專利名稱：有色金屬熔液熱模流注－磁懸浮降溫－余熱熱軋制坯工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬有色金屬加工領域。
本發明系連鑄連軋制坯工藝。
有色金屬(包括銅等所有非磁性金屬)板帶材，線材主要生產工序為熔煉→鑄造→開坯→冷軋(或拉伸)→熱處理→剪切(或精整)等工序。
按生產有色金屬板帶材、線材的牌號，將相應的有色金屬原料，投入熔煉爐熔煉成合格的金屬熔液，經合符要求的鑄坯工藝鑄造成坯，然后進行壓力加工成材。(注1)(注2)(注3)壓力加工成材的第一步是開坯，開坯分熱軋開坯和冷軋開坯兩種。然后將板帶坯(或線坯)交冷精軋(或冷拉伸)繼續壓力加工為成品。
從上述知，迄今為止全世界的有色金屬板帶坯(或線坯)的制坯，都是由鑄造、開坯兩大工序分別單獨進行。
本發明將鑄造、開坯兩大工序合并為一步進行。既有熱模鑄造(注2)和電磁鑄造(注3)的優點，又有利用流注金屬液余熱進行熱軋開坯的特點。形成自熔鑄后，將現在須十多道工序改進成一道工序提供冷精軋(或冷拉伸)的坯料。從而節省大量的能耗、物耗和投資。
本發明的工作原理如附圖
所示，對于須在可控氣環境中流注的有色金屬種類及各種牌號，必須另加有保護氣氛的保護裝置，本文略。
本文主要針對板帶材闡述，對線材原理上完全適用，對設備須作相應的改變，本文也略。
按有色金屬板帶材牌號，將熔煉合格的金屬熔液①，傾注入保溫爐②的熔池中。經保溫達到澆注溫度后，將塞捧③上提與流槽④錐孔形成園錐環形間隙，利用金屬液的流展性及熔池中熔液的靜壓力，迫使金屬液從扁平澆注嘴⑤流出，形成金屬液片⑥,⑥受電磁鐵⑦產生的磁懸浮力浮托于空中，受可控冷卻裝置⑧冷卻成為固態的扁平板帶坯，并保持其溫度達到該牌號的熱軋上限溫度，被起始牽引板⑨，通過主要為熱軋機牽引力，牽引入熱軋機⑩進行熱軋。熱軋后的板帶坯又被可控冷卻裝置(11)及拋磨光機(12)作拋磨光處理，除去微氧化層達金屬本色。最后由卷取機(板材坯為剪切堆料機)(13)卷取成卷，供冷精軋(或拉伸)為成品。現分述如下1、傾注入保溫爐②的金屬熔液必須合格。并消除傾注帶來的不良影響。
2、保溫爐②的結構和各項技術參數，須符合所生產牌號的工藝要求，爐體下端必須有滾輪并置于軌道上，作前進、后退，并可卡緊在軌道上。這樣能適應不同牌號，不同規格工藝參數調整。
3、塞奉③起控制金屬液流量使生產能夠正常進行，須有機械傳動，電動及電控裝置，使③有上下靈活及微小量(如0.1mm)升降的功能。金屬液經流槽④，澆注嘴⑤成片狀流出時，須控其流出量與工藝設計一致，即與生產量、懸浮力、冷卻能力、熱軋機熱軋線速度一致。流量過大，成為噴涌，使生產無法進行；過小不能充滿澆注嘴，造成厚度不夠或孔凹，成為廢品。
4、流槽④長期埋于金屬液中，可用石墨或耐火材料制成。
5、澆注嘴⑤可與④分開制造，然后用高溫粘料組合。澆注嘴⑤可用抗氧化石墨制造，并對與空氣接觸的端面作保護處理，以延長其使用壽命。
澆注嘴⑤出口端斷面尺寸，須符合用戶訂貨、熱軋機規格及生產工藝要求。如對訂貨為H62 0.3mm×310mm的卷狀帶材，熱軋機軋輥輥面寬為800mm，則⑤的出口端斷面為3～4mm×640mm為宜。
