一種鎂合金板坯制備新型超聲鑄軋機的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種鎂合金板坯制備新型超聲鑄軋機，該超聲鑄軋機包括鑄軋小車、熔體輸送液位控制系統、軋輥，該鑄軋機還包括超聲波探頭，超聲波探頭設置在環狀軋輥內壁，上軋輥、下軋輥內均設有超聲波探頭；超聲波探頭設置在軋輥內部靠近鑄軋區鑄坯凝固前沿位置。在環狀軋輥內壁施加功率超聲探頭，將超聲外場直接作用于鑄軋凝固前沿位置，可以顯著提高功率超聲對鑄軋板坯組織細化和均勻化的效果，改善溶質分布均勻性，提高鑄坯冶金質量；軋輥內部中空，可顯著降低軋輥重量，還可減輕鑄軋傳動能量消耗；采用風冷方式替代水冷方式，徹底避免輥套破裂導致鎂液遇水爆炸的風險，提高工業生產安全等級。
【專利說明】
一種鎂合金板坯制備新型超聲鑄軋機
技術領域
[0001 ]本發明屬于有色金屬加工領域，具體涉及一種鎂合金板坯生產新裝備。
【背景技術】
[0002]雙輥鑄乳技術具有短流程、低能耗和高效率的特點，應用于鎂合金板坯制造領域，可顯著降低板材加工成本，具有良好的應用前景。目前國內外鎂合金板材已有采用鑄乳板坯進行熱溫乳制的工藝進行加工。
[0003]純鎂力學性能較低，需要添加大量合金元素進行固溶強化，才能保證成品板材達到使用性能的要求，因此鎂合金鑄乳原料為高溶質含量的合金。由于鎂合金鑄乳用合金溶質含量高，凝固區間較寬，極易造成鑄乳板坯組織粗大、成分分布不均而形成各種缺陷，限制了板坯的力學性能。
[0004]在鎂合金鑄乳過程中施加超聲外場，可利用聲空化和聲流效益，促進形核細化晶粒，并改善溶質分布均勻性。但目前大部分超聲鑄乳裝置，超聲施加位置多放置于前箱與鑄嘴熔體流經位置，距離合金熔化液凝固前沿還有一段距離，超聲波到達凝固前沿時，已經大幅衰減，難以充分發揮超聲外場對鎂合金鑄乳板坯凝固組織改善的功效。
【發明內容】
[0005]本發明提出一種鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，改變現有超聲鑄乳中超聲探頭施加位置，將其直接施加在鑄乳區凝固前沿位置，有效利用超聲外場聲空化和聲流效益，顯著改善鎂合金鑄乳板坯組織結構與成分分布，改善板坯冶金質量，并提高成品鎂合金板材的力學性能。
[0006]為了解決上述存在的問題，本發明的技術方案如下:
[0007]—種鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，該超聲鑄乳機包括鑄乳小車、熔體輸送液位控制系統、乳輥，該鑄乳機還包括超聲波探頭，超聲波探頭設置在乳輥內，上乳輥、下乳輥內均設有超聲波探頭。
[0008]進一步地，超聲波探頭設置在乳輥內部靠近鑄乳區鑄坯凝固前沿位置。
[0009]進一步地，乳輥為環狀乳輥，超聲波探頭設置在乳輥內壁，超聲波探頭數量根據乳輥直徑與鑄乳速度進行匹配設置。
[0010]進一步地，每個乳輥內的超聲波探頭數量范圍優選4—6個。
[0011]進一步地，根據乳輥速度對超聲波探頭的開閉狀態進行設置，使得鑄乳過程中，當超聲波探頭臨近鑄坯凝固前沿位置時開啟，當超聲波探頭旋轉遠離鑄乳區時，切斷該超聲波探頭的超聲波輸入，從而確保超聲波作用于鑄坯凝固前沿。
[0012]進一步地，該鑄乳機還設置有乳輥預熱與冷卻系統，高溫氣體噴吹在乳輥表面實現預熱，冷卻氣體噴吹在乳輥表面實現乳輥冷卻。
[0013]進一步地，乳輥預熱與冷卻系統共用吹向乳輥的氣體噴嘴，以簡化鑄乳機結構。
[0014]進一步地，乳輥預熱與冷卻系統的切換通過氣體輸送管道上的閥門控制。
[0015]進一步地，上述高溫氣體由燃燒爐提供，并通過風機吹送。
[0016]進一步地，冷卻氣體采用高壓氮氣、氬氣或二氧化碳作為冷卻源。
[0017]進一步地，乳棍厚度范圍1mm---50mm，寬度范圍200mm----2000mm。
[0018]進一步地，上述高溫氣體由煤氣燃燒產生。
