一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形的方法
【專利摘要】本發明提供了一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形的方法，由鋁熔體連續供給系統、熔融態泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統和中心控制系統組成，在熔化坩堝室內添加鋁或鋁合金并進行保溫熔化，在增粘坩堝室內添加增粘劑并攪拌，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添加發泡劑并高速攪拌，攪拌系統交替連續工作實現待發泡鋁熔體的連續供給，待發泡鋁熔體在發泡槽進行保溫發泡，熔融態泡沫鋁經布流器垂直進入水冷雙輥咬合區域，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連續冷卻成形，最終由飛剪實現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成形的方法
技術領域
[0001]本發明涉及泡沫鋁生產制備技術領域，特別是涉及泡沫鋁板材連續工業化生產制備技術，屬于材料加工制造領域。
【背景技術】
[0002]泡沫鋁因其獨特的多孔結構具有許多優良的性能，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域高速列車的車廂面板和軌道兩側的吸音板墻，航空航天領域中航天器的輕質面板和返回艙的減震底座，軍事領域中裝甲車、戰機的沖擊防護結構和電子屏蔽夾心層，建筑領域中公共場合的吸聲內墻和裝飾材料。
[0003]目前商業化的泡沫鋁板材多采用熔體發泡法制備塊狀“面包鋁”然后進行切割成片的生產模式，其步驟包括:鋁熔體制備、鋁熔體增粘、發泡劑混合、保溫發泡、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簡單可行，但該法屬于間歇操作，單爐次生產模式造成設備的使用率和生產效率低，同時切片工序會造成一部分孔泡的破壞，影響其綜合性能，由于泡沫鋁的熱導率低在大體積泡沫鋁冷卻過程中，容易產生中心裂紋和孔洞缺陷影響其成材率。
[0004]為實現泡沫鋁板材的大規模工業化生產，美國專利US.par6984356B2提到了一種泡沫鋁連續制備方法，但該專利不能根據需求量對熔體進行在線增粘，專利CN102312117A提供了一種吹氣發泡連續生產閉孔泡沫鋁的方法和設備，但其制備的產品易受蓄液室液面的干擾且在泡沫鋁的提拉過程中易發生斷裂現象，專利CN102962413A提到了一種閉孔泡沫鋁的連續鑄造系統，該發明生產效率高可直接生產泡沫鋁板材，但該發明設備的設計、各環節工藝控制和各工序之間的匹配尚存有一些問題，暫沒有進行工業化生產實施，專利CN104589567A發明了一種采用螺桿推進和加壓發泡的連續泡沫鋁板材生產線，但該專利仍存有以下問題，(I)熔體增粘和發泡劑混合兩道工序在同一加料室內進行，不能實現鋁熔體的連續化制備，(2)螺桿推進結構復雜，不易密封，工作過程中易產生物料倒流，(3)水平提取半固態泡沫鋁時易發生拉斷現象。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的不足，本發明提出了一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形的方法，包括鋁熔體連續供給系統、熔融態泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統和中心控制系統。鋁熔體連續供給系統實現熔融態泡沫鋁的連續制備和供給;熔融態泡沫鋁水冷雙輥垂直成形可使泡沫鋁由熔融態冷卻凝固形成泡沫鋁板材，并由飛剪進行定尺切斷，中心控制系統負責調節控制鋁熔體連續供給系統和熔融態泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統，實現泡沫鋁板材水冷雙棍垂直連續成形過程中的全自動作業。
[0006]技術方案:一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形的方法，由鋁熔體連續供給系統、熔融態泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統和中心控制系統組成，包括以下步驟:
第一步、物料的熔化:向熔化坩禍室(I)內添加鋁塊或鋁合金塊并進行保溫熔化，坩禍室內溫度由溫控單元調節控制，坩禍室內溫度范圍為700?720°C內可調。
[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室中，向增粘坩禍室內添加增粘劑，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%，攪拌系統由電機、傳動軸和攪拌葉片組成，攪拌葉片與傳動軸固定聯接，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，電機的轉速由攪拌系統控制單元調節控制，攪拌轉速范圍在500?700r/min內可調，攪拌時間為6?lOmin，攪拌結束后形成鋁熔體。
