專利名稱：雙輥連鑄鎂合金薄帶澆鑄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬鑄造領(lǐng)域，特別涉及一種熔池液面穩(wěn)定、熔池表面保護(hù)膜不與旋轉(zhuǎn)的鑄輥接觸、鑄帶質(zhì)量好的雙輥連鑄鎂合金薄帶澆鑄裝置。
背景技術(shù)：
鎂合金密度小、比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好；同時具有良好的阻尼減震和電磁屏蔽性能，可用于電子裝置，如移動通信、手提電腦等的殼體結(jié)構(gòu)件，可以代替塑料以滿足產(chǎn)品的輕、薄、小型化，高集成度等要求，市場前景好。但由于鎂合金六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)特征，使其加工工序長，成材率低，生產(chǎn)鎂合金板材的傳統(tǒng)工藝其成材率不超過40％。
采用雙輥法工藝直接從合金液獲得接近于最終板材尺寸，是多年來人們追求的目標(biāo)。薄帶坯近終形成型可大大縮短板材加工的生產(chǎn)流程，降低生產(chǎn)成本。其生產(chǎn)過程是在雙輥薄帶鑄造過程中，連續(xù)將熔融金屬注入兩輥表面和輥端側(cè)封板所圍成的區(qū)域形成熔池。金屬液和鑄輥接觸后，鑄輥使金屬液體先冷卻至凝固溫度，隨后產(chǎn)生過冷在輥表面上半部分開始凝固。隨著鑄輥的轉(zhuǎn)動，兩輥面凝固層逐漸長厚，并和鑄輥一起向下移動，在兩輥?zhàn)钚￠g隙附近完成全部凝固而形成薄帶。
雙輥法工藝可分為水平式和立式兩種。水平雙輥法生產(chǎn)鋁合金板材已經(jīng)成熟，在國內(nèi)外已有大量的應(yīng)用，這種工藝雖然容易控制，工藝流程簡單，但存在以下的缺點(diǎn)1.接觸區(qū)短使凝固坯殼的形成需要較長的冷卻時間；2.上下輥的冷卻效果不一致，冷凝區(qū)上下表面液膜的表面形態(tài)不一致，導(dǎo)致鑄帶上下表面質(zhì)量以及內(nèi)部組織不均勻。因此，有生產(chǎn)效率低，鎂合金薄帶坯的冷卻速度較慢的缺點(diǎn)。立式雙輥法鑄速較快，相對于水平式工藝可提高一個數(shù)量級，凝固冷速較大，組織均勻性較好，可澆薄帶厚度更小，具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?br> 立式雙輥法連鑄薄帶的關(guān)鍵技術(shù)之一是澆注時的布流技術(shù)，即如何將合金液引入由兩個鑄輥和側(cè)封板構(gòu)成的熔池，并保持熔池液面的穩(wěn)定性及熔池流場及溫度場的均勻性，它直接關(guān)系到澆注過程熔池中金屬熔體的穩(wěn)定性以及鑄帶坯的質(zhì)量。然而對鎂合金而言，由于其化學(xué)性質(zhì)活潑，極易氧化，甚至燃燒，必須采用專用的設(shè)備或措施來防止鎂合金熔體的氧化。
圖1為常規(guī)雙輥連鑄示意圖。冶煉好的合金溶液通過中間包7及澆口11，將合金液注入兩個鑄輥1之間形成熔池8，經(jīng)過鑄輥的連續(xù)冷卻凝固而形成薄帶。然而采用該裝置澆注鎂合金時會產(chǎn)生以下工藝問題1.鎂合金液的氧化問題。如前所述，鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，極易氧化與燃燒，鎂合金熔液從澆口鑄入熔池后，此時鎂合金的溫度還很高，若與空氣直接接觸一定會發(fā)生氧化甚至發(fā)生燃燒(鎂的熔點(diǎn)660℃，在450℃以上容易燃燒)。必須采取相應(yīng)的保護(hù)措施。常用的鎂合金溶液的保護(hù)方法主要有覆蓋劑保護(hù)和氣體保護(hù)形成保護(hù)氣(劑)覆蓋層9，即在熔池表面形成一層保護(hù)膜，來抑制保護(hù)膜下的鎂合金液繼續(xù)氧化。但是采用常規(guī)雙輥連鑄的結(jié)構(gòu)，使熔池表面保護(hù)膜直接與旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥接觸。參見圖4(a)，隨著鑄輥的轉(zhuǎn)動，熔池表面保護(hù)膜容易帶入凝固區(qū)形成夾渣，影響鑄帶質(zhì)量；2.采用常規(guī)雙輥連鑄的方法澆注時，對熔池液面的穩(wěn)定性要求極高，熔池液面的微小波動會影響連鑄時金屬鑄帶的初始凝固，而影響鑄帶的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙輥連鑄鎂合金薄帶澆鑄裝置。