一种清理双辊薄带连铸辊面的方法及装置

摘要

一种清理双辊薄带连铸辊面的方法及装置，辊面清理装置包括，两根毛刷辊，分别平行结晶辊布置，呈圆柱状，其外周植有细长金属丝作为刷毛；毛刷辊两端部设有轴承座；轴承座后部设压力传感器；两电机，分别联接两根毛刷辊；两液压缸，通过压力传感器作用在轴承座上，带动毛刷辊贴紧或离开结晶辊；两液压缸控制回路分别设伺服阀；液压缸上设置位移传感器；一控制器，压力传感器、位移传感器及两液压缸伺服阀电性连接所述控制器；所述方法包括，毛刷辊清理辊面，其与结晶辊转动速度的比值乘以毛刷辊植密度的积要大于1，毛刷辊的刷毛弯曲量e保持在0.5％～2.5％。本发明提高辊面清理装置清理结晶辊的效果，保证结晶辊辊面氧化膜均匀分布，提高铸带质量。

说明书

技术领域

本发明涉及连铸工艺，特别涉及一种清理双辊薄带连铸辊面的方法及 装置。

背景技术

双辊薄带连铸技术作为一种短流程冶金工艺技术，其典型生产工艺 为：熔融的钢水直接浇铸在一个由两个相向转动并具有冷却功能的结晶辊 和侧封板围成的空间内形成熔池，钢水在结晶辊表面被冷却并进而凝固， 最后在结晶辊最小缝隙处形成薄带钢，薄带钢经过热轧和冷却后卷取，直 接制造成热轧成品卷。

熔融钢水在凝固过程中会有很多金属或非金属蒸发并形成氧化物沉 积在金属基体上，并在其表面形成一层氧化物薄膜，由于这些氧化物的熔 点低于钢的熔点，能够提高钢水的导热强度。但是，如果氧化膜的累计厚 度不均匀会导致钢水的凝固速度不同，进而导致铸带表面产生裂纹或缩孔 等缺陷，所以，需要采用一种装置和方法清除结晶辊表面多余的氧化物， 有效地控制结晶辊表面的氧化物厚度均匀性，提高铸带表面质量。

为此，大多数薄带连铸研究机构采用了辊状毛刷(以下简称毛刷辊) 作为主要的清理工具和手段，并采用一定的压力使毛刷辊贴紧结晶辊辊 面，并利用二者的速度差使得刷毛和结晶辊辊面相互摩擦从而清除辊面氧 化物沉积。

清洁结晶辊辊面时，毛刷辊需要一定的压力使得与结晶辊接触的刷毛 产生弯曲，才能产生良好的清理效果，但是产生随着作业时间的延长，毛 刷辊的刷毛磨损变短，辊径变小，此时毛刷辊外圆的刷毛植密度已经高于 初始投入时的值，此时需要改变一些毛刷辊的使用参数，如压力、转速等， 才能保证磨损前、后毛刷辊对结晶辊的清理效果一致。

发明内容

本发明的目的在于提供一种清理双辊薄带连铸辊面的方法及装置，在 双辊薄带连铸浇铸过程中，提高辊面清理装置清理结晶辊的效果，保证结 晶辊辊面氧化膜均匀分布，提高铸带质量。本发明适用于用双辊式薄带连 铸机，浇注厚度0.5-5mm的金属铸带。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种薄带连铸结晶辊辊面清理装置，分别对应结晶辊布置；其包括， 两根毛刷辊，分别平行结晶辊布置，且位于在每根结晶辊非熔池侧的上下 设置；毛刷辊呈圆柱状，其外周植有细长金属丝作为刷毛；毛刷辊两端部 设置有轴承座；轴承座后部分别设置有压力传感器；两电机，分别联接所 述两根毛刷辊；两液压缸，通过压力传感器作用在轴承座上，带动毛刷辊 贴紧或离开结晶辊；两液压缸控制回路分别设置伺服阀；所述液压缸上设 置位移传感器；一控制器，所述压力传感器、位移传感器及两液压缸伺服 阀电性连接所述控制器；毛刷辊外圆的刷毛植密度设置在12～30％之间， 刷毛植密度即毛刷辊外圆上单位面积内的刷毛截面积所占百分比。

