CN1668403A - 由铸件制造金属带的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过轧制由铸件制造金属带的方法，其中采用与带材轧制相结合的型材轧制技术。利用铸造技术首先铸造金属带材用的材料，从而制得中心部厚度大于侧部的铸造型材，以基本连续的方式将该铸造型材引入轧制机中，其中在至少两个阶段的型材轧制过程中，将铸造型材分成两个对称部分并将其保持为两个相等部分。所述这些部分在至少一个阶段的带材轧制过程中延展至待轧材料的侧向区域以形成目标扁平型材，这样获得铸造型材的中心部尺寸与带材宽度之间的延展比率为大于2.8∶1。

Description

由铸件制造金属带的方法

本发明涉及一种通过轧制和退火由铸件制造金属带的方法。

美国专利5,119,660涉及一种通过挤压来制造金属物体、特别是非铁金属物体的方法。在该方法中把作为铸件的材料从铸造机供至挤压装置。铸件是一种棒材，它在一个独立位置处通过上引铸造法铸造而成，并具有粗粒的铸态结构。铸件供至所述挤压装置，该挤压装置优选为连续挤压装置，其中棒材供入旋转的Conform挤轮的凹槽内。摩擦粘着力推动棒材压着固定支座，对该材料的剪切作用产生足够的压力和温度以通过模具挤压出该材料从而形成型材。该型材可优选为连续的长带材，其可缠绕在大盘管上。经证明，该产品非常节约成本，并使传统扁平线圈的横向焊缝消除、焊接质量提高以及线速度增加。然而，美国专利5,119,660所披露的用于连续带材的连续挤压法并不像预期的那样可靠。此外，通过连续挤压所制造的带材具有较小的延展比率、也即带材的最终宽度与来自浇铸机的铸件的原始直径之间的比率。

在将金属棒轧成金属带的情况下，最终的带材宽度取决于工作辊的直径、润滑油和棒材直径。当前的用于将金属棒加工成金属带的局限因素是较小的延展率(宽度/直径)和控制边缘变化。由于较小的延展率，用棒材制造宽带材的能力由于所需设备的大小而在边缘上变得可行。此外，当棒材的直径增加时，在该工艺中发生的边缘变化量也随之增加。当考虑利用金属棒制造金属带的工艺时，最容易的方法就是直接压下棒材并获得给定的宽度。一般地，用直接压下方法所加工的金属带(也即铜)的宽度具有1.7∶1-1.9∶1的延展率。通过在横越棒材直径的方向上简单地衡量一条直线，并将其乘以1.7就可以得到最终的带材宽度。为了从给定的棒材直径获得更高的延展比率，必须找到一种会使整个棒材的初始直线长度延长的方法。可根据棒材获得的理论最大宽度是通过衡量整个材料的螺旋弧而获得的。如果棒材是围绕所述弧开卷的，那么对于给定厚度的带材可获得理论最大宽度。虽然该方法能制成最大宽度的带材，但是根本的问题是该工艺禁止使用。

从美国专利4,793,169可以了解到一种连轧机，其中将来自连铸机的薄板通过热轧机能够不间断地加工成带材。在该美国专利4,793,169的一个实施例中，可以轧制具有诸如圆形和椭圆形之类的弯曲剖面的薄板或型材。工作辊具有互补的、发散的工作面，每个工作面在辊的中点处以狭窄区域开始并发散成横越棒材宽度延伸的较宽区域。当该较宽区域与所述材料接触时，辊缝释放并且轧制材料在后续道次中部分地回弹。辊缝再次闭合并且狭窄区域再次与材料接触从而进行进一步的压平和延展，最终制得带材。虽然该工艺可制造宽带材，但其生产量相对较低，进行这种运作的机构与传统的轧制机相比较复杂。

美国专利4,233,832描述了一种将线材或棒材轧制成较宽的扁平带材的方法和装置。在该方法中，线材或棒材穿过轴偏移的两辊之间。可以是环状的较大外辊，具有平滑的内接触面。较小的内辊具有平滑的外接触面。相对立的平滑表面在最接近的位置具有间隔，其小于供至其间的线材或棒材的直径的1/3。在线材首次接触会聚入口的相对立的平滑接触面的位置、与相对立的表面间的最接近位置之间的距离，优选至少为供至于此的线材或棒材的原始直径的四倍。用这种方式轧制线材或棒材制得较宽的扁平带材，其宽度至少为线材或棒材的原始直径的2.5倍，最终的带材宽度大大超过原始直径的4.0倍。作为美国专利4,233,832的实例提到了将一种标称为纯铅的(pure lead)线材压平成约为1英寸宽的带材，其中所述线材的直径为0.190英寸(4.8mm)。这表示宽度与直径的比率约为5.3。

