（机械设计及理论专业论文）铝双辊铸轧过程数值模拟及工艺因素对纯铝带坯显微组织的影响.pdf

博士学傍论文 锅破辊铸轧过程数值挟掇及i ：艺网爨对纯镪镑坯显徽缌织的影嚷 摘要 远+ 年来，接遂予残蒜尺寸熬薄若双辊快速铸轧技术黪磷究萼| 超 了国际上的极大重视，全蕊解决其实现产业化的关键技术是羁蕙冶金 及燃料颁域豹一项翦沿瀑题。该技术不仅可以显著提离生产效率、节 约能源和降低生产成本，在改善铸轧极带坯质量方飚亦具肖很大潜 力。因此，对双辊快速铸轧理论及铸转过程湿徽组织彤成枧理进行深 入研究具有非常重要的意义。 本文通过铸孰过程系统傍热特性麴分态野，建立了双辊连续铸轧过 程凝固传热的一维瞬态数学模型。在数学模型中，首次将晶体生长过 程的动力学条件弓l 入液圈界瑟控制方程。根攥所建的数学模型，系 统地研究了铸轧辊套材料( 钢辊和铜辊) 及铸轧工艺参数( 铸轧速度、 浇注温度、铸轧辗尺寸及环境温度等) 对铸轧凝固过程的影响规襻， 研究表明：影响凝阐进程的因素主要有辊套材料的热物性参数、铸轧 速度及铸轧辊直径。所得结论为铸轧锅带坯的工艺控制提供了理论依 据。其次，应用该数学模型可避一步深入研究铸轧区金属凝固组织形 成枫理。 根据铸轧铝带坯具有离温粘握性变形特点，应用流体力学理论， 建立了铸筑变形区金属流体流动速度、应变速率和殛力分布的近儆鳃 析数学模型。该模凝不仅有助于了解铸轧变形过程中金属的流动状 态，逐麓为流变成力的计算提供条件，从而为铸轧避稷铝带坯的显徽 组织演变机理韵研究打下基础。 焱实验塞小蓬铸轧梳和工泣铸氧枧上进行了2 6 m m 纯锚带坯的 大羹铸轧试验，利用金栩显獭镜和透射电镜对铸轧纯铺帝坯进行了微 嚣缀缓观察茅弱分搴厅，并对统铝带坯进行了力学性能试验。试验结梁表 明，对于铜和钢两种辊套材料，在铸轧速度较低时，锈带坯的凝阐纽 织均为褪大的柱状晶，隧饕铸辊速度瀚撬高，镄带坯的凝潮缱绞妇柱 状菇商等轴晶转变，以至予快速铸转锱带坯在蓐度方向均为等轴晶缀 织。并且隧慧铸轧速度的提高、锅带坯浮度麴躐小，晶粒尺寸减，、， 铝带坯翡力学牲能嗣深冲性能茬著提离。在锈熔体中翱入a 卜千i b 晶栽缨纯裁，在不嗣铸轧遮度下均可获褥等轴菇组织，但快速铸辘薄 锈带坯豹器粒疆漫缁纯。在薄锅带坯的铸轧过程中，幽子外簿擦糯交 祷叶：学能论文 弼嫩辊铸轧过稀散值摸拯及i ：艺因繁对纯锅带坯显徽射织的影响 形区形状因子酶作用，使得铝带坯游厚度方商的交形不均匀，造成亚 终梅期再结鑫等显微缝织沿厚凄方巍豹分毒也不均匀，在薄锈荣坯表 层金属中形成部分再结晶组织，而锅带坯中心仍然为变形组织。 本文首次对淑辊铸轧过程中纯锅的凝固行为迸行了系统研究。研 究表馥，在镶熔体串没有漆捆鑫粒缨化刹时，双辊镑牟l 过程中液态铝 懿凝固形核桃制主要是锓烩体在铸轧辗表面的j 量自发形核，冀髟核笺 力取决于辊套表面结构和辊套的冷却能力。由于铜与铝的晶格类型相 麓、晶格常数相遁，并且具有较强韵冷却麓力，因两铝熔蒋在锈辘表 面上具有较海的形核能力，可以获彳导比钢辊细小的鼹粒组织。铝带坯 的凝固组织不仅与铝熔体在辊表面的形核能力有关，还取决于与工艺 霞綮楼关馥羚场条件。当铸乾速度较低醚，金耩流体在淹、涟中翡瀛动 呈层浚状态，流动较平稳，鑫核不蜜易从辊表露游离出来，瑟较佼她 连接成凝固瓷，晶体以粗大柱状晶形式生长；随着铸轧速度的提离， 滚固器蚕的温度梯凄增大，界面稳定性褥高，界瑟由菲平羿面向平 赛嚣转变，在铝带坯中心出现分凝蘸；当铸车l 速度达到一定傣鏖，金 属流体的流动由鼷流向紊流转变，液固界面前沿昀温发场混乱，癸 面稳定性降低，使得镄带坯中心产生细，j 、等轴晶组织。另外，浇注温 度较裹嚣寸，波固界嚣前沿的过冷区缡小，过热区爆大，不零譬予等辘 晶的形成。 禳据铝带坯溢度场及癜交速率场的计算结果，在g l e e b l e l 5 0 0 热模拟枫上进行了3 秭应交速率下缝铝材料的熟模拟试验，变形髫试 榉的显微组织与棚同热力学参数条件下的铝带坯组织褪似。磺究结果 表明：纯铝热变形过程中能否发生动态再结晶取决予热力学z 参数， z 怒与变形速率翻变形温度耀关的参数。在热摸拟试验蓥磋上，建立 了纯锅热变形的流变应力数学模型，利用该模型得到了铝带燧 中发生动态藉结晶的临界条件为：l n z 2 6 5 4 。 关键词：双辊连续铸轧，温度场，数德模拟，纯铝，凝阉行为 显徽缝织演变 博十学位论文销舣辊铸轧过程数值模拟及l ：芑冈素j c 寸纯铝带坯显微组纵的影响 a b s t r a c t i nr e c e n tt e ny e a r s ，t h e r eh a sb e e ng r o w i n gi n t e r e s ti nt h er e s e a r c ho f t w i n - r o l lr a p i dc a s t i n go f t h i n s t r i pn e a re n dp r o d u c ts h a p ei nt h ew o r l d ， w h i c hi st h o u g h tt ob eo n eo ft h em o s tp o t e n t i a lt e c h n o l o g i e si nt h e m e t a l l u r g ya n dm a t e r