CN116099997A - 一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请文件提出一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法和装置,属于双辊铸轧技术领域。在辊缝浮动过程中,运动辊的运动轨迹与基准平面斜交。与传统方法和装置相比,本发明能更加有效地促使熔池中长程剪切变稀界面提前崩溃,以降低熔池压力峰值,防止因熔池压力峰值过高产生的侧封板漏液、侧封板损坏、卡带、断带、裂纹等多样化的工艺稳定性问题,并能提高铸带厚度均匀性和降低结晶辊顶紧力的波动幅度。
Description
技术领域
本发明属于双辊铸轧技术领域,具体涉及一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法和装置。
背景技术
双辊薄带概念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薄带工艺进行了密集的研发,美国Nucor在2000年前后率先实现钢铁薄带的商业化生产。Nucor将双辊薄带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(Advanced ceramics and materials);传感器(Sensing technology);数学模型(Mathematical modeling 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薄带研究的相关人员,最终认为双辊薄带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薄带生产线(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的工艺路线在可制备的钢种成分上具有一定的局限性。相比与有色金属,双辊薄带工艺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,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。
由于双辊铸机构造独特,在发明人提出示踪方法(发明专利申请号:2021101226378;发明名称:一种表征双辊铸轧过程中熔池内传输行为的方法)和Kiss角测量方法(发明专利申请号:2021112909655;发明名称:一种测量双辊铸轧Kiss角的方法)之前,世界上并无直接研究熔池中传输过程的实验手段。示踪方法的技术基础是发明人首次发现的熔池内湍流分区现象。关于熔池内湍流分区现象,可参考文献:《Physical andcomputational study of a novel submerged entry nozzle design for twin-rollcasting process》(Journal of Iron and Steel Research International, 2021,P1390-1399)。Kiss角测量方法利用凝固过程中元素浓度分布差异来捕捉坯壳穿越两相区时的发展过程,Kiss角测量方法没有利用熔池锭的组织特征,是因为急停方法获得的熔池铸锭的相变过程是复杂的,急停瞬间所得的组织特征仍然在变化。
在缺乏实验手段的情况下,研究人员认为熔池内的凝固坯壳生长规律像附图1中所描述的那样。附图1是领域内的常识,但从未被实际实验证实。附图1可参考文献:《Progress in twin roll casting of magnesium alloys, A review》(Journal ofMagnesium and Alloys, 2021,P362-391);《Simulation of microstructures insolidification of aluminum twin-roll casting》(Transactions of NonferrousMetals Society of China, 2012, P1452-1456)。
根据附图1,领域内人员提出用辊缝浮动方法来增强工艺稳定性和改善铸带质量。
辊缝浮动是指,铸轧过程中,以驱动装置驱动两结晶辊中至少一个结晶辊运动,使得两对向旋转的结晶辊的相对位置发生变化。两结晶辊的最小距离处称为辊缝,辊缝的中点称为Nip点,在三维空间,辊缝为一个面,Nip点为一条线。辊缝开度是指两结晶辊间的最小距离,在无辊缝浮动发生时,两结晶辊的辊轴所在平面称为基准平面。辊轴是指结晶辊自转时的旋转轴线,旋转轴线是假想的辅助线。