本发明薄带连铸结晶辊辊面的清理方法，其特征是，辊面清理装置的 两个毛刷辊分别在液压缸和电机带动下，转动并接近结晶辊，并以一定的 压力顶紧在结晶辊辊面；随着清理作业的持续进行，控制器根据毛刷辊的 外圆变化推断其植密度变化，相应地，通过控制伺服阀驱使液压缸带动毛 刷辊前进，液压缸位移由位移传感器测知，以保持毛刷辊的刷毛弯曲量e保 持在0.5％～2.5％；该弯曲量e的设定公式如下：

$e=\frac{r_0-r_1}{r_0}\times 100\%---1)$

其中：e：刷毛弯曲量，％；

r₀：毛刷辊初始直径，mm；

r₁：毛刷辊工作直径，mm。

进一步，毛刷辊转动清理辊面过程中，其与结晶辊相对转动速度比值 乘以毛刷辊植密度的积要大于1，即：

$\frac{V_1}{V_2}\times \lambda >1---2)$

其中：V₁：毛刷辊线速度，m/min；

V2：结晶辊线速度，m/min；

λ：毛刷辊植密度，％。

更进一步，在毛刷辊磨损严重，其外圆的植密度超过35％以后，通过 将其外圆形貌，加工成螺旋波浪形或螺旋锯齿形降低其表面植密度后继续 使用。

又，辊面清理装置的控制系统根据毛刷辊磨损量计算出其植密度的变化情 况，相应地改变毛刷辊的转动速度；其中，毛刷辊外圆的刷毛植密度设置 在12～30％之间，刷毛植密度即即1平方分米内所有刷毛截面积所占比例。 毛刷辊外圆半径与植密度的遵循下式：

${\rho }_n=\frac{d_0}{d_n}{\rho }_0---3)$

其中：d₀：为毛刷辊初始外径，mm。

d_n：为毛刷辊磨损后的外径，mm。

ρ₀：毛刷辊直径为d₀时的植密度，％。

ρ_n：毛刷辊直径为d_n时的植密度，％。

熔融的钢水在两个相向转动并具有冷却功能的结晶辊和侧封板围成 的空间形成熔池，钢水在结晶辊表面被冷却并进而凝固，最后在结晶辊最 小缝隙处形成薄带钢经过热轧和冷却后卷取。

在浇铸过程中，布置在每根结晶辊非熔池侧的一组辊面清理装置对辊 面进行清理。每组清理装置包括两根与结晶辊平行的毛刷辊及其转动、压 力测量、位移控制等执行检测机构。清理方法包括：毛刷辊刚度测试流程， 通过测量毛刷辊作用在结晶辊上的顶紧力获得刷毛弯曲量值。通过控制毛 刷辊作用在结晶辊上的顶紧力，控制刷毛的弯曲量，以及毛刷辊相对结晶 辊的压扁量；毛刷辊的植密度控制在12-30％之间；毛刷辊与结晶辊转动 速度的比值和毛刷辊植密度的乘积要大于1。辊面清理装置能够根据毛刷 辊磨损量计算出其植密度的变化情况，从而改变毛刷辊的转动速度，维持 上述条件。在毛刷辊磨损严重，其外圆的植密度超过35％以后，可以通过 将其外圆加工成螺旋波浪形或螺旋锯齿形降低其表面植密度，继续使用。

薄带连铸浇铸过程中，布置在每根结晶辊非熔池侧的一组辊面清理装 置对辊面进行清理。每组清理装置包括两根与结晶辊平行的毛刷辊及其转 动、压力测量、位移控制等机构。清理方法包括：每个毛刷辊两端的直线 执行机构能够将转动的毛刷辊以一定的顶紧力压在结晶辊辊面上，清理辊 面。随着刷毛磨损，毛刷辊直径发生变化，则通过变化毛刷辊作用在结晶 辊上的顶紧力，保持刷毛弯曲量值保持在一定范围内不变。