在所参考的美国专利4,793,169和4,233,832中，都是在单一轧制阶段实施轧制扁平带材。这需要较好地制造所述装置、特别是工作辊的表面。此外，例如由于带材的质量要求，为了不断保持基本相同的两辊之间的公差，维护所述装置和辊是很困难的。

本发明的目的是消除现有技术的缺陷，并创建一种以浇铸机的铸线开始制造金属带的方法，以及通过将上引铸造技术与型材和带材轧制技术相结合来克服延展比率的现有局限性。本发明的必要特征涵盖在所附随的权利要求中。

根据本发明，利用铸造技术首先铸造用于带材的金属材料从而以基本连续的方式制造作为棒材的铸件，该铸件优选为型材形状，其中型材的中心部基本比其侧部厚些。铸造操作优选地在基本水平或基本垂直的方向上实施，但该铸造操作还可以在水平位置与垂直位置之间的倾斜位置处实施。然后以基本连续的方式将铸造型材(cast profile)优选地直接从铸造装置引导至轧制机上，在该轧制机中采用型材轧制和带材轧制的技术。这样，当第一轧制阶段开始时，优选的是作为铸件的铸造型材。那么在轧制之前最好不加工铸造型材，铸态材料无疑处于任一工作(也即回火或软化退火)温度之下。但是，如果需要，至少其中一个工作阶段可用作浇铸机与本发明的第一轧制阶段之间的连续操作。

根据本发明，为了纵向和横向延展金属带材用的铸造型材，优选地，通过轧制操作将铸造型材分成两个对称部分并且该铸造型材在被轧成扁平带材之前仍保持为两个相等部分。

在本发明的一个优选实施例中，在最初的轧制操作过程中，利用类似的将楔形物置入一片木材内的方法将铸造型材分成两个对称部分。由于所遇到的相对阻力，铸造型材在横向上松散放置。用这种方法得到的纵向延伸率可保持在5％以下。在将铸造型材分成两个相等部分之后，型材辊在下列操作中促使铸造型材侧向整体移动。在纵向上采取低损耗的铸造型材，获得铸造型材的中心部尺寸与带材宽度的延展比率(宽度/直径)为大于2.8∶1。

在本发明的方法中，通过多阶段轧制将铸造型材轧成扁平带材，其中从一开始至少两个阶段是基于型材轧制跟随在至少一个带材轧制阶段之后的。型材轧制阶段的辊成形为使轧制效果集中在铸造型材的中心部，这样铸造型材的中心部将该铸造型材分成两个比该铸造型材中心部厚的对称侧部。

将铸造型材居中从而使该铸造型材的中心部供至两辊之间的两辊距离最短的间隙处。这样，优选从铸造型材的最厚部分开始轧制。第一轧制阶段的辊优选地成形为使辊中心部的表面是凸起弯曲的。辊面的弯曲中心部的两端与辊的侧部表面相连，所述侧部表面基本是线性的并直接从辊的中心部发散地定向。这样两辊在其中心点彼此最接近。辊的弯曲部为辊面的总宽的20-35％。辊的侧部表面与轧制平面之间形成40-60度的锐角。这样铸造型材能够朝着侧向区域延展。如果曲线主要从辊的中心部发散地定向，那么辊的侧部表面也可以是弯曲的。

在型材轧制的第二阶段，辊成形为使该辊的凸起弯曲部在中心部宽于在型材轧制的第一阶段。这样待轧材料与辊面机械接触的区域也更宽些，并且所述材料在其侧向区域中进一步延展。从辊面的弯曲中心部的两端开始的辊面的侧向区域将是线性的或弯曲的，这样该侧向区域从辊的中心部发散地定向。

在本发明的另一个实施例中，第一轧制阶段的辊是对称的从而轧制效果集中在待轧的铸造型材的中心部。这样执行使其中一个工作辊的中心部的表面是凸起弯曲的同时另一工作辊是凹入弯曲的。辊面的凸起弯曲部为辊面全宽的5-20％。该辊面的凸起弯曲部的两端与辊的侧部表面相连，该侧部表面是凹入弯曲的并从辊的中心部发散地定向。凹入弯曲辊在辊面全宽上至少90％是凹入弯曲的，该辊面窄于或等于中心部为凸起弯曲的辊的辊面。基于辊的形状，两辊在其中心点处仍然是彼此最靠近的。这样待轧材料能够朝着侧向区域延展。

