CN114769541A - 一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于双辊铸轧技术领域。建立在专利申请文件CN2021101226378所提示踪方法的实践基础之上，申请人发现了熔池内“凝固坯壳”生长的独特特征。根据“凝固坯壳”生长的独特特征，本申请文件提出一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，用以增强双辊铸轧的工艺稳定性。

Description

一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法

技术领域

本发明属于双辊铸轧技术领域，具体涉及一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法。建立在专利申请文件CN2021101226378所提示踪方法的实践基础之上，申请人发现了熔池内“凝固坯壳”生长的、与常规连铸过程截然不同的关键特征：两条直线汇聚成Kiss点。根据“凝固坯壳”的生长特征，本申请文件提出一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法。通过实施本方法，向“凝固坯壳”提供额外的周期性或非周期性的运动空间，使得“凝固坯壳”能通过熔池内两相区的阻碍，顺利在熔池底部汇合形成Kiss点。本发明可增强双辊铸轧工艺稳定性。

背景技术

双辊铸轧的提出距今已经超过一个半世纪，但基本技术特征并没有变化，也在有色金属领域取得了巨大的成功，是制备铝及其合金薄带的标准方法。在钢铁领域，各主要经济体均对双辊铸轧进行了密集的研发，美国Nucor在2000年前后率先实现钢铁薄带的商业化生产。Nucor将双辊铸轧的商业化的取得归功于时代进步下的工业整体实力的增强，具体包括四个方面：控制（High speed computing and process control）；材料（Advancedceramics and materials）；传感器（Sensing technology）；数学模型（Mathematicalmodeling of physical phenomena）。尽管Nucor取得了商业化成功，但有一名叫Luiten的博士生，在他的博士研究生阶段，广泛采访了国际上从事双辊铸轧研究的相关人员，最终认为双辊铸轧技术自诞生以来并无决定性、影响深远的进展。Luiten博士在他的博士学位论文中，详细阐述了他的采访过程和结论。目前，世界上四条商业化运行的双辊铸轧生产线（美国、墨西哥、中国），都建立在Nucor最初的基础之上。Nucor成功的原因至今没有公开，但是，Nucor的工艺路线在可铸轧的钢种成分上具有一定的局限性。目前来看，Nucor的技术仍然面临两个难题，一是在制备两相区较宽的钢种时断带严重，断带机理目前尚不清楚；二是熔池内夹杂物富集现象无法得到很好解决，侧封板与夹杂物反应后失效会导致生产被迫中断。相比与有色金属，双辊铸轧在钢铁领域的发展是缓慢的。各研究机构反映的失败原因有很多，但根本在于研究人员无法对熔池传输行为进行准确的把握，而熔池传输行为是工艺稳定性和铸带质量控制的基石。

了解熔池传输行为，尤其是凝固坯壳的生长规律中的关键特征，对于工艺参量设置具有重要意义。在常规连铸过程中，研究人员为了解凝固进程，提出了多种方法，并进行了相对应的大量的实践，取得了很好的效果，譬如：数值模拟、漏钢法、电磁超声法、机械测量法、放射性元素示踪法等。在双辊铸轧领域，由于铸轧装备构造独特，因此，研究实际铸轧过程中熔池内凝固坯壳生长规律的实验方法，在目前来看，只有申请人等在专利文件CN2021101226378中提出的示踪方法可以使用，该示踪方法在纯铝铸轧实验中被实际操作过。在研究双辊铸轧熔池传输行为方面，数值模拟被大量采用，但数值模拟无法很好的考虑凝固-轧制的耦合过程，且由于数学模型考虑的侧重点差异较大，不同研究人员的研究结果存在显著的区别，数值模拟的研究结果往往容易遭受各种质疑。不论如何，研究人员对于双辊铸轧熔池内的凝固坯壳生长进程，达到了附图1中所示的某种共识。对于双辊铸轧过程，除了专利文件CN2021101226378中提出的示踪方法和大量的数值模拟研究外，能够找到的研究熔池内凝固进程的文献，就是日本Fujita等的工作。Fujita等借鉴了常规连铸中的漏钢法，利用石蜡铸轧实验，在铸轧过程中将两辊突然打开，使得熔池中物质漏出，由此测出来坯壳的发展，所测量的凝固坯壳发展依然与附图1相似。对于常规连铸中使用的放射性元素方法，如果要在双辊铸轧过程中运用，考虑到双辊铸轧利用两个凝固坯壳焊合的方式获得最终铸带，因此，在双辊铸轧过程中，向熔池中添加放射性元素，需要在铸轧过程中，及时中断铸轧进程，然后剖切整个熔池铸锭。目前来看，无论是放射性元素方法，还是漏钢方法，申请人都没有条件在实验室中进行实践，这也是提出示踪方法的原初考虑，申请人根据金属扩散行为、边界层湍流效应和对双辊铸轧熔池运动模式的理解提出了专利文件CN2021101226378中所阐述的示踪方法。