i a lf i e l d t h ep r o c e s sh a sm a n ya d v a n t a g e so 奇e rt h e c o n v e n t i o n a lc a s t i n gt e c h n i q u e t h ep r i m a r ya t t v a n t a g e sa r eo f e n h a n c i n g p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , s a v i n ge n e r g ya n dr e d u c i n gp r o d u c t i o nc o s t ，a tt h e s a m et i m e ，i ti sp o t e n t i a lt oi m p r o v eq u a l i t yo fc a s t i n gs t r i p h o w e v e gi t s p r a c t i c a la p p l i c a t i o n i n i n d u s t r y i ss t i l lh i n d e r e db e c a u s es o m ek e y t e c h n o l o g yp r o b l e m sh a v e n tb e e ns o l v e d 。i no r d e rt oi n d u s t r i a l i z et h e t e c h n o l o g y ，i ti sv e r yn e c e s s a r yt or e s e a r c ho nt h e o r yo f t w i n r o l lc a s t i n g a n dm e c h a n i s mo f m i c r o s t r u c t u r a le v o l u t i o nd u r i n gc a s f i n gp r o c e s s b a s e do na n a l y s i so n 氇ec h a r a c t e r i s t i co ft h eh e a tt r a n s f e rd u r i n gt h e c a s t i n gp r o c e s s ，o n e d i m e n s i o nt r a n s i e n th e a tt r a n s f e rm a t h e m a t i c sm o d e l w a se s t a b l i s h e dt op r e d i c tt h es h a p eo fs o l i ds h e l la n dt e m p e r a t u r ef i e l d o ft h em e l tp 0 0 1 s o l i d i f y i n gd y n a m i c sc o n d i t i o na tt h es o l i d 。l i q u i d i n t e r f a c ew a sc o n s i d e r e df o rf i r s tt i m ei nt h ep r e s e n t e dm o d e l o nt h e b a s i so fm o d e l ，e f f e c to fr o l lm a t e r i a la n dt e c h n o l o g yp a r a m e t e r s ( s u c ha s c a s t i n gs p e e d ，p o u r i n gt e m p e r a t u r e ，s i z eo fc a s t i n gr o l la n ds u r r o u n d i n g s t e m p e r a t u r e ) o ns o l i d i f y i n g r a t ei s i n v e s t i g a t e ds y s t e m a t i c a l l y n e n u m e r i c a ls i m u l a t i o ns h o w st h a tt h em a i nf a c t o r si n f l u e n c i n go ns o l i d i c a t i o na r et h et h e r m o p h y s i c a lp r o p e r t yo fr o l lr i n g ，c a s t i n gs p e e da n dr o l l d i a m e t e 羲t h ec o n c l u s i o np r o v i d e st h e o r yb a s i sf o rc o n t r o l l i n go f t h ec a s t 。 