在第二轧制阶段，工作辊以与在第一轧制阶段的其中心部为凸起弯曲的辊相应的方式设置，该工作辊在其中心部仍然是凸起弯曲的，但该凸起弯曲部比在第一轧制阶段时大些。该凸起弯曲部为辊面全宽的20-35％。辊面的凸起弯曲中心部的两端与辊的侧部表面相连，该侧部表面基本为线性的并且从辊的中心部发散地定向。辊的侧部表面与轧制平面优选地形成40-60度的锐角。用于凸起弯曲辊的反作用工作辊在第二阶段优选为基本扁平的，辊面的宽度基本等于凸起弯曲辊的辊面。这样待轧材料在该阶段也能够朝着侧向区域延展。

在第三轧制阶段，凸起弯曲工作辊在辊面的全宽上基本是凸起弯曲的。用于凸起弯曲辊的反作用工作辊在该阶段优选为基本扁平的，并且辊面的宽度优选大于凸起弯曲辊的辊面。两工作辊在其中心点处仍然彼此最接近，所以，待轧材料将在该第三阶段中继续朝着侧向区域延展。

尽管上文已经描述了实施例，当获得了所期望宽度的带材时，所述的一个或多个轧制阶段还将集中在轧制带材的厚度上，这样两工作辊之间的轧制表面是平行的，并且两工作辊之间的间隙对于轧制表面的整个宽度基本相同。

参照下列附图将更详细地描述本发明，其中：

图1是本发明优选实施例的示意性侧视图；

图2是从方向2-2看的图1的实施例；

图3是从方向3-3看的图1的实施例；

图4是从方向4-4看的图1的实施例；

图5是从方向5-5看的图1的实施例；

图6是本发明另一优选实施例的示意性侧视图；

图7是从方向7-7看的图6的实施例；

图8是从方向8-8看的图6的实施例；

图9是从方向9-9看的图6的实施例；

图10是从方向10-10看的图6的实施例。

根据图1，用于带材的待加工材料首先在熔化炉12中熔化并将熔化材料引入铸池13内。将熔化材料以基本连续的方式穿过模具14向上基本垂直地拉引、并同步冷却铸件1用的熔化材料，从而铸造所述铸池13中的熔化材料。把以棒材形状成型的铸件1进一步引入第一轧制阶段2。

把铸造而成的待轧棒材1供入第一型材轧制阶段2，其中工作辊3成形为使该辊3在棒材1的中心部与该棒材1首次接触。辊3将棒材1分成图2所示的两个对称部分4。工作辊3成形为使辊3的轧制表面之间的距离从所述中心部向辊3的侧部增加。因此所述部分4具有朝着侧向延展的空间。

在第一型材轧制阶段2之后，将待轧材料1供至第二型材轧制阶段5，在该阶段中轧制效果仍集中在材料1的中心部，但现在是用于比第一型材轧制阶段2更宽的区域。第二型材轧制阶段5中的工作辊6成形为使辊6的轧制表面之间的距离在所述中心部是最短的，并且所述中心部的距离基本与第一型材轧制阶段2的工作辊3之间的距离相似。然而，工作辊6与待轧材料1机械接触的区域要更宽些。这样辊6越来越朝着所述部分4发生改变的侧向区域延展材料1，从而所述部分4的宽度将以材料1的厚度为代价而增加，但该部分4的厚度仍大于中心部的厚度。

将待轧材料1进一步输送至第三型材轧制阶段7，在该阶段中工作辊8之间的距离在轧制表面的中心部处基本与在前面的轧制阶段2和5中相同。工作辊8之间的距离朝着轧制表面的侧向区域增加，但工作辊8与材料1之间的接触至少为工作辊8的轧制表面的宽的80％。因为待轧材料1在侧向区域具有延展的空间，所以材料1的宽将会相应地增加。

在第三型材轧制阶段7之后，待轧材料1被压平得更多些从而使该材料1为图5所示的带材轧制阶段9作准备。在带材轧制阶段9中，工作辊10的轧制表面在其总宽度上彼此距离基本相同。于是，工作辊10的轧制表面与材料1之间产生的机械接触在带材11的全宽上。带材11的宽约为用于本发明的方法中的原始棒材1的直径的3倍。

在本发明的图6-10所示的其它优选实施例中，用于带材的待加工材料首先在熔化炉15中熔化并将该熔化材料引入铸池16中。将熔化材料以基本连续的方式水平穿过模具17拉引、并同步冷却铸件26用的熔化材料，从而铸造所述铸池16中的熔化材料。把以棒材形状成型的铸件26进一步引入第一轧制阶段23。

