CN105149533B - 一种薄带连铸结晶辊辊面清理装置及清理方法 - Google Patents

Abstract

一种薄带连铸结晶辊辊面清理装置及清理方法，辊面清理装置包括，两根毛刷辊，分别平行结晶辊布置，且位于在每根结晶辊非熔池侧的上下设置；毛刷辊呈圆柱状，其外周植有细长金属丝作为刷毛；毛刷辊两端部设置有轴承座；轴承座后部分别设置有压力传感器；两电机，分别联接所述两根毛刷辊；两液压缸，通过压力传感器作用在轴承座上，带动毛刷辊贴紧或离开结晶辊；液压缸上设位移传感器；清理方法包括按照较小的缓坡斜率逐步提高毛刷辊施加在结晶辊辊面上的顶紧力，直至达到目标值，浇铸作业铸轧力波动不超过投入辊面清理装置前的5％。本发明使用合理的控制方法提高辊面清理装置清理结晶辊的清理效果，使辊面导热系数均匀，提高铸带质量。

Description

一种薄带连铸结晶辊辊面清理装置及清理方法

技术领域

本发明涉及连铸工艺，特别涉及一种薄带连铸结晶辊辊面清理装置及清理方法。

背景技术

双辊薄带连铸技术作为一种短流程冶金工艺技术，其典型生产工艺为：熔融的钢水直接浇铸在一个由两个相向转动并具有冷却功能的结晶辊和侧封板围成的空间内形成熔池，钢水在结晶辊表面被冷却并进而凝固，最后在结晶辊最小缝隙处形成薄带钢，薄带钢经过热轧和冷却后卷取，直接制造成热轧成品卷。

熔融钢水在凝固过程中会有很多金属或非金属蒸发并形成氧化物沉积在金属基体上，并在其表面形成一层黑色的薄膜，由于这些氧化物的主要成分是锰(Mn)、铝(AL)、硅(Si)等，熔点低于钢的熔点，能够提高钢水的导热强度。但是，如果氧化膜的厚度不均匀会导致钢水的凝固速度不同，进而导致铸带表面质量产生如裂纹或缩孔等缺陷，所以，需要采用一个装置清除结晶辊表面多余的氧化物，有效地控制结晶辊表面的氧化物厚度均匀，亦即保证熔融金属在辊表面凝固过程中的热通量均匀。

为此，大多数薄带连铸研究机构采用了辊状毛刷(以下简称毛刷辊)作为主要的清理工具和手段，并采用一定的压力使毛刷辊贴紧结晶辊辊面，一方面利用二者的速度差使得刷毛和结晶辊辊面相互摩擦从而清除辊面氧化物沉积，另一方面，能够使刷毛头部伸入凹陷的底部，提高清理效果。

另外如日本专利JP2001212654中所述的方案中，为了有效清除结晶辊表面的污染物，提高毛刷辊的使用寿命，采用一步一步或连续将毛刷辊推向结晶辊辊面的方法，其中毛刷辊的推进速度为0.4-0.6倍的毛刷辊实测磨损速度。

韩国专利KR20140000796中所述，沿着结晶辊轴向平行布置的毛刷辊分成三部分，分别为两个端部和中间部位，其中每个端部长度占整个辊子长度的1/14-1/12，其端部的刷毛直径为0.15-0.175mm；中部的刷毛直径为0.08-0.12mm。该专利声称按照此方法能够有效的清理结晶辊辊面，提高铸带边部的质量，避免边部出现折皱。

如以上两个专利所述的辊面清理方法，主要针对如何提高清理效果，但是并没有考虑刷辊清洁度对铸轧力的影响。如前文所述，在浇铸过程中结晶辊辊面会产生金属氧化物，从而影响凝固速度即铸带坯壳厚度，进而会导致铸轧力变化，如果这种变化过于剧烈，会导致浇铸过程终止，或导致铸带厚度发生变化，影响铸带质量。

