一种用于双辊薄带铸挤轧的动态调节熔池深度的方法

1.本发明属于双辊薄带铸-挤轧（双辊薄带铸-挤轧是发明人在本专利申请文件中首次提出的概念，之前双辊薄带铸-挤轧被为双辊铸轧、双辊薄带连铸）技术领域，具体涉及一种用于双辊薄带铸挤轧的动态调节熔池深度的方法。根据大量实验，发明人发现：双辊薄带工艺具有铸造、挤压、轧制三方面特征，bessemer所提twin-roll工艺，确切地讲，应该被称为双辊薄带铸-挤轧（或简化为双辊薄带挤轧、双辊挤轧、双辊薄带铸挤、双辊铸挤）。单纯的结晶辊转动可以产生挤压作用，可是目前来看，纯粹的结晶辊转动所提供的挤压力对许多材料是不够的，且在出现kiss点时，会带来工艺的剧烈波动，因此需要额外的挤压作用和\或等效作用。额外的挤压作用和\或等效作用的实现可以靠辊缝开度的变化和\或工艺参量的改变。对于具备kiss点特征的双辊铸-挤轧工艺，kiss角焓值稳定是关键，焓值的稳定在多数情况下需要适宜的、额外的挤压作用，额外挤压作用的实现可以靠辊缝开度的变化和\或工艺参量的改变。本发明提出一种用于双辊薄带铸挤轧的动态调节熔池深度的方法，用以在kiss角出现时，通过工艺参量的适时、适度调整来稳定kiss角焓值，以提高工艺稳定性和扩大可铸-挤轧的材料范围。


背景技术：

2.双辊铸-挤轧由bessemer在1856年提出，该技术将铸造和轧制在熔池中一次完成，被公认为具备颠覆钢铁领域的潜力。多年来，世界上各主要经济体均投入巨资对该技术展开研究。然而，成功的商业化实践只有美国nucor能够做到，2019年，中国沙钢斥资12亿购买nucor技术，建成了中国第一条双辊铸轧生产线。尽管nucor和沙钢取得了商业化的成功，但是，他们在制备钢铁薄带时，所能制备的钢种成分是非常少的，用2021年3月沙钢技术人员的话说，“我们都是硬上，两相区一宽就不行事了”。
3.bessemer提出的双辊薄带技术在发明人已经公开的多份专利（公开日在2022年8月12日前）文件中有大量引自前人的叙述。目前来看，研究双辊铸-挤轧熔池传输机制的唯一实验方法，是由发明人提出的熔池示踪技术（申请号2021101226378），熔池示踪技术建立在湍流和层流传质速度存在显著差异的基本物理学规律之上，利用了发明人所发现和报道的双辊铸轧熔池中湍流集中于速度边界层的应用基础（文章doi：https://doi.org/10.1007/s42243-021-00574-6）。
4.之前，发明人在多份公开资料中声称，关于双辊铸-挤轧，结晶辊旋转提供驱动力，就像在专利申请文件2021101226378中发明人所陈述的那样，双辊铸-挤轧是结晶辊驱动下被铸轧金属竞相移出熔池的过程。可是，根据发明人最新的实验结果，发明人发现自己之前的认识是片面的：辊缝开度变化也会提供被铸轧金属竞相移出熔池的、可控的挤压驱动力，并且，当存在kiss点\角时，由于kiss点\角物质焓值不稳定，单纯依靠结晶辊转动产生的挤压力会带来剧烈的工艺波动，辊缝开度变化提供的挤压力有利于kiss点\角的焓值稳定。成功的双辊铸-挤轧模式并非单一驱动力，还需要由辊缝开度改变来提供额外的、可控挤压力，利用辊缝开度变化提供的挤压力来促使kiss角物质焓值保持相对稳定。结晶辊不光要
转，还要“挤一挤”。bessemer所提twin-roll工艺本质驱动力，是“挤轧”，而非单纯的“轧”，“挤”和“轧”的匹配关系，是工艺参数匹配关系选择的关键。“挤”的动力来自于结晶辊转动，也可以由辊缝开度动态变化来产生。
5.本发明提出一种用于双辊薄带铸挤轧的动态调节熔池深度的方法，用以通过改变两类驱动力的效率，从而实现铸轧技术的更加稳定化更新kiss角物质。本发明优点显而易见，通过提供一种可实施的策略，用以在kiss角出现时，通过工艺参量的适时、适度调整来稳定kiss角焓值，以提高工艺稳定性和扩大可铸-挤轧的材料范围。