[0019]通過上述技術手段，本發明具有以下積極效果:
[0020](I)本發明功率超聲波探頭設置在乳輥內壁，聲流與聲空化效應可直接作用于鑄乳凝固前沿，大大減少現有超聲鑄乳作用在前箱或鑄嘴位置而產生的聲波衰減；
[0021](2)本發明功率超聲波設置方式，可根據工藝調整施加位置和施加數量，匹配鎂合金鑄乳多種合金牌號和鑄坯規格變化需求；
[0022](3)本發明超聲波探頭施加在鑄乳凝固前沿位置，可大幅減少超聲波傳播距離，充分發揮功率聲空化和聲流效益，達到細化晶粒、均勻成分分布的目的，提高鑄坯冶金質量；
[0023](4)采用乳輥氣體預熱和冷卻系統，替代現有乳輥電加熱預熱和水冷冷卻裝置，可消除鑄乳過程中輥套破裂漏水而引起鎂合金熔體劇烈爆炸的隱患，提高工業生產安全系數;此外風冷裝置冷卻強度相對水冷系統更低，鎂合金的密度低、比熱容小且凝固潛熱小，鑄坯凝固需要的冷卻強度遠低于其它合金，風冷系統的冷卻強度與鎂合金材料熱物理性能相匹配；
[0024](5)乳輥內部中空，可減少乳輥預熱時無效熱量散失，在預熱時可實現高效率、高精度的控制乳輥預熱溫度；
[0025](6)乳輥內部中空，使得鑄乳乳輥重量顯著降低，能夠提高工業鑄乳過程中的無效功率消耗，降低能耗而節省成本。
[0026]該超聲鑄乳機生產的鎂合金薄板材，成品率高，板材的力學性能良好，抗拉強度可到達260?280MPa，屈服強度200?220MPa，延伸率15?20%，平均晶粒尺寸ΙΟμπι以下。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明的超聲鑄乳機的乳輥超聲結構示意圖；
[0028]圖2為超聲鑄乳機超聲探頭施加方式示意圖；
[0029]圖3為乳棍預熱/冷卻系統示意圖；
[0030]圖4為超聲波發生裝置與探頭布置方式的示意圖。
[0031 ]其中:1-鎂合金熔液；2-乳輥；3-超聲波探頭；4-鑄乳板坯;5-乳輥預熱和冷卻系統;6-乳輥加強筋;7-預熱和冷卻氣體噴嘴;8-預熱通道閥門；9-冷卻通道閥門；10-鼓風機；11-煤氣燃燒器;12-氮氣站;13-功率超聲發生裝置。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖，對本發明作進一步闡述。
[0033]參見圖1，本發明鎂合金板坯超聲鑄乳機，主要包括鑄乳小車、熔體輸送液位控制系統、乳輥2、乳輥預熱和冷卻系統5、功率超聲發生裝置13、鑄乳機本體。
[0034]參見圖2，鑄乳乳輥2為環狀乳輥，其內壁設有乳輥加強筋6，超聲波探頭3施加在乳輥2內壁，乳輥材質為合金鋼，乳輥厚度與加強肋尺寸根據鑄乳材料熱物理性能進行強度剛度校核確定。乳輥2為內部中空，減少質量的乳輥能夠降低工業鑄乳過程中的功率消耗，同時能提高乳輥預熱效率。乳輥厚度范圍1mm50mm，寬度范圍200mm——2000mm。
[0035]參見圖3，鑄乳輥預熱和冷卻系統5采用熱風、冷風分別達到預熱或冷卻乳輥的目的，通過高壓氣體高速噴吹并實時控制乳輥表面溫度，實現鑄乳前的預熱乳輥、以及鑄乳過程中帶走高溫鎂合金熔體持續凝固與乳制變形中釋放的熱量。乳輥2的預熱采用在煤氣燃燒器11內煤氣燃燒產生的高溫氣體，利用鼓風機10通過管道經預熱和冷卻氣體噴嘴7噴吹到乳輥表面，乳輥2預熱溫度為150?300°C范圍；鑄乳過程中，乳輥的冷卻采用高壓氮氣噴吹乳輥2表面冷卻，氮氣氣源采用現場氮氣站12制備。冷卻氣體還可以為氬氣或二氧化碳氣體。乳輥預熱和冷卻系統5共用預熱和冷卻氣體噴嘴7，能夠簡化鑄乳機結構。預熱和冷卻系統5的開閉切換通過高溫氣體和冷卻氣體的輸送管道上設置的預熱通道閥門8、冷卻通道閥門9控制。
[0036]參見圖4，功率超聲發生裝置13設置在乳輥2內部，乳輥內的各個超聲波探頭3與功率超聲發生裝置13進行電連接。超聲功率發生裝置13由電源、功率發生器和超聲探頭三個部分組成，超聲探頭施加位置在環狀乳輥內壁，施加數量和位置，可以配合工藝進行調整。超聲波探頭3根據乳輥直徑大小和鑄乳速度可以設置多個，優選4到6個超聲波探頭。鑄乳時配合鑄乳速度，在鑄乳鑄坯凝固前沿位置開啟探頭輸入超聲波，當探頭位置旋轉遠離鑄乳區時，切斷該探頭超聲波輸入，即根據乳輥速度對超聲波探頭3的開閉狀態進行設置，從而確保超聲作用于鑄坯凝固前沿。
