一种用于动态改变双辊铸轧速度边界层补偿比的非均冷结晶辊制造技术

本发明专利技术属于双辊薄带连铸技术领域，具体涉及一种用于动态改变双辊铸轧速度边界层补偿比的非均冷结晶辊。双辊铸轧过程中，速度边界层发生分离、补偿行为时，熔池内被铸轧金属在结晶辊驱动下竞相移出熔池的过程中，Kiss角物质必须连续或非连续的竞争移出熔池，从而避免Kiss角温度过低造成生产问题。目前来看，Kiss角物质能否在复杂的力的作用下竞争移出收敛形熔池，是具有边界层分离、补偿特征的双辊铸轧成败的关键要素之一。本发明专利技术提供了一种用于动态改变双辊铸轧速度边界层补偿比的非均冷结晶辊，以实现Kiss角物质的动态更新。以实现Kiss角物质的动态更新。以实现Kiss角物质的动态更新。

【技术实现步骤摘要】
一种用于动态改变双辊铸轧速度边界层补偿比的非均冷结晶辊


[0001]本专利技术属于双辊薄带连铸
，具体涉及一种用于动态改变双辊铸轧速度边界层补偿比的非均冷结晶辊。双辊铸轧过程中，在熔池内出现速度边界层分离、补偿行为时，若最终处于热平衡状态的Kiss角温度过低，则熔池内被铸轧金属在结晶辊驱动下竞相移出熔池的过程中，Kiss角（靠近Kiss点的非速度边界层的区域）物质必须连续或非连续的随速度边界层移出熔池，使得Kiss角区域的物质得以更新，从而避免Kiss角温度过低造成铸轧过程中断。目前来看，Kiss角的物质能否在复杂的作用力驱动下移出熔池，是具有边界层分离、补偿特征的双辊铸轧成败的关键要素之一。周期性的提升Kiss角的温度，显然有利于Kiss角物质的更新。本专利技术提供了一种用于动态改变双辊铸轧速度边界层补偿比的非均冷结晶辊，通过在辊芯表面设置沿结晶辊旋转方向的不均匀的槽沟，使得结晶辊工作面沿旋转方向具有不同的冷却能力，以达到稳定铸轧的目的。更重要的是，由示踪技术，专利技术人明白铸轧过程中振动的起源是在熔池底部的补偿过程，因此，通过提供变化的冷却强度，可抑制或促进铸轧过程中的振动，以稳定工艺或改变铸态组织。合理的沿结晶辊旋转方向的槽沟的设计，可以通过控制边界层补偿比为熔池提供正弦规律的振动。

技术介绍

[0002]双辊薄带连铸技术的提出距今超过一个半世纪，目前，能用双辊铸轧方法制备的钢种其实是屈指可数的。相比与有色金属，双辊铸轧在钢铁领域的发展是缓慢的，根本原因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。
[0003]了解熔池传输行为，尤其是凝固坯壳的生长规律，对于生产工艺的稳定顺行具有十分重要的价值。在常规连铸过程中，为了解常规连铸结晶器内凝固进程，有漏钢法、放射性元素示踪等方法。在双辊铸轧领域，并无放射性元素示踪法的相关报道，也从未见实际铸轧过程中的漏钢实验的报道。对于专利技术人所具有的实验条件而言，放射性元素法和漏钢法的实施都不现实，因此，专利技术人只能根据自身具有的实验条件，重新设计一套专门方法，只是，专利技术人在设计并执行该方法后，出乎意料的是，该方法提供了超乎估计的巨大信息。目前来看，即使在双辊薄带连铸领域应用放射性元素示踪法和漏钢法，其根据常规连铸所得的类推结果也未必优于申请号为202110122637.8的专利文件中所提的示踪技术。
[0004]申请号为202110122637.8的专利文件中的示踪技术，其本质是对熔池湍流区的标定，是利用了示踪物质在不同流态熔体中的扩散速度的巨大差异。双辊铸轧过程中，熔池内靠近结晶辊工作面的一薄层熔体展现出湍流状态，而其它区域为层流运动。湍流扩散能力可以达到分子扩散的105倍以上，因此，通过某种策略向熔池湍流区投放示踪物质，利用示踪物质在湍流区和层流区扩散速度的显著差异，可准确标定熔池湍流区，再通过凝固手段，将熔池内的熔融金属迅速凝固，就可以通过分析示踪物质的分布，进而推断出熔池的基本传输过程。
[0005]双辊铸轧与常规连铸分别建立在移动结晶器和固定结晶器的基础之上，驱动力分别为结晶辊驱动和重力驱动。驱动力的差异使得双辊铸轧熔池的湍流生成机理与常规连铸是不同的。对于双辊铸轧而言，湍流起源于弯月面，集中在靠近结晶辊工作面的一个非常狭窄的区域，如专利申请文件2022101047141中的附图1所示；对于常规连铸过程，湍流动能由重力驱动的布流过程引入，主要分布在熔池中部，如专利申请文件2022101047141中的附图2所示。
[0006]对于双辊铸轧，实验室的铸轧速度与工业尺度相差较大，但是，二者熔池的湍流特征并没有区别，更重要的是，结晶辊驱动下的熔池内竟相移出的本质相同。对于工业尺度的双辊铸轧工艺，铸速约为1m/s，由于水口设计存在两个基本原则：水口出流端应朝向结晶辊；水口应与辊身等长，因此，水口是否提供湍流动能，可根据雷诺公式进行估计。在实验室实验过程中，由于并非工业化尺度的实验，水口并未遵循两个基本原则，由于铸速较低，一般低于0.1m/s，仍然使得布流过程不提供湍流能量。