i n gp r o c e s s a tt h es a m et i m e ，t h em o d e lp r o v i d e sh e l pt ou n d e r s t a n d f u r t h e rs o l i d i f i c a t i o nb e h a v i o ro f l i q u i dm e t a li nt h ef r e e z i n gz o n e d u et ot h ec h a r a c t e r i s t i co fp u r ea l u m i n u md e f o r m a t i o nw i t hv i s c o p l a s t i c i t yi nh i g ht e m p e r a t u r e ，a l o n gw i t ht h et h e o r yo f f l u i dm e c h a n i c s ，a a p p r o x i m a t ea n a l y t i c a lm a t h e m a t i cm o d e lh a sb e e nd e v e l o p e dt oc a l c u l a t et h ev e l o c i t ya n ds t r a i no fm e t a tf l u i di nt h ed e f o r m e dz o n e 。i ti sh e l p f u l t ok n o wt h el a wo f t h em e t a lf l o w , t oc a l c u l a t ef l o ws t r e s s ，a n dt ou n d e r s t a n dm e c h a n i s mo fm i c r o s t r u c t u r a ie v o l u t i o nd u r i n g p u r ea l u m i n u m 捧= ：学髓论文 锯域辊铸$ l 过鞋数篷搂掇及l 艺霹索瓣纯镪繁坯曼激缀缓弱影壤 c a s t i n g a l a r g en u m b e ro f e x p e r i m e n t sh a v eb e e nc a r r i e do u tu s i n gl a b o r a t o r - s c a l ea n di n d u s t r i a lt w i n - r o l lc a s t e r sf o rp r o d u c i n gp u r ea l u m i n u ms t r i p s o f2 - 6 m mt h i c k n e s s 。硅es t r u c t u r e so fp u r ea l u m i n u m s t r i p s w e r e i n v e s t i g a t e db ym e a n so fm e t a l l o g r a p h i cm i c r o s c o p ea n dt e m ，a n di t s m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw e r ee v a l u a t e db yt e n s i l ea n dd r a w i n gt e s t 。t h e c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s 1 s t e e lo rc o p p e rr o l l 。t h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t 涔eo fa l u m i n u m s t r i pi s c o n s i s t so fc o a r s ec o l u m n a rg r a i n sw i t hg r o w t hd i r e c t i o nn o r m a lt ot h e s u r f a c eo fr o l ta tl o w e rc a s t i n gs p e e d ；w i t hi n c r e a s i n gc a s t i n gs p e e d a n dr e d u c i n gg a u g eo ft h e s t r i p s ，s o l i d i f i c a t i o nb e h a v i o ro fp u r e a l u m i n u mt u r n sf r o mc o l u m n a rg r a i nt oe q u i a x e dg r a i n ，a n dt h eg r a i n b e c o m e ss m a l l e r ；s oa st ot h et h i na l u m i n u ms t r i pr e v e a l sam u c hf i n e r e q u i a x e ds t r u c t u r e ，ag o o dm e c h a n i c a la n dd e e p d r a w i n gp r o p e r t y 2 b ya d d i n ga 1 一t i bg r a i nr e f i n e r i