CN1325197C - 镁薄板带材双辊超高速连铸机 - Google Patents

Abstract

一种镁薄板带材双辊超高速连铸机，属于有色金属薄板带材连续铸造设备，尤其属于一种用于生产各种厚度的镁薄板带材双辊超高速连铸机。主要由凝固辊、成形辊、一体化前箱溢流嘴组成的双辊连铸机，是靠转动凝固辊拖曳液体金属的双辊连铸机，镁薄板带材的凝固和成形分别在凝固辊和成形辊上不同的位置完成的。镁薄板带材的厚度不是由双辊之间的缝隙决定的，而是决定于辊的转速、辊的导热和溢流嘴流唇处液体的深度；成形压力比传统双辊连铸的铸轧力小100倍左右；一体化前箱溢流嘴中安装有泡沫陶瓷过滤器。设备结构简单、不易粘辊。可用于0.1—3毫米各种厚度、不同品种的镁薄板带材的超高速生产(20—100米/分)。

Description

镁薄板带材双辊超高速连铸机

技术领域：

本发明属于有色金属薄板带材连续铸造设备，尤其属于一种用于生产各种厚度的镁薄板带材双辊超高速连铸机。

背景技术：

镁和镁合金薄板带材是许多领域的主要材料，如镁和镁合金板材轧制用的板坯料，镁合金冲压件产品的板料，电化学应用板材：如鱼雷的主电源、镁空气电池、镁海水电池等的镁合金阳极。目前，镁和镁合金薄板带材基本上是采用挤压和轧制的方法制造。挤压和轧制方法制造镁和镁合金薄板带材生产流程复杂、生产率低、生产成本高，不能满足镁的工业发展需要。虽然传统双辊式连续铸造机设备投资小、运行费用低、产品的组织致密，但只能生产厚度最薄大约为5毫米的镁板材。传统双辊式连续铸造机生产率低，一般1米/分左右，即使通过增大双辊直径能进一步提高生产率，但因辊缝狭小，也只能生产凝固温度间隔小的金属，镁合金的凝固温度间隔一般都较大，因此镁合金种类受到限制，产品适应性小。同其它材料相比，镁薄板带材的双辊式连续铸造的最大困难是镁熔液极容易氧化、燃烧。此外，镁合金的热容和潜热较小、镁合金的变形性能较差，在双辊式连续铸造生产工艺中，很难通过合理的流嘴结构保证生产稳定地进行。

因此，开发生产率高、生产成本低的镁薄板带材的连续铸造技术和设备有十分重大的意义。目前国内外还没有用连续铸造的方法生产镁薄板带材的技术和设备，它是目前世界镁工业界的前沿研究开发课题。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于镁薄板带材生产的超高速连续铸造设备。设备结构简单，设备费用和运行费用低，能在同一台机器上生产多种厚度、不同镁合金类型包括凝固温度范围窄或宽的镁合金薄板带材。

镁薄板带材连铸生产的关键在于增加凝固速度和避开双辊连铸机的双辊缝隙狭小的限制，使之不仅能生产凝固温度范围窄的镁合金，也能生产凝固温度范围较宽的镁合金，能提高生产率。传统的双辊式连续铸造机生产速度慢的原因在于液体金属同辊的接触面积小，使轧辊将金属的热量带走受限，不可能获得高的生产速度。

镁薄板带材双辊超高速连铸机是靠转动凝固辊拖曳液体金属的，一体化前箱溢流嘴(3)的流唇(4)与下方的凝固辊(1)的侧面吻接，镁熔液在辊面开始凝固，由于辊的转动，辊面带动凝固层转动，将凝固层转动出流唇(4)，处于紧贴辊面成凝固态或半固态，当辊面的速度很快时，由于液体的粘滞作用，表层还有一薄层金属液体，如果金属的凝固温度间隔很小，液体的自由面凝固后也能得到致密的金属组织；如果在半固态时，对其施加适当的碾压力，则不论是凝固温度间隔很小或凝固温度间隔宽的镁合金都能形成致密组织和平整上表面的板带材，因此，板带材凝固和成型是在凝固辊(1)、成型辊(2)不同位置完成的。为了提高导热率，采用导热率高的铜辊。凝固辊(1)承担金属液的凝固，成形辊(2)承担业已呈半固态的板带坯的上部自由面的成形。开放的流唇(4)取代双辊式连续铸造机的流嘴。板带材的厚度不是通过调整双辊的缝隙决定的，而是决定于辊的转速、辊的导热率和溢流嘴(6)的流唇(4)处液体深度和温度，可生产0.1～3mm不同厚度、不同品种的镁合金薄板带材。

由于镁和镁合金的热容和潜热小，因此转动的双辊表面线速度要特别快，当镁熔液接触凝固辊(1)时即凝固，一离开流唇(4)，镁熔液基本变成半固态，一般离开流唇(4)的弯月面最多几厘米；镁和镁合金半固态强度很低，成形辊只要稍加碾压力即可使之发生必要的变形，压力约为双棍连续铸轧机的百分之一，即0.05-0.1Mpa。所以成形辊放在凝固自由面上面就能使镁薄板带材变得平整光滑，因此简化了设备。生产镁和镁合金薄板带材双辊超高速连续铸造机的双辊同样需要水冷。在连续生产过程中，镁和镁合金的全部过热、潜热和部分热容均主要由凝固辊和部分由成形辊吸收，所以双辊的冷却状态要求稳定，水温亦需保持相对稳定。铜是镁和镁合金十分有害的杂质，为了避免镁和镁合金薄板带被铜污染，双辊的辊套采用性能好的炮钢材料，辊的直径为300～900毫米，空心水冷，辊旋转表面线速度为10-100米/分，无级调速，使一台机器能生产多品种镁和镁合金薄板带材。镁熔液容易氧化和燃烧，设备中镁和镁合金处于液态或半固态区都采用气体保护(10)。

