一种中高强度铝合金板带材的铸轧方法

摘要

一种中高强度铝合金板带材的铸轧方法，其步骤为：冶炼铝合金熔体；将铝合金熔体用铸轧机铸轧，要求铸轧机的铸轧嘴子和铸轧辊互相接触，处于磨合状态，同时润滑装置与铸轧辊互相接触并处于磨合状态，将铝合金熔体铸轧成中高强度铝合金板材或带材；其中铸轧区长度至少70mm，铸轧速度为1～1.6m/min。本发明的方法在现有设备条件的基础上能够获得表面质量好，性能符合要求的中高强度铝合金板材和带材，方案简单，易于实现工业化，本发明的方法具有良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种中高强度铝合金板带材的铸轧方法。

背景技术

目前许多铝合金板材或带材产品采用的坯料是热轧法生产的，但热轧法工序多、项目投资大、生产成本高，收效慢等特点，从经济角度考虑，适合采用铸轧法生产5052铝合金坯料。相关资料显示国外该项铸轧技术已成熟，但在国内铝合金铸轧技术的开发尚不多见，究其根源，主要是因为铝合金本身特性和铸轧机装备能力所决定的。铝合金固液相线温度区间宽，同时含Mg合金流动性差，凝固成型性能不好，在铸轧结晶过程中带坯的表面容易形成冷隔缺陷，表面质量无法过关；另外与铸轧机的装机水平有关，普通标型铸轧机辊径小Φ600～800mm，铸轧区短50～60mm，在这样的条件下无法成型铸轧。

发明内容

针对现有铝合金板材和带材在铸轧技术上的问题，本发明提供一种中高强度铝合金板带材的铸轧方法，目的在于采用现有的技术条件，通过调整铸轧设备，铸轧成合格的中高强度铝合金板带材。

本发明的方法的步骤为：

冶炼铝合金熔体；将铝合金熔体用铸轧机铸轧，要求铸轧机的铸轧嘴子和铸轧辊互相接触，处于磨合状态，同时润滑装置与铸轧辊互相接触并处于磨合状态，将铝合金熔体铸轧成中高强度铝合金板材或带材。

上述方法中铸轧区长度至少70mm，铸轧速度为1～1.6m/min。

上述的润滑装置包括石墨板、固定板，螺杆和螺母，石墨板的一端固定在固定板上，另一端与铸轧辊接触，螺母套在固定的螺杆上并且螺母的侧面压在石墨板的侧面，通过调整螺母在螺杆上的位置，使石墨板与铸轧辊处于接触状态。

上述的方法中铝合金熔体是按设定成分冶炼的5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金或7xxx系列铝合金熔体；所述的铝合金板材或带材为5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金或7xxx系列铝合金的板材或带材。

上述冶炼铝合金熔体的步骤包括配料、投料、熔化、精炼、扒渣、导炉和二次精炼。

本发明的原理在于：原有的铸轧机一般采用铸轧嘴子和铸轧辊之间设有间隙，因为常规的铸轧需要保证润滑效果，在铸轧过程中，冷隔是结晶器内的敞露液面与结晶器内壁接触部分未得到充分补充而提前凝固的结果。铸轧开始铝合金液注入铸轧辊所形成的结晶器内腔，从与铸轧辊辊面相接触的部分开始，就进行了从左至右，由表及里，连续的顺序凝固过程，宏观上在凝固的固相和未凝固的液相之间，形成连续的界面。

