一种抑制回流区温度下行的方法和应用该方法的双辊铸轧系统与流程

1.本发明属于双辊铸轧技术领域，具体涉及一种抑制回流区温度下行的方法和应用该方法的双辊铸轧系统。申请人发现，位于熔池底部的与边界层相互作用的回流区物质的温度总是处于下行状态，在缺乏主动干预的情况下，回流区温度的持续下行最终造成铸轧过程中断。为避免回流区温度过低，申请人发明了一种抑制回流区温度下行的方法和应用该方法的双辊铸轧系统。应用该申请文件所提周期性变化的结晶辊转速，可以及时更新回流区物质，提高回流区温度，避免铸轧过程中断，同时，本方法可简化双辊铸轧控制系统，进一步提升铸带质量，尤其是能够提高铸带厚度分布均匀性，大幅提高双辊铸轧的工艺鲁棒性。


背景技术：

2.尽管双辊铸轧历经多年理论研究和工业实践，但是，迄今依然没有学者能够指出决定该工艺成败背后的关键科学机理。在钢铁薄带的制备方面，双辊铸轧的“技艺”诀窍依然仅存在于个别企业。双辊铸轧制备钢铁薄带的普及仍然面临巨大的困难。从公开的技术资料来看，研究人员对于机理性问题依然不清楚。在申请人递交的申请号为申请号为202110122637.8、202110848117.5、202110966473.7、202111143463.x的文件中，对于双辊铸轧技术有更全面的描述。
3.目前，为稳定双辊铸轧工艺，有研究人员提出采用实时变化的辊速和/或辊缝开度，也就是“事后干预”方法，譬如与美国纽柯合作的purdue university的florian browne等研究人员。然而，由于对于实际熔池传输行为认识的缺失，研究人员对于采用所述实时变化的辊速和/或辊缝开度控制方法的背后的科学机理的认识并不清楚。由于缺乏对于关键科学机理的精准把握，研究人员提出的控制方案显然不是最优的。
4.本发明优势显而易见，熔池内关键传输机制是申请人根据熔池示踪方法发现的，熔池示踪方法是申请人等在申请号为202110122637.8的专利申请文件中首次公开报道的。申请人发现，双辊铸轧工艺中，熔池内回流区温度总是处于下行状态，在缺乏主动干预的情况下，回流区温度的持续下行最终造成铸轧过程中断。为避免回流区温度过低，申请人发明了一种抑制回流区温度下行的方法和应用该方法的双辊铸轧系统。应用该申请文件所提周期性变化的结晶辊转速，可简化双辊铸轧控制系统，进一步提升铸带质量，大幅提高双辊铸轧的工艺鲁棒性。


