連續(xù)鑄軋機的工作原理及各主要參數(shù)

連續(xù)鑄軋機的工作原理及各主要參數(shù)2.1鑄軋機的工作原理鑄軋機的鑄軋過程就是在兩個相對旋轉(zhuǎn)被水冷卻的軋輥的輥縫間不斷輸入液態(tài)金屬，通過冷卻、鑄造，連續(xù)軋出板卷坯料。2.1.1生產(chǎn)工藝流程Ar圖42-2鑄軋生產(chǎn)工藝流程圖1-除氣系統(tǒng)2-過濾系統(tǒng)Ar圖42-2鑄軋生產(chǎn)工藝流程圖1-除氣系統(tǒng)2-過濾系統(tǒng)3-液面控制4-鑄咀5-鑄軋機6-噴涂系統(tǒng)7-剪切機8-板卷12345678LL1L2L3L鑄咀輥軸線圖42-3鑄軋過程區(qū)域圖h0-板帶厚度h-金屬凝固厚度L-鑄軋區(qū)L1-固相區(qū)L2-固液區(qū)L3-液相區(qū)2.1.2鑄軋區(qū)的建立(1)鑄軋區(qū)的定義鑄軋區(qū)是指兩輥中心連線又稱軋輥中心線到鑄咀前沿之間的區(qū)域。鑄軋區(qū)的長度是在鑄軋開始前就已確定了，它由鑄軋板厚、軋輥輥徑、合金、設(shè)備能力及鑄咀咀唇厚度確定。鑄軋區(qū)設(shè)定的一般原則：a.鑄軋板板厚增厚，鑄軋區(qū)減短。b.鑄軋輥輥徑增大，鑄軋區(qū)增長。c.鑄咀咀唇厚度增加，鑄軋區(qū)增長。d.設(shè)備軋制力大，鑄軋區(qū)增長。e.純鋁、軟合金鑄軋區(qū)稍長，硬合金稍短。(2)鑄軋區(qū)的三個區(qū)域鑄軋區(qū)的三個區(qū)域見圖42-3。鑄軋區(qū)由固相區(qū)、固液區(qū)和液相區(qū)組成。L=L1+L2+L3(42-1)A.固相區(qū)固相區(qū)又稱變形區(qū)或熱加工區(qū)，此區(qū)域的金屬已完全凝固，可近似表示為：LL1＝R·(h-h0)(42-2)固相區(qū)的熱加工率表示為：＝――(42-3)h-h0ha.固相區(qū)隨著鑄軋速度的增加而減小，隨鑄軋區(qū)的增加而相應(yīng)增加。b.在鑄軋區(qū)和鑄軋速度相同的條件下，板厚減薄，固相區(qū)增加。c.在此區(qū)域，軋輥對金屬不斷地進行冷卻，軋制也同時進行，鑄軋板出輥時的溫度比固相線溫度要低得多。在相同的板厚條件下，鑄軋區(qū)愈大、鑄軋速度愈慢、輥套厚度愈薄、其鑄軋板出輥溫度愈低，熱加工率也愈高。B.固液區(qū)固液區(qū)又稱糊狀區(qū)或鑄造區(qū)，在此區(qū)域的金屬正處在凝固之中，其長短與合金的結(jié)晶區(qū)間有關(guān)，結(jié)晶區(qū)間大的合金，其區(qū)域稍長；純鋁和低合金較短。同時，由于鑄軋時冷卻速度較快，該區(qū)域較短。C.液相區(qū)液相區(qū)又稱液穴區(qū)，該區(qū)域的金屬全是液態(tài)。相同工藝條件下，其液穴的深度隨下列參數(shù)變化：a.鑄軋速度提高，液穴加深。b.鑄軋區(qū)增大，液穴加深。c.板厚增加，液穴加深。2.2鑄軋主要工藝參數(shù)2.2.1鑄軋速度鑄軋速度是指鑄軋板的出板速度。鑄軋速度與鑄軋輥線速度相比有一定的前滑量，輥徑不同，前滑量不同，前滑量一般為6～10％左右。鑄軋速度是由液穴確定的，當鑄軋速度增加到某一臨界值時，結(jié)晶前沿朝著鑄軋輥出口平面移動，由于冷卻不及時，液穴加深，直至金屬來不及凝固，液態(tài)金屬從輥縫流出，影響正常軋制。因此鑄軋速度存在著一個極限速度，即在臨界液穴穩(wěn)定軋制的最大速度。在生產(chǎn)中要獲得較高的鑄軋速度，結(jié)晶前沿在整個板寬上均勻一致是非常重要的(圖42-4)。