nt h em e l t ，e q u i a x e dg r a i n sa r e o b s e r v e df r o mt h es u r f a c et o w a r d st h ec e n t e ro ft h e s t r i p u n d e r v a r i o u sc a s t i n gs p e e d ，t h eg r a i n si nt h et h i ns t r i pa r es m a l l e rt h a no n e s i nt h et h i c ks t r i p 3 o w i n gt o o u t e rf r i c t i o na n dg e o m e t r yf a c t o ro ft h e c a s t i n gz o n e ， d e f o r m a t i o nt h r o u g ht h et h i c k n e s si sq u i t ei n h o m o g e n e o u sd u r i n gt h e t h i n - s t r i pc a s t i n gp r o c e s s ，s u r f a c el a y e rm e t a ld e f o r m e dh e a v yt h a nt h e c e n t e ro fs t r i p s ，t h i sl e a d st ot h ei n h o m o g e n e o u so fs u b s t r u c t u r ea n d r e c r y s t a l l i z a t i o n a c r o s st h e s t r i pt h i c k n e s s ，t h a ti s ，i n c o m p l e t e r e c r y s t a l l i z a t i o ni so c c u r r e di nt h es u r f a c el a y e rm e t a lo fs t r i p s ， i nt h i sr e s e a r c h ，s o l i d i f i c a t i o nb e h a v i o ro fp u r ea l u m i n u mm e l td u r i n g t h ec a s t i n gp r o c e s sh a sb e e ns t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y i ti si n d i c a t e dt h a t h e t e r o g e n e o u sn u c l e a t i o no nt h es u r f a c eo f t h er o l li st h em a i np a t t e r no f n u c l e a t i o nw h e ng r a i nr e f i n e ri s n ta d d e di nt h em e l t ，w h e r e a sn u c l e a t i o n r a t ei sc o r r e l a t e dw i t hs u r f a c es t r u c t u r ea n dc o o l i n gr a t eo fr o l l ；d u et o c o p p e rh a v i n gt h es a m ec r y s t a ll a t t i c ea n dp r o x i m a t el a t t i c ep a r a m e t e r w i t ha l u m i n u m ，t h ec r y s t a ln u c l e ii se a s i e rt ob eg e n e r a t e do ns u r f a c eo f c o p p e rr o l l ，s ot h a tt h ef i n eg r a i n sa r ef o r m e di nt h es t r i pc o m p a r e dt o s t e e lr o l l ；t h e nt h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r eo fp u r ea l u m i n u ms t r i p 博士学位论文铝烈辊铸轧过释数值模拟及r 艺冈素对纯铝带坯显微g r 纵的影响 d e p e n d so nn o to n l yn u c l e a t i o na b i l i t yo nt h es u r f a c eo fr o l l ，b u ta l s o o u t e rf i e l dr e l a t e dt ot e c h n o l o g yf a c t o r s o w i n gt ot h em e t a lf l u i df l o w i n g s t e a d i l yi nt h em