CN113333697B - 一种带剥离辊的三辊薄带连铸机 - Google Patents

一种带剥离辊的三辊薄带连铸机 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属合金材料加工领域，涉及一种带剥离辊的三辊薄带连铸机。连铸机由主结晶辊、副结晶辊、底座及支架、剥离辊、辊道及驱动系统、气体保护系统和辊缝调节系统组成。所述主结晶辊由铜辊辊套、冷却水、主辊芯、主轴和轴承及两侧圆盘密封组成。剥离辊设置在主结晶辊正下方的垂直方向上，辊套内通冷却水，通过控制机构可上下移动，在工作状态下起到对薄带的压覆、导向作用，增强冷却效果。铸带的厚度通过主、副结晶辊之间的辊缝调节实现厚度可控，通过主、副结晶辊的不同压力和转速来动态调整铸带厚度的均匀性；采用喷带区、压带区、剥离区和超快冷区的气体保护可实现钢水喷雾到钢带卷取的表面无氧化；通过对驱动系统和钢带运行过程的控制，可实现连续成卷。

Description

一种带剥离辊的三辊薄带连铸机
技术领域
本发明涉及金属合金材料加工领域，具体涉及一种带剥离辊的三辊薄带连铸机。
背景技术
薄带连铸技术作为一种近终形制造技术，将传统制造流程中复杂的工艺过程融为一体，工序更加简约而高效，节能减排效果十分显著，是近些年发展起来的绿色材料加工技术。
在各类合金材料的生产中，广泛使用连铸机将合金液体通过结晶器连续不断地直接浇铸成形。根据结晶器的类型，连铸机大致可以分为辊式、带式、辊带式连铸机等。辊式连铸机一般可分为单辊式连铸机和双辊式连铸机，其中，水平双辊式连铸机是目前薄带连铸中使用最多的一种连铸机。
薄带连铸技术主要有四种：(1)单辊连铸：采用高速旋转的激冷辊将合金液流铺展成液膜并在激冷作用下实现快速凝固。由于是单面凝固，尽管时间短但薄带的两个表面凝固有先有后，因此表面质量差异较大，自由面比较粗糙，易出现裂纹，而且造成产品内部结构不均匀，厚度不易控制。目前主要用来生产非晶或微晶带，厚度为20～40μm的薄带。其技术特点是冷却速率高，带材厚度薄，工艺简单而高效，不经过轧制即可成卷。虽然避开了冷脆性高、难加工的问题，但在甩带过程中又极易被氧化，同时因单面凝固使得喷带厚度难以均匀控制，带宽很窄。如中国发明专利CN103658573B公开一种液态合金真空熔炼单辊甩带方法及其装置，如图1(图1中各零部件标号与本发明无关，详细内容请参见文献CN103658573B)所示，解决了高硅钢等难加工合金在加工过程中易被氧化的技术难点；(2)双辊连铸：如图2所示，钢水注入两个反向旋转的水冷辊和两侧端面的侧封板一起形成的溶池，再经铸轧而成为薄带，并实现快速凝固并轧制成卷。根据辊径是否相同又可分为双辊异径和双辊等径两种，其优点是双面冷却，表面质量较好，但对侧封技术要求较高，连续生产周期有限。双辊异径法所获带材的两面表面质量仍存在差异，而且工艺控制更困难。目前工业上应用较多的是双辊等径薄带连铸连轧工艺，如美国Castrip、欧洲的Eurostrip、日本新日铁和三菱重工业公司联合开发的薄带钢连铸机、浦项与英国戴维金属合作PoStrip工业化试验铸轧机等，该技术具有快速凝固的特点，液态钢水与铸轧辊相接触热传导迅速(达102-104℃/s的冷却速度)，防止材料在宏观上所产生的偏析，快冷还可以提高合金元素的固溶度。主要用来生产毫米级甚至更厚的带材，但不能生产1.0mm以下的薄带，主要原因是因为冷却速度快、厚度薄浇注成型时容易漏钢。