辊面清理装置能够单独调节每根毛刷辊两端施加在结晶辊辊面上的 顶紧力，也能够单独变化每根毛刷辊的转动速度和转动方向。

毛刷辊施加在结晶辊辊面上的顶紧力通过设置在液压缸和轴承座之 间的压力传感器测量，每根毛刷辊两端的顶紧力之和即为该毛刷辊施加在 结晶辊辊面的顶紧力。

随着毛刷辊刷毛磨损，毛刷辊直径发生变化，辊面清理装置能够通过 控制毛刷辊作用在结晶辊上的顶紧力大小发生变化，并保持刷毛弯曲量e 保持在一定范围内不变，弯曲量范围为0.5％-2.5％。

所述的辊面清理装置的毛刷辊与结晶辊转动速度的比值乘以毛刷辊 植密度的积要大于1。辊面清理装置的控制系统能够根据毛刷辊磨损量计 算出其植密度的变化情况，相应地改变毛刷辊的转动速度。

在毛刷辊磨损严重，其外圆的植密度超过30％以后，能够通过将其外 圆加工成螺旋波浪形或螺旋锯齿形降低其表面植密度，达到12-30％范围 内，能够重新使用。

本发明的主要优点：

1、浇铸过程中，可以根据毛刷辊的磨损情况调节辊面清理装置作用 在结晶辊辊面上的顶紧力，保证清理效果前后在一个浇铸炉次种种一致。

2、压力位置控制协调匹配，提高设备的工艺适应性，可以应对多种 工况条件，提高毛刷辊的使用寿命。

本发明与已有技术的区别和改进之处：

WO2009003223中所述的方案中，通过实时监测结晶辊表面清洁度， 改变辊面清理装置毛刷辊相对于结晶辊的压力、转动速度以及传动电动机 扭矩等负载，达到改变结晶辊表面清洁度的目的。其中，上下毛刷辊对称 布置在结晶辊的外侧，其相对于结晶辊之间的压力和位移通过改变液压缸 的行程实现，毛刷辊的转速和扭矩则由毛刷辊驱动电动机进行调节。其中， 上、下毛刷辊有着不同的用途和用法，上毛刷辊在正常浇铸时候使用，下 毛刷辊放置在上毛刷辊的下方，直径小于上毛刷辊，且只在浇铸开始和结 束前一段时间内使用。与该专利相比，本发明中上、下毛刷辊两端均设有 压力检测和位置控制，控制精度更高。而且，本发明中的辊面清理装置根 据实时检测到的毛刷辊直径变化调节其作用在结晶辊辊面上的顶紧力，反 应更灵敏。并兼顾监测毛刷辊的植密度变化，可以及时了解设备情况，能 够更好的发挥毛刷辊的作用。

韩国专利KR20140000796中所述，沿着结晶辊轴向平行布置的毛刷辊 分成三部分，分别为两个端部和中间部位，其中每个端部长度占整个辊子 长度的1/14-1/12，刷毛直径为0.08-0.12mm；剩余部分的刷毛直径为 0.15-0.175mm。该专利声称按照此方法能够有效的清理结晶辊辊面，提高 铸带边部的质量，避免边部出现折皱。该方法确实能够有一定的效果，但 是，制造困难。而且本发明基于毛刷辊磨损后的植密度变化所影响清理效 果出发，制定了相应的控制方法，可以更加有效地利用毛刷辊进行辊面清 理作业。

附图说明

图1为本发明辊面清理装置的侧面示意图。

图2为本发明辊面清理装置的俯视示意图。

图3为本发明辊面清理装置典型的控制原理图。

图4为本发明毛刷辊翻新方法示意图。

图5为图4的A-A剖视图。

具体实施方式

参见图1～图5，本发明的薄带连铸结晶辊辊面清理装置，分别对应结 晶辊1a、1b布置，以结晶辊1a一侧的两个毛刷辊5’、6’为例，4a、4b为 侧封板。

两根毛刷辊5’、6’，分别平行结晶辊1a布置，且位于在每根结晶辊 1a非熔池侧的上下设置；毛刷辊5’、6’呈圆柱状，其外周植有细长金属丝 作为刷毛；毛刷辊5’、6’两端部设置有轴承座16、16’、17、17’；轴承座 后部分别设置有压力传感器10、10’、15、15’；两电机14、14’，分别联 接所述两根毛刷辊5’、6’；两液压缸11、11’，通过压力传感器10、10’ 作用在16、16’轴承座上，带动毛刷辊5’贴紧或离开结晶辊1a；