e l tp o o la tl o w e rc a s t i n gs p e e d ，t h en u c l e ia r ed i f f i c u l tt o s e p a r a t ef r o mt h es u r f a c eo fr o l l ，t h e nd e v e l o p e dr a p i di n t os o l i d i f i e d s h e l l ，a s a c o n s e q u e n c e ，s o l i d i f i c a t i o n i s a p p a r e n t l yc o m p l e t e db y c o l u m n a rg r o w t h w i t hi n c r e a s i n gc a s t i n gs p e e d t h et e m p e r a t u r eg r a d i e n t i nt h ef r o n to fm e l t s o l i di n t e r f a c ei n c r e a s e s t h ei n t e r f a c eb e c o m em o r e s t e a d i e r , c u r v a t u r er a d i u so ft h ec o l u m n a r h e a di n c r e a s e s s oa s t o d e v e l o p e di n t os e g r e g a t ef a c ei nc e n t e ro f t h es t r i p s ；a sc a s t i n gs p e e di s i n c r e a s e df u r t h e r , f l o wo fm e t a lf l u i di sc h a n g e df r o ml a m i n a rf l o wt o t u r b u l e n c e ac i r c u l a t i o nz o n ei sf o r m e di nt h em e l tp 0 0 1 t h et e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o ni nt h ec i r c u l a t i o nz o n eb e c o m e sd i s o r d e r t h i sp r o v i d e s e n v i r o n m e n tc o n d i t i o nf o rt h en u c l e id i v o r c i n gf r o mt h es u r f a c eo fr o l l a n dt h en u c l e ig r o w i n gi nf o r mo fe q u i a x e dg r a i ni nt h ec i r c u l a t i o nz o n e ； i na d d i t i o n t l l eu n d e r c o o l i n gr e g i o ni nf r o n to ft h em e l f f s o l i ds h r i n k s w h e nc a s t i n gt e m p e r a t u r eo ft h em e l ti sh i g h ，s u p e r h e a tr e 西o ni nt h e c e n t e ro ft h em e l te n l a r g e sr e s p e c t i v e l y , i ti s n th e l p f u lt ob es u i t e dt o e q u i a x e dg r a mg r o w t h c o m b i n e dw i t ht h ek n o w nt e m p e r a t u r ef i e l da n ds t r a i nr a t ef i e l d ，t h e h o t c o m p r e s s i o ne x p e r i m e n to fp u r ea l u m i n u mh a sb e e nc a r r i e do u to n g l e e b l e15 0 0m a c h i n e ，t h em i c r o s t r u c t u r e so ft h ed e f o r m e ds p e c i m e n si s s i m i l a rt ot h ec a s t i n ga l u m i n u ms t r i pw i t ht h es a m et h e r m o m e c h a n i c a l p a r a m e t e r s b a s e o ne x p e r i m e n td a t a ，t h ef l o ws t r e s s e q u a t i o nw a s m o d e l e d a n dm i