如中国专利CN101181719公开一种振动式双辊薄带铸轧机，可改变凝固机理，使凝固终了点位置得以提升形成凝固终了面，从而可提高铸轧速度。同时，还具有均化成分、消除内裂和偏析作用，能够大大改善产品质量；(3)辊带结合连铸：钢水送到冷带上，上面通过与辊带接触而凝固成带，如中国专利CN104511579A公开一种辊带式连铸机以及包含该连铸机的薄带铸轧设备，如图3所示(图3中各零部件标号与本发明无关，详细内容请参见文献CN104511579A)，该辊带式连铸机具有双面凝固、双面冷却，冷却长度较长，铸造速度较快，且铸坯质量稳定、适合于随后的温轧处理，从而可以继承现有连铸机的优点并克服其不足。该技术适合于制备非晶线材，即使断线也能继续生产，但因为速度快，容易跑偏。(4)喷射铸机：液态金属经雾化喷嘴喷射到基体材料上铺平展开形成一层薄的液体，然后在基体材料上快速凝固成薄带。主要是技术上不成熟，工业上难以批量生产。
中国专利CN110877097A发明一种带冷却辊的异径双辊甩带装置，如图4(图1中各零部件标号与本发明无关，详细内容请参见文献CN110877097A)所示，包括大冷辊、小冷辊和中间包，所述中间包设置在大冷辊旁，所述小冷辊设置在中间包的出口上方。既可以控制出口处熔池的高度，还可以对即将流出的溶液做提前冷却，可控制熔池高度，最大甩带片厚度并当瞬时浇铸量过高时，对金属熔液进行预冷却，降低金属熔液的过热度，促进柱状晶生长。这样能够有效解决现有装置凝固前熔池高度过高，最大片厚控制不均匀的问题。但薄带可能缠辊，无法剥离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带剥离辊的三辊薄带连铸机，具有双面凝固、冷却速度快，铸带厚度可控、均匀性好，表面无氧化，可连续成卷。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种带剥离辊的三辊薄带连铸机，由主结晶辊、副结晶辊、底座及支架、剥离辊、辊道及驱动系统、气体保护系统和辊缝调节系统组成。如图5，以主结晶辊为中心，副结晶辊位于主结晶辊的右上方，工作时，主结晶辊与副结晶辊辊面靠紧，剥离辊位于主结晶辊的正下方，工作时，主结晶辊2与剥离辊5辊面靠紧，三个辊均安装在底座及支架上。其中，主结晶辊、副结晶辊和剥离辊是连铸机的核心部件，机械结构完全相同，只是大小规格不同；
优选地，主结晶辊包括铜辊辊套、冷却水、主辊芯、主轴和轴承及两侧圆盘密封组成，主要作用是将喷溅到高速旋转铜辊辊套的合金液体形成平面流急冷而凝固成带。主结晶辊的规格为Φ900×550mm，辊套为铍铜材质，冷却方式为水冷，水的流量控制在10-30l/s，冷却铜辊线速度为0～30m/s，可无级调速。
优选地，副结晶辊的作用是协助主结晶辊来冷却带材，同时通过压下来控制辊套上已结晶带材的厚度。副结晶辊的规格为Φ300×550mm，辊套为铍铜材质，冷却方式为水冷。
优选地，剥离辊的作用是引导带材从主结晶辊上剥离，避免带材继续在主结晶辊上缠绕、重复喷带，无法剥离。剥离辊设置在主结晶辊正下方的垂直方向上，辊套内通冷却水，通过控制机构可上下移动，在工作状态下起到对薄带的压覆、导向作用，增强冷却效果，同时把薄带导向卷取方向的辊道上。剥离辊的规格为Φ300×550mm，辊套为铍铜材质，冷却方式为水冷。