本发明薄带连铸结晶辊辊面的清理方法，辊面清理装置的两个毛刷辊 分别在液压缸和电机带动下，转动并接近结晶辊，并以一定的压力顶紧在 结晶辊辊面；随着清理作业的持续进行，控制器根据毛刷辊的外圆变化推 断其植密度变化，相应地，通过控制伺服阀驱使液压缸带动毛刷辊前进， 液压缸位移由位移传感器测知，以保持毛刷辊的刷毛弯曲量e保持在 0.5％～2.5％；该弯曲量e的设定公式如下：

$e=\frac{r_0-r_1}{r_0}\times 100\%---1)$

其中：e：刷毛弯曲量，％；

r₀：毛刷辊初始直径，mm；

r₁：毛刷辊工作直径，mm。

进一步，毛刷辊转动过程中，其与结晶辊转动速度的比值乘以毛刷辊 植密度的积要大于1，即：

$\frac{V_1}{V_2}\times \lambda >1---2)$

其中：V₁：毛刷辊线速度，m/min；

V2：结晶辊线速度，m/min；

λ：毛刷辊植密度，％。

更进一步，在毛刷辊磨损严重，其外圆的植密度超过35％以后，通过 将其外圆形貌，加工成螺旋波浪形或螺旋锯齿形降低其表面植密度后继续 使用。

又，辊面清理装置的控制系统根据毛刷辊磨损量计算出其植密度的变化情 况，相应地改变毛刷辊的转动速度；其中，毛刷辊外圆的刷毛植密度设置 在12～30％之间，刷毛植密度即即1平方分米内所有刷毛截面积所占比例。 毛刷辊外圆半径与植密度的遵循下式：

${\rho }_n=\frac{d_0}{d_n}{\rho }_0---3)$

其中：d₀：为毛刷辊初始外径，mm；

d_n：为毛刷辊磨损后的外径，mm；

ρ₀：毛刷辊直径为d₀时的植密度，％；

ρ_n：毛刷辊直径为d_n时的植密度，％。

实施例

以下以结晶辊1a的两个毛刷辊的一侧布置为例介绍辊面清理方法的 控制策略。

液压缸11、13控制回路分别设置伺服阀61、62；液压缸11、13上分 别设置位移传感器12、18以及压力传感器10、15，均电性连接控制器60。 毛刷辊外圆的刷毛植密度设置在12～30％之间，刷毛植密度即即1平方分 米内所有刷毛截面积所占比例。

如图3所示，浇铸作业中，结晶辊1a、1b相向转动，辊面清理装置 的两个毛刷辊5’、6’分别在液压缸和电机带动下，转动并接近结晶辊1a， 并以一定的压力顶紧在其上。随着清理作业的持续进行，辊面清理装置控 制器60根据毛刷辊5’、6’的外圆变化推断其植密度变化，相应地，通过 控制伺服阀61驱使液压缸11带动毛刷辊5’缩小与结晶辊1a之间的距离， 液压缸位移由位移传感器12测知，压力由压力传感器10测知，二者变化 量由控制器60中的已有的模型设定，以保持毛刷辊5’的刷毛弯曲量保持 在如公式1)所述的范围内。同理，伺服阀62也会接收到来自控制器60 的驱动信号，驱动液压缸13带动毛刷辊6’进行相似的作业。

并且，毛刷辊5’、6’转动过程中，其与结晶辊转动速度的比值乘以毛 刷辊植密度的积要大于1，即满足所述的公式2)。

参见图4、图5，在毛刷辊5’磨损严重，其外圆的植密度超过35％以 后，能够通过将其外圆加工成螺旋波浪形或螺旋锯齿形降低其表面植密 度，达到12-30％范围内。