但由于受金屬流動性、溫度場分布、軋輥的冷卻能力、輥面狀態(tài)等因素的影響，結(jié)晶前沿在整個板寬上是不一致的，有時甚至很不均勻(圖42-5)。當鑄軋速度超過極限速度時，會出現(xiàn)局部滲漏。在鑄軋過程中，要保持連續(xù)鑄軋的穩(wěn)定性，主要是調(diào)整鑄軋速度，使鑄軋速度與液體金屬在鑄軋區(qū)內(nèi)的凝固速度成一比例，鑄軋速度過大，熔融金屬冷卻不足，呈液態(tài)狀被軋輥帶出；鑄軋速度過小，液態(tài)金屬在鑄軋區(qū)內(nèi)停留時間過長，過度冷卻，會造成液態(tài)金屬凝固于鑄咀內(nèi)，破壞鑄軋過程。2.2.2鑄軋區(qū)鑄軋區(qū)是連續(xù)鑄軋的關(guān)鍵參數(shù)，其受影響的因素很多，如輥徑、板厚、合金、鑄咀咀唇厚度等，其變化范圍可達50mm左右，但在相同工裝條件下，其變化范圍較小。在相同鑄軋條件下，鑄軋區(qū)增加，凝固區(qū)也增加，可提高鑄軋速度。但當鑄軋區(qū)超過一定值時，鑄軋速度卻變化不大；每一種合金規(guī)格，都有其獲得最大速度的鑄軋區(qū)。鑄軋速度相同時，鑄軋區(qū)增加，其加工率、軋制力和軋制力矩增大。相同鑄軋速度條件下，鑄軋區(qū)增加，傳熱能力增加，鑄軋板出輥溫度降低。鑄軋輥輥徑增大，鑄軋區(qū)可以相應(yīng)增加。2.2.3冷卻強度鑄軋板的凝固與冷卻都是由輥套的蓄熱量來保證的，當輥套與金屬接觸時，輥套很快變熱，接觸后熱量擴散，輥套整個溫度升高；最后經(jīng)循環(huán)水將輥套冷卻，熱量由循環(huán)水吸收而排出。其排出的熱量多，則表示冷卻強度大。在鑄軋過程中，冷卻強度增大，有利于凝固結(jié)晶和鑄軋速度提高。在相同的鑄軋速度條件下，冷卻強度的增加，熱加工率、軋制力和軋制力矩增大。影響冷卻強度的因素很多，如軋輥的材質(zhì)、輥套壁厚、輥芯結(jié)構(gòu)、冷卻水水溫和流量等。(1)輥套的材質(zhì)輥套材質(zhì)的導(dǎo)熱性愈好，冷卻強度增加。(2)輥芯結(jié)構(gòu)有利于增加冷卻水流量和傳熱面積的輥芯結(jié)構(gòu)其冷卻強度增加。(3)輥套的厚度輥套厚度減薄，輥套與液態(tài)金屬接觸時熱交換加快，使輥面溫度降低，循環(huán)水的冷卻能力提高。(4)冷卻水溫和流量在鑄軋過程中，金屬與軋輥接觸，其熱量由金屬進入輥套被存儲起來，然后通過輥套傳遞給冷卻水排出。這期間水不直接冷卻金屬，其作用是冷卻輥套。由冷卻水帶走的熱量Q1可由下式計算：Q1=W·(Tc-Tr)·Cw(42-4)式中：W-水的總流量Tc-水的出口溫度Tr-水的入口溫度Cw-水的比熱由金屬凝固至出板釋放的熱量Q2可由下式計算：Q2=m·[(T1-T2)·CL+L+(T2-T3)·CS](42-5)式中：m-金屬質(zhì)量T1-與輥接觸時液態(tài)金屬的平均溫度T2-金屬熔點T3-離開軋輥時固態(tài)金屬的平均溫度CL-液態(tài)金屬比熱CS-固態(tài)金屬比熱L-金屬結(jié)晶潛熱熱交換平衡時：Q1=Q2(42-6)金屬的質(zhì)量m，可用下式計算：m=Bρhv(42-7)式中：B-金屬板寬ρ-金屬密度h-板厚v-鑄軋速度把式(42-4)、(42-5)和(42-6)合并得：V＝——————————————————V＝——————————————————(42-8)B·ρ·h·[(T1-T2)·CL+L+(T2-T3)·CS]w·(Tc-Tr)·Cwa.