优选地，主、副结晶辊的驱动系统采用整体联动控制，结晶辊驱动系统主要由主电机、减速机、齿轮箱、连接轴等组成。副结晶辊采用与主结晶辊同步主动转速控制，亦可单独设定转速；中间通冷却水，工作状态下，待合金液体经过喷嘴喷出后，副结晶辊在同步转速下通过压下装置，将薄带压覆在主结晶辊表面上，从而增大对薄带的冷却效果，喷带结束时，副结晶辊通过摆动装置抬起至待机位。
优选地，气体保护系统的作用首先是防止带材氧化，其次是增强冷却效果，再次是辅助带材的附着和剥离。具体包括主结晶辊上方的喷带区的全氩气体保护、主结晶辊下方压带区的氮氢混合气体保护、主结晶辊下方剥离区的氮气吹扫保护和出口辊道上的超快冷区共四个独立的气体保护系统。
优选地，辊缝调节系统主要是指调节主、副结晶辊的辊缝和主结晶辊和剥离辊之间的辊缝。
下面说明一下本发明的一种带剥离辊的三辊薄带连铸机的工作原理。
钢水以工业纯铁为主要原料，首先，按不同钢种要求的目标成分添加不同种类的合金在中频炉内进行熔炼，钢水温度达到1620℃～1680℃左右。然后，将钢水倒入中间包，再通过水口注入喷嘴包内，在加压条件下将钢水从喷嘴包内喷到三辊连铸机的主结晶辊上；主结晶辊高速旋转，辊套内通水冷却，钢水快速凝固成为薄带，在嘴缝熔池区内通入氩气保护浇铸，防止钢水氧化；调整副结晶辊和主结晶辊之间辊缝，实现钢带的双面冷却和厚度方向的平整，进入充满氮氢混合气体的超快冷区；在带头从剥离辊与主结晶辊之间的出来辊缝以后，经过氮气吹扫温度进一步下降；因为剥离辊的辊径(Φ300mm)小于主结晶辊的辊径(Φ900mm)，带头自然朝剥离辊方向弯曲，使得带头从主结晶辊的铜辊辊套上分离开来；最后在剥离出口的辊道上通过组合式超快冷系统沿着钢带甩出方向用自动卷取机进行卷取，全程采取防氧化的保护措施。
与现有技术相比，本发明优点在于：(1)由于拥有水冷双面凝固和风冷进行热交换两种方式，因此冷却速度快；(2)铸带的厚度通过主、副结晶辊之间的辊缝调节实现厚度可控，通过主、副结晶辊的不同压力和转速来动态调整铸带厚度的均匀性；(3)采用喷带区、压带区、剥离区和超快冷区的气体保护可实现钢水喷雾到钢带卷取的表面无氧化；(4)通过对驱动系统和钢带运行过程的控制，可实现连续成卷。
附图说明
图1一种液态合金真空熔炼单辊甩带方法及其装置；
图2双辊连铸装置；
图3一种辊带式连铸机以及包含该连铸机的薄带铸轧设备；
图4一种带冷却辊的异径双辊甩带装置
图5为一种带剥离辊的三辊铸带机的基本原理示意图。其中，1、钢水喷入方向；2、主结晶辊；3、副结晶辊；4、底座及支架；5、剥离辊；6、辊道；7、钢带甩出方向。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参图5为一种带剥离辊的三辊薄带连铸机的实施例。其实施过程如下：钢水从喷入方向(1)喷出，在顺时针旋转的主结晶辊(2)上面激冷凝固成带，受到逆时针旋转的副结晶辊(3)的挤压平整。为了防止氧化，将喷嘴机构、主结晶辊(2)和副结晶辊(3)安装在底座及支架4上，并用外罩密封充氩气保护，此处为喷带区，钢带温度为800-1000℃。钢带从副结晶辊(2)下方出来以后，受到指向主结晶辊(2)轴心方向的来自N2+H2混合气喷射出的垂直压力，使钢带紧紧地贴在主结晶辊(2)的铜辊辊套上，此处为压带区，钢带温度继续下降为300-600℃。钢带进入剥离区，经过N2气吹扫，同时受到主结晶辊(2)和剥离辊(5)的挤压，因为剥离辊(5)的辊径(Φ300mm)小于主结晶辊2的辊径(Φ900mm)，带头自然朝剥离辊(5)方向弯曲，使得带头从主结晶辊(2)的铜辊辊套上分离开来；在辊道(6)上面沿着钢带甩出方向(7)进入N2气保护的超快冷区，最后进入自动卷取机卷取成卷。
