CN208495739U - 一种制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于金属材料的复合轧制领域，具体涉及一种制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置。其是为了生产出全包覆式双金属复合板，实现固‑液相柔性复合。该装置包括位于上部的S辊系统、位于中部的铸轧辊系统及中间包浇注系统、位于底部的卷取机；还包括辅助辊系统。所述卷取机位于装置出口处，用来对成品复合板进行卷曲收纳。

Description

一种制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置

技术领域

本实用新型属于金属材料的复合轧制领域，具体涉及一种制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置。

背景技术

随着现代科技的发展，金属材料的使用要求不再局限于单一的机械性能，而是要求金属材料在多场甚至是极端服役条件下，兼具结构和功能的综合特性。双金属复合板是将物理、化学性能各异的两种金属通过适当工艺复合而成的一种层状复合材料，通过发挥各自的性能优势，实现单一金属板无法达到的综合性能，节约贵重金属材料。选择不同金属层的抗腐蚀、抗磨损、抗冲击、韧性、强度、热传导性、电磁性能、热膨胀等特性，可制备出具有多种优异性能的复合材料。目前，被试验可以复合的金属组合达百余种，其中，钢-铝复合板、钛-钢复合板、铜-铝复合板等多种复合产品已被广泛应用于建筑、航空航天、石油化工、交通运输、机械装置、电力和电子等领域，取得了显著的经济效益。

目前，双金属复合板的生产工艺总体上可分为固-固相复合、液-液相复合、液-固相复合三大类。传统的生产复合板方法为固-固相复合，如爆炸复合法和固-固轧制复合工艺法，此类方法生产的复合板界面结合性能较差，表面精度不高，不适用于连续化生产，而且爆炸复合法只能生产中厚板，且生产安全性不足，固-固轧制复合工艺法复合强度有限，还需要进行热扩散处理。液-液复合法如双流连铸法易造成界面层的过渡生长和烧蚀，复合材料界面结合强度差，尺寸受限。液-固相复合法通过双辊铸轧的方式使冷芯金属与熔融金属复合在一起，此种方法得到的复合板边界复合强度高，内部晶体组织细化程度高，利于减少显微偏析，改善复合板产品整体性能质量。

专利公开（公告）号CN107138529 A，提出一种双金属复合板带材固液振动铸轧设备及方法，其采用双辊铸轧的方式将熔融液态金属涂覆在冷板表面，但通过该专利的方法制备出的是两层金属复合板；专利公开（公告）号CN106001114 A，提出一种带夹层不锈钢复合板连续对称铸轧装置及方法，其采用将两种液相金属同时送入铸轧辊进行连续铸造的方式获得成品复合板，虽然通过这种方法可以得到三层金属复合板（如图2），但并没有实现外层金属对内部夹层金属的全包覆（如图3），而且此方法采用的是液-液相复合法，易造成界面层的过渡生长和烧蚀。专利公开（公告）号CN105290352 A，提出一种生产网状增强夹层复合材料的固液铸轧复合设备及方法，该方法通过固液铸轧的方式在两液态金属夹层中添加固态网状材料以增强复合板材的强度，硬度及电磁屏蔽性，虽然通过这种方法仍可得到三层复合板（如图2），但同样没有实现外层金属对内部夹层的全包覆效果（如图3），这种复合材料无法应用于某些特殊工况中。

发明内容

本实用新型就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置，其是为了生产出全包覆式双金属复合板，实现固-液相柔性复合。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置，包括位于上部的S辊系统、位于中部的铸轧辊系统及中间包浇注系统、位于底部的卷取机；还包括辅助辊系统。

所述S辊系统由两个电机驱动的张力辊组成，设置在装置入口处，通过调节两个电机扭矩分配比来对冷芯板A施加一定的张紧力来保证板面的板型平直度，避免板面弯曲、褶皱的产生。