传统的辊缝浮动方法有两种,分别如附图2和附图3所示。附图2所示为零角度运动方法(发明专利申请号2017800317704,发明名称:操作双辊薄带连铸机以减少颤动的方法)。附图3所示为垂直运动方法(发明专利号:2007101853779,发明名称:振动式双辊薄带铸轧机)。
附图2和附图3所示的现有技术存在的关键问题是:工艺稳定性差,可制备的钢铁材料成分非常少,钢种的两相区宽了不行,窄了也不行,即使现在能够商业化制备的钢种,也存在卡带、断带、侧封板漏液、侧封板损坏等常见的工艺稳定性问题,出熔池的铸带容易出现常见的“脊梁”、“蛇蛋”和“鸡蛋灌饼”等缺陷,铸带厚度波动较大,铸轧力波动较大,铸轧力也称结晶辊顶紧力,有时也称铸力。一个半世纪以来,工艺稳定性难题和铸带质量问题没有更好改善的关键在于:缺乏研究实际熔池传输行为的方略,附图1解释不了技术人员实际遇到的多样化工艺稳定性难题和铸带质量问题所蕴含的科学机理。
发明内容
发明人根据示踪方法和Kiss角测量方法得到图4中所示结果(见申请号为2021112909655的中国专利文献),在某个时间段,熔池内的“凝固坯壳”其实是像附图4中所示那样发展的。附图1和附图4的区别在于:附图1中,两条曲线汇聚成Kiss点;附图4中,两条直线汇聚成Kiss点。附图4的实验结果表明,附图1的认识在本质上是错误的。附图4的示意图如附图5所示,附图5是基于示踪技术和Kiss角测量技术绘制出的,附图5也是国际上首次清晰、完整地描述了存在长程剪切变稀界面时,熔池内的传输行为特征。
发明人后续的研究表明,附图4中所观察到的两条直线实际为两个长程剪切变稀平面,这两个长程剪切变稀界面是类周期性崩溃的。熔池中存在类周期性的物质、动量和能量传输行为,如附图6至附图10所示。
附图6并不是一个持续稳定存在的阶段,由于多因素导致熔池底部两相区变宽,熔池下部出现长程剪切变稀界面,长程剪切变稀界面汇聚成Kiss角,形成附图7。由于汇聚成Kiss点的两个长程剪切变稀界面具有不同的速度方向,因此,Kiss点实际是不存在的,Kiss点实际为一个高度紊乱的区域,这个区域的范围很小,但具体有多小,目前还很难给出具体的数值,发明人根据多年研究经验,认为应该在几个微米至几十个微米的级别。
附图7中,长程剪切变稀界面阻碍了结晶辊驱动力的传递,导致两长程剪切变稀界面所夹区域的物质无法获得移出熔池所需的驱动力,因此,Kiss角物质不易更新。Kiss角物质的难以更新会促使长程剪切变稀界面进一步发展,形成附图8。两长程剪切变稀界面(或长程剪切变稀平面)汇聚所形成的Kiss角物质不易更新。
附图8中,长程剪切变稀界面继续发展,熔池中冷区面积扩大,冷区温度持续降低。熔池深度是一定的,当冷区范围增加、温度降低后,热区范围相应收缩、温度升高,冷区和热区的温差进一步加大,熔池传输环境极端化。长程剪切变稀界面的持续发展对熔体流动范围展现出抑制效果。半固态金属的剪切变稀行为是不稳定的,受熔池底部温度的持续降低,长程剪切变稀界面自然崩溃,形成附图9。
附图9中,长程剪切变稀界面崩溃,长程剪切变稀界面两侧物质焊合在一起,熔池中的剪切挤压区瞬间变为轧制区,剪切过程瞬间变为轧制过程,引起熔池中压力的陡然升高,形成压力峰值。长程剪切界面崩溃会产生三种可能:结晶辊转动停止,如,结晶辊被长程剪切变稀平面两侧物质焊合后的卡停;强烈的轧制过程,并引发足以中断工艺进程的后果,如,峰值压力作用于侧封板,导致侧封板被顶开,引发侧封板处漏液,峰值压力也会使得侧封板损坏和\或侧封板附着物脱落;强烈的轧制过程,但并未引发足以中断进程的后果,如,裂纹、铸带厚度均匀性降低。靠近结晶辊端部的位置,由于温度较低,压力峰值更高。熔池中的峰值压力还会大幅磨损结晶辊,降低关键设备服役寿命。
附图10中,冷区为剧烈轧制区,轧制区物质移出熔池,冷区面积缩小,热区向下移动,布流区温度下降,冷区温度上升。附图10回到附图6,由于热区具有较高的温度,可能出现横贯铸带的“亮线”,“亮线”的存在可以证明沿辊身方向,传输过程的周期性具有同步性。
本发明专利申请文件与附图2和附图3所示传统方法的不同之处在于,发明所基于的出发点不同:本发明是基于附图4至附图10中的认识,而附图4至附图10是发明人利用在示踪方法和Kiss角测量方法在国际上首次得到的;附图2和附图3所示传统方法是根据附图1而来的,而附图1所示的现象是领域内的错误认知造成的。
本发明专利申请文件与附图2和附图3所示传统方法的不同之处还在于,效果不同:本发明专利申请文件中,运动辊的运动方向指向附图4和附图5中所示长程剪切变稀界面;附图2和附图3中,结晶辊的运动方向不指向熔池中的长程剪切变稀界面。
