[發明專利]滾筒法濺射成形制備薄帶工藝及裝置

有效

• 申請號: 200810041087.1
• 申請日: 2008-07-28
• 公開（公告）號: CN101637781A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 任三兵;樊俊飛;樂海榮;趙順利;方園
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B21B1/46
• 分類號: B21B1/46;B22D11/06;B22D11/10
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司
• 代理人: 竺 明

技術領域

本發明涉及雙輥薄帶連鑄領域，特別涉及滾筒法濺射成形制備薄帶工藝及裝置。?

背景技術

雙輥薄帶連鑄是以兩個相反方向旋轉的澆注輥為結晶器，將液態金屬直接生產成厚度小于10mm薄帶鋼的生長工藝。與傳統薄帶生產工藝相比，改技術具有縮短工藝流程、節約能源、降低生產成本和改善帶坯力學性能等優勢，因此技術被認為是21世紀最有前途的近終形連鑄技術之一。?

薄帶連鑄過程是一個與傳統連鑄既有聯系又有區別的鑄軋過程。如下圖所示：它的主要工藝是將鋼液注入到中間包后，通過水口將鋼液分配到布流器內，再由布流器注入到兩個水冷結晶輥與側封板圍成的溶池內，鋼液在兩個結晶輥的表面逐漸凝固形成坯殼，在兩個結晶輥連線附近完全凝固后，通過兩個輥的反向轉動發生軋制作用，形成一定厚度和寬度的致密金屬帶。?

該工藝的主要難點是：?

(1)對布流器的要求較高，布流的效果直接影響到薄帶的質量，溶池液面波動幅度超過±2mm時，帶坯就會出現縱向裂紋；但溶池液面流體區域過于平靜，又不利于溶池上部鋼液的更新，容易造成液面結殼。?

(2)對側封設備的要求較高，側封與結晶輥之間相連，受到結晶輥的不斷摩擦和鋼液的沖擊，要求其材料具有高的耐腐蝕和耐磨性，而且要求其導熱系數低，高的導熱性將使得邊部的鋼液快速凝固形成鋼殼。?

離心噴射沉積的原理是：在坩堝中將金屬液熔融后，通過底部導液管輸送流出，金屬液滴落至底端的離心沉積盤上，沉積盤高速旋轉，將金屬液體離心霧化，金屬液滴在飛行的過程中快速冷卻，半固態的霧化顆粒最終沉積在冷的基底上，基底在爐體中上下往復移動，不斷沉積的顆粒最終沉積成形。利用該方法可以制備大直徑環件或管坯。?

該工藝的主要缺點是：?

(1)由于霧化噴嘴特有的圓錐形氣體分布，導致霧化技術液滴在同一截面上的分布呈高斯分布，這樣在制備板坯的過程中，如何保證產品的均勻性，以及層與層之間的結合變得非常難以操作。?

(2)噴射成形工藝在制備板坯的過程中，若采用單噴嘴，則板坯的規模非常有限；而采用雙噴嘴及多噴嘴時，使得機構的復雜性增加，而且霧化處理沉積層之間的迭代問題。?

(3)基于傳統離心噴射沉積的特點，它非常適合與制備管坯及環件，對于制備板坯則無法實施。?

文獻《Microstructure?Evolution?During?Spray?Rolling?and?HeatTreatment?of?2124?A1》介紹了一種利用氣體霧化方法制備薄帶的工藝，在該工藝中，金屬液通過中間包的水口垂直流入霧化噴嘴中，在霧化噴嘴的橫向入口端通入高壓的惰性氣體，霧化噴嘴采用拉瓦爾管形式，入口端的高速氣流經過加速達到一個甚至更高的馬赫數，高速的氣流將金屬液霧化成為細小的金屬顆粒，細小的金屬顆粒通過加速后以很高的速度沖擊到結晶輥上，結晶輥在冷卻的同時高速旋轉，將凝結到其上的金屬液顆粒凝固的同時進行軋制作用，使得沉積層更加致密，減少疏松。?

該工藝的主要難點是：?

(1)霧化噴嘴內部在通入高速氣流的同時又通入了高溫的金屬液，因此受到兩者的侵蝕非常嚴重，普通的耐火材料噴嘴將難以滿足要求；?

(2)高速氣流能夠霧化金屬液流，但同時對金屬顆粒起到很強的冷卻作用，金屬液滴在霧化噴嘴中運動的過程中，將非常容易粘結在噴嘴的邊部，長時間的粘結將引起霧化噴嘴內腔的變性，嚴重時將引起堵塞；?

(3)具有拉瓦爾形狀的噴嘴內腔將對氣流起到加速的作用，但同時由于霧化后的金屬液滴也具有錐形分布，將使得金屬液滴在結晶輥間發生沉積時厚度不均，導致薄板內部出現薄厚差別。?

(4)局限于拉瓦爾噴嘴的形式，在制備大尺度的薄帶時則較難實施。?

發明內容

本發明的目的在于提出一種滾筒法濺射成形制備薄帶工藝及裝置，全?新的薄帶制備工藝，該工藝結合了金屬霧化和薄帶鑄造兩個過程，霧化形式采用機械離心方式代替傳統的氣體霧化式，節約能源和成本；霧化形式改變后引起的霧化效率提高，同時克服了以往霧化的不均勻性；高速霧化金屬顆粒在撞擊到結晶輥時繼續發生碎化，同時極速冷卻，形成的材料中晶粒細小，經過結晶輥的擠壓軋制后，形成致密的金屬帶；金屬顆粒在射向結晶輥的瞬間發生高速冷卻，與結晶輥接觸后發生二次冷卻，大大的降低了夾雜物長大的機會。?