[0008]第三步、緩存:將第二步制備的鋁熔體注入緩存坩禍室內，并進行保溫存儲，坩禍室內溫度由溫控單元調節控制，溫度控制范圍為700?720°C內可調。
[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室，在混合坩禍室內添加發泡劑，發泡劑為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室內鋁熔體中，并在電機的帶動下旋轉，混合攪拌轉速范圍為1400?1600r/min內可調，混合攪拌時間為卜2min，攪拌結束后形成待發泡鋁熔體。
[0010]第五步、保溫發泡:將第四步制備的待發泡鋁熔體注入發泡槽中，并進行保溫發泡，發泡溫度控制在680?720°C，熔融態泡沫鋁生長溢出至布流器并經布流器垂直向下進入水平成對布局的有內部冷卻水孔的水冷乳輥組成的水冷雙輥咬合區域，并進行接觸冷卻，在泡沫鋁自身重力、引導板和水冷雙輥牽引力的作用下，離開水冷雙輥咬合區域實現連續冷卻成形，形成泡沫鋁板材，當達到設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成形方法，其特征在于由中心控制系統負責調節控制鋁熔體連續供給系統和熔融態泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統，中心控制系統由內部流道控制單元、攪拌系統控制單元、雙輥控制單元和飛剪控制單元組成，實現泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續生產過程中的全自動化作業。
[0012]所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形的方法，鋁熔體連續供給系統依次由熔化坩禍室、增粘坩禍室、緩存坩禍室、混合坩禍室、發泡槽和攪拌系統組成，熔融態泡沫鋁水冷雙輥垂直成形由布流器、水冷乳輥、引導板和飛剪組成，其中水冷乳輥成對出現，且位于同一個平面上，鋁熔體連續供給系統內的部件采用高度差內部流道，流道內進行加熱并保溫防止鋁熔體和熔融態泡沫鋁的凝固堵塞。
[0013]所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形方法，多個并排布局的混合坩禍室工作方式采用交替式連續工作并由中心控制系統控制，混合坩禍室內發泡劑混合時間為I?
1.5min，在混合坩禍室的非攪拌時間由中心控制系統對其進行鋁熔體的定量補給，控制鋁熔體溫度680?720°C，實現待發泡鋁熔體的連續制備。
[0014]所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形的方法，熔融態泡沫鋁經布流器垂直向下與水平布置的水冷雙輥接觸冷卻，布流器可避免發泡槽內待發泡鋁熔體注入產生的液面沖擊對泡沫鋁板材質量的影響，垂直向下的牽引模式避免牽引過程中發生熔融態泡沫鋁斷裂，水冷雙輥使熔融態泡沫鋁在其接觸部位發生冷卻并行成固態泡沫鋁。
[0015]所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形的方法，成形后的泡沫鋁板材在牽引力作用下下行，到達指定長度后由中心控制系統啟動飛剪，對水冷乳輥下方的固態泡沫鋁板材實施快速剪斷，實現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節坩禍室內發泡溫度進行調節控制，成品泡沫鋁板材的生產速率可由并排布局的混合坩禍室的工作頻率和水冷雙輥的線速度調節控制，成品泡沫鋁板材的厚度可由水冷雙輥之間的間隙調節，成品泡沫鋁板材的長度可由飛剪控制單元調節控制。
[0017]有益效果:本發明與現有技術相比具有以下優點。
[0018]1、本發明可完全實現泡沫鋁板材的連續化工業生產，并可實現不同孔隙率、不同密度和不同孔壁厚度泡沫鋁板材的在線調控。
[0019]2、本發明的設備構造簡單，操作簡便，各執行機構均由中心控制系統控制并工作，可實現泡沫鋁板材連續生產過程中的全自動化作業。
[0020]3、本發明中布流器的設計可避免發泡槽內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泡沫鋁拉斷現象的發生。
[0021]4、本發明采用水冷雙輥對熔融態泡沫鋁冷卻成形使其在離開水冷雙輥咬合點時固化，無需后續冷卻裝置。
[0022]5、本發明采用飛剪對泡沫鋁板材進行定尺切斷，實現不同長度泡沫鋁板材的在線定尺切斷。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明實施例的泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形的方法示意圖。
[0024]圖2為本發明實施例的并排布局混合坩禍室示意圖。
[0025]圖3為本發明實施例的攪拌系統結構示意圖。
[0026]圖4為本發明實施例的中心控制系統示意圖。
