镁合金板的连续高效铸轧成型方法 【技术领域】
本发明涉及镁合金板的冶炼、 变形、 加工成型技术领域， 特别是一种镁合金板的连 续高效铸轧成型方法。 【背景技术】
镁液或者镁合金液性质活泼， 容易氧化燃烧， 几乎同所有铝合金材质的耐火材料 发生剧烈化学反应， 甚至发生剧烈的爆炸， 所以为了安全可靠的生产， 用于生产的保护设施 是必不可少的。镁液或者镁合金液体简称为镁熔体。
现有的镁合金板制造工艺， 其包括熔炼、 控温、 铸轧工序， 在整个工序进行中， 须充 分做好保护措施。 现有的熔炼采用电阻炉， 控温亦采用电阻炉， 用双电阻炉实现铸轧前镁熔 体的预处理， 然后即铸轧。现有的铸轧其断裂发生率高， 完全不能够实现连续铸轧， 且限于 电阻炉的升温慢， 所以生产效率低下。
当前， 面临着全球资源的紧缺， 处于该紧张形势下， 对于镁资源的大国， 我国迫切 需提高镁合金的开发生产效率、 降低其生产成本、 并提高生产质量。【发明内容】
为了解决现有的技术问题， 本发明提供一种镁合金板的连续高效铸轧成型方法， 其制得的镁合金板断裂发生率低、 品质提高且生产率亦提高。
本发明解决现有的技术问题， 提供一种镁合金板的连续高效铸轧成型方法， 该方 法包括 ： 顺序设置的感应电炉、 电阻炉、 铸轧辊和多段轧辊 ； 向所述感应电炉内投入金属元 素， 该金属元素为镁锭， 或者镁锭与合金元素， 金属元素在所述感应电炉内熔化成镁熔体 ； 经所述感应电炉熔化后的镁熔体经管道流入所述电阻炉内， 并在所述电阻炉内进行调温 ； 所述电阻炉内设置至少两个溢流相通的调温区， 所述调温区之间的温差恒定 ； 经过所述电 阻炉后的镁熔体通过输送管到达所述铸轧辊的咬入区， 成型为镁合金板送出 ； 镁熔体进入 咬入区的温度为 690±10℃ ； 镁合金板顺序经过所述多段轧辊， 在轧制区该每段轧辊的轧表 工作面温度和被轧镁合板温度范围为 250 ～ 350℃， 且沿着所述轧辊的轴向上该温度差为 ±10℃。
本发明更进一步的改进是 ：
经多段轧辊输出后的镁合金板经卷绕机成卷卷绕。
所述金属元素在所述感应电炉内熔化， 然后经过精炼和除渣处理， 之后搅拌均匀。
所述感应电炉与所述电阻炉内设置保护气体。
该保护气体为 SF6 和 CO2 的混合气体。
所述调温区之间设置区域分隔板， 该区域分隔板与电阻炉体将所述电阻炉的内腔 形成多个所述调温区 ； 当所述区域分隔板至少为两个时， 沿着镁熔体的流向所述区域分隔 板由高至低设置， 所述调温区经区域分隔板之上的空间贯通。
所述调温区包括加热电阻单元、 散热单元和搅拌机构 ； 本方法设置用于检测各个调温区温度信号的检测模块、 控制各个调温区温度范围的处理模块 ； 所述处理模块根据检 测的温度信号， 判断各个调温区内的温度补偿， 然后发送命令至加热电阻单元或散热单元 ； 至少一调温区的所述搅拌机构搅拌其内的镁熔体， 使金属元素分布均匀 ； 至少一调温区的 液面控制其平稳与高度， 该调温区的镁熔体经输送管输出。
所述调温区的壁为铁质 ； 所述加热电阻单元为加热丝及其外套的陶瓷管， 该加热 电阻单元分布于调温区的局部。
所述调温区为 2、 3、 4 或 5 个。
所述调温区包括第一调温区、 第二调温区和第三调温区 ； 所述第一调温区的选值 温度范围为 900 ～ 800℃ ； 所述第二调温区的选值温度范围为 800 ～ 700℃ ； 所述第三调温 区的设定温度为 700℃。
所述输送管设置于靠近所述第三调温区的底部。
分别在所述管道和所述输送管内设置阀门 ； 并在所述管道和所述输送管的外围设 置控温模块， 用于使所述管道的内壁、 所述输送管的内壁和所述阀门具备设定的温度。