[0037]超聲鑄乳機的工作過程是:首先開啟乳輥2，使其滾動工作，接著利用乳輥預熱和冷卻系統5對乳輥2進行預熱，對滾動的乳輥表面噴吹高溫氣體，將乳輥2溫度預熱至150?300°C范圍；然后，鎂合金熔液I由輸送裝置輸送到乳輥2左側，乳輥2在乳制過程中溫度會逐漸升高，由于過度高溫的乳輥對生產的鎂合金板坯的尺寸以及表明性能極為不利，因此需要將乳輥預熱和冷卻系統5切換至乳輥冷卻系統，本實施例中通過預熱通道閥門8關閉、冷卻通道閥門9開啟實現切換，接著對乳輥2進行冷卻，也就是說高壓氣體直接噴吹在乳輥上，帶走乳輥2表面熱量。
[0038]上述手段僅是本發明的較好實施例，并非對本發明作任何形式上的限制，任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，該超聲鑄乳機包括鑄乳小車、熔體輸送液位控制系統、乳輥，其特征在于:該鑄乳機還包括超聲波探頭，超聲波探頭設置在乳輥內部，上乳輥、下乳輥內均設有超聲波探頭。2.根據權利要求1所述的鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，其特征在于:超聲波探頭設置在乳輥內部靠近鑄乳區鑄坯凝固前沿位置。3.根據權利要求1或2所述的鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，其特征在于:乳輥為環狀乳輥，超聲波探頭設置在乳輥內壁，超聲波探頭數量根據乳輥直徑與鑄乳速度進行匹配設置。4.根據權利要求3所述的鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，其特征在于:超聲波發生裝置功率范圍在2-8kW，頻率25±0.5kHZ;每個乳輥內的超聲波探頭數量范圍4—6個。5.根據權利要求3所述的鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，其特征在于:根據乳輥速度對超聲波探頭的開閉狀態進行設置，使得鑄乳過程中，當超聲波探頭臨近鑄坯凝固前沿位置時開啟，當超聲波探頭旋轉遠離鑄乳區時，切斷該超聲波探頭的超聲波輸入，從而確保超聲波作用于鑄坯凝固前沿。6.根據權利要求5所述的鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，其特征在于:該鑄乳機還設置有乳輥預熱與冷卻系統，高溫氣體噴吹在乳輥表面實現預熱，冷卻氣體噴吹在乳輥表面實現乳輥冷卻。7.根據權利要求6所述的鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，其特征在于:乳輥預熱與冷卻系統共用吹向乳輥的氣體噴嘴，以簡化鑄乳機結構。8.根據權利要求7所述的鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，其特征在于:乳輥預熱與冷卻系統的切換通過氣體輸送管道上的閥門控制。9.根據權利要求8所述的鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，其特征在于:上述高溫氣體由燃燒爐提供，并通過風機吹送。10.根據權利要求8所述的鎂合金板坯制備新型超聲鑄乳機，其特征在于:冷卻氣體包括:高壓氮氣、氬氣或二氧化碳。
【文檔編號】B22D11/114GK105855490SQ201610202010
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】翁文憑, 周水, 周一水, 王璟, 許繼芳, 周巍, 盛敏奇
【申請人】蘇州大學