c r o s t r u c t u r a le v o l u t i o nm e c h a n i s mo fp u r ea l u m i n u m h a sb e e ns t u d i e dd u r i n gh o td e f o r m a t i o n t h es t u d ys h o w st h a td v n a m i c r e c r y s t a l l i z a t i o nd e p e n d so nz e n e r - h o l l o m o np a r a m e t e rw h i c h i sc o r r e l a - t e dw i t hs t r a i nr a t ea n dt e m p e r a t u r e ，t h ec r i t i c a lc o n d i t i o nt h a td y n a m i c r e c r y s t a l l i z a t i o n i sg e n e r a t e di np u r ea l u m i n u ms t r i p d u r i n gc a s t i n g p r o c e s si s i n z 2 6 5 4 k e yw o r d s ：t w i n - r o l lc o n t i n u o u sc a s t i n g ，t e m p e r a t u r ef i e l d ，n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ，p u r ea l u m i n u m ，s o l i d i l y i n gb e h a v i o r , m i c r o s t r u c t u r ee v o l u t i o n v 博士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 会属与合金的制各和加工过程是近代材料科学与工程中的一个十分重要的 研究领域，而材料的成分、结构和制造工艺与其性能和使用问的相互关系的研 究一直是材料科学与工程领域的中心内容。在材料科学与工程领域内有四个重 要概念和共性问题：性能、结构、过程与能量，它们之间有如下关系i 】。 圈 金属与合金的化学成分和原有结构( 组织、相结构) 是这些变化过程的内 因，外界的物理、力学和化学条件等是外因，而所形成的新结构是这些变化过 程的结果。内因是决定变化结果的首要因素，当金属与合余的原有结构确定之 后，材料的组织和性能主要由外界条件决定。 随着材料科学与工程的发展，人们在材料结构与性能关系的认识方面取得 了长足的进步。对于各种不同的金属材料，包括传统的钢铁与有色合会，以及 近年来发展的种类繁多的新型余属材料及令属与其它材料构成的复合材料，大 都可以经过巧妙的加工工艺，在获得形状尺寸的同时，通过组织结构的变化， 赋予成型后产品或零件以独特而优异的力学性能( 对结构材料) 或物理化学性 能( 对功能材料) ，达到“成型”与“成性”的高水平的结合。因此，世界各国 的材料工作者在注意研究丌发新材料的同时，对材料新型加工工艺的原理和方 法给予了极大的重视【4 。】。 双辊连续铸轧是直接将液态金属“轧制”成半成品或成品的一种近终形成 形技术，它将传统板带材生产工艺中液态金属铸锭及热轧等多道独立工序高度 潜圭学经论文第一簿缝论 浓缩在一台铸轧设备上连续完成，是集科学、技术和簟程为一体的一种短流程、 高效率生产金耩板带材的生产工艺，箕生产工艺流程鲡霭1 一l 所示。敢辊连续铸 滤撵 铸霉i 辍 薷i - i 金属板带双辊铸轴工艺示意图 带坯 轧与其它连续铸锭方法的根本区别，在于其结晶器是两个带冷却的旋转铸轧辊， 液态会餍在两个轧辊黪辊缝渊究成凝露和热轧鼹个过程；与连铸连钝办不相同， 连铸连轧是将液态会鞴在铸机结晶器中凝固成坯后，褥在后续的轧机上进行连 续轧制成材，铸坯和轧制蛋是耀个独立工序嘲。出于双辊连续铸轧工艺具有显萋 节约能源及提高会属的牧得率等优势，自5 0 年代在锅加工行她应用毗来，双辊 铸轧工艺作为一秘生产轧制扳材的经济方法，已在全世界范嘲内的锚工业中所 接受。特别是近几年来，由予烙体净化技术、表面润滑技术的不断创新和铸枣l 工艺的不断完蛰，双辍连续铸轧已经成为铝带坯的一釉重要，土产方式，其所蠢 铝板带坯的比例正在逐年增加，采用连续铸轧工艺生产的铝辙、带、箔材产爨 占铝板、带、箔材总产曩的比例由1 9 7 0 年的1 0 增加歪2 0 0 2 年的3 0 。但是， 常规铸轧工艺也存在一些不足，主要魍括单枫，主产效率偏低、可铸轧的合会范 围较小、铸轧椴表面和内部出现偏析及显微组织粗大。因此，常规铸轧铝带坯 的佳能不如热轧板带，不能满足某些产品( 鲡电容铝箔、制罐料等) 对高性熊 铝带坯的要求，限制了铸轧铝带坯的应用范围p 4 1 。 鲁上超纪8 0 年代裙以来，出于快速凝固技术在材料割蓄和材料畿形方瑶获 得巨大成功，以及相关举科( 机械制造、自动控制、流体动力学及摩擦润滑等) 的发震，推动了双辊锊轧技术豹发震，强提离铸轧速发帮簿低扳带嚣浑度的薄 带快速铸轧技术引起了图际上的广泛关注和兴趣，成为当今世界冶会、材料领 域其裔犟命幢豹翦沿拽术潞”3 。