通常把结晶器内合金液面以下的液相部分称为液穴，在稳定的铸轧条件下，液穴的形状和深度相应不变。与铸坯冷隔直接相关的是与铸轧辊辊面接触的液穴部分，在铸轧辊面由于铸轧辊的激冷作用，合金液接触到铸轧辊外壁就开始凝固结壳，使得这一区域液穴深度很浅。合金液与铸轧辊面是不润湿的，因此，结晶器内壁区域附近的合金液面是凸弯月状，一般称为弯月面，但是由于重力的作用，在这区域，下表面的氧化膜弯月凸度远大于上表面的氧化膜凸度，呈现出不对称的形态，也正是重力作用使铝合金在铸轧生产时，上下表面出现冷隔现象明显不同；在这一区域，由于热导作用，合金液温度降低，再加上液面氧化膜的作用，因此表面张力就较大。表面张力作用的结果导致弯月面上存在一个指向液穴内部的法向力，由于重力的作用，导致弯月面的下表面存在一个指向液穴外部的重力，正是由逆于法向力的作用使得新注入弯月面附近的合金液在一定时间内仍处于弯月面氧化膜包围下。但由于新注入的合金液带入的热量以及逐步凝固的合金液释放的结晶潜热，使这一区域的温度升高，于是表面张力逐渐减小；再加上随着新的合金液不断注入，弯月面曲率逐渐变小，因而指向弯月面内的法向力的作用也随着减小；减到小于重力时，新注入的合金液于是克服法向力的作用，冲破弯月面氧化膜，浸过凝固外壳而进入弯月面外与铸轧辊面之间的空隙区；新注入的合金液冲破弯月面氧化膜后，外表面便立刻形成新的氧化膜，与铸轧辊面接触后，温度下降，随之而逐渐增大的表面张力使这股合金液不能完全充满空隙区。而且接触到铸轧辊辊面后，又形成新的弯月面，随着铸坯向前运动，凝固壳层逐渐向中心推移，前面的弯月面则凝固成型，形成铸坯表面的一道凸纹，新弯月面继续重复上述过程，这就完成了冷隔形成的一个周期。

由于新注入的合金液不能完全充满弯月面外与铸轧辊面之间的空隙区，两个弯月面之间就形成一个“V”型槽，这就是冷隔凸纹之间的凹沟，而两道凸纹在凹沟处的部分叠合(不是熔合)形成“V”型夹角，并延伸到铸坯表皮面。

新注入的合金液在冲破弯月面氧化膜时，将破损的氧化膜下部冲进“V”型槽内成为氧化夹渣，它使该区域内的合金易产生疏松，这就是冷隔的凹沟底处为什么往往伴随着夹渣疏松产生的缘故。破损的氧化膜上部就与新形成的氧化膜连成一片了，由于合金液内部存在的“能量起伏”和“温度起伏”、“压力起伏”(前箱液面高度起伏，再加上铸轧辊表面石墨润滑的差异以及轧辊表面各点的冷却温度不一等因素)，使得同时接触辊面的合金液却并不同时开始结晶凝固，并且同处于弯月面附近的不同地方的表面张力也不完全相等。因此在铸轧板坯的同一横截面上，不同地方的合金液弯月面与轧辊面的接触情况的同一道凸纹或凹沟的局部不连续现象。

鉴于嘴子与铸轧辊之间留有间隙会造成冷隔缺陷，所以消除嘴子与铸轧辊之间的间隙，即可消除冷隔缺陷；在铸轧中高强度铝合金时，能够获得表面质量良好的铝合金；同时通过提高铸轧速度，延长铸轧区的长度，在嘴子和轧辊无间隙的情况下能够顺利铸轧；传统铸轧方法中，嘴子在与轧辊接触时，嘴子会刮掉铸轧辊上的润滑剂，导致铝合金板带粘贴轧辊，使铸轧机无法完成铸轧，本发明采用固体石墨板与铸轧辊压靠接触的方法，在铸轧时使石墨润滑剂渗入铸轧辊深处，即使在嘴子接触铸轧辊的情况下，也不能将全部润滑剂刮掉，能够保证铸轧的顺利进行；传统的冶炼方法中，嘴子和铸轧辊之间的间隙能够保证铸轧辊表面润滑用的碳黑不受破坏，铝合金熔体在间隙附近已进入固液两相区，铝合金熔体不会从间隙中跑溢，但无法铸轧凝固区较宽的合金(例如5052铝合金)，而在本发明方法中，在嘴子与轧辊接触的条件下，通过延长铸轧区使凝固区较宽的铝合金熔体能够完成铸轧；另外由于铸轧区的延长，熔体与轧辊的接触面积增大，散热能力增加，所以熔体由液态转向固态的速度加快，因此需要通过提高铸轧速度保证合金的铸轧效果。