在第一型材轧制阶段23，工作辊21和22成形为使该辊21和22在棒材26的中心部与该棒材26首次接触。辊21和22将棒材26分成图7所示的两个对称部分32。第一轧制阶段23的辊21和22成形为使其中一根辊21的中心部的表面为凸起弯曲的，而另一根辊22为凹入弯曲的。在辊21中辊面24的凸起弯曲中心部为辊面24的全宽的5-20％。辊面24的这个凸起弯曲中心部的两端与辊21的侧部表面相连，所述侧部表面为凹入弯曲的并且从辊的中心部发散地定向。凹入弯曲辊22的凹入弯曲至少为辊面25的全宽的90％，该辊面25窄于或等于辊21的辊面24。根据辊21和22的形状，辊21和22在其中心点处仍然是彼此靠得最近。这样，待轧材料26的所述部分32能够朝着侧向区域延展。

在第二轧制阶段27，轧制效果仍集中在材料26的中心部，但现在是用于比第一型材轧制阶段23更宽的区域。辊28以与在第一轧制阶段23中的其中心部为凸起弯曲的辊21相应的方式设置，该辊28在其中心部仍然是凸起弯曲的，但该凸起弯曲中心部比在第一轧制阶段23中大。辊28的凸起弯曲中心部为辊面29全宽的25％。辊面29的凸起弯曲中心部的两端与辊28的侧部表面相连，该侧部表面基本为线性的并且从辊28的中心部发散地定向。辊28的侧部表面与轧制表面优选地形成至少为45度的锐角。凸起弯曲辊28用的反作用辊30在第二阶段优选地基本为扁平的，并且辊30的辊面31的宽度基本等于凸起弯曲辊28的辊面29。这样在该阶段中待轧材料26也能越来越朝着辊面29和31的侧向区域延展。于是待轧材料26的所述部分32将会改变，所述部分32的宽度将以材料26的厚度为代价而增加，但该部分32的厚度仍大于中心部的厚度。

在第三轧制阶段33，工作辊34和35成形为使轧制效果仍集中在材料26的中心部，并且该待轧材料26在侧向区域具有延伸空间。其中一根工作辊34以与在前面阶段中的辊21和28相应的方式相对于待轧材料26设置，该工作辊34在辊面36的全宽上基本为凸起弯曲的。凸起弯曲辊34用的反作用辊35在该阶段中优选地为基本扁平的，并且辊面37的宽度优选地大于凸起弯曲辊34的辊面36。两工作辊34和35在其中心点仍然彼此靠得最近，所以，待轧材料在该第三阶段33中将继续朝着侧向区域延展。

在第三型材轧制阶段33之后，待轧材料26被压平得多些从而使材料26为图10所示的带材轧制阶段38作准备。在带材轧制阶段38中，工作辊41和42的轧制表面39和40在其整个宽度上基本彼此距离相同。于是，工作辊41和42的轧制表面39和40与材料26之间产生的机械接触在整个带材43的宽度上。带材43的宽约为用于本发明的方法中的原始棒材26的直径的3倍。

Claims (11)

1.一种通过轧制由铸件制造金属带的方法，其中采用与带材轧制相结合的型材轧制技术，该方法包括：利用铸造技术首先铸造金属带材用的材料，从而制得中心部厚度大于侧部的铸造型材，并以基本连续的方式将该铸造型材引入轧制机内，其中在至少两个阶段的型材轧制过程中，将铸造型材分成两个对称部分并将其保持为两个相等部分，该相等部分在至少一个阶段的带材轧制过程中延展至待轧材料的侧向区域以形成目标压平型材，这样获得铸造型材的中心部尺寸与带材宽度之间的延展比率为大于2.8∶1。

2.根据权利要求1所述的方法，包括在基本垂直的方向上进行铸造。

3.根据权利要求1所述的方法，包括在基本水平的方向上进行铸造。

4.根据权利要求1所述的方法，包括在倾斜的方向上进行铸造。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，在每个轧制阶段将待轧棒材供入两工作辊之间的间隙内。

6.根据前面任一项权利要求所述的方法，包括在独立的轧制装置中实施用于型材轧制和带材轧制的轧制阶段。

7.根据前面任一项权利要求所述的方法，包括每个轧制阶段的工作辊中的轧制表面彼此对称。

8.根据前面任一项权利要求所述的方法，包括在每个型材轧制阶段中工作辊的轧制表面之间的最短距离基本相同。

9.根据前面任一项权利要求所述的方法，包括待轧材料与工作辊的轧制表面之间的机械接触区域在型材轧制过程中逐步地增加。

10.根据前面任一项权利要求所述的方法，包括工作辊的轧制表面的横截面至少是部分地弯曲。

11.根据权利要求10所述的方法，包括工作辊的轧制表面的横截面在其中心部是凸起弯曲的。

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