CN1803334A - 双辊连铸镁合金薄带浇铸装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属铸造领域，涉及一种双辊连铸镁合金薄带浇铸装置。铸辊的两个端面通过支撑结构支撑连接侧封板，挡板沿铸辊轴向放置在铸辊表面且与侧封板固定连接形成四周封闭的顶端高于铸辊顶端的矩形槽，该矩形槽用紧固装置加固，挡板下端与铸辊直接接触，其接触面为弧面；挡板的工作面面向两个铸辊间的辊缝，挡板工作面的背面连接有功能板，功能板的底面与铸辊紧密配合。本发明装置能大幅度提高熔池液面高度，易于实现潜入式浇注，大大减弱双辊连铸工艺中浇铸时熔体对熔池的冲击，熔池液面稳定，浇注工艺稳定，使熔池表面保护膜不与旋转的铸辊接触，提高铸带坯质量。
Description
技术领域
本发明属于金属铸造领域，特别涉及一种熔池液面稳定、熔池表面保护膜不与旋转的铸辊接触、铸带质量好的双辊连铸镁合金薄带浇铸装置。
背景技术
镁合金密度小、比强度高、导热导电性好；同时具有良好的阻尼减震和电磁屏蔽性能，可用于电子装置，如移动通信、手提电脑等的壳体结构件，可以代替塑料以满足产品的轻、薄、小型化，高集成度等要求，市场前景好。但由于镁合金六方晶系的晶体结构特征，使其加工工序长，成材率低，生产镁合金板材的传统工艺其成材率不超过40％。
采用双辊法工艺直接从合金液获得接近于最终板材尺寸，是多年来人们追求的目标。薄带坯近终形成型可大大缩短板材加工的生产流程，降低生产成本。其生产过程是：在双辊薄带铸造过程中，连续将熔融金属注入两辊表面和辊端侧封板所围成的区域形成熔池。金属液和铸辊接触后，铸辊使金属液体先冷却至凝固温度，随后产生过冷在辊表面上半部分开始凝固。随着铸辊的转动，两辊面凝固层逐渐长厚，并和铸辊一起向下移动，在两辊最小间隙附近完成全部凝固而形成薄带。
双辊法工艺可分为水平式和立式两种。水平双辊法生产铝合金板材已经成熟，在国内外已有大量的应用，这种工艺虽然容易控制，工艺流程简单，但存在以下的缺点：1.接触区短使凝固坯壳的形成需要较长的冷却时间；2.上下辊的冷却效果不一致，冷凝区上下表面液膜的表面形态不一致，导致铸带上下表面质量以及内部组织不均匀。因此，有生产效率低，镁合金薄带坯的冷却速度较慢的缺点。立式双辊法铸速较快，相对于水平式工艺可提高一个数量级，凝固冷速较大，组织均匀性较好，可浇薄带厚度更小，具有更大的发展潜力。
立式双辊法连铸薄带的关键技术之一是浇注时的布流技术，即如何将合金液引入由两个铸辊和侧封板构成的熔池，并保持熔池液面的稳定性及熔池流场及温度场的均匀性，它直接关系到浇注过程熔池中金属熔体的稳定性以及铸带坯的质量。然而对镁合金而言，由于其化学性质活泼，极易氧化，甚至燃烧，必须采用专用的设备或措施来防止镁合金熔体的氧化。
图1为常规双辊连铸示意图。冶炼好的合金溶液通过中间包7及浇口11，将合金液注入两个铸辊1之间形成熔池8，经过铸辊的连续冷却凝固而形成薄带。然而采用该装置浇注镁合金时会产生以下工艺问题：1.镁合金液的氧化问题。如前所述，镁合金化学性质活泼，极易氧化与燃烧，镁合金熔液从浇口铸入熔池后，此时镁合金的温度还很高，若与空气直接接触一定会发生氧化甚至发生燃烧(镁的熔点660℃，在450℃以上容易燃烧)。必须采取相应的保护措施。