在所述管道处设置晶粒细化剂入口。
邻近轧制区设置控温模块， 用于对欲进入该轧制区的轧表工作面和被轧镁合板温 度调节， 使其达到设定的温度要求。
本方法包括至少两感应电炉， 所述两感应电炉均与所述电阻炉相连， 经所述阀门 所述感应电炉交替择一与所述电阻炉相相通。
相较于现有技术， 本发明的有益效果是 ： 首先， 采用感应电炉熔化镁锭， 相较已有 的电阻炉熔化， 其熔化效率大幅度提高， 从而解决了现有的镁熔体形成效率慢的瓶颈问题 ； 其次， 采用镁熔体的温度梯度控制， 以保证进入铸轧咬入区的镁熔体温度为 690±10℃， 在 该温度下， 成型镁合金板的塑性和连续性良好， 同时， 各温度梯度之间的镁熔体经溢流相 连， 避免了使用管道发生堵塞的可能性， 从而提高了本方法的可靠性 ； 最后， 多段轧辊轧制， 连续、 高效成型所需规格的镁合金板。 【附图说明】
图 1 为本发明镁合金板的连续高效铸轧成型方法的结构示意图 ；
图 2 为本发明成型方法的流程示意图。 【具体实施方式】
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图 1 和图 2 所示， 一种镁合金板的连续高效铸轧成型方法， 其包括 ： 感应电炉 11、 电阻炉 12、 铸轧辊 13 和多段轧辊 14 ； 感应电炉 11 用于熔化投入其内的镁锭 15 ； 经感 应电炉 11 熔化后的镁熔体经管道 16 流入电阻炉 12 内 ； 电阻炉 12 内设置至少两溢流相通 的调温区， 调温区之间的温差恒定， 调温区呈降温排列 ； 经过电阻炉 12 后的镁熔体通过输 送管 17 到达铸轧辊 13 的咬入区 18， 成型为镁合金板送出 ； 镁熔体进入咬入区 18 的温度为 690±10℃ ； 镁合金板顺序经过多段轧辊 14， 在轧制区该每段轧辊的轧表工作面温度和被轧 镁合板温度范围为 250 ～ 350℃， 且沿着所述轧辊的轴向上其温差为 ±10℃。在本方案中， 采用感应电炉熔化， 将传统的多个小时熔化时间缩减为一小时之内即可熔化成镁熔体， 大大缩短开机后起始镁合金板输出时间， 该感应电炉为中频炉 ； 同时， 将传统的控温电阻炉单 腔改进成本方案的多个调温区， 各调温区之间经溢流相连， 高精度控制了电阻炉内的镁熔 体温度 ； 另外， 本方案采用 690±10℃的铸轧成型温度， 制得的镁合金板连续性好 ； 最后， 保 持在轧制区该每段轧辊的轧表工作面温度和被轧镁合板温度范围为 250 ～ 350℃， 结合镁 合金板晶粒细化， 所以此状态下铸轧时的镁合板其塑性好。
为了便于包装和运输， 经多段轧辊 14 输出后的镁合金板经卷绕机 19 成卷卷绕。
由于镁熔体性质活泼， 所以感应电炉 11 与电阻炉 12 内设置保护气体， 该保护气体 分布于两炉内的镁熔体液面之上， 避免镁熔体与氧气接触。 该两炉是在密封条件下运行， 即 在炉口处设置炉盖， 特别是感应电炉， 须其内的镁熔体全部输出成为空炉以后， 打开炉盖投 入镁锭， 以避免其内的镁熔体接触氧气或水份， 为了便于观察感应电炉内的镁熔体状态， 优 选在炉盖上设置观察孔。本发明的保护气体为 SF6 和 CO2 的混合气体。
