铸铁板材的半固态轧制设备.pdf

本发明是一种铸铁板材的半固态轧制设备，它主要由送料机构、感应加热系统、双轧辊轧机系统、后续热处理炉及测控系统等组成。经过预处理的铸铁坯由送料机构将其送到感应加热系统，经加热后获得表面与心部温差≤10℃的半固态铸铁坯料；该坯料由传送带传送到轧制系统，一道次轧制变形量控制在0～70％范围内，轧制所得板材经过后续热处理炉退火处理即获得厚度在0.5mm～50mm范围内的铸铁板材。所述送料机构的运行、感应加热电源功率的自适应、坯料与轧辊速度的调节、坯料温度与后续热处理炉温度的控制均由测控系统调节，该设备除可用于铸铁板材轧制外，它还用于具有较宽液固共存区的合金体系，如铝合金、镁合金、锌合金、铜合金、高碳钢及高碳合金钢等的半固态轧制。

1、  一种铸铁板材的半固态轧制设备，其特征在于：包括送料机构、感应加热系统、双轧辊轧机系统、后续热处理炉及测控系统，测控系统分别与送料机构、感应加热系统、轧机系统、热处理炉进行电连接。

2、  根据权利要求1所述的铸铁板材的半固态轧制设备，其特征在于：所述的送料机构置于感应加热系统之前，包括辊道、液力推料机构、位移传感器，位移传感器设置在辊道侧面，控制铸铁坯料在辊道上的位置，位移信号与测控系统连接，动作信号再传回液力推料机构；所述的辊道有两条，第一条辊道与感应加热线圈轴线相垂直，第二条辊道与感应加热线圈轴线相平行，在第二条辊道的两侧设置有限位块，以确保坯料轴线与感应线圈轴线处在同一条直线上。

3、  根据权利要求2所述的铸铁板材的半固态轧制设备，其特征在于：所述的感应加热系统主要有感应加热电源、预热感应线圈、均热感应线圈、坯料传送机构组成，感应加热电源与预热感应线圈和均热感应线圈连接供电，预热感应线圈置于均热感应线圈之后；坯料传送机构是指在预热感应线圈内设置有坯料传送辊道，在均热感应线圈内设置有坯料传送带；坯料传送带由位于设置在预热感应线圈和均热感应线圈之间的带轮及所述的轧机的驱动轧辊支撑，并由轧机的驱动轧辊带动；传送带速度通过控制轧机的轧辊转速而进行控制；所述的感应加热电源功率为60～2000KW，频率为100～2000HZ，电源的实际加热功率受坯料温度的高低而自动控制。

4、  根据权利要求1或2或3所述的铸铁板材的半固态轧制设备，其特征在于：所述的轧机系统主要有双轧辊轧机、直流调速电机及电控箱构成，直流调速电机与轧机连接，电控箱与电机相连，轧机的两轧辊之间有坯料传送带通过；其双轧辊轧机的轧辊直径在300～800mm范围内，轧机的电机功率不大于100KW。

5、  根据权利要求2所述的铸铁板材的半固态轧制设备，其特征在于：在轧机驱动轧辊与后续热处理炉之间设置有能冷却轧制后铸铁板材的水冷装置。

6、  根据权利要求1或2或5所述的铸铁板材的半固态轧制设备，其特征在于：所述的后续热处理炉是指热处理退火炉，炉内设置有传送辊道，炉内温度调节范围为700～1500℃。

7、  根据权利要求2所述的铸铁板材的半固态轧制设备，其特征在于：所述的测控系统由控制送料机构的位移传感器、控制感应加热的温度传感器、控制轧机的速度传感器、控制后续热处理炉加热的温度传感器及工控机组成，工控机分别与各系统进行电连接，由该系统控制送料机构的运行、调整感应加热电源功率以适应加热温度的需要、调节坯料与传送带的移动速度及轧辊转速、控制坯料温度与后续热处理炉温度。

8、  根据权利要求7所述的铸铁板材的半固态轧制设备，其特征在于：所述的感应加热的温度传感器有三个红外测温点：预热感应线圈有一个位于线圈末端的测温点，均热感应线圈有一个位于线圈长度方向中部的测温点、一个位于线圈末端的测温点。