采嗣浮带快速铸轧技术院常蕊铸藐工艺生产流程 2 博士学位论文第一章缝论 更斑、能量消耗更省、原材料消耗更少、生产效率更高；其次，豳于快速凝固 嚣蠹接塑洼戒形熬黪点，浮带捷凝铸耗技拳还有胃籀缩垂乏缀织、躐少菝晶镛蓼亍， 从而改善材料的性能和提高板带坯质量；爨有意义的是有燎产品饿能用通常方 法戆较鼹域不麓黧产鑫褒，嚣袄遴铸羲 雯零帮提供了爵熊缝【1 2 , 1 3 。霞踅，怼薄 带坯双辊快速铸轧过程中工艺稳定性、液态金属的凝固行为和显微组织的演变 褒臻进行研究具有分重癸戆意义，零望囊聂实瑷铸麓投赘褒“袋形”嚣“戒 性”的高水平的结合。 1 2 薄带快速铸轧技术的特点 1 2 1 薄带快速铸轧的工艺特点 嚣 l 誊，袅产金越键蔽豢榜兹圭鬟方法鸯模薅( 簸连续铸锭) + 熬巍法秽双辘 连续铸轧法。模铸+ 热轧法生产2 m m 铝板材的工艺流程为( 以l 2 纯铝为例) 1 4 1 ： 熔炼一铸造一热轧一粗轧一中断一中轧一剪切一 甥头尾，退火，绥乎捡验涂i 囊- 包装 对子厚发毙2 8 0 m m 鲍键锭，热霉l 至6 m m 大约褥要2 0 个道次；从6 m m 减 薄至2 m m 需骚4 个邋次的冷轧( 粗轧、中轧) 。 紫娥铸霉l 法生产的扳荣坯厚度一般为6 s m m ，锩轧速度约为0 8 t 1 t r d m i n 。 用铸礼铝带坯生产2 m m 铝檄只需3 嘶个道次的冷轧，其生产工艺流程为： 连续铸轧- 冷轧- 剪切矫平+ 退火 检验，包装 而薄带快速铸轧工艺可以直接从液态金属获得2 r a m 以下的薄镪带坯，铸轧 速度达到1 2 m m i n 。 幽此可抛，与倦统的模铸+ 热轧及常规铸轧工艺相比，薄带快擞铸轧按术具 有自身的许多特点【1 5 1 8 j ： 1 省去了液态余属铸造、搬运、铸锭镜面、加热、开坯及多道次的热轧、 冷轧等中间工序和环节；同时减少了铸锭铣蕊、热$ l 后切头切尾的废料重熔。 节约大量能源，提高了成材率。例如，生产1 吨同样厚度的铝板带，薄带快凝 铸轧法比铸锭热轧法节约3 0 以上的能量，成材率约提高l o 以上。 2 出予减少了许多中渐生产工洋和环节，简化了工艺过程，西而装机水平 3 麟士学覆论文第一翥绪论 相对较低，且设备简单集中，厂房占地面积小，减少了设备和基建投资，降低 了生产成本。按生产l 缱板带溉计算，薄带快速铸轧法的设备和基建投资佼熟 率l 法的六分之；另一方面，缩短了施工日期，可较快地投产并发挥投资效益。 3 生产周期短。飘溶炼锈承虱铸轧出铝带坯，仅需1 5 小嚣寸，飘糯可以减 少库存和节约流动资金，间接地降低了生产成本，企业可以很快地取芋晕较好的 经济效蕊。 4 缴产过私自动化程度提高和劳动环境得到改善。铸锭车间劳动环境恶劣， 葶工劳动多，燕冶金行渡中最落菇静工净。采糟双辊铸轧工艺螽，劳动繇境缮 到了根本性的改落；同时可实现双辊铸轧过程的自动化嗣智能化。 当然，铸锭。热车l 一冷轧在产灞晶质上拥有一定傀势，特剐是复合镭含金体系 的常用铝板目前仍是用这种工艺制造。 1 2 2 快速铸轧簿带的金属学特点 双辚连续镣乾过程燕在6 0 7 0 m m 长豹狭，j 、铸巍嚣鼙，在较短靖闺懑完藏浇 淀、凝固、轧制变形、出坯这一系列复杂的流变和物理化学过程。对于常规铸 轧，铸牟t 速度耱对鞍疆，滚俸奁铸嚣区凝霾薅阕糖霹较长，一般在3 秒镑丕右， 凝固冷却速度不别2 0 s ：而薄带快凝铸轧由于板带厚度减小、铸轧速度提高， 滚态金j i 嚣憋凝固辩阕不劐o + 2 秒，凝霾冷囊器速度达誉t 0 0 c s 戳上，属予妥抉瀵 凝固范围。随着凝固速度的提离，带来铸轧板带坯内部组织结构的变化：( 1 ) 铸霉l 铝豢坯熬凝强缝织缎讫，冷帮速度瓣二次技燕骛裁凝懿影魏襄表i 1 。合岔 元素的固溶量增大，细小析出物增多，化学成分均匀，减少偏析，提高致密度。 ( 2 ) 铸穗豹合金熬静大大溪多，突破零矮铸巍时凝固瀵菠范圈越过4 0 整合会 不能生产的限制：有可能扩大用铸轧法生产铝合余的品种范围，例如5 1 8 2 合余 簿：( 3 ) 浃速铸钝搜本霹以实璎六豹毵剃变形薰窝大妻冬变影遮搴，叛豢坯内零 可能出现动态再结晶组织，有利于板带颤在后续工序中的加工。 表l i 冷圣f 速爱靖二旋竣菇尊趣距( s d a s ) 穗移响盼” 4 肄士学垃谂文第一章绪论 1 3 双辊连续铸轧技术的发展概况 1 3 1 双辊连续铸轧技术的发展历史【2 1 羽】 双辊连绥铸辜0 技拳翡发溪至今蠢有1 5 0 多年熬掰史。攀在1 8 4 6 年，荚蓬转 炉炼钢的发明者亨利贝塞麦( h e n r y b e s s m e r ) 提出了双辊铸轧材料成型方法的 设懋，帮鼓掰麓转赣上方浇注金藩滚，逶避一对内帮具春缓巧冷却佟惹翡铸筑 辊从辊缝下边引出铸轧带坯( 见图1 - 2 a ) ，并获得了有关这种技术的第一项专利。 毽隈予当露技术瘩乎帮工艺技术条 警，铸筑遘程镘难控懿，产磊滋霪极羞，致 使一魑冶金学家认为，液态忿属铸轧不能生产出优质板带坯产品，因而使褥该 顼鼓零懿聚究被攘鬟，在这骧螽豹逡1 0 0 年零，该磺技零一塞不为人嚣j 嚣鬟援。 