电阻炉 12 内设置由高至低的区域分隔板 20， 从而在电阻炉 12 内形成多个调温 区； 该多个调温区经区域分隔板 20 之上的空间贯通， 该多个调温区的数量分别为 2、 3、 4或 5 个， 当调温区为 2 个时， 区域分隔板 20 的数量为一， 当调温区为 3 个时， 区域分隔板 20 的 数量为二， 当调温区为 4 个时， 区域分隔板的数量为三， 其它的依此类推。以下以调温区为 3 个时举例说明 ： 调温区包括第一调温区 21、 第二调温区 22 和第三调温区 23 ； 第一调温区 21 的选 值温度范围为 900 ～ 800℃ ； 第二调温区 22 的选值温度范围为 800 ～ 700℃ ； 第三调温区 23 的设定温度为 700℃。根据调温区的数量设定各调温区之间的温度梯度。感应电炉内的 镁熔体流入第一调温区， 当第一调温区装满以后再溢流入第二调温区， 同理， 从第二调温区 溢流入第三调温区， 分级的温度调节将其从熔化时的 900℃左右顺序调节到 900℃、 800℃ 和 700℃， 并最终达到至铸轧辊时为 690±10℃。
为了实现各个调温区内的镁熔体温度趋于恒定， 本发明采用各调温区包括加热电 阻单元、 散热单元和搅拌机构， 加热电阻单元用于向镁熔体提供热能， 散热单元用于吸收镁 熔体的热能， 搅拌机构用于使调温区内的温度均匀， 加热电阻单元、 散热单元对应于每一调 温区， 以精确调整其内镁熔体的温度值 ； 本方法还设置用于检测各个调温区温度信号的检 测模块、 控制各个调温区温度范围的处理模块 ； 处理模块根据检测的温度信号， 判断各个调 温区内的温度补偿， 然后发送命令至加热电阻单元或散热单元， 当检测温度相较设定温度 过高时， 关闭加热电阻单元， 停止提供热能， 利用散热单元的散热效果进行降温处理， 直至 检测温度达到设定值 ； 当检测温度相较设定温度过低时， 供电于加热电阻单元， 向调温区提 供热能， 从而提高镁熔体的温度， 直至检测温度达到设定值。由于该电阻炉的内壁为铁质， 金属铁导热快， 其外壁具有一定的散热效果， 所以优选散热单元采用风冷。 而加热电阻单元 为加热丝及其外套的陶瓷管， 该加热电阻单元分布于调温区的局部， 其分布密度根据各个 调温区的容积及散热单元的散热效率而定。在本方案中， 至少一调温区的搅拌机构搅拌其 内的镁熔体， 使金属元素分布均匀 ； 至少另一调温区的液面控制其平稳与高度， 即尽量保持 该调温区内的液面高度不变、 液面无波动， 该调温区的镁熔体经输送管输出至铸轧辊的咬 入区， 直接进行铸轧操作。
电阻炉内的镁熔体达到设定温度后经输送管输送至铸轧辊的咬入区， 该输送管优 选设在靠近第三调温区 23 的底部。并在该输送管上串设一阀门， 该阀门用于切断或提供向
外的镁熔体。
由于镁合金的塑性差， 本发明根据镁合金板的质量需求， 在管道 16 处设置晶粒细 化剂入口， 以便于向镁熔体内输入晶粒细化剂， 从而提供晶粒细化的镁合金板。 本发明申请 采用 AlTiC 作为镁合金的晶粒细化剂， 解决了镁合金的塑性问题。
本发明的多段轧辊 14， 在轧制区该每段轧辊的轧表工作面温度和被轧镁合板温度 范围为 250 ～ 350℃， 且沿着所述轧辊的轴向上其温差为 ±10℃， 其通过邻近轧制区设置的 控温模块来实现， 用于对欲进入该轧制区的轧表工作面和被轧镁合板温度调节， 使其达到 设定的温度要求 ； 该控温模块包括加热、 散热、 温检机构， 以用于精确调控各个位置的温度， 段数能够为 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9， 根据具体镁合金板规格而定。