6、金屬液流出澆注嘴后，成為金屬液片⑥，被磁懸浮力浮托于空中，立刻被可控冷卻，由液態變為固態，并保持該牌號熱軋溫度上限。在主要是熱軋機牽引力作用下，被牽引進入熱軋機⑩進行熱軋。
7、由⑤流出的金屬液片⑥被電磁鐵⑦的磁懸浮力浮托于空中，被可控冷卻⑧作可控冷卻，由液態變為固態。
根據電磁感應理論、磁懸浮列車(注4)和直線感應電動機原理，本發明的電磁鐵⑦相當于同步直線電動機單邊定子(注5)，金屬熾熱片⑥為同步直線電動機的非磁性片狀轉子(注6)。
從注5，注6知，當電磁鐵通以直流電流后，便產生懸浮力將金屬液片⑥浮托于空中并向熱軋機⑩移動。⑥的浮托高度以20mm為宜并與熱軋中心高度一致。
對磁懸浮的橫向推力，采用兩組電磁電鐵并列，兩組線圈互為反向進電，各組電磁鐵所產生的橫向推力互相抵消。這樣消除橫向推力將金屬液片推離軋制中心線，使熱軋無法進行。
電磁鐵⑦的磁力線在兩端邊部有邊端效應，在⑦的兩端部加裝鋼板(14)以隔離其影響。
由于各牌號熱軋上限溫度不同，金屬液片尺寸不同(即重量不同)，須施用的磁懸浮力的大小也不同，故直流電源應能調節輸出功率。根據我國磁懸浮列車設計、調試及運行實踐(注7)(注8)，當懸浮高度為10～20mm時，懸浮1公斤重量需電功率12～16瓦，就可確定可調直流電源的功率范圍。例如對H623mm×640mm斷面金屬片，長度為1公尺時，金屬片重為16～17kg，則直流電源功率應為272瓦。選輸出功率從50瓦至2千瓦的可調直流電源。
當不同牌號，不同規格的金屬片懸浮于空中需冷卻的時間即冷卻區長度也不同相同，為此須將電磁鐵作成單個長約100mm至200mm，寬為略小于1/2金屬液片寬的單個電磁鐵，并排成兩列，每列串聯數個，既可抵消橫向推力，又可組成不同長度的磁懸浮空間，滿足生產要求。
電磁鐵⑦可縱向設置(如附圖所示)也可橫向設置。
金屬片下可臨時放置一耐火材料薄片，以便調整。
電磁鐵的設計，按有關設計理論及實踐經驗進行，不屬本文范圍。
8、可控冷卻⑧可用水霧冷卻或噴水冷卻。但必須調節靈活、方便和穩定。
9、起始牽引板⑨斷面的寬和厚尺寸都應比澆注嘴出口斷面的寬和厚尺寸小0.3mm，以便插入澆注嘴。在插入前端寬向的側面鋸三齒凹齒，以便牽出金屬液。⑨的材質以與生產產品的牌號相同為宜。附圖中的牽引板⑨，已完成牽引任務，轉入正常生產，該牽引板⑨已折除，附圖仍按起始牽引狀態將其起始牽引位置標示。
10、熱軋機⑩的規格依產品方案和軋制理論而定，對于H62 0.3×310mm卷帶，則熱軋機規格可選為二輥熱軋機Φ400×800，軋制力180噸，軋制線速度為30m/min～300m/min連續無級可調。其熱軋加工率在40％以上。對厚3mm的H62，經加工率為40％的熱軋后成為厚1.8mm的卷坯，供冷精軋為成品。
11、對不同牌號，其熱軋后的冷卻工藝差異很大。采用可控冷卻(11)以達工藝要求。其中包括對噴水急冷后濕坯的擠水烘干裝置。