常用的镁合金溶液的保护方法主要有：覆盖剂保护和气体保护形成保护气(剂)覆盖层9，即在熔池表面形成一层保护膜，来抑制保护膜下的镁合金液继续氧化。但是采用常规双辊连铸的结构，使熔池表面保护膜直接与旋转的结晶辊接触。参见图4(a)，随着铸辊的转动，熔池表面保护膜容易带入凝固区形成夹渣，影响铸带质量；2.采用常规双辊连铸的方法浇注时，对熔池液面的稳定性要求极高，熔池液面的微小波动会影响连铸时金属铸带的初始凝固，而影响铸带的质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种双辊连铸镁合金薄带浇铸装置。它能大幅度提高熔池液面高度，易于实现潜入式浇注，大大减弱双辊连铸工艺中浇铸时熔体对熔池的冲击，熔池液面稳定，浇注工艺稳定，使熔池表面保护膜不与旋转的铸辊接触，提高铸带坯质量。
本发明的技术方案是这样实现的：
两个并列的铸辊的两端面分别通过支撑结构连接侧封板，挡板与侧封板粘结形成四周封闭的矩形槽作为熔池。熔池用紧固装置加固，其紧固装置是将两个螺栓分别穿过矩形槽外侧的夹板的两端用螺母紧固。挡板下端与铸辊直接紧密接触，其接触面为弧面。
挡板沿铸辊轴向放置在铸辊表面，挡板和侧封板的顶端高于铸辊的顶端，侧封板的高度大于铸辊的半径，挡板的工作面为光滑或带有纹路。
挡板的工作面面向两个铸辊间的辊缝，挡板工作面的背面连接有功能板，功能板的底面与铸辊紧密配合。当浇铸过程正常时，该功能板主要起润滑作用。当浇铸过程出现异常，导致镁合金液从挡板与铸辊之间的缝隙渗出时，功能板可以使镁合金液迅速凝固，从而防止镁合金液的进一步渗出。功能板采用不与镁合金液反应、具有一定润滑作用、导热能力强的材料，同时，还可起到润滑铸辊的作用。功能板采用石墨或氮化硼材料。
本发明的积极效果：
1.本发明装置将浇注时熔池高度提高到铸辊顶端之上，提高了金属熔体在浇铸时的熔池液面，避免熔池液面保护膜与旋转的铸辊直接接触(参见图4(b))，大大减弱了浇铸过程中熔体流股对熔池的冲击，同时还避免了熔体冲击熔池导致的熔池液面波动和夹渣的形成，有利于金属铸带的初始凝固。
2.熔池高度将对初始凝固点和凝固前沿产生一定的静液压力，减弱了凝固前沿处熔体的有害扰动，有利于凝固前沿的稳定。
3.本发明装置打破了传统双辊连铸中熔池液面与初始凝固点之间的关联性，有效地保证了初始凝固点位置以及凝固前沿的稳定性，提高铸带坯质量。
4.提高熔池液面高度，可采用潜入式浇铸，通过控制潜入式浇铸水口的潜入深度，控制熔池内流场及温度场的均匀性。
下面结合实施例对本发明的有益效果作进一步说明。
附图说明
图1为常规的镁合金双辊连铸过程示意图；
图2为本发明的结构简图；
图3为图2的俯视图；
图4a为常规的镁合金双辊连铸熔池表面保护膜示意图；
图4b为本发明结构镁合金双辊连铸熔池表面保护膜示意图；
图5a为常规的AZ31B镁合金铸锭金相组织图；
图5b为采用本发明装置用立式双辊连铸工艺制备的AZ31B镁合金薄带的金相组织图。
图中1为铸辊，2为侧封板，3为挡板，4为功能板，5为紧固装置；6为合金液；7为中间包；8为熔池；9为保护气(剂)覆盖层；10为铸带；11为浇口。
具体实施方式