[0027]其中圖中:1、熔化坩禍室2、攪拌系統3、增粘坩禍室4、緩存坩禍室5、混合坩禍室6、發泡槽7、布流器8、水冷乳輥9、飛剪10、引導板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成形的方法，首先在熔化坩禍室I內添加15kg純鋁錠，由中心控制系統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]再由中心控制系統控制開啟連接熔化坩禍室I和增粘坩禍室3的內部流道，使鋁液注入至增粘坩禍室3，當增粘坩禍室3內液面達到設定液位時，觸發中心控制系統并關閉該內部流道，隨后觸發攪拌系統控制單元，使攪拌系統2開始工作，并控制攪拌轉速為600r/min，加入2.5%的金屬|丐和1%的金屬鎂，攪拌增粘8111；[11。
[0030]其次增粘工序工作結束后攪拌系統2在中心控制系統控制下停止運轉，增粘后的鋁熔體在內部流道控制單元控制下注入至緩存坩禍室4，并進行700°C保溫，同時增粘坩禍室3內可繼續進彳丁招恪體的制備。
[0031]再次緩存的鋁熔體在內部流道控制單元控制下分別注入至并排布局的混合坩禍室5，注入量為1.8kg由混合坩禍室5內中心控制系統負責調節控制，并維持鋁熔體的溫度在700°C，由攪拌系統控制單元開啟混合坩禍室5中的攪拌系統2并調節其轉速在1450r/min，添加經450 °C氧化Ih處理的TiH2發泡劑1.5%，并定時混合攪拌，攪拌時間達到1.5min，開啟聯通發泡槽6的內部流道，利用攪拌系統2的旋轉推動力促使待發泡鋁熔體迅速注入發泡槽6，待發泡鋁熔體完全進入發泡槽6后關閉此流道，多個混合坩禍室5交替循環工作均由中心控制系統調節控制，實現發泡槽6內待發泡鋁熔體的連續化制備。
[0032]鋁熔體在保溫700°C的發泡槽6內生長，熔融態泡沫鋁充滿發泡槽6后溢出至底部安裝有引導板10的布流器7內，當布流器7內熔融態泡沫鋁液位到達一定高度后，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，熔融態泡沫鋁在其重力和引導板10的牽引下垂直向下引出并與水冷乳輥8接觸，使熔融態泡沫鋁冷卻成固態泡沫鋁板材。
[0033]最后當到泡沫鋁板材到達預設長度后，觸發飛剪控制單元并啟動飛剪9進行定尺切斷，獲得規定長度的泡沫鋁板材。
【主權項】
1.一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形的方法，由鋁熔體連續供給系統、熔融態泡沫鋁雙輥垂直成形系統和中心控制系統組成，其特征在于:包括以下步驟: 第一步、物料的熔化:向熔化坩禍室(I)內添加鋁塊或鋁合金塊并進行保溫熔化，坩禍室內溫度由溫控單元調節控制，坩禍室內溫度范圍為700?720°C內可調； 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室(3)中，向增粘坩禍室(3)內添加增粘劑，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(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，電機的轉速由攪拌系統控制單元調節控制，攪拌轉速范圍在500?700r/min內可調，攪拌時間為6?1min，攪拌結束后形成招恪體； 第三步、緩存:將第二步制備的鋁熔體注入緩存坩禍室(4)內，并進行保溫存儲，坩禍室內溫度由溫控單元調節控制，溫度控制范圍為700?720°C內可調； 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室(5)，在混合坩禍室(5)內添加發泡劑，發泡劑為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室(5)內鋁熔體中，并在電機的帶動下旋轉，混合攪拌轉速范圍為1400?1600r/min內可調，混合攪拌時間為I?2min，攪拌結束后形成待發泡鋁熔體； 第五步、保溫發泡:將第四步制備的待發泡鋁熔體注入發泡槽(6)中，并進行保溫發泡，發泡溫度控制在680?720°C，熔融態泡沫鋁生長溢出至布流器(7)并經布流器(7)垂直向下進入水平成對布局的有內部冷卻水孔(801)的水冷乳輥(8)組成的水冷雙輥咬合區域，并進行接觸冷卻，在泡沫鋁自身重力、引導板(10)和水冷雙輥牽引力的作用下，離開水冷雙輥咬合區域實現連續冷卻成形，形成泡沫鋁板材，當達到設定長度時由飛剪(9)自行切斷。2.根據權利I要求，所述的一種泡沫鋁板材水冷雙輥垂直連續成形的方法，其特征在于:由中心控制系統負責調節控制鋁熔體連續供給系統和熔融態泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統，中心控制系統由內部流道控制單元、攪拌系統控制單元、雙輥控制單元、飛剪控制單元和溫控單元組成，實現泡沫鋁板材連續生產過程中的全自動化作業，鋁熔體連續供給系統依次由融化坩禍室(I)、增粘坩禍室(3)、緩存坩禍室(4)、混合坩禍室(5)、發泡槽(6)和攪拌系統(2)組成，鋁熔體連續供給系統內的部件采用高度差內部流道，流道內進行加熱并保溫防止鋁熔體和熔融態泡沫鋁的凝固堵塞，實現鋁熔體的連續供給;熔融態泡沫鋁水冷雙輥垂直成形系統由布流器(7)、水冷乳輥(8)、引導板(10)和飛剪(9)組成，其中水冷乳輥(8)成對出現，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
【發明人】楊思, 楊思一, 安鈺坤
【申請人】山東理工大學