目前，可采用双辊铸轧方法制备的钢种非常少，即使已经成功利用双辊铸轧商业化生产的钢种，也存在一定的不稳定性，而研究人员并不知道如何去尽可能的提升工艺稳定性，这主要是由于研究人员不明白熔池内“凝固坯壳”生长的关键特征所致。

根据专利文件CN2021101226378中所阐述的示踪方法，申请人发现了“凝固坯壳”生长的关键特征。本发明提供了一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，用于提高双辊铸轧工艺稳定性，以提高制备两相区较宽的钢种的稳定性、改善铸带质量，并扩大双辊铸轧在有色金属薄板带、复层薄板带、高熵合金薄板带制备领域的应用。

发明内容

本发明提供了一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法。

附图1是当前对熔池内凝固坯壳发展进程的认识，研究人员认为，凝固坯壳始于弯月面附近，逐渐增厚，最终在熔池底部焊合，焊合的点称为Kiss点。

附图2是申请人根据示踪实验得来的实际铸轧过程中熔池内“凝固坯壳”发展规律。申请人根据在专利申请文件CN2021101226378所提示踪方法，进行纯铝铸轧熔池示踪实验。申请人发现：双辊铸轧是结晶辊驱动下被铸轧金属竞相移出熔池的过程，本质是随结晶辊工作面移动的速度边界层的焊合，Kiss点由两条直线（而非附图1所示的曲线）汇聚而成，因此存在Kiss角（Kiss角的测量可依据申请人在申请号为2021112909655的文件中所提方法），在熔池上部形成的速度边界层（熔体在结晶辊工作面附近有一薄层具有明显的速度梯度, 称为速度边界层）在抵达Kiss点的过程并不顺利，发源于弯月面的“凝固坯壳”在达到Kiss点是存在困难的。

根据由示踪方法得到的附图2，双辊铸轧的工艺难点，在于如何使得在结晶辊工作面形成的“凝固坯壳”顺利抵达Kiss点，完成焊合动作。

根据由示踪方法得到的附图2，双辊铸轧熔池内，“凝固坯壳”在通过熔池Kiss点上方某区域时存在困难，在该区域，“凝固坯壳”厚度发生减薄行为。铸带中心偏析行为与该减薄行为有关，减薄行为可能是铸带中心点偏西生成的重要原因。

根据由示踪方法得到的附图2，实际铸轧过程中，发生的卡带现象，并不是铸轧机轧不动了，而是“凝固坯壳”在减薄的过程中，“凝固坯壳”对结晶辊施加的摩擦力过大。

附图1和附图2的区别在于，附图2中，“凝固坯壳”在靠近Kiss点前的一段距离为直线。由于结晶辊工作面是圆弧线，由此，“凝固坯壳”在靠近Kiss点的一个区域内发生减薄，这意味着在减薄区域内，“凝固坯壳”的运动承受较大运行阻力。降低该阻力是提升双辊铸轧工艺稳定性的有益途径，而降低该阻力，调整结晶辊运动模式是可行的有价值策略。

