[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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，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。本发明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，发明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。

背景技术

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。

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。对于发明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，发明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，发明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。

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。

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。