技术实现要素：

6.建立在大量实验室实践之上，发明人发现：对于存在kiss点的双辊铸-挤轧过程，应具有两方面的驱动力，结晶辊旋转驱动和辊缝开度变化产生的额外的压力驱动，额外的压力并非不可缺少，但额外的压力的存在可以显著增强kiss角的焓值稳定性，即促使kiss角更新，额外的压力是双辊铸轧扩大可铸轧金属成分的关键。辊缝开度变化可以用来形成促使kiss角更新的压力驱动力。
7.根据示踪实验，发明人重新定义了kiss点，目的是将“kiss点”与“凝固终点”这两个概念进行区别，使得双辊铸轧能够形成为系统的理论。kiss点是速度边界层焊合的结果，由于熔池底部两相区的作用，速度边界层在焊合形成kiss点前表现为两条直线（实际铸轧过程中，这两条直线在靠近kiss点的区域存在扰动，但kiss点是速度边界层焊合的本质决定了kiss角物质的更新是存在困难的，因为速度场的不一致，在kiss点附近，速度场存在一个沿铸带移出方向的突变）。对于双辊铸轧技术而言，一定存在凝固终点，但kiss点\角并非双辊铸轧必然出现的特征。
8.辊缝开度的变化有三方面要素：幅度（可以是在铸轧过程中随时间变化的）、频率（可以是在铸轧过程中随时间变化的）、角度（结晶辊让步运动-申请\专利号2022101402514）。辊缝开度的与设定的变化与结晶辊直径、薄带材料等诸多因素有关。显而易见的，把辊缝开度的变化当作强挤压力会增加设备的复杂度，因此，有必要提供更多的、可选择的工艺参量主动变化方法，来降低对辊缝开度变化的实际需求。
9.本发明提供了一种用于双辊薄带铸挤轧的动态调节熔池深度的方法，可以在不改变单位时间内通过浸入式水口进入熔池的熔体的量的前提下，通过动态改变所述浸入式水口浸入深度来改变熔池深度，从而改变kiss点\角特征，实现kiss点\角的可控更新，其特征在于：设任一结晶辊的辊轴所在的、且与海平面平行的平面为参考面φ，所述浸入式水口最底端与所述参考面φ的距离为d，设熔池深度为h，所述距离d是随时间变化的，所述d可以表示为d=f(t)，t表示时间，所述f(t)表示关于时间的函数，所述d的变化引发所述熔池深度h的变化，所述h可以表示为h=g(t)，g(t)表示关于时间的函数。需要说明的是，所有浸入到熔池中的物体，若通过调节所述物体的浸入深度能够改变熔池深度，则所述物体均应被视为浸入式水口或浸入式水口的一部分。所述d的变化为几个或十几个毫米。
10.进一步地，一种用于双辊薄带铸挤轧的动态调节熔池深度的方法，其特征在于：所述水口最低端与所述参考面φ的距离是正弦变化的，即f(t)=a bsin(ct d)，a、b、c和d均表示参数。本发明专利申请文件中，a、b、c和d也可以是函数。
11.本技术文件一种用于双辊薄带铸挤轧的动态调节熔池深度的方法。本技术文件中所涉及方法，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。本发明的优点显而易见，就是通过稳定kiss角焓值来增强工艺稳定性和扩大被铸轧材料种类。
附图说明
12.图1为本发明实施例1。
13.以下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.浸入式水口。
具体实施方式
14.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。
15.实施例1本发明实施例1公开的一种用于双辊薄带铸挤轧的动态调节熔池深度的方法，如图1所示，结晶辊直径均为500毫米，铸轧速度为1米/秒，第一结晶辊1和第二结晶辊2间的辊缝开度为1.2毫米，单位时间内从所述浸入式水口3进入熔池的钢水保持恒定，所铸轧金属为钢铁材料，所铸轧金属为也可以是有色金属薄板带、复层薄板带、高熵合金薄板带，以及将来可能的采用双辊铸轧制备的材料。为清晰表达本发明专利的中心思想，侧封装置、机架等未画出。
16.设第一结晶辊1的辊轴所在的、且与海平面平行的平面为参考面φ，所述浸入式水口3最底端与所述参考面φ的距离为d，设熔池深度为h。在t0时刻，浸入式水口3浸入深度为50毫米；在t0时刻，熔池深度h=190毫米；在t0时刻，d=140毫米。
17.图1中，以地面为参照物，浸入式水口3沿重力方向进行运动，铸轧过程中浸入式水口3底端与参照面的距离设定为d=f(t)=a bsin(ct d)，a=140毫米，b=10毫米，c=0.1/秒，d=0。也就是说，所述浸入式水口3的与参考面φ的距离d在130毫米~150毫米的范围进行变化，以此来实现熔池深度的变化。浸入式水口3的运动可以用许多装置来实现，譬如机械手等，这种装置不是本实施例的重点。
18.图1所示为等径双辊铸轧机，可选地，还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，如发明人所递交的申请号为2021108481175的专利文件中的附图5），铸轧机的两个结晶辊可以水平摆放，更可以倾斜摆放或垂直摆放，铸带的引出方式，可以沿着重力方向引出，更可以与重力方向成小于180度的角度引出，甚至可以沿与重力方向完全相反的方向引出。
19.可选地，图1中，浸入式水口3相对于海平面的高度不变，而第一结晶辊1和第二结晶辊2相对于海平面的高度不断改变（在铸机底部安装液压装置，通过调节液压装置来实
现），以此实现d值的不断变化。
20.可选地，第一结晶辊1可以设置为移动辊，第一结晶辊1可以实施用以调整结晶辊开度的策略，所述策略可以是传统的结晶辊辊缝微调技术（单侧结晶辊微幅振动技术-申请\专利号2007101853779、浮动辊缝技术-申请\专利号2017800317704、结晶辊让步运动-申请\专利号2022101402514）中的任一种或任几种。当实施结晶辊让步运动-申请\专利号2022101402514时，辊缝开度的变化值为5~50μm（微米）。
21.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。