根据附图1和附图2的显著区别，申请人发明一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法。

本发明提供了一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，其特征在于：取垂直于第一结晶辊的辊轴的任意一个平面φ，则所述第一结晶辊在所述平面φ的投影为以点O₁为圆心的圆形，第二结晶辊在所述平面φ的投影为以点O₂为圆心的圆形，所述第一结晶辊和\或所述第二结晶辊为运动辊，所述运动辊在所述平面φ的投影的圆心的运动轨迹与线段O₁O₂所在直线的位置关系为斜交。由于实际结晶辊的垂直于结晶辊辊轴的截面不可能是完美的圆形，存在制造和\或特意设计的非圆辊形，且在工作状态下的负载也会使得结晶辊变形，因此，结晶辊在所述平面φ的投影应认为是近似的圆形，所述圆心应被认为是质心。特别的，举个例子来说明，若结晶辊在所述平面φ的投影为矩形，则该矩形应被认为是近似的圆形（或任意多边形），该矩形（或任意多边形）的质心应被认为是该近似的圆形的圆心。所述运动结晶辊辊在所述平面φ的投影的圆心的运动轨迹可能是直线，也可能是弧线。若所述运动辊在所述平面φ的投影的圆心的运动轨迹是弧线段，则取该弧线段上任一点（不包括端点）的切线，此时的斜交角为该切线与线段O₁O₂所在直线的斜交角。结晶辊的运动轨迹为直线还是弧线，应由设备的构造来认定，若设备的设计是使得结晶辊的运动轨迹为直线，那么，即使由于铸轧过程中的载荷使得所述运动轨迹发生变形，则该变形的运动轨迹仍应被认定为直线；若设备的设计是使得结晶辊的运动轨迹为弧线，那么，即使由于铸轧过程中的载荷使得运动轨迹变形，则该变形的运动轨迹仍应被认定为弧线。本发明申请书中，圆心O₁和O₂为起始圆心，所述起始圆心定义为结晶辊运动开始时的点（当运动结晶辊在开始运动的瞬间，其在所述平面φ的投影产生圆心即为起始圆心，起始圆心的定义是为方便说明斜交角）。需要说明的是，取垂直于第一结晶辊的辊轴的任意一个平面φ，由于第一结晶辊不是完美的圆柱形，所以第一结晶辊辊轴在平面φ的投影“点”应被理解为是第一结晶辊辊轴在平面φ的投影的质心。

进一步地，一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，其特征在于：所述斜交角不大于60度，所述斜交角不小于3度，所述斜交角优选值为6度至15度，所述运动辊在所述平面φ的投影的圆心的运动轨迹优选为直线段。

更进一步地，一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，其特征在于：第一结晶辊运动，第二结晶辊固定，所述第一结晶辊以斜交角δ运动，所述斜交角δ是可变化的或恒定的，所述运动可以是周期性的或非周期性的。

更进一步地，一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，其特征在于：第一结晶辊运动，第二结晶辊运动，所述第一结晶辊以恒定的斜交角δ运动，所述第二结晶辊以恒定的斜交角η运动，所述δ可以与η相同或不同。

本申请文件一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，用以进一步增强双辊铸轧工艺稳定性。本申请文件中所涉及方法，不仅可用于钢铁薄带，也包括但不限于利用双辊铸轧方法制备复层薄板带、铝合金薄板带、铜合金薄板带，高熵合金薄板带。

附图说明

图1为当前对熔池内凝固坯壳发展进程的认识。

图2为根据示踪方法得到的熔池内“凝固坯壳”发展进程。

图3为本发明实施例1。

图4为本发明实施例2。

图5为本发明实施例3。

图6为本发明实施例4。

以下附图中所涉及的附图编号的对应关系如下：1.第一结晶辊，2.第二结晶辊，3.第一结晶辊某瞬时位置，4.第一结晶辊某瞬时位置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在幅图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例1公开的一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，如图3所示，在等径水平双辊铸轧过程中，第一结晶辊1和第二结晶辊2对向旋转，第一结晶辊1圆心O₁运动，第二结晶辊2圆心O₂固定。

本发明实施例所示图3中，第一结晶辊1起始圆心为O₁，第二结晶辊2起始圆心为O₂。第一结晶辊1运动，第二结晶辊2固定。

本发明实施例所示图3中，第一结晶辊1圆心O₁在O₁O_1-1线段上运动。

本发明实施例所示图3中，O₁O_1-1线段所在是直线与O₁O₂线段所在直线斜交，斜交角为δ。

本发明实施例所示图3中，斜交角δ为15度。

本发明实施例所示图3中，第一结晶辊1圆心O₁在O₁O_1-1线段上的运动可以是周期性的，也可以是非周期性的，更可以使周期性与非周期性的组合。

本发明实施例所示图3中，第一结晶辊1圆心O₁在O₁O_1-1线段上的运动，可以在抵达O₁O_1-1线段上的任一点后（包括O_1-1点，但不包括O₁点），即返回第一结晶辊1圆心O₁。