参见图2和图3。采用通常的侧封板结构。侧封板2通过支撑结构支撑在铸辊的端面旁，侧封板的工作面与铸辊端面相对并平行，侧封板的工作面与铸辊的端面紧密接触；侧封板的工作面上设置有纹路。挡板3沿铸辊1轴向放置在铸辊表面，挡板与铸辊直接接触，其接触面为弧面。挡板3与侧封板2粘结形成四周封闭的矩形槽作为熔池。熔池用紧固装置5加固，其紧固程度可通过镙杆进行调节，挡板顶端与侧封板顶端高度一致。挡板与铸辊接触的一端在安装前磨削为弧面，该弧面的曲率半径与铸辊的半径相同，使之能与铸辊表面更好的紧密配合。
熔池高于铸辊的顶端，侧封板的高度大于铸辊的半径。挡板和侧封板的材料选择对镁合金熔体化学稳定的、具有一定保温性能、对铸辊具有良好的润滑作用的耐火材料。本发明采用重庆石棉制品厂生产的石棉水泥板。
挡板的工作面面向两个铸辊间的辊缝，挡板工作面的背面连接有功能板4，功能板的底面与铸辊紧密配合。功能板采用不与镁合金液反应、具有一定润滑作用、导热能力强的材料，同时，还可起到润滑铸辊的作用。本发明的功能板采用石墨或氮化硼。
在浇注前将侧封板及挡板区域加热，以提高挡板及侧封板的温度，防止合金液6在挡板及侧封板发生凝固。该加热装置与连铸工艺通常的侧封系统的加热装置和方法相同，可以采用电阻加热、感应加热、火焰加热等，加热温度与浇注的合金液的温度基本保持相同。
根据不同镁合金熔体的凝固区间，可调节侧封板的宽度、两挡板之间的距离，控制镁合金液与铸辊接触的凝固区大小。如：当镁合金熔体的凝固区间在60～130℃范围时，将两挡板的距离增大到0.6～0.8倍铸辊半径；当镁合金熔体的凝固区间在20～60℃范围时，可将两挡板的距离减小到0.4～0.6倍铸辊半径。
挡板的工作面为光滑或带有纹路，带有纹路时可以减少熔池液面因加入熔体时产生的波动。
采用本发明装置浇注镁合金液体时，用潜入式浇铸效果良好。为了防止熔体液面氧化燃烧，浇铸过程中熔体的保护可以采用气体如用CO2+SF6或氩气保护，或采用覆盖剂保护。由于浇口11低于熔池液面，因此熔池液面稳定，熔池内温度分布均匀，整个浇注过程中熔池液面保护层9不与旋转的铸辊接触(参见图4(b))，熔体流股对熔池的冲击小，熔池液面波动小。通过实验10例，未发生镁合金液的渗漏。浇铸过程顺利，可得到成形好、组织晶粒细小、表面质量良好的镁合金铸带10。
参见图5。比较图5a和图5b，可以看到采用本发明装置用立式双辊连铸工艺铸制的AZ31B镁合金薄带的组织细小，晶粒大小约为传统方法制备的铸锭的晶粒大小的22％。
Claims (6)
1.一种镁合金薄带连铸浇铸装置，两个并列的铸辊的两端面分别通过支撑结构连接侧封板，其特征在于：挡板沿铸辊轴向放置在铸辊表面且与侧封板固定连接形成四周封闭的顶端高于铸辊顶端的矩形槽，该矩形槽用紧固装置加固，挡板下端与铸辊直接接触，其接触面为弧面；挡板的工作面面向两个铸辊间的辊缝，挡板工作面的背面连接有功能板，功能板的底面与铸辊紧密配合。
2.根据权利要求1所述的镁合金薄带连铸浇铸装置，其特征在于：挡板与铸辊接触的弧面曲率半径与铸辊半径相同。
3.根据权利要求1所述的镁合金薄带连铸浇铸装置，其特征在于：侧封板的高度大于铸辊的半径。
4.根据权利要求1所述的镁合金薄带连铸浇铸装置，其特征在于：挡板与侧封板为粘结连接。
5.根据权利要求1所述的镁合金薄带连铸浇铸装置，其特征在于：功能板采用石墨或氮化硼材料。
6.根据权利要求1所述的镁合金薄带连铸浇铸装置，其特征在于：挡板的工作面为光滑或带有纹路。
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