所述铸轧辊系统包括两个水平对称布置的铸轧辊和以所述两个铸轧辊辊缝中轴为中心紧贴在双辊两侧的侧封板，所述铸轧辊与侧封板围成熔池，铸轧辊内部通循环冷却水。

所述中间包浇注系统包括通过支架对称固定在铸轧辊系统上方两侧的两个盛放熔融金属B的中间包以及向所述铸轧辊与侧封板围成的熔池中浇注熔融金属B的导流管；导流管有两个，一导流管与一中间包相连，另一导流管与另一中间包相连；导流管的一端与中间包相连通，导流管的另一端伸入熔池内。

所述辅助辊系统包括设置于S辊系统下方的一对入口导向辊和一对入口对中辊，以及安装在所述铸轧辊系统下方的一对出口对中辊和一对出口导向辊；其中，导向辊与对中辊均是被动辊，4个导向辊辊面紧贴板带上下表面，起到引导钢板走向的作用，4个对中辊辊面紧贴钢板侧面设置，具有限位及避免带钢跑偏的作用。

所述卷取机位于装置出口处，用来对成品复合板进行卷曲收纳。

作为本实用新型的一种优选方案，所述入口导向辊位于入口对中辊上方，且入口对中辊位于铸轧辊系统上方；入口导向辊与入口对中辊的轴线相垂直；所述出口对中辊位于出口导向辊上方，且出口对中辊位于铸轧辊系统下方，出口对中辊位于卷取机前方；出口导向辊与出口对中辊的轴线相垂直。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述冷芯板A宽度需小于所述两个侧封板间距离，冷芯板A侧面的熔融金属B包覆厚度由冷芯板A的初始宽度来调节，所述成品复合板的厚度由两铸轧辊的辊缝间距来调节，所述冷芯板A的宽度和层厚比以及最终复合板的厚度的确定需要根据实际生产需要而定。

作为本实用新型的另一种优选方案，铸轧辊上方两侧对称布置的两个中间包浇注系统，用来提高浇注速度并且可以使注入熔池中的熔融金属B更加均匀，减少熔池中自由面波动。

作为本实用新型的另一种优选方案，入口S辊系统由两个电机驱动的张力辊组成，所述冷芯板A沿S型依次绕在两根张力辊上，通过调节张力辊驱动电机扭矩的分配比来建立冷芯板A的初始张紧力，装置运转初期的初始张紧力可以很好的保证冷芯板A的板型平直度，避免板面弯曲、褶皱的产生，有效减小轧制力波动，实现更优的固-液界面复合效果。

作为本实用新型的另一种优选方案，对中辊对冷芯板A起到限位作用，避免其在设备生产中发生跑偏事故。

作为本实用新型的另一种优选方案，初始时刻，通过入口导向辊及出口导向辊的同步水平横移，可以调节冷芯板A上下表面包覆厚度，实现所述冷芯板A上下表面一边薄一边厚的不对称式包覆效果。

作为本实用新型的另一种优选方案，初始时刻，通过入口对中辊及出口对中辊的同步径向平移，可以调节冷芯板A两个侧面的表面包覆厚度，实现所述冷芯板A两侧面一边薄一边厚的不对称式包覆效果。

制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的方法，包括如下步骤。

步骤1，设定两个铸轧辊间的辊缝宽度，确定成品复合板厚度。

步骤2，选取常温金属A作为冷芯板材料，金属B作为可涂覆熔融金属材料，根据生产需要确定所需冷芯板A的厚度和宽度，并将其表面进行清洗除鳞。

步骤3，利用入口处S辊系统，将冷芯板A沿铸轧方向依次穿过入口导向辊、入口对中辊、铸轧辊辊缝，并经由所述铸轧辊引带入铸轧辊下方的出口对中辊与出口导向辊中，最后将冷芯板A缠绕固定在出口卷取机上。

步骤4，调节铸轧辊转速，使得两个铸轧辊进入空转等候状态。

步骤5，将金属B材料加热至熔融态后存放在所述中间包中，通过导流管同时注入到铸轧辊、侧封板围成的熔池中，匹配好所述张力辊、铸轧辊以及卷曲机的速度，使熔融金属B均匀连续地包裹涂覆在匀速运行状态下的冷芯板A的表面，形成固液复合板，实现了双金属全包覆式冷芯复合板的成型。