它能大幅度提高熔池液面高度，易于實(shí)現(xiàn)潛入式澆注，大大減弱雙輥連鑄工藝中澆鑄時熔體對熔池的沖擊，熔池液面穩(wěn)定，澆注工藝穩(wěn)定，使熔池表面保護(hù)膜不與旋轉(zhuǎn)的鑄輥接觸，提高鑄帶坯質(zhì)量。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的兩個并列的鑄輥的兩端面分別通過支撐結(jié)構(gòu)連接側(cè)封板，擋板與側(cè)封板粘結(jié)形成四周封閉的矩形槽作為熔池。熔池用緊固裝置加固，其緊固裝置是將兩個螺栓分別穿過矩形槽外側(cè)的夾板的兩端用螺母緊固。擋板下端與鑄輥直接緊密接觸，其接觸面為弧面。
擋板沿鑄輥軸向放置在鑄輥表面，擋板和側(cè)封板的頂端高于鑄輥的頂端，側(cè)封板的高度大于鑄輥的半徑，擋板的工作面為光滑或帶有紋路。
擋板的工作面面向兩個鑄輥間的輥縫，擋板工作面的背面連接有功能板，功能板的底面與鑄輥緊密配合。當(dāng)澆鑄過程正常時，該功能板主要起潤滑作用。當(dāng)澆鑄過程出現(xiàn)異常，導(dǎo)致鎂合金液從擋板與鑄輥之間的縫隙滲出時，功能板可以使鎂合金液迅速凝固，從而防止鎂合金液的進(jìn)一步滲出。功能板采用不與鎂合金液反應(yīng)、具有一定潤滑作用、導(dǎo)熱能力強(qiáng)的材料，同時，還可起到潤滑鑄輥的作用。功能板采用石墨或氮化硼材料。
本發(fā)明的積極效果1.本發(fā)明裝置將澆注時熔池高度提高到鑄輥頂端之上，提高了金屬熔體在澆鑄時的熔池液面，避免熔池液面保護(hù)膜與旋轉(zhuǎn)的鑄輥直接接觸(參見圖4(b))，大大減弱了澆鑄過程中熔體流股對熔池的沖擊，同時還避免了熔體沖擊熔池導(dǎo)致的熔池液面波動和夾渣的形成，有利于金屬鑄帶的初始凝固。
2.熔池高度將對初始凝固點(diǎn)和凝固前沿產(chǎn)生一定的靜液壓力，減弱了凝固前沿處熔體的有害擾動，有利于凝固前沿的穩(wěn)定。
3.本發(fā)明裝置打破了傳統(tǒng)雙輥連鑄中熔池液面與初始凝固點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，有效地保證了初始凝固點(diǎn)位置以及凝固前沿的穩(wěn)定性，提高鑄帶坯質(zhì)量。
4.提高熔池液面高度，可采用潛入式澆鑄，通過控制潛入式澆鑄水口的潛入深度，控制熔池內(nèi)流場及溫度場的均勻性。
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的有益效果作進(jìn)一步說明。


圖1為常規(guī)的鎂合金雙輥連鑄過程示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖；圖3為圖2的俯視圖；圖4a為常規(guī)的鎂合金雙輥連鑄熔池表面保護(hù)膜示意圖；圖4b為本發(fā)明結(jié)構(gòu)鎂合金雙輥連鑄熔池表面保護(hù)膜示意圖；圖5a為常規(guī)的AZ31B鎂合金鑄錠金相組織圖；圖5b為采用本發(fā)明裝置用立式雙輥連鑄工藝制備的AZ31B鎂合金薄帶的金相組織圖。
圖中1為鑄輥，2為側(cè)封板，3為擋板，4為功能板，5為緊固裝置；6為合金液；7為中間包；8為熔池；9為保護(hù)氣(劑)覆蓋層；10為鑄帶；11為澆口。
具體實(shí)施例方式
參見圖2和圖3。采用通常的側(cè)封板結(jié)構(gòu)。側(cè)封板2通過支撐結(jié)構(gòu)支撐在鑄輥的端面旁，側(cè)封板的工作面與鑄輥端面相對并平行，側(cè)封板的工作面與鑄輥的端面緊密接觸；側(cè)封板的工作面上設(shè)置有紋路。擋板3沿鑄輥1軸向放置在鑄輥表面，擋板與鑄輥直接接觸，其接觸面為弧面。擋板3與側(cè)封板2粘結(jié)形成四周封閉的矩形槽作為熔池。熔池用緊固裝置5加固，其緊固程度可通過鏍桿進(jìn)行調(diào)節(jié)，擋板頂端與側(cè)封板頂端高度一致。擋板與鑄輥接觸的一端在安裝前磨削為弧面，該弧面的曲率半徑與鑄輥的半徑相同，使之能與鑄輥表面更好的緊密配合。
熔池高于鑄輥的頂端，側(cè)封板的高度大于鑄輥的半徑。擋板和側(cè)封板的材料選擇對鎂合金熔體化學(xué)穩(wěn)定的、具有一定保溫性能、對鑄輥具有良好的潤滑作用的耐火材料。本發(fā)明采用重慶石棉制品廠生產(chǎn)的石棉水泥板。