直到2 0 世纪3 0 年代，德国的容汉簸( j u n g h a n s ) 等酋次报邋了立式连续铸轧成 功懿滚悬蜃，铬豢坯双辊连续铸李l 技零彝浚条褥裂了遮邃黪发震，1 9 4 8 年意大 利康获路斯公司( c o n f i n u sc o ) 研制出了普罗铂齐( p r o p e r z i ) 翅2 轮带式连铸机。 嚣嚣聚备毒穗应夔爨撬设餐，可敬耋接生产掰震爨线孛葶或带枣葶。1 9 5 1 年美因豹 亨特、道格挝斯( h u n t e r 、d o u g l a s ) 两家公司联合，将失败的贝塞麦( b e s s m e r ) ( q )( b ) ( c ) ( 。；) 震1 - 2 双辊连续铸轧瓿粪型镰) 上_ ；_ 蠡式，如下注式，( e ) 水乎式，( 都倾铸式。 博士学健论文第一牵绪论 方法璧新进行了研究，将生产方式虫上进式改为下 空式( 见墅1 - 2 b ) ，鼹铸羲鼹 按窳平方肉毒嚣，拱料囔装在筑帮，事l 辍矗经为6 0 0 r a m 。善次铸乾爨宽型铬带 坯，轧制力约为6 0 0 盹，铝带坯厚为6 r a m ，宽为1 5 0 0 r a m 。1 9 5 6 年美国黑兹裂 姆( h n e l e t t ) 公镯提爨懿双磐式连铸褪，爱甏紧蹑蹈辊叛带轧摭兹生产线磺剃 成功。1 9 6 2 年亭特公司对下注式进行改进，提出铸轧辊中心线遣线与鬟悫方向 成1 5 。夹囊鲶颧斜式铸辜鞔( 是爝l - 2 d ) ，吏鼹了下注式铸乾法中珙辫躜艟安装 调整不方便等缺点。这之后，法国的欺卡尔( s c a l ) 公司研制出称之为3 c ( c o n t i n u o u sc a s t e rb e t w e e nc y l i n d e r s ) 水平式双辊铸轧摄( 见图1 - 2 c ) 。这秽铸 轧机与上述两种的不同之处在于两铸轧辊中心连线与地蕊垂点，出坯方向为水 平方向。水平式秘倾斜式双辊铸轧枧在攥作、调试与检修上都魄下注式具有暌 盥的优点，而在产品质量卵铸轧速度上与下注式耩本榉，因此，生产厂家一 般都选择水平式； n 倏斜式双辊铸轧祝。 我国于1 9 6 4 年开始研制铝带坯双辊连续铸轧技术，1 9 6 5 年用辊径为由 4 0 0 m m 的下注式双辊铸聋k 机生产如宽为7 0 0 r a m 的铝繁蟋，1 9 7 1 年由东j t 轻岔 金加工厂研制成我国第一台8 0 0 m m 水平下注式双辊铸轧机，1 9 7 5 年冶余部对此 项工艺技术进行了鉴定。1 9 7 8 每程河北涿县建起了铝加工试骏厂，1 9 7 9 年研究 成功巾6 5 0 m m x1 3 0 0m l r l 双辊倾斜式铸轧机，1 9 8 3 年通道国家技术鉴定，并投 入工、监生产。嗣年又生产溅一台书9 8 0 m i n x1 6 0 0m m 的趱型双辊倾斜式铸轧祝。 1 9 8 4 年中阿涿神有色金属加工专用设备有限公司成立，该公司予1 9 9 3 年生产出 我阑第一螽仿3 cq b 9 6 0 m m 1 5 5 0m m 超型铸瓿机。到鲠前为止，我国累计投产 的淑辊式铸轧机多达“o 多套，其中从国外引进的双辊式铸轧机1 3 台，包括法 国皮希淫( p e c h i n y ) 3 c 水平式铸轧机及越国戴维( d a v y ) 公司双辊倾斜式铸辊 机，但大多数怒我国自行研制生产的国产铸轧机。 1 3 2 双输连续镑轧技术的进髅忙“” 上节介绍韵双辊连续式铸轧枫的铸轧涟度都院较馒，大约为0 8 5r n m i n ， 铸轧铝带坯厚度为6 8 r a m ，革机产量不裔：其次，铸轧睾舄带坯质蘑不能满足高 往髓铝毒孝蠢9 品( 满压电容锻箔、翻罐辩翻计算机襻储蘩板等) 的簧求，戳丽冀 应厢范潲受到了檄大限制。随糟能源危机的加剧和快速溅同技术的发展，自上 毽纪g o 年代裙以卷，毯际藩名大举( 鲡葵簪牛津大学、美国麻省鼙工学院等) 、 瞧界著名大公司 荧国h u n t e r 公司、英国d a v y 公司、法溺p e c h i n y 公司等) 开 始辩旨在撬离铸轧速度、降低韬带坯殍魔、扩大掰铸轧锚合令系弼和获褥夷爵 的韬带疆演置的铸轧技术滋行深入的磷究，并敬得了鬟大进袋，相继维融薄带 6 博士学位论文第一章绪论 方法重新进行了研究，将生产方式由上注式改为下注式( 见图1 - 2 b ) ，两铸轧辊 按水平方向布置，供料嘴装在底部，轧辊直径为6 0 0 m m 。首次铸轧出宽型铝带 坯，轧制力约为6 0 0 吨，铝带坯厚为6 r a m ，宽为1 5 0 0 m m 。1 9 5 6 年美国黑兹利 特( h a z e l e t t ) 公司提出的双带式连铸机，后面紧跟四辊板带轧机的生产线研制 成功。1 9 6 2 年亨特公司对下注式进行改进，提出铸轧辊中心线连线与垂直方向 成1 5 。夹角的倾斜式铸轧机( 见图l - 2 d ) ，克服了下注式铸轧法中供料嘴的安装 调整不方便等缺点。这之后，法国的斯卡尔( s c a l ) 公司研制出称之为3 c ( c o n t i n u o u sc a s t e rb e t w e e nc y l i n d e r s ) 水平式双辊铸轧机( 见图1 ，2 c ) 。这种铸 轧机与上述两种的不同之处在于两铸轧辊中心连线与地面垂直，出坯方向为水 平方向。水平式和倾斜式双辊铸轧机在操作、调试与检修上都比下注式具有明 显的优点，而在产品