由于镁和镁合金容易形成夹杂，连铸机要求连续不断地供应高纯净化程度的镁和镁合金液，采用板状氧化镁泡沫陶瓷过滤器(9)对镁熔液进行过滤，氧化镁泡沫陶瓷过滤器(9)安放在前箱(5)与溢流嘴(6)之间，以保证最终的镁熔液是洁净的。

附图说明：

附图中1、凝固辊，2、成型辊，3、一体化前箱溢流嘴，4、流唇，5、前箱，6、溢流嘴，7、主动式虹吸管出口端，8、液面传感器，9、氧化镁泡沫陶瓷过滤器，10、气体保护。一体化前箱溢流嘴(3)的流唇(4) 与下方的凝固辊(1)侧面吻接，凝固辊(1)转动时拖曳液态金属，并使之成凝固态或半固态，随即导入双辊辊缝碾压成板带材。

具体实施方式：

实施例：

镁薄板带材双辊超高速连铸机的双辊的辊套采用性能好的炮钢材料，辊的直径600毫米，空心水冷；凝固辊(1)安在机台下方，位置固定；成形辊(2)安放在凝固辊(1)上方，双辊成垂直安装，成形辊(2)可以上下移动，碾压力约为0.05-0.1Mpa。双辊旋转表面线速度为10-100米/分，无级调速，使一台机器能生产多品种及0.1～3mm不同厚度的镁合金板带材。

一体化前箱溢流嘴(3)是恒温炉式，采用气体保护(10)；前箱(5)用无镍、钴的耐热钢板焊成，异型溢流嘴(6)的材料采用化学稳定性高并有防燃功能的复合材料，该复合材料用碳纤维做强化相，硼酸镁为基体，按溢流嘴(6)形状成型后在1400℃烧结而成。

溢流嘴(6)的流唇(4)被设置在凝固辊(1)的侧面，通过凝固辊(1)转动时拖曳流唇(4)处的金属液；薄板带材的厚度可通过调整辊的转速、辊的导热速度和流唇(4)处液体的深度和温度来决定。流唇(4)处金属液的深度为20-60毫米。

采用板状氧化镁泡沫陶瓷过滤器(9)把一体化前箱溢流嘴(3)的前箱(5)与溢流嘴(6)分割为两部分。泡沫陶瓷过滤器由纯MgO经高温摄氏1500度烧制而成，其厚度为20-40毫米，空隙率为85％左右，孔隙尺寸为20-40目。该泡沫陶瓷过滤器(9)可使镁合金液在流过时得到过滤，能大幅度地降低镁合金液中非金属杂质的含量。

采用主动式虹吸管供应镁液，通过前箱(5)液面传感器(8)控制主动式虹吸管的镁液流量达到控制流唇(4)处镁液恒定的深度。

两辊表面采用的润滑剂是由氢氧化镁2～3％、烷基磺酸钠0.3％、氟硼酸钾1％和蒸馏水组成的悬浮液。

本实施例未述部分与现有技术相同。

本发明的镁薄板带材双辊超高速连铸机进行多种厚度的镁合金板带材的生产性连铸实验，各项操作性能良好，符合规定指标。实验结果表明，本发明设备具有生产率高、投资省、安全可靠，可用于0.1-3毫米厚度镁和镁合金薄板带材的生产，所生产的镁和镁合金薄板带材质量优良。

Claims (5)

1.一种镁薄板带材双辊超高速连铸机，主要包括凝固辊(1)、成形辊(2)、一体化前箱溢流嘴(3)，其特征是：一体化前箱溢流嘴(3)的流唇(4)与下方的凝固辊(1)的侧面吻接，镁薄板带材生产是靠转动凝固辊(1)拖曳液体金属；板带材凝固和成形是在凝固辊(1)、成形辊(2)不同的位置完成的，薄板带的厚度不是由双辊之间的缝隙决定的，而是决定于辊的转速、辊的导热率和溢流嘴(6)的流唇(4)处液体的深度和温度，可生产0.1～3mm不同厚度、不同品种的镁合金薄板带材。

2.根据权利要求1所述的镁薄板带材双辊超高速连铸机，其特征是：双辊空心水冷，双辊的辊压比传统双辊连铸的压力小100倍，辊旋转表面线速度每分钟为10～100m，无级调速。

3.根据权利要求1所述的镁薄板带材双辊超高速连铸机，其特征是：一体化前箱溢流嘴(3)的前箱(5)与溢流嘴(6)之间安置有氧化镁泡沫陶瓷过滤器(9)。

4.根据权利要求1所述的镁薄板带材双辊超高速连铸机，其特征是：对处于液态和半固态的镁或镁合金采用气体保护(10)。

5.根据权利要求1所述的镁薄板带材双辊超高速连铸机，其特征是：前箱(5)和溢流嘴(6)为一体化的恒温炉式，前箱(5)用无镍、钴的耐热钢板制成，溢流嘴(6)内衬异型流嘴的材料是用碳纤维做强化相、硼酸镁为基体的复合材料。