针对背景技术中的不足,本发明提出一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法和装置,该方法和装置采用与现有技术完全不同的思路,半固态金属剪切变稀理论和发明人所进行的双辊薄带实验表明,本发明所提方法和装置能够极大改善现有技术中因熔池中压力峰值过高所引起的多样化的工艺稳定性问题,并能够改善铸带质量。
本发明提供了一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,取垂直于第一结晶辊的辊轴的任意一个平面φ,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。所述斜交所成的角称为斜交角。
所述运动结晶辊在所述平面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。
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(或任意多边形),则该矩形应被认为是近似的圆形,该矩形(或任意多边形)的质心应被认为是该近似圆形的圆心。
所述运动结晶辊在所述平面φ的投影的圆心的运动轨迹可能是直线,也可能是弧线。所述弧线是指具有一定弧度的、连续的线型。所述弧线包括圆弧、椭圆弧、抛物线。曲线可以分解为若干弧线。
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的投影产生的圆心即为起始圆心,起始圆心的定义是为方便说明斜交角。领域内普通技术人员完全可以理解,圆心O1和O2是辊缝浮动未发生时,两结晶辊在所述平面φ的投影的圆心。未发生辊缝浮动时,在三维空间,两结晶辊的辊轴所构成的平面被称为基准平面。未发生辊缝浮动时,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,所述第二结晶辊在所述平面φ的投影为以点O2为圆心的圆形。
进一步地,一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,所述运动辊在所述平面φ的投影的圆心的运动轨迹为直线段。
进一步地,一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,在所述平面φ,所述运动辊的投影的圆心的运动轨迹是弧线段。
进一步地,一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,所述斜交的角不大于60度,所述斜交角不小于3度。
进一步地,一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,所述斜交的角在6度至15度的范围。
进一步地,一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,所述斜交的角是变化的或恒定的,所述运动辊的运动是周期性的或非周期性的。
进一步地,一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,所述运动辊的运动可以是周期性的或非周期性的。所述运动辊的运动要素包括运动速度、运动幅度、运动频率、与O1O2所在直线的角度,所述运动辊的运动要素中的任一项的变化可以是周期性的或非周期性的。
进一步地,一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,第一结晶辊和第二结晶辊均为所述运动辊,所述第一结晶辊以恒定的所述斜交角δ运动,所述第二结晶辊以恒定的所述斜交角η运动,所述δ与所述η相同或不同。
一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法的装置,包括所述第一结晶辊、所述第二结晶辊、第一结晶辊轴承座、第二结晶辊轴承座、机架,利用所述机架的几何形状约束所述结晶辊的运动行为,所述机架的几何形状是指所述结晶辊的轴承座与所述机架发生相对运动时,所述轴承座与所述机架相互接触区域的几何形状,所述第一结晶辊通过所述第一结晶辊轴承座连接在所述机架上,所述第二结晶辊通过所述第二结晶辊轴承座连接在所述机架上;所述第一结晶辊或/和所述第二结晶辊为所述运动辊,所述运动辊与驱动机构相连接,所述驱动机构驱动所述运动辊及其轴承座在所述几何形状的约束下运动;其中,所述驱动机构驱动所述运动辊及其轴承座的运动,是指所述运动辊相对机架的运动,不包括运动辊本身的自旋转运动;