本发明的方法在现有设备条件的基础上能够获得表面质量好，性能符合要求的中高强度铝合金板材和带材，方案简单，易于实现工业化，本发明的方法具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中的铸轧装置结构示意图；

图2为本发明实施例中嘴子以及石墨板和铸轧辊在磨合状态时的工作原理图；

图中1、上铸轧辊，2、上润滑装置，3、铸轧板带，4、下润滑装置，5、下铸轧辊，6、铝合金熔体，7、坩埚炉，8、嘴子(中间包)，9、上固定板，10、上石墨板，11、上螺母，12、螺杆，13、下螺母，14、下石墨板，15、下固定板。

具体实施方式

本发明实施例中冶炼铝合金熔体的步骤包括配料、投料、熔化、精炼、扒渣、导炉和二次精炼；5xxx系铝合金为铝-镁合金，6xxx系铝合金为铝-镁-硅合金，7xxx系合金为铝-锌-镁-铜合金。

本发明实施例中采用的石墨板为普通工业产品。

本发明实施例1中选用的铸轧机型号为zz500，铸轧机轧辊直径500mm×500mm。

实施例1

铸轧辊、嘴子和石墨板连接关系如图1所示，嘴子8分别与上铸轧辊1和下铸轧辊5接触，上铸轧辊1与上润滑装置2装配在一起，下铸轧辊5与下润滑装置4装配在一起，铸轧时从坩埚炉7内倒出铝合金熔体6，通过嘴子8进入铸轧区，被铸轧成铸轧板带3。

上下润滑装置与铸轧辊的装配的方法如图2所示，上润滑装置2和下润滑装置4共同使用一个螺杆12，螺杆12上套有上螺母11和下螺母13，上螺母11压在上石墨板10的下方，下螺母13压在下石墨板14的上方，上石墨板10的右端与上铸轧辊1接触，下石墨板14的右端与下铸轧辊5接触，调节上下螺母在螺杆上的位置能够分别使上下石墨板压在上下铸轧辊上；同时上石墨板10的左端固定在上固定板9上，下石墨板14的左端固定在下固定板15上，其中铸轧区长度为70mm。

上述装置中螺杆及上下固定板均固定在铸轧机的机架上；上石墨板10、上固定板9、上螺母11和螺杆12构成上润滑装置2，下石墨板14、下固定板15、下螺母13和螺杆12构成下润滑装置4。

冶炼5052铝合金熔体，置于坩埚炉中；采用上述装置，将坩埚炉中的铝合金熔体倒入嘴子中并用铸轧机铸轧，要求铸轧机的铸轧嘴子和铸轧辊互相接触，处于磨合状态，同时铸轧辊与石墨板互相接触并处于磨合状态，将铝合金熔体铸轧成中高强度铝合金板材或带材；铸轧速度为1m/min。

该铝合金板材表面平滑，无沟纹等不连续现象，各项性能符合国家标准。

实施例2

铸轧采用的装置结构同实施例1，不同点在于铸轧区长度75mm。

冶炼6055铝合金熔体，将铝合金熔体用铸轧机铸轧，铸轧方法同实施例1，不同点在于铸轧速度为1.1～1.2m/min，获得铝合金板材。

该铝合金板材表面平滑，无沟纹等不连续现象，各项性能符合国家标准。

实施例3

铸轧采用的装置结构同实施例1，不同点在于铸轧区长度80mm。

冶炼7075铝合金熔体，将铝合金熔体用铸轧机铸轧，铸轧方法同实施例1，不同点在于铸轧速度为1.2～1.3m/min，获得铝合金板材。

该铝合金板材表面平滑，无沟纹等不连续现象，各项性能符合国家标准。

实施例4

铸轧采用的装置结构同实施例1，不同点在于铸轧区长度75mm。

冶炼7175铝合金熔体，将铝合金熔体用铸轧机铸轧，铸轧方法同实施例1，不同点在于铸轧速度为1.0～1.2m/min，获得铝合金板材。

该铝合金板材表面平滑，无沟纹等不连续现象，各项性能符合国家标准。