一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法，由鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)、熔融態(tài)泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統(tǒng)和中心控制系統(tǒng)組成，在熔化坩堝室內(nèi)添加鋁或鋁合金并進行保溫熔化，在增粘坩堝室內(nèi)添加增粘劑并攪拌，增粘后的鋁熔體注入緩存坩堝室，保溫進行定時存儲，在并排布局的混合坩堝室內(nèi)添加發(fā)泡劑并高速攪拌，攪拌系統(tǒng)交替連續(xù)工作實現(xiàn)待發(fā)泡鋁熔體的連續(xù)供給，待發(fā)泡鋁熔體在發(fā)泡槽進行保溫發(fā)泡，熔融態(tài)泡沫鋁經(jīng)布流器垂直進入水冷雙輥咬合區(qū)域，進行接觸冷卻，在泡沫鋁自身重力和水冷雙輥牽引力下離開水冷雙輥咬合點并實現(xiàn)連續(xù)冷卻成形，最終由飛剪實現(xiàn)泡沫鋁板材的定尺切斷。
【專利說明】
一種泡沬鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及泡沫鋁生產(chǎn)制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及泡沫鋁板材連續(xù)工業(yè)化生產(chǎn)制備技術(shù)，屬于材料加工制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫鋁因其獨特的多孔結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)良的性能，如低密度、高比剛度、減震吸能、隔熱吸聲、電磁屏蔽等，因此泡沫鋁可用于軌道交通領(lǐng)域高速列車的車廂面板和軌道兩側(cè)的吸音板墻，航空航天領(lǐng)域中航天器的輕質(zhì)面板和返回艙的減震底座，軍事領(lǐng)域中裝甲車、戰(zhàn)機的沖擊防護結(jié)構(gòu)和電子屏蔽夾心層，建筑領(lǐng)域中公共場合的吸聲內(nèi)墻和裝飾材料。
[0003]目前商業(yè)化的泡沫鋁板材多采用熔體發(fā)泡法制備塊狀“面包鋁”然后進行切割成片的生產(chǎn)模式，其步驟包括:鋁熔體制備、鋁熔體增粘、發(fā)泡劑混合、保溫發(fā)泡、冷卻和切片成材等工序，專利CN1320710A改進了國外專利，降低了操作難度使泡沫鋁生產(chǎn)簡單可行，但該法屬于間歇操作，單爐次生產(chǎn)模式造成設(shè)備的使用率和生產(chǎn)效率低，同時切片工序會造成一部分孔泡的破壞，影響其綜合性能，由于泡沫鋁的熱導(dǎo)率低在大體積泡沫鋁冷卻過程中，容易產(chǎn)生中心裂紋和孔洞缺陷影響其成材率。
[0004]為實現(xiàn)泡沫鋁板材的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，美國專利US.par6984356B2提到了一種泡沫鋁連續(xù)制備方法，但該專利不能根據(jù)需求量對熔體進行在線增粘，專利CN102312117A提供了一種吹氣發(fā)泡連續(xù)生產(chǎn)閉孔泡沫鋁的方法和設(shè)備，但其制備的產(chǎn)品易受蓄液室液面的干擾且在泡沫鋁的提拉過程中易發(fā)生斷裂現(xiàn)象，專利CN102962413A提到了一種閉孔泡沫鋁的連續(xù)鑄造系統(tǒng)，該發(fā)明生產(chǎn)效率高可直接生產(chǎn)泡沫鋁板材，但該發(fā)明設(shè)備的設(shè)計、各環(huán)節(jié)工藝控制和各工序之間的匹配尚存有一些問題，暫沒有進行工業(yè)化生產(chǎn)實施，專利CN104589567A發(fā)明了一種采用螺桿推進和加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，但該專利仍存有以下問題，(I)熔體增粘和發(fā)泡劑混合兩道工序在同一加料室內(nèi)進行，不能實現(xiàn)鋁熔體的連續(xù)化制備，(2)螺桿推進結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易密封，工作過程中易產(chǎn)生物料倒流，(3)水平提取半固態(tài)泡沫鋁時易發(fā)生拉斷現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法，包括鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)、熔融態(tài)泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統(tǒng)和中心控制系統(tǒng)。鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)實現(xiàn)熔融態(tài)泡沫鋁的連續(xù)制備和供給;熔融態(tài)泡沫鋁水冷雙輥垂直成形可使泡沫鋁由熔融態(tài)冷卻凝固形成泡沫鋁板材，并由飛剪進行定尺切斷，中心控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)控制鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)和熔融態(tài)泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統(tǒng)，實現(xiàn)泡沫鋁板材水冷雙棍垂直連續(xù)成形過程中的全自動作業(yè)。