本方法包括至少两感应电炉 11， 各个感应电炉 11 分别经管道 16、 阀门与电阻炉 12 相连 ； 在连续铸轧的工作状态下， 各个感应电炉 11 交替择一与电阻炉 12 相通， 此时， 相通的 感应电炉 11 内的镁熔体经管道流入电阻炉， 直至该感应电炉 11 内的镁熔体完全流出， 然后 关闭与该感应电炉相通的阀门， 待炉体冷却后打开炉盖再一次的投入金属元素。当一感应 电炉内的镁熔体使用完毕关闭阀门时， 打开另一感应电炉所对应管道的阀门， 使用其内的 镁熔体。 由于采用多个感应电炉不间断供应镁熔体， 从而实现了镁熔体的连续不间断供应。 除了使用两感应电炉， 同理能够使用三感应电炉、 四感应电炉。 本发明首先， 采用感应电炉熔化镁锭， 相较已有的电阻炉熔化， 其熔化效率大幅度 提高， 从而解决了现有的镁熔体形成效率慢的瓶颈问题 ； 其次， 采用镁熔体的温度梯度控 制， 以保证进入铸轧咬入区的镁熔体温度为 690±10℃， 在该温度下， 成型镁合金板的塑性 和连续性良好， 同时， 各温度梯度之间的镁熔体经溢流相连， 避免了使用管道发生堵塞的可 能性， 从而提高了本方法的可靠性 ； 最后， 多段轧辊轧制， 连续、 高效成型所需规格的镁合金 板。
本发明一具体实施方式如下 ：
在结构上， 感应电炉、 管道、 电阻炉、 与电阻炉一体的输送管， 四者是在密闭的并具 有保护气体的条件下进行配合金、 熔炼、 精炼、 除渣、 控温和输送。 为了便于工作人员进行管 控， 在感应电炉及电阻炉的炉顶、 炉壁等处设有透光孔和观察窗， 并安装流量计控制通入炉 内的保护气体的流量、 压力计检测炉内的气体压力和可控硅温控表监控炉内温度。
在工艺方法上， 根据镁熔体重量及镁合金板规格加入晶粒细化剂 (ALTiC)， 例如 ： 加入的晶粒细化剂占镁熔体的比重为 8-10‰， 加入晶粒细化剂以后， 能使生产的镁合金板 晶粒组织更为细化， 大大提升镁合金板的塑性。
在工艺方法上， 在金属元素 ( 镁锭， 或镁锭及合金元素 ) 熔化、 精炼、 除渣及控温过 程中， 在感应电炉及电阻炉内通入保护气体， 即 SF6 和 CO2 的混合气体， 用以在感应电炉内部 上空形成一气体保护层。该保护层可以为 8-15cm 厚， 以隔离熔融状态的镁元素与炉内残留 的氧气直接接触， 从而大大提高生产的安全性。
在工艺方法上， 铸轧辊及 6 段温轧的轧辊表面发设置有润滑剂， 用于防止镁合金 氧化燃烧， 在双轧辊表面的润滑剂由氢氧化镁 2-3％、 烷基磺酸钠 0.3％、 氟硼酸钾 1％和蒸 馏水组成的悬浮液。
本发明镁合金板的生产工艺其按步骤描述如下 ：
步骤 1 ： 感应电炉内加入金属元素 ：
将镁锭投入感应电炉内， 再根据镁锭的重量及生产镁合金板的规格按比例将铝、 锌、 锰、 铈、 钍、 锆、 镉等合金元素投入感应电炉内 ； 关闭感应电炉的炉盖， 使感应电炉内腔为 密闭状态 ； 将保护气体充入感应电炉内， 其充入保护气体的时机可以是感应电炉加热前， 也 可以是感应电炉内的金属温度位于 620℃以下时， 开启保护气体的阀门以后， SF6 和 CO2 的混 合气体即充入感应电炉内， 以避免熔化后处于熔融状态的镁元素与空气中的氧气接触， 提 高生产的安全性。
待感应电炉内的金属元素熔化以后， 再经过精炼、 除渣处理， 该精炼和除渣能够引 用本技术领域已有的精炼和除渣方案， 在本发明申请的说明书不详细描述。
最后对镁熔体进行搅拌处理， 以使感应电炉的镁熔体其合金元素分布均匀。
欲使用一感应电炉内的镁熔体时， 启动与该感应电炉相连的管道外围控温模块， 将管道内壁的温度提升至设定高度， 以避免镁熔体遇到冷管道发生冷凝堵塞的问题。当管 道的温度达到设定数值时， 打开阀门， 使感应电炉内的镁熔体经过管道流入电阻炉内。
本发明申请优选采用晶粒细化剂生产镁合金板， 所以当打开阀门时， 亦打开晶粒 细化剂的入口， 送入晶粒细化剂。