擋板的工作面面向兩個鑄輥間的輥縫，擋板工作面的背面連接有功能板4，功能板的底面與鑄輥緊密配合。功能板采用不與鎂合金液反應(yīng)、具有一定潤滑作用、導(dǎo)熱能力強(qiáng)的材料，同時，還可起到潤滑鑄輥的作用。本發(fā)明的功能板采用石墨或氮化硼。
在澆注前將側(cè)封板及擋板區(qū)域加熱，以提高擋板及側(cè)封板的溫度，防止合金液6在擋板及側(cè)封板發(fā)生凝固。該加熱裝置與連鑄工藝通常的側(cè)封系統(tǒng)的加熱裝置和方法相同，可以采用電阻加熱、感應(yīng)加熱、火焰加熱等，加熱溫度與澆注的合金液的溫度基本保持相同。
根據(jù)不同鎂合金熔體的凝固區(qū)間，可調(diào)節(jié)側(cè)封板的寬度、兩擋板之間的距離，控制鎂合金液與鑄輥接觸的凝固區(qū)大小。如當(dāng)鎂合金熔體的凝固區(qū)間在60～130℃范圍時，將兩擋板的距離增大到0.6～0.8倍鑄輥半徑；當(dāng)鎂合金熔體的凝固區(qū)間在20～60℃范圍時，可將兩擋板的距離減小到0.4～0.6倍鑄輥半徑。
擋板的工作面為光滑或帶有紋路，帶有紋路時可以減少熔池液面因加入熔體時產(chǎn)生的波動。
采用本發(fā)明裝置澆注鎂合金液體時，用潛入式澆鑄效果良好。為了防止熔體液面氧化燃燒，澆鑄過程中熔體的保護(hù)可以采用氣體如用CO2+SF6或氬氣保護(hù)，或采用覆蓋劑保護(hù)。由于澆口11低于熔池液面，因此熔池液面穩(wěn)定，熔池內(nèi)溫度分布均勻，整個澆注過程中熔池液面保護(hù)層9不與旋轉(zhuǎn)的鑄輥接觸(參見圖4(b))，熔體流股對熔池的沖擊小，熔池液面波動小。通過實(shí)驗(yàn)10例，未發(fā)生鎂合金液的滲漏。澆鑄過程順利，可得到成形好、組織晶粒細(xì)小、表面質(zhì)量良好的鎂合金鑄帶10。
參見圖5。比較圖5a和圖5b，可以看到采用本發(fā)明裝置用立式雙輥連鑄工藝鑄制的AZ31B鎂合金薄帶的組織細(xì)小，晶粒大小約為傳統(tǒng)方法制備的鑄錠的晶粒大小的22％。
權(quán)利要求
1.一種鎂合金薄帶連鑄澆鑄裝置，兩個并列的鑄輥的兩端面分別通過支撐結(jié)構(gòu)連接側(cè)封板，其特征在于擋板沿鑄輥軸向放置在鑄輥表面且與側(cè)封板固定連接形成四周封閉的頂端高于鑄輥頂端的矩形槽，該矩形槽用緊固裝置加固，擋板下端與鑄輥直接接觸，其接觸面為弧面；擋板的工作面面向兩個鑄輥間的輥縫，擋板工作面的背面連接有功能板，功能板的底面與鑄輥緊密配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金薄帶連鑄澆鑄裝置，其特征在于擋板與鑄輥接觸的弧面曲率半徑與鑄輥半徑相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金薄帶連鑄澆鑄裝置，其特征在于側(cè)封板的高度大于鑄輥的半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金薄帶連鑄澆鑄裝置，其特征在于擋板與側(cè)封板為粘結(jié)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金薄帶連鑄澆鑄裝置，其特征在于功能板采用石墨或氮化硼材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂合金薄帶連鑄澆鑄裝置，其特征在于擋板的工作面為光滑或帶有紋路。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬鑄造領(lǐng)域，涉及一種雙輥連鑄鎂合金薄帶澆鑄裝置。鑄輥的兩個端面通過支撐結(jié)構(gòu)支撐連接側(cè)封板，擋板沿鑄輥軸向放置在鑄輥表面且與側(cè)封板固定連接形成四周封閉的頂端高于鑄輥頂端的矩形槽，該矩形槽用緊固裝置加固，擋板下端與鑄輥直接接觸，其接觸面為弧面；擋板的工作面面向兩個鑄輥間的輥縫，擋板工作面的背面連接有功能板，功能板的底面與鑄輥緊密配合。本發(fā)明裝置能大幅度提高熔池液面高度，易于實(shí)現(xiàn)潛入式澆注，大大減弱雙輥連鑄工藝中澆鑄時熔體對熔池的沖擊，熔池液面穩(wěn)定，澆注工藝穩(wěn)定，使熔池表面保護(hù)膜不與旋轉(zhuǎn)的鑄輥接觸，提高鑄帶坯質(zhì)量。
文檔編號B22D11/06GK1803334SQ200510057419
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者丁培道, 楊春楣, 蔣斌, 王健, 戴永剛 申請人:重慶大學(xué)