技术实现思路

[0007]传统的结晶辊的槽沟是均匀分布的，以提供均匀的冷却强度，而对于存在速度边界层分离、补偿行为的铸轧过程而言，稳定的铸轧工艺参量意味着Kiss角温度持续走低，过低的Kiss角温度会引发工艺的失稳和\或铸带质量问题。Kiss角的测量方法可见申请号为2021112909655的专利文件。采用动态的辊缝策略、动态改变熔池深度和动态辊速方案具有一定的优势，但会引发铸带厚度波动问题，而通过改变冷却强度来改变Kiss角温度，具有优势。
[0008]本申请文件中，专利技术人提出由结晶辊自身提供变化的冷却强度，以取代当前的控制策略，动态改变Kiss角的温度下行趋势。
[0009]本专利技术提供了一种用于动态改变双辊铸轧速度边界层补偿比的非均冷结晶辊，所述结晶辊包括辊套、辊芯、附件，所述辊芯的表面设置有槽沟，所述辊芯中心处设置冷却水输入孔，所述输入孔与所述槽沟间采用通道连接，其特征在于：所述辊芯表面设置有槽沟，所述槽沟沿结晶辊旋转方向设置为非均匀分布，所述非均匀分布使得结晶辊工作面沿结晶辊旋转方向能够提供变化的冷却强度特征。
[0010]所述结晶辊包括辊套、辊芯、附件，所述附件是指除辊套和辊芯外的构件，所述构件与辊套和辊芯一起用于组成一个具有完整功能的结晶辊，所述附件包括但不限于密封圈、压盖。所述槽沟沿结晶辊旋转方向设置为非均匀分布，所述非均匀分布不包括由于加工过程产生的误差。在本申请书中，辊套工作面与结晶辊工作面具有相同的意义，均指辊套与熔池内被铸轧金属接触的表面。需要说明的是，传统的辊芯表面槽沟沿结晶辊旋转方向设置为均匀分布，专利技术人在本申请书中，专利技术人认为传统的辊套工作面沿结晶辊旋转方向所提供的冷却强度是均匀的。所述槽沟沿结晶辊旋转方向为非均匀分布，这使得铸轧过程中，熔池内的被铸轧金属通过结晶辊工作面的热通量呈现出变化，使得速度边界层的补偿比发生动态改变，促使Kiss角温度动态变化，同时，控制速度边界层补偿比会增强或抑制熔池的振动。槽沟的不均匀分布，包括槽沟位置的不均匀分布和\或槽沟形状的不均匀分布。所述非均匀分布使得结晶辊工作面沿结晶辊旋转方向能够提供变化的冷却强度特征：所述变化的冷却强度特征包括，不同的恒定的冷却强度特征和\或连续变化的冷却强度特征。所述不
同的恒定的冷却强度特征，是指，结晶辊工作面沿结晶辊旋转方向具有两种不同的冷却强度，而每一种冷却强度都是恒定的；所述连续变化的冷却强度特征，是指，冷却强度逐渐增加或逐渐降低或呈现出连续函数变化趋势，所述连续函数包括正弦、指数、直线、多项式关系，等。
[0011]进一步地，一种用于动态改变双辊铸轧速度边界层补偿比的非均冷结晶辊，其特征在于，所述辊套工作面沿结晶辊旋转方向具有至少两种恒定的冷却强度特征。所述辊套工作面沿结晶辊旋转方向具有至少两种恒定的冷却强度特征：当所述辊套工作面沿结晶辊旋转方向具有两种恒定的冷却强度特征时，一种冷却特征较另外一种冷却强度更强。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于动态改变双辊铸轧速度边界层补偿比的非均冷结晶辊，所述结晶辊包括辊套、辊芯、附件，所述辊芯的表面设置有槽沟，所述辊芯中心处设置冷却水输入孔，所述输入孔与所述槽沟间采用通道连接，其特征在于：所述辊芯表面设置有槽沟，所述槽沟沿结晶辊旋转方向设置为非均匀分布，所述非均匀分布使得结晶辊工作面沿结晶辊旋转方向能够提供变化的冷却强度特征。2.根据权利要求1所述的一种用于动态改变双辊铸轧速度边界层补偿比的非均冷结晶辊，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐绵广，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：