9、  根据权利要求4所述的铸铁板材的半固态轧制设备，其特征在于：所述的轧机在轧制板材时，一道次轧制变形量控制在0～70％范围内，通过轧辊间的辊缝大小调节。

铸铁板材的半固态轧制设备
技术领域
本发明是一种铸铁板材的半固态轧制设备，它包括送料机构、感应加热系统、双轧辊轧机系统、后续热处理炉及测控系统，属于金属压力加工技术领域。
背景技术
铸铁含碳量高，室温时塑性变形能力差而无法进行冷加工；加热时也不能获得像钢材那样可轧制的单相奥氏体组织。因此，到目前为止，铸铁板材还无法像钢材那样进行工业化轧制生产，更没有铸铁板材的专用轧制设备。
有关铸铁板材的研究资料仅见日本早稻田大学材料技术研究所所进行的实验室研究，它是利用双轧辊凝固装置使流经双轧辊之间的铁水凝固成1～1.5mm白口铸铁薄板，将其石墨化退火后再用通常的轧钢设备轧制获得铸铁板材。由此制得的铸铁薄板：厚0.2～1mm、宽100mm，力学性能为σ_b：373～1107MPa，δ：2.3％～11％，并具有优良的导热性能和减振性能。该制造铸铁板材的过程仅为实验室研究，未见用于工业化生产铸铁板材的成套设备或装置的有关报道。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种铸铁板材的半固态轧制设备，是利用处于半固态(在固液相区时，当固相呈近球形颗粒均匀分布在液相中)的铸铁所具有的触变特性，对铸铁进行半固态轧制，这样就避开了铸铁在固态时塑性变形能力差的局限性，而半固态铸铁变形抗力很小，使轧制设备大大简化，且一道次轧制变形量可以达到70％以上，将方形或其它截面形状的铸铁坯锭轧制成所需厚度尺寸和力学性能的铸铁板材。
技术方案：本发明提供一种铸铁板材的半固态轧制设备，包括送料机构、感应加热系统、双轧辊轧机系统、后续热处理炉及测控系统，测控系统分别与送料机构、感应加热系统、轧机系统、热处理炉进行电连接。各部分构成、作用及运作过程如下：
送料机构是将预处理后的方形或其它截面形状的连铸铸铁坯料或模铸铸铁锭料送入感应加热系统中，它由辊道、液力推料机构、位移传感器等构成，位移传感器设置在辊道侧面，控制铸铁坯料在辊道上的位置，位移信号与测控系统连接，动作信号再传回液力推料机构；其工作过程为：先将坯料放于与感应加热线圈轴线相垂直的辊道上，然后由液力推料机构将坯料推到与感应线圈轴线相平行的辊道上，由辊道两侧的限位块确保坯料轴线与感应线圈轴线在同一直线上，再由液力推料机构将坯料推入感应线圈中，坯料在辊道上的位置由位移传感器由控制。
感应加热系统主要由感应加热电源、预热感应线圈、均热感应线圈、坯料传送机构构成；感应加热电源与预热感应线圈和均热感应线圈连接供电，预热感应线圈置于均热感应线圈之后；坯料传送机构是指在预热感应线圈内设置有坯料传送辊道，在均热感应线圈内设置有坯料传送带；坯料传送带由位于设置在预热感应线圈和均热感应线圈之间的带轮及所述的轧机的驱动轧辊支撑，并由轧机的驱动轧辊带动；传送带速度通过控制轧机的轧辊转速而进行控制；感应加热分为两段：预热段和均热段；预热段将铸铁坯料快速感应加热到某一指定温度；均热段是指将铸铁坯料均匀感应加热到某一所需温度，并保证轧制前的铸铁坯料表面与坯料中心部部位的温差不大于10℃。坯料由传送带输送至双轧辊轧机入口处，这样易使坯料移动速度与轧辊的速度相一致，并易于调节。
轧制系统主要由双轧辊轧机、直流调速电机及电控箱构成；直流调速电机与轧机连接，电控箱与电机相连，轧机的两轧辊之间有坯料传送带通过；坯料经过感应加热系统后，由传送带传送到轧机进行轧制；一道次轧制变形量由轧辊间的缝隙大小控制，并在0～70％范围可调。
在轧机驱动轧辊与后续热处理炉之间设置有水冷装置，以冷却轧制后的铸铁板材。
轧制所得铸铁板材经适当冷却后从一端进入后续热处理炉中，炉内设置有传送辊道，炉内温度可调节范围为700℃～1500℃；铸铁板材经一定时间退火处理后从后续热处理炉的另一端移出，即得到所需的铸铁板材。
测控系统由控制送料机构的位移传感器、控制感应加热的温度传感器、控制轧机的速度传感器、控制后续热处理炉加热的温度传感器及工控机等构成，工控机分别与各系统进行电连接，由该系统控制送料机构的运行、调整感应加热电源功率以适应加热温度的需要、调节坯料与传送带的移动速度及轧辊转速、控制坯料温度与后续热处理炉温度等。
所述的控制感应加热的温度传感器有三个红外测温点：在预热感应线圈内有一个位于线圈末端的测温点，在均热感应线圈内有一个位于线圈长度方向中部、一个位于线圈末端的两个测温点。
适用于该设备的连铸或模铸铸铁坯料化学成份要求为(质量百分数)：C1.5％～2.4％；Si 1.2％～2.0％；Mn 0.5％～1.0％；P≤0.1％；S≤0.1％。
适用于该设备的连铸或模铸铸铁锭坯截面形状可以是圆形、正方形或长方形，截面最大尺寸≤150mm，长度不限。
所述的感应加热电源功率在60KW～2000KW范围内，频率为100HZ～2KHZ，电源的实际加热功率受坯料温度高低而自动控制。