取所述第一结晶辊的辊轴和所述第二结晶辊的辊轴所构成的平面ψ,则由所述机架的几何形状产生的所述约束应使得所述第一结晶辊的辊轴和\或所述第二结晶辊的辊轴的运动轨迹的所在的平面与所述平面ψ斜交。所述平面ψ是指未发生辊缝浮动时,第一结晶辊的辊轴和第二结晶辊的辊轴所在平面。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,垂直于结晶辊辊轴的截面应认为是近似的圆形,圆心应被认为是质心,两个所述结晶辊的辊轴应被认为是在某个平面的平行的两条直线。所述第一结晶辊的辊轴和\或所述第二结晶辊的辊轴的运动轨迹的所在的平面与所述平面ψ斜交,当所述运动轨迹为曲面时,所述运动轨迹所在的平面为一系列切平面。
进一步地,一种装置,所述斜交的角在1.5至15度的范围或30至45度的范围。
进一步地,一种装置,所述第一结晶辊在机架的约束下运动,所述第二结晶辊固定,所述第一结晶辊的辊轴扫过的面是平面或曲面。所述第一结晶辊的辊轴视为理想的直线,所述平面或曲面的认定应从机架的设计上来推断,若所述机架的约束是曲线型的,则所述辊轴扫过的面就是曲面。部分平面和部分曲面的组合应被认定为曲面。所述倾斜机架和\或所述曲线型机架上设置有轨道,用于降低所述第一结晶辊轴承座和\或所述第二结晶辊轴承座运动阻力。
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。
本发明的有益效果为:本发明通过一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法和装置,以更有效率的促使长程剪切变稀界面提前崩溃,阻止长程剪切变稀界面过度发展所造成的熔池中部分物质无法更新,避免熔池中因长程剪切变稀界面过度发展后崩溃所造成的足以导致工艺失稳发生的峰值压力,抑制因熔池峰值压力过高所产生的侧封板漏液、侧封板损坏、卡带、断带、裂纹,降低辊缝浮动过程中对结晶辊顶紧力波动幅度,提高铸带厚度均匀性,达到稳定工艺过程和提高铸带质量的效果。
附图说明
图1为对熔池内凝固坯壳发展进程的传统认识的示意图。
图2所示为两辊轴始终位于基准平面的零角度运动方法的示意图。
图3所示为垂直运动方法示意图。
图4为示踪方法和Kiss 测量方法共同实施时的存在长程剪切变稀界面的实验结果图。
图5为示踪实验和Kiss角测量实验结果的存在长程剪切变稀界面的示意图。
图6所示为熔池周期性传输过程中不存在显著轧制阶段或无轧制阶段的示意图。
图7所示为熔池周期性传输过程中长程剪切变稀界面形成的示意图。
图8所示为熔池周期性传输过程中长程剪切变稀界面发展的示意图。
图9所示为熔池周期性传输过程中长程剪切变稀界面崩溃后的示意图。
图10所示为熔池周期性传输过程中强烈轧制过程的示意图。
图11所示为本发明实施例1中第一辊轴沿直线段O1O1-1运动的示意图。
图12所示为本发明实施例2中第一辊轴沿直线段O1-1O1-2运动的示意图。
图13所示为本发明实施例3中第一辊轴沿直线段O1-1O1-2运动,且第二辊轴沿直线段O2-1O2-2运动的示意图。
图14所示为本发明实施例4中第一辊轴沿弧线段O1O1-1运动的示意图。
图15所示为本发明实施例5中液压装置推动第一结晶辊沿倾斜直线运动的示意图。
图16所示为本发明实施例6中液压装置推动第一结晶辊沿弧线运动的示意图。
图17所示为本发明实施例6中第一辊轴沿弧线段O1-1O1-2运动的示意图。
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.熔池,4.辊缝,5.转动方向一,6.水口,7.铸带,8.线段O1O2所在直线,9.转动方向二,10.长程剪切变稀界面,11.下极限位置,12.运动轨迹,13.上极限位置,14.第一结晶辊轴承座,15.第二结晶辊轴承座,16.倾斜机架,17.水平机架,18.压下缸,19.曲线型机架。
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。
在各个实施例中:第一结晶辊1和第二结晶辊2的辊轴分别称为第一辊轴和第二辊轴,辊轴为结晶辊自转时的旋转轴线。取垂直于第一辊轴的任意一个平面φ,第一结晶辊1和第二结晶辊2的投影为理想的圆形。在平面φ:无辊缝4浮动发生时,第一辊轴和第二辊轴的投影分别是点O1和O2。无辊缝4浮动发生时,第一辊轴和第二辊轴所构成的平面称为基准平面,基准平面也被称为平面ψ,基准平面在平面φ的投影是线段O1O2所在直线8,线段O1O2所在直线8在辊缝4浮动过程中是固定的。辊缝4浮动过程中,以驱动装置驱动第一结晶辊1和第二结晶辊2中至少一个结晶辊运动,使之成为运动辊,以允许所述辊缝4浮动发生。运动辊的辊轴扫过的面称为运动轨迹12。所述运动辊的辊轴称为运动辊轴,运动辊轴位于线段O1O2所在直线8的位置称为基准位置,运动幅度为运动辊轴与基准位置的路程,运动频率为运动辊轴在单位时间内经过线段O1O2所在直线8的次数。
实施例1:
本发明实施例1公开的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,如图11所示。在等径水平双辊铸轧过程中,首先,第一结晶辊1和第二结晶辊2对向旋转;然后,通过布流装置6向两结晶辊间连续注入钢水,形成深度较为稳定的熔池3;两结晶辊端部设置侧封装置,以支撑熔池3的形成,但是,当熔池3深度较浅时,可不设置侧封装置;铸带7经由辊缝4从熔池3中移出;在铸带7移出熔池3的过程中,以驱动装置驱动第一结晶辊1,以使第一结晶辊1为运动辊;第二结晶辊2为固定辊;第一结晶辊1的运动使得两结晶辊的相对位置发生变化,以允许辊缝4浮动。辊缝4的浮动促使长程剪切变稀界面10崩溃,以削弱熔池3中的类周期传输行为,尤其是促使长程剪切变稀界面10提前崩溃,以有效降低熔池3中峰值压力,从而避免因熔池3中峰值压力过高带来的一些列工艺稳定性问题和铸带质量问题。
本发明实施例1所示图11中,第一结晶辊1的运动使得辊缝4浮动,辊缝4浮动过程中,O1O2所在直线8的位置是不变化的,因为,O1和O2为第一结晶辊1运动开始前第一辊轴和第二辊轴在平面φ上的投影,O1O2所在直线8是与地面相对静止的参考位置。在辊缝4浮动过程中,第一辊轴扫过的面为运动轨迹12,运动轨迹12在平面φ上的投影为直线段O1O1-1。在辊缝4浮动过程中,第一结晶辊1的运动方向始终与线段O1O2所在直线8斜交,斜交角为δ,δ=15度。
本发明实施例1所示图11中,在平面φ上,第一辊轴在O1O1-1线段上运动,O1O1-1线段所在直线与线段O1O2所在直线8斜交,斜交角为δ,斜交角δ为15度。
本发明实施例1所示图11中,在平面φ上,第一辊轴在O1O1-1线段上的运动可以是周期性的,也可以是非周期性的,更可以是周期性与非周期性的组合。
本发明实施例1所示图11中,在平面φ上,第一辊轴可以在抵达O1O1-1线段上的任一点后(包括O1-1点,但不包括O1点),即返回O1。
本发明实施例1所示图11中,在平面φ上,第一辊轴可以是通过直线运动到O1-1,也可是通过弧线运动到O1-1。
本发明实施例1所示图11中,第一结晶辊1的运动幅度为直线段O1O1-1的长度,直线段O1O1-1的长度在20至50微米的范围。
本发明实施例1所示图11中,第一结晶辊1的运动频率在0.01至9赫兹的范围,运动频率可以是呈正弦规律变化的。
本发明实施例1所示图11中,第一辊轴在运动轨迹12上运动,运动幅度可以是呈正弦规律变化的。
本发明实施例1所示图11中,第一辊轴在运动轨迹12上运动,运动速度可以是呈正弦规律变化的。
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。
可选地,本发明实施例1中,斜交角δ在3至60度的范围。
可选地,本发明实施例1中,斜交角δ在6至15度的范围。
可选地,本发明实施例1中,在平面φ上,第一辊轴的运动轨迹是直线段和\或弧线段的组合。
本发明实施例1的有益效果目前可通过数值模拟得到初步证实,铸轧速度在30至60米/分钟的范围,两结晶辊的辊径均为400毫米,熔池深度为125~135毫米,进入熔池3的熔体的过热度在20至60摄氏度的范围,斜交角在3至60度的范围,第一结晶辊1的运动频率在2至10赫兹的范围,第一结晶辊1的运动幅度在10至200微米的范围,熔池3底部的压力峰值可以降低3~72%。但是也需要承认,数值模拟方法建立在大量的假设基础之上,当前的数学模型还无法得到实验证实,数值模拟所得结果只是实际效果的有价值的反映,可以用来预测实际的趋势。
本发明实施例1的有益效果,本发明实施例1与附图2和附图3所示的传统方法相比较,可以更有效地促使熔池3中的长程剪切变稀界面10提前崩溃,并降低峰值压力。峰值压力的降低,不仅能避免多样化的工艺稳定性问题,也能降低结晶辊的磨损,提高关键装备的服役寿命,从而大幅降低生产成本。
本发明实施例所示图11为等径水平双辊铸轧机,铸带7为从下移出熔池3。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,变径式双辊铸轧机可以用来制备复合管材、复合棒材、复合板材等包覆材料。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7可以沿着重力方向移出熔池3,更可以与重力方向成小于180度的角度移出熔池3,甚至可以沿与重力方向完全相反的方向移出熔池3。
实施例2:
本发明实施例2公开的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,如图12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12中,在平面φ上,第一辊轴在O1-1O1-2线段上运动。O1O1-1线段和O1O1-2线段的长度可以相同或不同。第一辊轴在到达O1O1-1线段上任一点后,即可向返回O1的方向运动。O1-1O1-2线段所在直线与线段O1O2所在直线8斜交,斜交角为δ,δ为5度。
本发明实施例所示图12为等径水平双辊铸轧机,铸带7为从下引出。
实施例3:
本发明实施例3公开的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,如图13所示。
本发明实施例3为实施例1和实施例2的改进实施例。
本发明实施例3所示图13中,在平面φ上,第一辊轴在O1-1O1-2线段上运动,第二辊轴在O2-1O2-2线段上运动。O1-1O1-2线段所在直线与线段O1O2所在直线8斜交,斜交角为δ。O2- 1O2-2线段所在直线与线段O1O2所在直线8斜交,斜交角为η。斜交角δ与斜交角η相同。
可选的,本发明实施例3所示图13中,斜交角δ与斜交角η可以不同。
实施例4:
本发明实施例4公开的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,如图14所示。
本发明实施例4所示图14中,第一结晶辊1为运动辊,第二结晶辊2为固定辊。第一结晶辊1沿预设的运动轨迹12运动,运动轨迹12为弧线段,运动轨迹12上某一点(不包括端点)的切线与线段O1O2所在直线8的斜交角为δ。铸带7为从下引出。
本发明实施例4的有益效果为,与附图2和附图3所示传统方法相比,本发明实施例4所示方法能够在减轻铸带7厚度波动的情况下,更有效率的促使长程剪切变稀界面3崩溃。
本发明实施例4提出的出发点是,熔池3中的压力的变化应尽可能平稳,过快地改变熔池3中的压力并不利于工艺稳定。与本发明实施例1至3相比,有益效果为,显著降低熔池3中的压力变化速率,能够进一步抑制熔池3中的压力变化过快,避免因熔池3中压力变化过快导致的工艺稳定性问题,进一步优化工艺稳定性。
本发明实施例4中,运动辊的运动幅度在2至62微米的范围,运动频率在0.01至12赫兹的范围。
实施例5:
本发明实施例5公开的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动装置,如图15所示,所产生的效果如实施例1中图11和实施例2中图12所示。
本发明实施例5所示图15中,第一结晶辊1通过第一结晶辊轴承座14连接在机架10上,第二结晶辊2通过第二结晶辊轴承座15连接在机架,机架包括倾斜机架16和水平机架17;第一结晶辊1和第二结晶辊2之间留有辊缝4;第一结晶辊1为运动辊;第一结晶辊1与压下缸18相连接,在压下缸18作用下,在平面φ上,第一辊轴的运动轨迹与O1O2所在直线8斜交,O1O2所在直线8是平面ψ在平面φ上的投影,平面ψ与平面φ相互垂直,平面φ为纸面。
本发明实施例5所示图15中,倾斜机架16的坡度与O1O2所在直线8不同,以水平面为参照,在平面φ上,左低右高为正坡度,O1O2所在直线8的坡度为零度,倾斜机架16的坡度为θ,θ=+15度。实际铸轧过程中,倾斜机架16会存在变形,该变形会使得θ产生一定变化。
本发明实施例5所示图15中,角度θ优选值为1.5度至15度和30度至45度:对于钢铁材料,角度θ优选值为1.5度至15度的范围,这是因为钢铁材料导热率低,长程剪切变稀界面短,且位于熔池底部区域;对于有色金属材料,尤其是制备复层薄带的时候,角度θ优选值为30度至45度的范围,这是因为有色金属两相区宽,长程剪切变稀界面从熔池底部延伸至熔池中部。θ的大小与被铸轧金属成分和过热度、熔池深度、铸速等工艺参量有关,在其它工艺参量固定的情况下,被铸轧金属两相区越宽,则θ应大一些。
本发明实施例5所示图15中,在倾斜机架16的约束下,第一辊轴扫过的面为平面,第一辊轴的运动幅度不超过0.12毫米。
本发明实施例5所示图15中,压下缸18为液压驱动装置。
实施例6:
本发明实施例6公开的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动装置,如图16所示,本发明实施例6的效果如图17所示。本发明实施例6的效果也可如实施例4中图14所示。
本发明实施例6所示图16中,第一结晶辊1为运动辊,第二结晶辊2为固定辊,第一结晶辊1通过第一结晶辊轴承座14与曲线型机架19连接,第二结晶辊2通过第二结晶辊轴承座15与水平机架17连接。
本发明实施例6所示图16中,曲线型机架19的坡度是连续变化的,辊缝4浮动过程中,以压下缸18驱动第一结晶辊1运动,在曲线型机架19的约束下,第一辊轴扫过的运动轨迹12为曲面,如图17所示。曲线型机架19上设置有轨道,以允许第一结晶辊轴承座14以较低阻力运动。压下缸18可用其它装置替代,以向第一结晶辊1提供更复杂的作用力形式。