[0006]技術(shù)方案:一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法，由鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)、熔融態(tài)泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統(tǒng)和中心控制系統(tǒng)組成，包括以下步驟:
第一步、物料的熔化:向熔化坩禍?zhǔn)?I)內(nèi)添加鋁塊或鋁合金塊并進行保溫熔化，坩禍?zhǔn)覂?nèi)溫度由溫控單元調(diào)節(jié)控制，坩禍?zhǔn)覂?nèi)溫度范圍為700?720°C內(nèi)可調(diào)。
[0007]第二步、增粘:將第一步制備的鋁液或鋁合金液注入增粘坩禍?zhǔn)抑?，向增粘坩禍?zhǔn)覂?nèi)添加增粘劑，增粘劑為金屬鈣、金屬鎂、SiC、Al203和粉煤灰其中的一種或幾種混合，添加量為注入鋁液或鋁合金液重量的2~3%，攪拌系統(tǒng)由電機、傳動軸和攪拌葉片組成，攪拌葉片與傳動軸固定聯(lián)接，攪拌葉片位于鋁液或鋁合金液中，在電機的帶動下傳動軸旋轉(zhuǎn)，電機的轉(zhuǎn)速由攪拌系統(tǒng)控制單元調(diào)節(jié)控制，攪拌轉(zhuǎn)速范圍在500?700r/min內(nèi)可調(diào)，攪拌時間為6?lOmin，攪拌結(jié)束后形成鋁熔體。
[0008]第三步、緩存:將第二步制備的鋁熔體注入緩存坩禍?zhǔn)覂?nèi)，并進行保溫存儲，坩禍?zhǔn)覂?nèi)溫度由溫控單元調(diào)節(jié)控制，溫度控制范圍為700?720°C內(nèi)可調(diào)。
[0009]第四步、混合:將第三步緩存的鋁熔體分別注入多個并排布局的混合坩禍?zhǔn)?，在混合坩禍?zhǔn)覂?nèi)添加發(fā)泡劑，發(fā)泡劑為TiH2、ZrH2或CaH2其中的一種或幾種，添加量為注入鋁熔體重量的I?1.6%，攪拌葉片位于混合坩禍?zhǔn)覂?nèi)鋁熔體中，并在電機的帶動下旋轉(zhuǎn)，混合攪拌轉(zhuǎn)速范圍為1400?1600r/min內(nèi)可調(diào)，混合攪拌時間為卜2min，攪拌結(jié)束后形成待發(fā)泡鋁熔體。
[0010]第五步、保溫發(fā)泡:將第四步制備的待發(fā)泡鋁熔體注入發(fā)泡槽中，并進行保溫發(fā)泡，發(fā)泡溫度控制在680?720°C，熔融態(tài)泡沫鋁生長溢出至布流器并經(jīng)布流器垂直向下進入水平成對布局的有內(nèi)部冷卻水孔的水冷乳輥組成的水冷雙輥咬合區(qū)域，并進行接觸冷卻，在泡沫鋁自身重力、引導(dǎo)板和水冷雙輥牽引力的作用下，離開水冷雙輥咬合區(qū)域?qū)崿F(xiàn)連續(xù)冷卻成形，形成泡沫鋁板材，當(dāng)達(dá)到設(shè)定長度時由飛剪自行切斷。
[0011 ]所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形方法，其特征在于由中心控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)控制鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)和熔融態(tài)泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)由內(nèi)部流道控制單元、攪拌系統(tǒng)控制單元、雙輥控制單元和飛剪控制單元組成，實現(xiàn)泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)生產(chǎn)過程中的全自動化作業(yè)。
[0012]所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法，鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)依次由熔化坩禍?zhǔn)?、增粘坩禍?zhǔn)摇⒕彺孥岬準(zhǔn)?、混合坩禍?zhǔn)?、發(fā)泡槽和攪拌系統(tǒng)組成，熔融態(tài)泡沫鋁水冷雙輥垂直成形由布流器、水冷乳輥、引導(dǎo)板和飛剪組成，其中水冷乳輥成對出現(xiàn)，且位于同一個平面上，鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)內(nèi)的部件采用高度差內(nèi)部流道，流道內(nèi)進行加熱并保溫防止鋁熔體和熔融態(tài)泡沫鋁的凝固堵塞。
[0013]所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形方法，多個并排布局的混合坩禍?zhǔn)夜ぷ鞣绞讲捎媒惶媸竭B續(xù)工作并由中心控制系統(tǒng)控制，混合坩禍?zhǔn)覂?nèi)發(fā)泡劑混合時間為I?