另外，清洁结晶辊辊面时，毛刷辊需要一定的压力使得与结晶辊接触的刷毛产生弯曲，才能产生良好的清理效果，但是产生随着作业时间的延长，毛刷辊的刷毛发生磨损变短，此时毛刷辊本身的刚度增加，刷毛需要更大的压力才能产生足够的弯曲。所以。辊面清理装置的控制系统中在上述专利中未涉及该方法的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄带连铸结晶辊辊面清理装置及清理方法，在双辊薄带连铸浇铸过程中，使用合理的控制方法提高辊面清理装置清理结晶辊的清理效果，使辊面导热系数均匀，提高铸带质量。本发明适用于用双辊式薄带连铸机，浇注厚度0.5-5mm的金属铸带。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种薄带连铸结晶辊辊面清理装置，分别对应结晶辊布置；其包括，两根毛刷辊，分别平行结晶辊布置，且在每根结晶辊非熔池侧的上下设置；毛刷辊呈圆柱状，其外周植有细长金属丝作为刷毛；毛刷辊两端部设置有轴承座；轴承座后部分别设置有压力传感器；两电机，分别联接所述两根毛刷辊；两液压缸，通过压力传感器作用在轴承座上，带动毛刷辊贴紧或离开结晶辊；所述液压缸上设置位移传感器；毛刷辊外圆的刷毛植密度设置在12～30％之间，刷毛植密度即毛刷辊外圆上单位面积内的刷毛截面积所占百分比；相对于结晶辊端部的毛刷辊的刷毛植密度小于毛刷辊中部的刷毛植密度。

本发明所述的薄带连铸结晶辊辊面清理装置的清理方法，在浇铸过程中，辊面清理装置准备投入前，毛刷辊转动并逐步靠近结晶辊，接触到结晶辊后，毛刷辊施加在结晶辊辊面的顶紧力F_n随着时间的变化逐渐增大，直至达到预设定的顶紧力值，在此过程中，浇铸作业铸轧力波动不超过投入辊面清理装置前的5％；顶紧力停止增加，辊面清理装置持续清理结晶辊辊面；其中，顶紧力F遵循公式：

F_n＝k_n·t_n 1)

其中：k_n：为从上一个预设定顶紧力值F_n-1变化到预设定顶紧力值F_n的顶紧力变化曲线斜率，N/s；

t_n：从预设定顶紧力值F_n-1变化到预设定顶紧力值F_n的时间，s

随着毛刷辊刷毛磨损，逐渐增加毛刷辊顶紧力，保持毛刷辊压扁在辊面上的接触弦长度L不变；所述的毛刷辊压扁在辊面上的接触弦长度L通过毛刷辊接触到结晶辊辊面后的直径变化测得，即毛刷辊外缘直径为r，压扁后直径为r₀。

进一步，所述的辊面清理装置的毛刷辊与结晶辊转动方向相同，且所述的辊面清理装置的毛刷辊与结晶辊相对转动速度比值乘以毛刷辊植密度的积要大于1，公式如下：

其中：V₁：毛刷辊线速度，m/min；

V2：结晶辊线速度，m/min；

λ：毛刷辊植密度，1。

优选的，上、下设置的毛刷辊能够单独调节其实施在结晶辊辊面上的顶紧力，也能够同时调节上、下毛刷辊施加在结晶辊辊面上的顶紧力。

毛刷辊施加在结晶辊辊面上的顶紧力通过设置在液压缸和轴承座之间的压力传感器测量，每根毛刷辊两端的顶紧力测量值之和即为该毛刷辊施加在结晶辊辊面的顶紧力。

随着毛刷辊刷毛磨损，毛刷辊的圆周工作直径发生变化，辊面清理装置能够增加或减小毛刷辊顶紧力。

本发明的主要优点：

1、浇铸过程中，可以柔性投入辊面清理装置，不会对浇铸中产生的铸轧力变化造成过大冲击，保持浇铸稳定性。

2、压力位置控制协调匹配，提高设备的工艺适应性，可以应对多种工况条件。

本发明与已有技术的区别和改进之处：

WO2009003223中所述的方案中，通过实时监测结晶辊表面清洁度，改变辊面清理装置毛刷辊相对于结晶辊的压力、转动速度以及传动电动机扭矩等负载，达到改变结晶辊表面清洁度的目的。其中，上下毛刷辊对称布置在结晶辊的外侧，其相对于结晶辊之间的压力和位移通过改变液压缸的行程实现，毛刷辊的转速和扭矩则由毛刷辊驱动电动机进行调节。其中，上、下毛刷辊有着不同的用途和用法，上毛刷辊在正常浇铸时候使用，下毛刷辊放置在上毛刷辊的下方，直径小于上毛刷辊，且只在浇铸开始和结束前一段时间内使用。