本发明实施例6所示图16中,当第一辊轴位于基准平面8时,第一辊轴的运动方向与基准平面8的斜交角为θ,θ=15°,由于是采用水平等径双辊铸轧,在辊缝4浮动过程中,当第一结晶辊1靠近第二结晶辊2时,θ变大;当第一结晶辊1远离第二结晶辊2时,θ变小。
本发明实施例6所示图16中,第一辊轴扫过的面为曲面,且所述曲面的产生是由机架的设计几何形状产生的。第一辊轴的运动轨迹所在的平面为一系列切平面。
本发明实施例6所示图17中,弧线段O1O1-2的长度大于弧线段O1O1-1的长度。
可选地,本发明实施例6中,第一辊轴在经过基准平面时,速度(或轨迹的切平面)与基准平面(或平面ψ)正交;第一辊轴在离开基准平面时,速度方向(或轨迹的切平面)与基准平面(或平面ψ)斜交。
可选地,本发明实施例6中,机架与轴承座接触区域设置有轨道,也可以设置有滚动轴承,以降低轴承座运动时的阻力。
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 (11)
1.一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,其特征在于:
取垂直于第一结晶辊(1)的辊轴的任意一个平面φ,则所述第一结晶辊(1)在所述平面φ的投影为以点O1为圆心的圆形,第二结晶辊(2)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(1)和\或所述第二结晶辊(2)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(12)与线段O1O2所在直线(8)的位置关系为斜交。
2.根据权利要求1所述的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,其特征在于:
所述运动辊在所述平面φ的投影的圆心的运动轨迹(12)为直线段。
3.根据权利要求1所述的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,其特征在于:
所述运动辊在所述平面φ的投影的圆心的运动轨迹(12)是弧线段。
4.根据权利要求2所述的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,其特征在于:
所述斜交的角不大于60度,所述斜交的角不小于3度。
5.根据权利要求2所述的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,其特征在于:
所述斜交的角在6度至15度的范围。
6.根据权利要求1所述的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,其特征在于:
所述运动辊的运动过程中,所述斜交的角是变化的或恒定的。
7.根据权利要求1所述的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,其特征在于:
所述运动辊的运动是周期性的或非周期性的。
8.根据权利要求1所述的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法,其特征在于:
所述第一结晶辊(1)和所述第二结晶辊(2)均为所述运动辊,所述第一结晶辊(1)以恒定的所述斜交角δ运动,所述第二结晶辊(2)以恒定的所述斜交角η运动,所述δ与所述η相同或不同。
9.一种应用于权利要求1至8中任一项所述的一种用于双辊薄带工艺的结晶辊运动方法的装置,包括所述第一结晶辊(1)、所述第二结晶辊(2)、第一结晶辊轴承座(14)、第二结晶辊轴承座(15)、机架,利用所述机架的几何形状约束所述结晶辊的运动行为,
其特征在于:
取所述第一结晶辊(1)的辊轴和所述第二结晶辊(2)的辊轴所构成的平面ψ,则由所述机架的几何形状产生的所述约束应使得所述第一结晶辊(1)的辊轴和\或所述第二结晶辊(2)的辊轴的运动轨迹的所在的平面与所述平面ψ斜交。
10.根据权利要求9所述的一种装置,其特征在于:
所述斜交的角在1.5至15度的范围或30至45度的范围。
11.根据权利要求9所述的一种装置,其特征在于:
所述第一结晶辊(1)在机架的约束下运动,所述第二结晶辊(2)固定,所述第一结晶辊(1)的辊轴扫过的面是平面或曲面。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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