1.5min，在混合坩禍?zhǔn)业姆菙嚢钑r間由中心控制系統(tǒng)對其進行鋁熔體的定量補給，控制鋁熔體溫度680?720°C，實現(xiàn)待發(fā)泡鋁熔體的連續(xù)制備。
[0014]所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法，熔融態(tài)泡沫鋁經(jīng)布流器垂直向下與水平布置的水冷雙輥接觸冷卻，布流器可避免發(fā)泡槽內(nèi)待發(fā)泡鋁熔體注入產(chǎn)生的液面沖擊對泡沫鋁板材質(zhì)量的影響，垂直向下的牽引模式避免牽引過程中發(fā)生熔融態(tài)泡沫鋁斷裂，水冷雙輥使熔融態(tài)泡沫鋁在其接觸部位發(fā)生冷卻并行成固態(tài)泡沫鋁。
[0015]所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法，成形后的泡沫鋁板材在牽引力作用下下行，到達(dá)指定長度后由中心控制系統(tǒng)啟動飛剪，對水冷乳輥下方的固態(tài)泡沫鋁板材實施快速剪斷，實現(xiàn)泡沫鋁板材的定尺切斷。
[0016]所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法，成品泡沫鋁板材的孔隙率、密度、孔壁厚度可通過添加不同種類不同含量的增粘劑和調(diào)節(jié)坩禍?zhǔn)覂?nèi)發(fā)泡溫度進行調(diào)節(jié)控制，成品泡沫鋁板材的生產(chǎn)速率可由并排布局的混合坩禍?zhǔn)业墓ぷ黝l率和水冷雙輥的線速度調(diào)節(jié)控制，成品泡沫鋁板材的厚度可由水冷雙輥之間的間隙調(diào)節(jié)，成品泡沫鋁板材的長度可由飛剪控制單元調(diào)節(jié)控制。
[0017]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點。
[0018]1、本發(fā)明可完全實現(xiàn)泡沫鋁板材的連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)，并可實現(xiàn)不同孔隙率、不同密度和不同孔壁厚度泡沫鋁板材的在線調(diào)控。
[0019]2、本發(fā)明的設(shè)備構(gòu)造簡單，操作簡便，各執(zhí)行機構(gòu)均由中心控制系統(tǒng)控制并工作，可實現(xiàn)泡沫鋁板材連續(xù)生產(chǎn)過程中的全自動化作業(yè)。
[0020]3、本發(fā)明中布流器的設(shè)計可避免發(fā)泡槽內(nèi)液面波動對成品泡沫鋁板材的干擾，同時垂直向下的引出模式避免了牽引過程中熔融態(tài)泡沫鋁拉斷現(xiàn)象的發(fā)生。
[0021]4、本發(fā)明采用水冷雙輥對熔融態(tài)泡沫鋁冷卻成形使其在離開水冷雙輥咬合點時固化，無需后續(xù)冷卻裝置。
[0022]5、本發(fā)明采用飛剪對泡沫鋁板材進行定尺切斷，實現(xiàn)不同長度泡沫鋁板材的在線定尺切斷。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例的泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明實施例的并排布局混合坩禍?zhǔn)沂疽鈭D。
[0025]圖3為本發(fā)明實施例的攪拌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明實施例的中心控制系統(tǒng)示意圖。
[0027]其中圖中:1、熔化坩禍?zhǔn)?、攪拌系統(tǒng)3、增粘坩禍?zhǔn)?、緩存坩禍?zhǔn)?、混合坩禍?zhǔn)?、發(fā)泡槽7、布流器8、水冷乳輥9、飛剪10、引導(dǎo)板201、電機202、傳動軸203、攪拌葉片801、冷卻水孔。
【具體實施方式】
[0028]在如圖1?4所示的實施例中，一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法，首先在熔化坩禍?zhǔn)襂內(nèi)添加15kg純鋁錠，由中心控制系統(tǒng)的溫控單元控制進行升溫熔化，然后保溫至700 °C并進行表面除渣處理。