冷卻水流量增加，鑄軋速度提高；b.板厚減薄，鑄軋速度提高；c.由ΔT=Tc-Tr可知，只要ΔT是相同的，其帶走的熱量亦是相同的。但是實際生產(chǎn)中水溫升高ΔT將使輥套表面溫度升高ΔT，輥套表面溫度的變化會影響熱交換，進水溫度的降低，有利于降低輥面溫度，提高熱交換能力，從而提高鑄軋速度。一般認為：入口水溫在18～22℃時，熱交換最有利。(5)冷卻水壓冷卻水壓增加，可促進冷卻水加速循環(huán)，有利于提高冷卻強度。2.2.4前箱液面高度在鑄軋過程中要維持鑄軋的連續(xù)性，除液穴深度外，前箱液面高度是一個極重要的參數(shù)。正常鑄軋時，金屬液穴在鑄咀前沿與軋輥的間隙處存在一彎曲面，其表面膜的表面張力產(chǎn)生的附加壓力P1為：P1P1＝——(42-9)d2σσ-表面膜張力系數(shù)d-咀輥縫隙在前箱液面高度下，熔體對鑄咀間隙作用的靜壓力P2為：P2=2ρgh(42-10)式中：ρ-金屬液體密度g-重力加速度h-液面高度正常鑄軋時，靜壓力和表面張力處于平衡狀態(tài)，即：P1=P2(42-11)由式(42-9)、(42-10)和(42-11)得h＝——(42-12)ρgd2h＝——(42-12)ρgd2σ前箱液面高度的調(diào)整，主要是調(diào)整前箱靜壓力和液膜表面張力的關(guān)系，在維持P1=P2平衡條件下，前箱液面越高，越有利于金屬液體的供給，從而保證金屬結(jié)晶的連續(xù)性，使鑄軋板獲得較為致密的組織。前箱液面過低，靜壓力小，會造成金屬供流不足或金屬液體在鑄軋區(qū)域局部過冷凝固，影響鑄軋板質(zhì)量，甚至造成鑄軋中斷。相同鑄軋條件下，鑄軋區(qū)增大，咀輥間隙增大，前箱液面高度的調(diào)節(jié)范圍減小。2.2.5澆鑄溫度澆鑄溫度一般指前箱的液體金屬溫度。從式(42-5)可知，金屬凝固至出板后釋放的熱量Q2與液態(tài)金屬接觸時的平均溫度有關(guān)，澆鑄溫度的降低，其凝固釋放的熱量減少；同時澆鑄溫度愈低，傳熱能力提高，有利于提高鑄軋速度。在鑄軋生產(chǎn)中，澆鑄溫度一般控制在680～700℃，盡量把溫度控制在下限。澆鑄溫度的控制是通過靜置爐的溫控實現(xiàn)的，其定溫要充分考慮到流槽的長度及溫降。保證前箱液體金屬溫度的穩(wěn)定，就是確保鑄軋區(qū)內(nèi)液穴的穩(wěn)定，從而達到穩(wěn)定鑄軋。2.2.6合金成份合金元素和雜質(zhì)，對連續(xù)鑄軋機的運轉(zhuǎn)有重要的影響，連續(xù)鑄軋機廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)1×××、8×××、3×××系列合金，隨著鐵、硅、錳、鋅等合金元素的增加，在其它相同的鑄軋條件下：(1)鑄軋速度相應(yīng)降低；(2)軋制力、軋制力矩相應(yīng)增加。2.3熱交換理論上，在鑄軋過程中，金屬凝固過程釋放的熱量通過輥套的吸收后由冷卻水排出。但在實際生產(chǎn)中，金屬非接觸面的輥套表面溫度也升高了，主要是做為蓄熱器的輥套，金屬與其接觸的時間很短(僅4～6秒)；熱量進入輥套的傳遞深度有限，其所存儲的熱量基本上全部用來加熱輥套本身，然后再由循環(huán)水帶走，部分通過空氣進行交換。Φ＝————＝——(42-13Φ＝————＝——(42-13)Tg-TlRRΔt式中：Tg-輥套表面溫度Tl-金屬的溫度R-接觸熱阻(1)Δt愈大，R愈小，熱交換愈有效。減小輥套厚度，降低冷卻水溫度，均可增大Δt。(2)在鑄軋區(qū)