本发明实施例所示图3中，第一结晶辊1圆心O₁可以是直线运动轨迹方式到达O_1-1，也可是弧线运动轨迹方式到达O_1-1。

需要设置相应的机械装置，来实现一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法。

斜交角与被铸轧金属成分有关，在其它工艺参量固定的情况下，被铸轧金属两相区越宽，则斜交角应大一些。需要设置相应的机械装置，来实现一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法。

本发明实施例所示图3为等径水平双辊铸轧机，铸带为从下引出。本发明中的双辊铸轧机，不仅仅是指等径式铸轧机，更可以是异径式双辊铸轧机，更可以是变径式双辊铸轧机（变径式双辊铸轧机，如申请人所递交的申请号为2021108481175的专利文件中的附图5），铸轧机的两个结晶辊可以水平摆放，更可以倾斜摆放或垂直摆放，铸带的引出方式，可以沿着重力方向引出，更可以与重力方向成小于180度的角度引出，甚至可以沿与重力方向完全相反的方向引出。

本发明实施例的双辊铸轧可用来制备钢铁薄板带、有色金属薄板带、复层薄板带、高熵合金薄板带，以及将来可能的采用双辊铸轧制备的材料。

实施例2

本发明实施例2公开的一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，如图4所示。

本发明实施例2为实施例1的改进实施例。

本发明实施例所示图4中，第一结晶辊1圆心O₁在O_1-1O_1-2线段上运动。

本发明实施例所示图4中，O₁O_1-1线段和O₁O_1-2线段的长度可以相同或不同。

本发明实施例所示图4中，第一结晶辊1圆心O₁在到达O₁O_1-1线段上任一点后，即可向返回O₁的方向运动。

本发明实施例所示图4中，O_1-1O_1-2线段所在直线与O₁O₂线段所在直线斜交，斜交角为δ。

本发明实施例所示图4中，δ为5度。

本发明实施例所示图4中，两结晶辊的运动模式有利于实施申请人在申请号为2022100465501的文件中所阐述的侧封板更换策略。

本发明实施例所示图4为等径水平双辊铸轧机，铸带为从下引出。

实施例3

本发明实施例3公开的一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，如图5所示。

本发明实施例3为实施例1的改进实施例。

本发明实施例3也为实施例2的改进实施例。

本发明实施例3所示图5中，第一结晶辊1圆心O₁在O_1-1O_1-2线段上运动，第二结晶辊2圆心O₂在O_2-1O_2-2线段上运动。

本发明实施例3所示图5中，O_1-1O_1-2线段所在直线与O₁O₂线段所在直线斜交，斜交角为δ。

本发明实施例3所示图5中，O_2-1O_2-2线段所在直线与O₁O₂线段所在直线斜交，斜交角为η。

本发明实施例3所示图5中，斜交角δ与斜交角η可以相同或不同。

本发明实施例所示图5为等径水平双辊铸轧机，铸带为从下引出。

实施例4

本发明实施例4公开的一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，如图6所示。

本发明实施例4所示图6中，第一结晶辊1运动，第二结晶辊2固定。

本发明实施例4所示图6中，第一结晶辊1沿预设的弧线轨迹运动，弧线上某一点的斜交角为δ。

本发明实施例所示图6为等径水平双辊铸轧机，铸带为从下引出。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，其特征在于：

取垂直于第一结晶辊的辊轴的任意一个平面φ，则所述第一结晶辊在所述平面φ的投影为以点O₁为圆心的圆形，第二结晶辊在所述平面φ的投影为以点O₂为圆心的圆形，所述第一结晶辊和\或所述第二结晶辊为运动辊，所述运动辊在所述平面φ的投影的圆心的运动轨迹与线段O₁O₂所在直线的位置关系为斜交。

2.根据权利要求1所述的一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，其特征在于：

所述斜交角不大于60度，所述斜交角不小于3度，所述斜交角优选值为6度至15度，所述运动辊在所述平面φ的投影的圆心的运动轨迹优选为直线段。

3.根据权利要求1所述的一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，其特征在于：

第一结晶辊运动，第二结晶辊固定，所述第一结晶辊以斜交角δ运动，所述斜交角δ是可变化的或恒定的，所述运动可以是周期性的或非周期性的。

4.根据权利要求1所述的一种用于增强双辊铸轧工艺稳定性的结晶辊让步运动方法，其特征在于：

第一结晶辊运动，第二结晶辊运动，所述第一结晶辊以恒定的斜交角δ运动，所述第二结晶辊以恒定的斜交角η运动，所述δ可以与η相同或不同。

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