[0029]再由中心控制系統(tǒng)控制開啟連接熔化坩禍?zhǔn)襂和增粘坩禍?zhǔn)?的內(nèi)部流道，使鋁液注入至增粘坩禍?zhǔn)?，當(dāng)增粘坩禍?zhǔn)?內(nèi)液面達(dá)到設(shè)定液位時，觸發(fā)中心控制系統(tǒng)并關(guān)閉該內(nèi)部流道，隨后觸發(fā)攪拌系統(tǒng)控制單元，使攪拌系統(tǒng)2開始工作，并控制攪拌轉(zhuǎn)速為600r/min，加入2.5%的金屬|(zhì)丐和1%的金屬鎂，攪拌增粘8111；[11。
[0030]其次增粘工序工作結(jié)束后攪拌系統(tǒng)2在中心控制系統(tǒng)控制下停止運轉(zhuǎn)，增粘后的鋁熔體在內(nèi)部流道控制單元控制下注入至緩存坩禍?zhǔn)?，并進行700°C保溫，同時增粘坩禍?zhǔn)?內(nèi)可繼續(xù)進彳丁招恪體的制備。
[0031]再次緩存的鋁熔體在內(nèi)部流道控制單元控制下分別注入至并排布局的混合坩禍?zhǔn)?，注入量為1.8kg由混合坩禍?zhǔn)?內(nèi)中心控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)控制，并維持鋁熔體的溫度在700°C，由攪拌系統(tǒng)控制單元開啟混合坩禍?zhǔn)?中的攪拌系統(tǒng)2并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速在1450r/min，添加經(jīng)450 °C氧化Ih處理的TiH2發(fā)泡劑1.5%，并定時混合攪拌，攪拌時間達(dá)到1.5min，開啟聯(lián)通發(fā)泡槽6的內(nèi)部流道，利用攪拌系統(tǒng)2的旋轉(zhuǎn)推動力促使待發(fā)泡鋁熔體迅速注入發(fā)泡槽6，待發(fā)泡鋁熔體完全進入發(fā)泡槽6后關(guān)閉此流道，多個混合坩禍?zhǔn)?交替循環(huán)工作均由中心控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)發(fā)泡槽6內(nèi)待發(fā)泡鋁熔體的連續(xù)化制備。
[0032]鋁熔體在保溫700°C的發(fā)泡槽6內(nèi)生長，熔融態(tài)泡沫鋁充滿發(fā)泡槽6后溢出至底部安裝有引導(dǎo)板10的布流器7內(nèi)，當(dāng)布流器7內(nèi)熔融態(tài)泡沫鋁液位到達(dá)一定高度后，由水冷雙輥控制單元啟動水冷乳輥8，并控制水冷乳輥8線速度為lm/min，熔融態(tài)泡沫鋁在其重力和引導(dǎo)板10的牽引下垂直向下引出并與水冷乳輥8接觸，使熔融態(tài)泡沫鋁冷卻成固態(tài)泡沫鋁板材。
[0033]最后當(dāng)?shù)脚菽X板材到達(dá)預(yù)設(shè)長度后，觸發(fā)飛剪控制單元并啟動飛剪9進行定尺切斷，獲得規(guī)定長度的泡沫鋁板材。
【主權(quán)項】
1.一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法，由鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)、熔融態(tài)泡沫鋁雙輥垂直成形系統(tǒng)和中心控制系統(tǒng)組成，其特征在于:包括以下步驟: 第一步、物料的熔化:向熔化坩禍?zhǔn)?I)內(nèi)添加鋁塊或鋁合金塊并進行保溫熔化，坩禍?zhǔn)覂?nèi)溫度由溫控單元調(diào)節(jié)控制，坩禍?zhǔn)覂?nèi)溫度范圍為700?720°C內(nèi)可調(diào)； 