表1
Figure GDA0003399387320000051
Figure GDA0003399387320000061
表2
Figure GDA0003399387320000062
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种带剥离辊的三辊薄带连铸机，其特征在于由主结晶辊、副结晶辊、底座及支架、剥离辊、辊道及驱动系统、气体保护系统和辊缝调节系统组成；以主结晶辊为中心，副结晶辊位于主结晶辊的右上方，工作时，主结晶辊与副结晶辊辊面靠紧，剥离辊位于主结晶辊的正下方，工作时，主结晶辊与剥离辊辊面靠紧，三个辊均安装在底座及支架上；其中，主结晶辊、副结晶辊和剥离辊是连铸机的核心部件，机械结构完全相同，只是大小规格不同；
所述主结晶辊由铜辊辊套、冷却水、主辊芯、主轴和轴承及两侧圆盘密封组成；
所述副结晶辊的作用是协助主结晶辊来冷却带材，同时通过压下来控制辊套上已结晶带材的厚度；
所述剥离辊的作用是引导带材从主结晶辊上剥离，避免带材继续在主结晶辊上缠绕、重复喷带，无法剥离；
所述气体保护系统的作用首先是防止带材氧化，其次是增强冷却效果，再次是辅助带材的附着和剥离；具体包括主结晶辊上方的喷带区的全氩气体保护、主结晶辊下方压带区的氮氢混合气体保护、主结晶辊下方剥离区的氮气吹扫保护和出口辊道上的超快冷区共四个独立的气体保护系统。
2.如权利要求1所述一种带剥离辊的三辊薄带连铸机，其特征在于所述主结晶辊的规格为Φ900×550mm，辊套为铍铜材质，冷却方式为水冷，水的流量控制在10-30l/s，冷却铜辊线速度为0～30m/s，具有无级调速功能。
3.如权利要求1或2所述一种带剥离辊的三辊薄带连铸机，其特征在于所述副结晶辊的规格为Φ300×550mm，辊套为铍铜材质，冷却方式为水冷。
4.如权利要求1所述一种带剥离辊的三辊薄带连铸机，其特征在于所述剥离辊设置在主结晶辊正下方的垂直方向上，辊套内通冷却水，通过控制机构可上下移动，在工作状态下起到对薄带的压覆、导向作用，增强冷却效果，同时把薄带导向卷取方向的辊道上。
5.如权利要求1或4所述一种带剥离辊的三辊薄带连铸机，其特征在于所述剥离辊的规格为Φ300×550mm，辊套为铍铜材质，冷却方式为水冷。
6.如权利要求1所述一种带剥离辊的三辊薄带连铸机，其特征在于所述主、副结晶辊的驱动系统采用整体联动控制，结晶辊驱动系统主要由主电机、减速机、齿轮箱、连接轴组成；副结晶辊采用与主结晶辊同步主动转速控制，亦可单独设定转速；中间通冷却水，工作状态下，待合金液体经过喷嘴喷出后，副结晶辊在同步转速下通过压下装置，将薄带压覆在主结晶辊表面上，从而增大对薄带的冷却效果，喷带结束时，副结晶辊通过摆动装置抬起至待机位。
7.如权利要求1所述一种带剥离辊的三辊薄带连铸机，其特征在于所述辊缝调节系统主要是指调节主、副结晶辊的辊缝和主结晶辊和剥离辊之间的辊缝。
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