步骤 2 ： 电阻炉内精确控制温度 ： 待镁熔体流入电阻炉内后， 其在电阻炉的第一调温区进行储存， 直至液面达到区 域分隔板的高度， 然后溢流到第二调温区， 同理， 溢流到第三调温区。在第一、 第二调温区， 均对应有加热电阻单元、 散热单元和搅拌机构， 加热电阻单元用于向镁熔体提供热能， 散热 单元用于吸收镁熔体的热能， 搅拌机构用于使每个调温区内的温度均匀， 以精确调整其内 镁熔体的温度值 ； 本方法设置用于检测各个调温区温度信号的检测模块、 控制各个调温区 温度范围的处理模块 ； 处理模块根据检测的温度信号， 判断各个调温区内的温度补偿， 然后 发送命令至加热电阻单元或散热单元， 当检测温度相较设定温度过高时， 关闭加热电阻单 元， 停止提供热能， 利用散热单元的散热效果进行降温处理， 直至检测温度达到设定值 ； 当 检测温度相较设定温度过低时， 供电于加热电阻单元， 向调温区提供热能， 从而提高镁熔体 的温度， 直至检测温度达到设定值， 这样即可实现本发明申请的温度梯度。
当位于输送管前面的调温区， 其温度和容量达到启动铸轧工艺要求时， 启动输送 管外围的控温模块， 使输送管及其上的阀门达到设定的温度值， 然后打开阀门， 符合要求的 镁熔体即经输送管流出。 且在第三调温区内的液面尽量保持高度不变、 无波动， 以免影响后 续铸轧效果。
在本步骤， 电阻炉内腔为密闭状态 ； 将保护气体充入电阻炉内， 开启保护气体的阀 门以后， SF6 和 CO2 的混合气体即充入电阻炉内， 以避免处于熔融状态的镁元素与空气中的 氧气接触， 提高生产的安全性。
步骤 3 ： 铸轧镁合金板 ：
与电阻炉一体化的输送管， 其输送调温区的镁熔体至铸轧机的咬入区。为了防 止铸轧辊的上下两辊表与镁熔体发生反应或出现粘稠现象， 同时还防止镁熔体氧化燃烧， 本发明在铸轧辊的表面喷润滑剂， 该润滑剂由氢氧化镁 2-3％、 烷基磺酸钠 0.3％、 氟硼酸 钾 1％和蒸馏水组成的悬浮液， 这种润滑剂均匀分布在上下两轧辊的表面， 铸轧辊的上下两 轧辊之间的间隙为镁熔体的冷却段， 上下两轧辊之间间隙的垂直距离确定了轧制出镁合金 板的厚度， 当镁熔体进入轧辊冷却段时， 上下两轧辊分别向相反的方向转动， 这样轧辊里的
冷却液不间断循环流进或流出以降低轧辊表面的温度， 迅速将镁熔体转变为固态的镁合金 板， 在上下两轧辊向相反的方向同时转动时把已凝固的固态的镁合金板带出进入下工序。
步骤 4 ： 多段轧辊轧制镁合金板
由铸轧辊轧制后的镁合金板进入 6 段温轧辊时， 要求 6 段温轧辊的上下两轧辊表 面温度要精确控制在 250 ～ 350 ℃之间， 且温度差为 ±10 ℃。如果双轧辊的表面温度在 250 ～ 350℃范围之外或者温度分布不均匀都会直接引起轧制的镁合金板变形。6 段温轧 辊上下两轧辊之间的间隙为镁合金板的轧制段， 上下两轧辊之间间隙的垂直距离确定了各 段温轧辊轧制出来镁合金板的厚度， 当镁合金板进入第一段上下两轧辊轧制段时， 第一段 上下两轧辊分别向相反的方向同时转动将已经轧制厚度在 7-8mm 之间镁合金板带出。此 已轧制成厚度在 7-8mm 之间镁合金板进入第二段上下两轧辊轧制段时， 第二段上下两轧辊 分别向相反的方向同时转动将已经轧制厚度在 3-4mm 之间镁合金板带出， 依次进入第三， 四， 五， 六段温轧辊， 在第六段上下两轧辊分别向相反的方向同时转动将已经轧制成厚度在 0.1-0.2mm 之间镁合金板已完成。
6 段温轧辊各段镁合金板压缩比 ( 单位 ： mm) ：
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说， 在 不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换， 都应当视为属于本发明的 保护范围。