步骤6，成品复合板最终被卷取机收纳卷曲。

与现有技术相比本实用新型有益效果。

本实用新型采用双辊铸轧方式制备出的双金属冷芯复合板，其外面熔融金属层可以实现对内部冷芯板四周的全包覆式固-液相复合，参见如图3。

本实用新型采用的S辊张力辊组系统是一套更加完善的建立板带张力的方式，并且通过张力辊电机扭矩的分配可以实现对张力的调控，保证板型平直度，避免板面弯曲、褶皱的产生，有效减小轧制力波动，实现更优的固-液界面复合效果。

本实用新型通过对入口与出口的导向辊及对中辊的位置调节，可以实现复合板材内部冷芯板的层厚不对称式包覆效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本实用新型结构示意图。

图2是现有技术制备的双金属三层复合板。

图3是本实用新型制备的双金属全包覆式冷芯复合板。

具体实施方式

如图1、3所示，本实用新型实施例的一种制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置，包括：铸轧辊系统、中间包浇注系统、S辊系统、辅助辊系统及卷取机。铸轧辊系统包括两个水平对称布置的铸轧辊1、2和以两个铸轧辊辊缝中轴为中心紧贴在双辊两侧的侧封板3、4，铸轧辊内部通循环冷却水。

中间包浇注系统包括通过支架对称固定在铸轧辊系统上方两侧的两个盛放熔融金属B的中间包5、6以及向铸轧辊与侧封板围成的熔池中浇注熔融金属B的耐高温导流管7、8。

S辊系统由两个电机驱动的张力辊13与张力辊14组成，布置在装置入口处，通过调节两个电机扭矩分配比来给冷芯板A施加一定的张紧力。

辅助辊系统包括布置于S辊系统后面的一对入口导向辊11、12和一对入口对中辊9、10，以及安装在所述铸轧辊系统下方的一对出口对中辊15、16和一对出口导向辊17、18，所述导向辊与对中辊均是被动辊，且均水平安装，导向辊辊面紧贴板带上下表面，起到引导钢板走向的作用，对中辊辊面紧贴钢板侧面布置，具有限位及避免带钢跑偏的作用。

卷取机19位于装置出口处，用来对成品复合板进行卷曲收纳。

优选地，所述入口导向辊位于入口对中辊上方，且入口对中辊位于铸轧辊系统上方；入口导向辊与入口对中辊的轴线相垂直；所述出口对中辊位于出口导向辊上方，且出口对中辊位于铸轧辊系统下方，出口对中辊位于卷取机前方；出口导向辊与出口对中辊的轴线相垂直。

优选地，所述冷芯板A 20宽度需小于所述两个侧封板3、4间距离，冷芯板A 20侧面的熔融金属B包覆厚度由冷芯板A 20的初始宽度来调节，所述成品复合板21的厚度由两铸轧辊的辊缝间距来调节，所述冷芯板A 20的宽度和层厚比以及最终复合板的厚度的确定需要根据实际生产需要而定。

作为本实用新型的另一种优选方案，铸轧辊上方两侧对称布置的两个中间包浇注系统，用来提高浇注速度并且可以使注入熔池中的熔融金属B更加均匀，减少熔池中自由面波动。

优选地，入口S辊系统由两个电机驱动的张力辊13、14组成，所述冷芯板A 20沿S型依次绕在两根张力辊上，通过调节张力辊驱动电机扭矩的分配比来建立冷芯板A 20的初始张紧力，装置运转初期的初始张紧力可以很好的保证冷芯板A 20的板型平直度，避免板面弯曲、褶皱的产生，有效减小轧制力波动，实现更优的固-液界面复合效果。

优选地，对中辊9、10、15、16对冷芯板A 20起到限位作用，避免其在设备生产中发生跑偏事故。

优选地，设备初始时刻，通过入口导向辊11、12及出口导向辊17、18的同步水平横移，可以调节冷芯板A 20上下表面包覆厚度，实现所述冷芯板A 20上下表面一边薄一边厚的不对称式包覆效果。