第二步、增粘:將第一步制備的鋁液或鋁合金液注入增粘坩禍?zhǔn)?3)中，向增粘坩禍?zhǔn)?3)內(nèi)添加增粘劑，增粘劑為金屬鈣、金屬鎂、SiC、Al203和粉煤灰其中的一種或幾種混合，添加量為注入鋁液或鋁合金液重量的2~3%，攪拌系統(tǒng)(2)由電機(201)、傳動軸(202)和攪拌葉片(203)組成，攪拌葉片(203)與傳動軸(202)固定聯(lián)接，攪拌葉片(203)位于鋁液或鋁合金液中，在電機(201)的帶動下傳動軸(202)旋轉(zhuǎn)，電機的轉(zhuǎn)速由攪拌系統(tǒng)控制單元調(diào)節(jié)控制，攪拌轉(zhuǎn)速范圍在500?700r/min內(nèi)可調(diào)，攪拌時間為6?1min，攪拌結(jié)束后形成招恪體； 第三步、緩存:將第二步制備的鋁熔體注入緩存坩禍?zhǔn)?4)內(nèi)，并進行保溫存儲，坩禍?zhǔn)覂?nèi)溫度由溫控單元調(diào)節(jié)控制，溫度控制范圍為700?720°C內(nèi)可調(diào)； 第四步、混合:將第三步緩存的鋁熔體分別注入多個并排布局的混合坩禍?zhǔn)?5)，在混合坩禍?zhǔn)?5)內(nèi)添加發(fā)泡劑，發(fā)泡劑為TiH2、ZrH2或CaH2其中的一種或幾種，添加量為注入鋁熔體重量的I?1.6%，攪拌葉片位于混合坩禍?zhǔn)?5)內(nèi)鋁熔體中，并在電機的帶動下旋轉(zhuǎn)，混合攪拌轉(zhuǎn)速范圍為1400?1600r/min內(nèi)可調(diào)，混合攪拌時間為I?2min，攪拌結(jié)束后形成待發(fā)泡鋁熔體； 第五步、保溫發(fā)泡:將第四步制備的待發(fā)泡鋁熔體注入發(fā)泡槽(6)中，并進行保溫發(fā)泡，發(fā)泡溫度控制在680?720°C，熔融態(tài)泡沫鋁生長溢出至布流器(7)并經(jīng)布流器(7)垂直向下進入水平成對布局的有內(nèi)部冷卻水孔(801)的水冷乳輥(8)組成的水冷雙輥咬合區(qū)域，并進行接觸冷卻，在泡沫鋁自身重力、引導(dǎo)板(10)和水冷雙輥牽引力的作用下，離開水冷雙輥咬合區(qū)域?qū)崿F(xiàn)連續(xù)冷卻成形，形成泡沫鋁板材，當(dāng)達(dá)到設(shè)定長度時由飛剪(9)自行切斷。2.根據(jù)權(quán)利I要求，所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續(xù)成形的方法，其特征在于:由中心控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)控制鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)和熔融態(tài)泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統(tǒng)，中心控制系統(tǒng)由內(nèi)部流道控制單元、攪拌系統(tǒng)控制單元、雙輥控制單元、飛剪控制單元和溫控單元組成，實現(xiàn)泡沫鋁板材連續(xù)生產(chǎn)過程中的全自動化作業(yè)，鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)依次由融化坩禍?zhǔn)?I)、增粘坩禍?zhǔn)?3)、緩存坩禍?zhǔn)?4)、混合坩禍?zhǔn)?5)、發(fā)泡槽(6)和攪拌系統(tǒng)(2)組成，鋁熔體連續(xù)供給系統(tǒng)內(nèi)的部件采用高度差內(nèi)部流道，流道內(nèi)進行加熱并保溫防止鋁熔體和熔融態(tài)泡沫鋁的凝固堵塞，實現(xiàn)鋁熔體的連續(xù)供給;熔融態(tài)泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統(tǒng)由布流器(7)、水冷乳輥(8)、引導(dǎo)板(10)和飛剪(9)組成，其中水冷乳輥(8)成對出現(xiàn)，且位于同一個平面上形成水冷雙輥。
【文檔編號】B22D11/126GK105886822SQ201610432325
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】楊思, 楊思一, 安鈺坤
【申請人】山東理工大學(xué)