与该专利相比，本发明中上、下毛刷辊两端均设有压力检测和位置控制，控制精度更高。本发明中的下毛刷辊在浇铸过程中始终与结晶辊辊面接触，发挥清理作用。

韩国专利KR20140000796中所述，沿着结晶辊轴向平行布置的毛刷辊分成三部分，分别为两个端部和中间部位，其中每个端部长度占整个辊子长度的1/14-1/12，其端部的刷毛直径为0.15-0.175mm；中部的刷毛直径为0.08-0.12mm。该专利声称按照此方法能够有效的清理结晶辊辊面，提高铸带边部的质量，避免边部出现折皱。该方法确实能够有一定的效果，但是刷毛直径不同的毛刷辊制造困难。

与之相比，本发明可以通过减少毛刷辊相对于结晶辊端部的植密度实现相似的效果，毛刷辊制造简单。

附图说明

图1为典型双辊薄带连铸工艺原理图。

图2为本发明辊面清理装置的侧面示意图。

图3为本发明辊面清理装置的俯视示意图。

图4为本发明毛刷辊与辊面顶紧力变化曲线示意图。

图5为本发明毛刷辊与辊面接触弦长度L的示意图。

具体实施方式

参见图1～图5，在双辊薄带连铸工艺中，熔融的钢水在两个相向转动并具有冷却功能的结晶辊1a、1b和侧封板4a、4b围成的空间形成熔池，钢水在结晶辊表面被冷却并进而凝固，最后在结晶辊最小缝隙处形成薄带钢3。

本发明的一种薄带连铸结晶辊辊面清理装置，分别对应结晶辊1a、1b布置；其包括，毛刷辊5、5’、6、6’，分别平行结晶辊1a、1b布置，且位于在每根结晶辊1a、1b非熔池侧上、下设置；毛刷辊5’、6’(以结晶辊1a一侧毛刷辊5’、6’布置为例，下同)呈圆柱状，其外周植有细长金属丝作为刷毛；毛刷辊5’、6’两端部设置有轴承座16、16’、17、17’；轴承座后部分别设置有压力传感器10、10’、15、15’；两电机14、14’，分别联接所述两根毛刷辊5’、6’；两液压缸11、11’、13、13’，通过压力传感器分别作用在轴承座上，带动毛刷辊5’或6’贴紧或离开结晶辊1a；所述液压缸11、11’、13、13’上设置位移传感器12、12’、18、18’；毛刷辊外圆的刷毛植密度设置在12～30％之间，刷毛植密度即1平方分米内所有刷毛截面积所占比例。其中，相对于结晶辊端部的毛刷辊的刷毛植密度小于毛刷辊中部的刷毛植密度5％。

浇铸作业中，结晶辊1a转动，辊面清理装置的两个毛刷辊分5’、6’转动，其中，液压缸11、11’将带动轴承座16、16’以及毛刷辊逐步靠近结晶辊1a，接触到结晶辊后，毛刷辊施加在结晶辊辊面的顶紧力F随着时间的变化逐渐增大，在t₁时间达到预设定的顶紧力值F₁，顶紧力停止增加，在此过程中，浇铸作业铸轧力波动不超过投入辊面清理装置前的5％，并在此位置以稳定的顶紧力F₁持续作业。

通过位置传感器12、12’检测毛刷辊5’的位置变化量；随着毛刷辊刷毛磨损，液压缸11、11’带动轴承座16、16’以一定的斜率逐渐增加毛刷辊5’施加在结晶辊辊面1a上的顶紧力，并在t₃-t₂时间段内将顶紧力由F₁变化至F₂，在此过程中，浇铸作业铸轧力波动不超过投入辊面清理装置前的5％。在此位置以稳定的顶紧力F₂持续作业，通过位置传感器12、12’检测毛刷辊5’的位置变化量；相应的，液压缸13、13’也将带动轴承座17、17’以及毛刷辊6’做上述类似作业。

进一步，通过位置传感器12、12’检测毛刷辊5’的位置变化量；随着毛刷辊刷毛磨损，液压缸11、11’带动轴承座16、16’以一定的斜率逐渐增加毛刷辊5’施加在结晶辊辊面1a上的顶紧力，并在t₄-t₅时间段内将顶紧力由F₂变化至F₃，在此过程中，浇铸作业铸轧力波动不超过投入辊面清理装置前的5％。在此位置以稳定的顶紧力F₃持续作业至时间t₆，通过位置传感器12、12’检测毛刷辊5’的位置变化量；相应的，液压缸13、13’也将带动轴承座17、17’以及毛刷辊6’做上述类似作业。

