[发明专利]一种仿生结晶辊及应用该结晶辊的双辊铸轧系统

说明书

本发明提供了用于增强双辊铸轧技术工艺鲁棒性、改善铸件质量和降低通过后处理提高铸件质量难度的一种仿生结晶辊及应用该结晶辊的双辊铸轧系统，所述仿生结晶辊的工作面的局部或全部设有蜂窝型花纹，设置有蜂窝型花纹的结晶辊工作面对被铸轧金属边界层沿结晶辊工作面切向方向提供稳定的作用力，使得结晶辊工作面可以在被铸轧金属移出熔池前，牢牢地制止边界层物质沿结晶辊工作面切向方向的运动，阻止被铸轧金属边界层底层与结晶辊工作面的滑移，减轻差速现象对工艺稳定性和铸带质量的不利影响。可向被铸轧金属与结晶辊间添加改变二者接触状态的物质。本发明可提高铸轧工艺鲁棒性、改善铸件质量和降低通过后处理提高铸件质量难度。

技术领域

本发明涉及一种增强双辊铸轧工艺鲁棒性，实现双辊铸轧稳定生产的方法，具体为一种仿生结晶辊及应用该结晶辊的双辊铸轧系统，可用于基于双辊铸轧技术稳定制备钢铁薄带，实现基于双辊铸轧技术制备钢铁薄带的普及化，更可用于实现当前的有色金属薄带高速稳定铸轧，更可用于实现当前复层金属材料的稳定双辊铸轧。

背景技术

双辊铸轧技术在一个半世纪前就已经被英国冶金学家Bessemer先生提出。双辊铸轧技术利用两个对向旋转的结晶辊和侧封装置构成熔池。熔池沿结晶辊旋转方向逐渐收窄，两结晶辊距离最窄处甚至不足一毫米。结晶辊内部一般通水冷却，侧封装置一般采用耐火材料制成。熔融液态金属通过布流系统进入熔池，在结晶辊工作面将热量释放。液态金属在收敛形熔池经过复杂的热量、动量和质量传输过程后，最终在结晶辊旋转驱动下，移出熔池，形成极薄厚度的金属薄带。由于铸带厚度极薄，不需要后续复杂的轧制和再加热设备，生产线可以只有不足百米。因此，采用双辊铸轧技术制备金属薄带，基建投资低，不需要或只需要极少的后续工序进行加工，可节省大量的资源消耗，并具有极低的污染物和温室气体排放。并且，由于双辊铸轧可提供更快的凝固速度，其所制备的薄带组织较常规工艺更为优异，这种具有更优异组织的薄带所制造的产品性能更为优良，这些优良产品在使用过程中，可进一步降低资源消耗，产生二次节能减排效果。

双辊铸轧机两结晶辊轴线位于同一个平面上。按照两结晶辊直径的区别，分为同径式和异径式，同径式即两结晶辊直径相等，而异径式则指两结晶辊直径不相等。根据两结晶辊轴线所在平面与水平面关系，可分为水平式、垂直式和倾斜式，水平式即两结晶辊轴线所在平面与水平面平行，垂直式即两结晶辊所在平面与水平面垂直，倾斜式即两结晶辊所在平面与水平面成一锐角。垂直式又可分为底出式和顶出式，所谓的顶出式，即铸带拉出方向与重力方向相反。

双辊铸轧是一种有益于“碳中和”的绿色技术，主要用来制备金属薄带，包括钢铁薄带、有色金属薄带和复层金属材料。目前，双辊铸轧在钢铁薄带的制备、有色金属的高速铸轧、复层金属材料的高速铸轧存在共性问题，即，工艺极易失稳，裂纹、薄带不平整、薄带断裂等问题频发，限制了双辊铸轧技术的工业化应用。

作为平台技术，成功提高工艺鲁棒性，则会促使双辊铸轧在钢铁领域的普及推广，可颠覆目前的传统连铸-轧制技术，产生无法估量的巨大影响。同时，工艺稳定性的提升，对于目前的有色金属高速铸轧和复层金属材料的制备，亦有极其重要的意义。

发明内容

双辊铸轧技术虽然在一个半世纪前就已经被提出，但基于实验方法直接研究实际铸轧过程中熔池内的传输行为才被实现。一个半世纪以来，困扰研究人员和工程技术人员的工艺稳定性难题和铸带质量问题所涉及的内在科学机理才被发明人等在申请号为CN202110122637.8的专利申请文件中揭示。根据发明人大量深入系统的实验研究和理论研究，发明人提出在结晶辊工作面设置蜂窝型花纹，来降低由熔池边界层差速现象对工艺稳定性和铸带质量的不利影响。本发明提供了一种仿生结晶辊及应用该结晶辊的双辊铸轧系统，以提高高速双辊铸轧的工艺鲁棒性，优化产品质量，达到工业化稳定生产的目的。