所述的轧制系统是指双轧辊轧机，其轧辊直径在300mm～800mm范围内，轧机的电机功率≤100KW。
轧制所得的铸铁板的板材厚度在0.5mm～50mm范围内。
有益效果
本发明的显著优点是：
1、本发明是一套可实现连续化、批量化轧制生产半固态铸铁板材的成套设备；
2、所用双轧辊轧机的电机功率小，但一道次变形量可达70％以上；
3、该设备生产的铸铁板材厚度尺寸在0.5mm～50mm范围内可调，板材抗拉强度大于400MPa，延伸率大于5％；
4、本发明是铸铁板材的半固态轧制设备，除可用于铸铁板材轧制外，它还也用于具有较宽固液共存区的合金体系，如铝合金、镁合金、锌合金、铜合金、高碳钢及高碳合金钢等的轧制。
附图说明
附图1是本发明的铸铁板材半固态轧制设备的结构原理示意图。
1-送料机构；      2-预热感应线圈；      3-均热感应线圈；
4-双轧辊轧机；    5-后续热处理炉；      6-传送带；
7-送料测控；      8-坯料温度测控；      9-炉温测控；
10-感应电源；     11-控制中心；         12-轧机电机；
13-支架；         14-水冷喷头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例：铸铁坯料横截面形状为正方形，尺寸50mm×50mm×1200mm，化学成分为C 1.5％～3.0％、Si 1.5％～3.2％、Mn 0.5％～1.0％、P≤0.1％、S≤0.1％。
铸铁板材的半固态轧制设备，包括有送料机构1、感应加热系统、双轧辊轧机4、后续热处理炉5及控制中心11，控制中心11分别与送料机构1、感应加热系统、轧机系统4、热处理炉5进行电连接。。
送料机构1包括辊道、液力推料机构、位移传感器；位移传感器设置在辊道侧面，控制铸铁坯料在辊道上的位置，位移信号与控制中心连接，动作信号再传回液力推料机构；送料机构1的辊道有两条，第一条辊道与感应加热线圈轴线相垂直，第二条辊道与感应加热线圈轴线相平行，在第二条辊道的两侧设置有限位块，以确保坯料轴线与感应线圈轴线处在同一条直线上。
感应加热系统主要有感应加热电源10、预热感应线圈2、均热感应线圈3、坯料传送机构组成，感应加热电源10与预热感应线圈2和均热感应线圈3连接供电，预热感应线圈2置于均热感应线圈3之后；感应加热电源功率为1000KW，频率为1000HZ，电源的实际加热功率受坯料温度的高低而自动控制；在预热感应线圈2内设置有坯料传送辊道，在均热感应线圈3内设置有坯料传送带6，坯料传送带6由位于设置在预热感应线，2和均热感应线圈3之间的带轮及轧机地驱动轧辊支撑，并由轧机4的驱动轧辊带动；传送带6速度通过控制轧机4的轧辊转速而进行控制。
双轧辊轧机系统主要有双轧辊轧机4、直流调速电机12及电控箱构成，直流调速电机12与轧机4连接，电控箱与电机12相连，轧机的两轧辊之间有坯料传送带6通过；双轧辊轧机的轧辊直径500mm，轧机的电机功率100KW。在轧机驱动轧辊与后续热处理炉5之间设置有冷水喷头14，以冷却轧制后的铸铁板材。
后续热处理炉5是指退火炉，炉内设置有传送辊道，温度在700-1500℃范围内调节。
控制中心11由控制送料机构的位移传感器7、控制感应加热的温度传感器8、控制轧机4的速度传感器、控制后续热处理炉加热的温度传感器9及工控机组成，工控机与各系统电连接，由该系统控制送料机构的运行、调整感应加热电源功率以适应加热温度的需要、调节坯料与传送带6的移动速度及轧辊转速、控制坯料温度与后续热处理炉5的温度。感应加热的温度传感器8有三个红外测温点：在预热感应线圈2内有一个位于线圈末端的测温点，在均热感应线圈3内有一个位于线圈长度方向中部的测温点、一个位于线圈末端的测温点。
铸铁板材的半固态轧制过程如下：由连铸法或模铸法制得的铸铁坯料在送料测控装置7控制下，由送料装置1以一定速度送入预加热感应线圈2内，铸铁坯料在运动过程中被预热感应圈2加热到某一温度后，由位于预加热感应线圈2和均热感应圈3之间的从动带轮与双轧辊轧机4的驱动轧辊上的传送带6送入均热感应圈3内，经均热感应圈3感应加热到某一温度，然后随传送带6一起进入双轧辊轧机4进行半固态轧制，轧制所得铸铁板再经水冷喷头14喷水冷却到所需温度，再进入后续热处理炉5中进行退火即得0.5mm～50mm厚的铸铁板材。其轧制所得铸铁板材的抗拉强度大于400MPa，延伸率大于5％。
本发明方案在正常工作时，铸铁坯料的送料速度、在预热感应圈2中的加热温度、在均热感应圈3中的加热温度、传送带6的移动速度(即轧机速度)、后续热处理炉5的加热温度均由控制中心11进行送料测控7、感应电源10功率测控、坯料温度测控8、炉温测控9、轧机电机12转速测控，从而使半固态轧制装备中的各部分顺利、协调地运行。送料机构1、预热感应圈2、均热感应圈3、双轧辊轧机4、后续热处理炉5等均置于支架13上。