在本实施例中，液压缸11、11’带动轴承座16、16’以斜率k＝10N/s逐渐增加毛刷辊5’施加在结晶辊辊面1a上的顶紧力，斜率k一般小于50N/s。

其中，相对于结晶辊端部的毛刷辊5’、6’的刷毛植密度小于中部的刷毛植密度5％。

随着刷毛的磨损，液压缸11、11’将改变进给量相应地改变毛刷辊5’的位置，保持毛刷辊压扁在辊面上的接触弦长度L不变，如图5所示，毛刷辊外缘未压扁时直径为r，压扁后直径为r₀。

Claims (7)

1.一种薄带连铸结晶辊辊面清理装置，分别对应结晶辊布置；其特征在于，包括，

两根毛刷辊，平行每根结晶辊布置，且位于在每根结晶辊非熔池侧的上下设置；毛刷辊呈圆柱状，其外周植有细长金属丝作为刷毛；毛刷辊两端部设置有轴承座；轴承座后部分别设置有压力传感器；

两电机，分别联接所述两根毛刷辊；

四液压缸，通过压力传感器作用在每根毛刷辊的两轴承座上，带动毛刷辊贴紧或离开结晶辊；所述液压缸上均设置位移传感器；

毛刷辊外缘的刷毛植密度设置在12％～30％之间，外缘刷毛植密度即1平方分米内所有刷毛截面积所占比例；

其中，与结晶辊两端部相对的毛刷辊局部外缘的刷毛植密度小于毛刷辊中部外缘的刷毛植密度；

铸轧力监控系统，实时监控浇铸作业中的铸轧力。

2.如权利要求1所述的薄带连铸结晶辊辊面清理装置的清理方法，其特征是，辊面清理装置准备投入前，毛刷辊转动并逐步靠近结晶辊，接触到结晶辊后，毛刷辊施加在结晶辊辊面的顶紧力F随着时间的变化逐渐增大，直至达到预设定顶紧力值F_n，在此过程中，浇铸作业铸轧力波动不超过投入辊面清理装置前的5％；此后，顶紧力停止增加，辊面清理装置持续清理结晶辊辊面；其中，顶紧力F_n遵循公式1)：

F_n＝k_n·t_n 1)

其中：k_n：为从上一个预设定顶紧力值F_n-1变化到预设定顶紧力值F_n的顶紧力变化曲线斜率，N/s；

t_n：从预设定顶紧力值F_n-1变化到预设定顶紧力值F_n的时间，s。

3.如权利要求2所述的薄带连铸结晶辊辊面清理装置的清理方法，其特征是，随着毛刷辊刷毛磨损，逐渐增加毛刷辊顶紧力，保持毛刷辊压扁在辊面上的接触弦长度L不变；所述的毛刷辊压扁在辊面上的接触弦长度L通过毛刷辊接触到结晶辊辊面后的直径变化测得。

4.如权利要求2所述的薄带连铸结晶辊辊面清理装置的清理方法，其特征是，所述的辊面清理装置的毛刷辊与结晶辊转动速度比值乘以毛刷辊植密度的积要大于1，公式如下：

其中：V₁：毛刷辊线速度，m/min；

V₂：结晶辊线速度，m/min；

λ：毛刷辊植密度，1。

5.如权利要求2所述的薄带连铸结晶辊辊面清理装置的清理方法，其特征是，上、下设置的毛刷辊能够单独调节其实施在结晶辊辊面上的顶紧力，也能够同时调节上、下毛刷辊施加在结晶辊辊面上的顶紧力。

6.如权利要求2所述的薄带连铸结晶辊辊面清理装置的清理方法，其特征是，毛刷辊施加在结晶辊辊面上的顶紧力通过设置在液压缸和轴承座之间的压力传感器测量，每根毛刷辊两端的顶紧力测量值之和即为该毛刷辊施加在结晶辊辊面的顶紧力。

7.如权利要求2所述的薄带连铸结晶辊辊面清理装置的清理方法，其特征是，随着毛刷辊刷毛磨损，毛刷辊的圆周工作直径发生变化，辊面清理装置能够增加或减小毛刷辊顶紧力。