12、熱軋坯經可控冷卻達室溫后，經拋磨光機(12)作拋磨光，去除微氧化層，呈金屬光亮本色，成為光亮帶坯交冷精軋(或拉伸)。在可控冷卻(11)與拋磨光機(12)及拋磨光機(12)與卷取取機(13)之間都可設置活套架，便于操作和調機。
13、經拋磨光后呈光亮本色的熱軋帶坯，由卷取機(13)卷取成卷(板坯則由剪切堆料機堆成朵)交冷精軋(或拉伸)為成品。
本發明有下列優點。
1、提高坯料質量 采用本發明生產的坯料具有表面無裂紋、內部無偏折和反偏折等缺隙，經熱軋、拋磨可成優質坯供冷精軋(或拉伸)。
2、降低巨額基建投資 以銅板帶材為例，我國有一家80年末引進國外主體設備建成年產1.2萬噸銅帶廠。其總投資現在折合人民幣約5至6億元。從鑄造到為冷精軋提供坯料這段生產流程的基建投資一般為全部投資的二分之一強，即2.5至3億以上。采用本發明建成同規格的廠，從鑄造到為冷精軋提供坯料這段生產流程的基建投資不高于0.5億元，能節省巨額投資。
3、節省能耗 以銅板帶為例，在國內、國外，從鑄造到為冷精軋(或拉伸)供坯這段工序，都須經鑄坯、加熱和十多道次熱軋、銑面、粗軋、中軋以及若干次中間退火及酸洗或10多道次冷開坯以及中間退火，才能為冷精軋供坯。一般來說這段工序的能耗占全產品能耗的60％左右，按國內較先進的銅帶材能耗指標2000kW·h/噸產品為例，這段工序的能耗的為1200kW·h/噸產品。本發明這段工序的能耗不高于200kW·h/噸成品，以我國年產20萬噸板帶材估計，年節能2億kW·h，價值2億元以上。
4、降低生產費用 以銅板帶為例，將十多道次鑄造、加熱、熱軋、銑面、粗軋、中間退火、酸洗或鑄造、冷開坯、中間退火合并為一道完成，大幅度降低原料、輔料、配件及人力消耗，提高成材率，予計每噸產品可降低生產費用1000元。全國年產20萬噸銅板帶就可節省2億元以上及許多金屬原料。
5、降低冷硬性大的有色金屬板帶線材生產難度和生產費用 隨著尖端科技和國防高科技的發展，大量使用各種冷硬性大(比銅合金大許多)的材料。按現有生產工藝生產，是非常煩難的，不僅工序多、能耗高、工藝要求苛刻，而且成材率低，費用和消耗都高。采用本發明則可顯著降低生產難度和生產費用。
6、本發明為世界領先。用于生產后提高我國原材料生產的科技水平。
權利要求
有色金屬(包括銅等所有非磁性金屬)板帶材坯料及有色金屬線材坯料采用熔液熱模流注，由磁懸浮力浮托于空間被可控冷卻，利用其余熱熱軋制坯。
全文摘要
本發明系連鑄連軋制成有色金屬板帶坯(或線坯)供冷精軋(或拉伸)軋制成品。金屬溶液①從保溫爐②的澆注嘴⑤流出后,成為金屬液片或線⑥,被電磁鐵⑦產生的磁懸浮力懸浮于空中由⑧進行可控冷卻,變成固態,并保持該牌號熱軋溫度上限,在主要為熱軋機⑩牽引力的牽引下進入熱軋機熱軋。熱軋后被(11)可控冷卻,又被拋磨光機(12)除去微氧化層呈光亮帶坯,經卷取機(13)(或板坯剪切堆料機)卷取成卷供冷精軋(或拉伸)成材。
文檔編號B21B1/46GK1214970SQ9811224
公開日1999年4月28日 申請日期1998年9月11日 優先權日1998年9月11日
發明者劉定平 申請人:劉定平