优选地，初始时刻，通过入口对中辊9、10及出口对中辊15、16的同步径向平移，可以调节冷芯板A 20两个侧面的表面包覆厚度，实现所述冷芯板A 20两侧面一边薄一边厚的不对称式包覆效果。

区别于现有技术的图2，通过这种方法仍可得到三层复合板，中间层为冷芯板22，本实用新型采用双辊铸轧方式制备出的双金属冷芯复合板，其外面熔融金属层可以实现对内部冷芯板22四周的全包覆式固-液相复合，参见如图3。

本实用新型实施例的一种制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的方法，以生产钢-铝复合板为例，其中冷芯板A选用低碳钢，熔融金属B选用铝3004，包括以下步骤。

（1）确定复合板厚度为3mm，宽为600mm，因此设定两个铸轧辊间的辊缝宽度为3mm。

（2）选取含碳量0.06%低碳钢作为冷芯板材料，根据复合板尺寸，选取低碳钢钢板宽为580mm，厚为1mm，并将其表面进行清洗除鳞。

（3）利用入口处S辊系统，将低碳钢沿铸轧方向依次经过入口导向辊、入口对中辊、铸轧辊、出口对中辊以及出口导向辊，最终缠绕固定在出口卷取机上。

（4）调节铸轧辊转速，使得两个铸轧辊进入空转等候状态。

（5）由于铝3004液相线温度为649℃，将其加热至熔融态后以680℃存放在两个中间包中，通过两根导流管同时注入到铸轧辊与侧封板围成的熔池中，匹配好张力辊、铸轧辊以及卷曲机的速度，使熔融铝3004均匀连续地全包裹地涂覆在匀速运行状态下的低碳钢表面，形成固液复合板，实现了双金属全包覆式冷芯复合板的成型。

（6）制备的钢-铝复合板最终被卷取机收纳卷曲。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置，包括位于上部的S辊系统、位于中部的铸轧辊系统及中间包浇注系统、位于底部的卷取机；还包括辅助辊系统；其特征在于，所述S辊系统由两个电机驱动的张力辊组成，设置在装置入口处，通过调节两个电机扭矩分配比来对冷芯板A施加一定的张紧力来保证板面的板型平直度，避免板面弯曲、褶皱的产生；

所述铸轧辊系统包括两个水平对称布置的铸轧辊和以所述两个铸轧辊辊缝中轴为中心紧贴在双辊两侧的侧封板，所述铸轧辊与侧封板围成熔池，铸轧辊内部通循环冷却水；

所述中间包浇注系统包括通过支架对称固定在铸轧辊系统上方两侧的两个盛放熔融金属B的中间包以及向所述铸轧辊与侧封板围成的熔池中浇注熔融金属B的导流管；导流管有两个，一导流管与一中间包相连，另一导流管与另一中间包相连；导流管的一端与中间包相连通，导流管的另一端伸入熔池内；

所述辅助辊系统包括设置于S辊系统下方的一对入口导向辊和一对入口对中辊，以及安装在所述铸轧辊系统下方的一对出口对中辊和一对出口导向辊；其中，导向辊与对中辊均是被动辊，4个导向辊辊面紧贴板带上下表面，起到引导钢板走向的作用，4个对中辊辊面紧贴钢板侧面设置，具有限位及避免带钢跑偏的作用；

所述卷取机位于装置出口处，用来对成品复合板进行卷曲收纳。

2.根据权利要求1所述的制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置，其特征在于：所述入口导向辊位于入口对中辊上方，且入口对中辊位于铸轧辊系统上方；入口导向辊与入口对中辊的轴线相垂直；所述出口对中辊位于出口导向辊上方，且出口对中辊位于铸轧辊系统下方，出口对中辊位于卷取机前方；出口导向辊与出口对中辊的轴线相垂直。

3.根据权利要求1所述的制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置，其特征在于：铸轧辊上方两侧对称布置的两个中间包浇注系统。

4.根据权利要求1所述的制备双金属全包覆式冷芯复合板材料的装置，其特征在于：入口S辊系统由两个电机驱动的张力辊组成，所述冷芯板A沿S型依次绕在两根张力辊上。