段之内设置的压下装置，以特定的压下工艺保证形成质量良好的完全凝固的薄板坯；
(4)无液芯的薄板坯从弧形段移出后，通过引锭装置将其导入拉矫机，经拉矫机连续矫直后出坯进入水平辊道后，直接进入切割机，以获得合格的连铸薄板坯供给后续加工成材的坯料；或经过在线补热装置进行在线补温，直接进行连续轧制成型。
7.根据权利要求6所述的采用铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，拉坯速度为0.5～5.0m/min；二次冷却为喷水或气雾形式冷却；二次冷却过程中，采用铝/铝合金薄板坯二冷动态配水模型，控制有效比水量为0.2～3.3L/kg，其水量具体分布为：足辊段宽面的水量约占总水量的29.0～32.0％，足辊段窄面水量占总水量的12.5～14.6％，垂直段宽面的水量占总水量的27.4～28.3％，弯曲段宽面水量占总水量的15.0～18.0％，弧形段宽面水量占总水量的8.9～12.4％。
8.根据权利要求6所述的采用铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，采用压下装置对薄板坯施加轻压下，压下量为2～8mm。
9.根据权利要求6所述的采用铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，最终制备的薄板坯厚度为30～120mm，宽度为200～1200mm。
10.根据权利要求6所述的采用铝/铝合金薄板坯连铸装备的连铸工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，经二冷动态配水后，使二冷室内薄板坯进入拉矫机的表面温度为300～480℃。
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