技术实现要素：

5.申请人等在申请号为202110122637.8的专利文件中首次披露了一种可直接研究熔池内实际传输行为的示踪技术。根据示踪结果，熔池分为三个区域：布流区、回流区（回流区的定义并不准确）和边界层。申请人首次发现：回流区的温度场缺乏被动平衡机制，回流区的温度总是处于下行状态。
6.回流区持续下行的温度使得回流区固相率持续升高。回流区固相率的持续升高使得边界层遭遇回流区后折返回布流区的物质持续增多，而进入回流区与之作用的边界层越来越薄。在回流区的边界层要达到辊缝开度的一半就需要回流区进行更多的物质补偿。
7.由于回流区温度下行，回流区在与边界层相互作用过程中被迫表现得越来越强势。处于弱势状态下的边界层从不断强势的回流区获得物质补偿将变得愈发艰难，而愈发弱势的边界层越需要回流区的补偿，这种矛盾达到无法调和的地步后，铸轧过程便被迫中止。
8.由于回流区的强势和布流区的弱势是同时进行的，因此，二者之间的能力差异在高速铸轧状态下必然迅速积累并爆发，也就是二者的矛盾对立关系会迅速产生并表现，而当前的实时控制策略属于“事后干预”。“事后干预”必然不是最优方案。
9.由于回流区温度下行，铸带断裂现象得以出现，铸带断裂的定义应为：回区温度下行导致边界层从回流区获得物质产生困难。
10.综上所述，必须利用事前主动策略抑制回流区低温熔体的过度、迅速富集，采用可控策略及时促使回流区过冷熔体周期性排出是最佳方法，这在利用双辊铸轧技术制备两相区较宽的金属薄带时尤为重要。
11.本发明提供了一种抑制回流区温度下行的方法，其特征在于，所述方法包括：稳定铸轧阶段的部分或全部时间，结晶辊角速度ω设定为为周期性变化，所述结晶辊角速度ω可分解为为结晶辊主角速度ω
m
与结晶辊辅助角速度ω
s
的和，即，ω=ω
m
ω
s
，所述结晶辊主角速度ω
m
是恒定的，所述结晶辊辅助角速度ω
s
是周期性变化的，所述结晶辊辅助角速度ω
s
=f(t)，所述f(t)= f(t t)，其中f表示对应法则，t表示时间，t表示函数的周期。将所述结晶辊工作面任一点的角速度ω分为两个部分是为了研究方便。所述f(t)可以是分段函数。所述f(t)可以是分段的、不连续的函数。总之，在本技术文件中，f(t)应被认为可用来表示结晶辊所有的周期性旋转方式。所述结晶辊角速度ω设定为为周期性变化，结晶辊实际铸轧过程中的转速与设定的转速ω存在区别，所述实际转速会存在由多因素造成的波动。
12.进一步地，一种抑制回流区温度下行的方法，其特征在于，所述辅助角速度ω
s
是正弦波形，所述辅助角速度ω
s
为：ω
s
=asin(bt c)，其中a、b、c均表示经验参数，t表示时间，a的优选值应不超过10%ω
m
。a的值与被铸轧金属材料的两相区宽度相关。b的值是用来调节工艺稳定性，b的值越大，铸带的温度分布越均匀。
13.更进一步地，一种抑制回流区温度下行的方法，其特征在于，所述辅助角速度ω
s
可成半正弦波形，所述辅助角速度ω
s
为：ω
s
=abs(asin(bt c))，其中abs表示求绝对值，a、b、c均表示经验参数，t表示时间。
14.一种双辊铸轧系统，其特征在于，所述双辊铸轧系统包括第一辊体、第二辊体，所述第一辊体、第二辊体中至少一个辊体角速度ω为权利要求1
‑
3任一项所述的周期性转动方式。所述第一辊体、第二辊体直径可以相同，也可以不同。所述第一辊体可以是变径结晶辊。所述第二辊体可以是变径结晶辊。第一辊体轴线与第二辊体轴线认为近似处于同一平面。第一辊体轴线与第二辊体轴线所在平面可以与水平面平行，也可以与水平面成一定角
度，甚至可以与水平面垂直。所述铸带的引出方式可以与重力方向相同，也可以与重力方向成0~180度的任何一个角度，甚至与重力正好相反。所述辊体轴线应近似为直线，所述辊体轴线应不考虑由于设计原因或铸轧过程中受力变形导致的微小弯曲。所述第一辊体的直径沿结晶辊轴线可以发生变化。所述第二辊体的直径沿结晶辊轴线也可以发生变化。譬如，在制备复合棒材或复合管材的时候，第一辊体和第二辊体直径沿结晶辊轴线变化，以适应复合棒材或复合管材的制备工艺要求。所述第一辊体和/或第二辊体表面可以设置或不设置花纹。所述第一辊体和/或第二辊体表面可以设置或不设置特意加工的粗糙度。
15.本发明相对于现有技术，有益效果极为明显。本发明是建立在对熔池传输行为的清晰的认识基础之上，将目前的“事后干预”变为“事前预防”，本发明可简化当前的铸轧控制系统，进一步大幅提升工艺鲁棒性，增强铸带质量，尤其是增强铸带厚度分布，扩大可铸轧的金属成分。应用本发明专利，有望实现基于固定辊缝技术制备金属薄带。
附图说明
16.图1为本发明实施例1。
具体实施方式
17.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。
18.实施例1本发明实施例1公开的一种抑制回流区温度下行的方法，如图1所示。
19.本发明实施例1中，结晶辊工作面任一点的角速度为ω，用纵坐标表示所述角速度ω，用水平轴表示铸轧时间t，结晶辊旋转速度周期为t，由一个水平段和部分正弦波组成。
20.本发明实施例1中，时间t0前为开浇阶段，开浇阶段的结晶辊转速设定不在本技术书的讨论范围。
21.可选的，第一辊体和第二辊体的转速可以不相等，即第一辊体转速恒定或发生某种变化，而第二辊体以本技术书中提及的方法依据预设的周期性角速度来转动。
22.可选的，对于异径双辊铸轧系统，较小直径的辊体和较大直径的辊体若保持相同的线速度，则较小直径的辊体的角速度显然要快于较大直径的辊体的角速度。
23.可选的，第一辊体和第二辊体间的距离可以是固定的，也可以是变化的。
24.本发明实施例1中，描述结晶辊周期性角速度的函数为分段函数。
25.可选的，在稳定铸轧任一时间阶段内实施本技术文件中的结晶辊周期性运动模式。
26.本发明实施例1中，利用结晶辊的转动过程中出现的正弦波动来抑制回流区低温熔体的过度富集，及时弱化回流区相对于边界层的地位，使得边界层针对回流区具有适宜工艺顺行和保障铸带质量的话语权。
27.本发明实施例1中，图1所示的是设定的结晶辊转速，结晶辊实际转速与设定的转速会存在微小的区别，实际转速会存在微小的波动。
28.本发明实施例1中，描述结晶辊转动的周期函数可以是任意形式的周期函数，这些周期函数可以是连续函数，也可以是不连续函数。
29.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，技术人员阅读本技术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。