CN100354059C - 铸造钢带 - Google Patents

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Abstract

提供一种铸造具有夹杂物的低碳钢带的方法。具有铁、锰、硅和铝的氧化物渣的钢水形成，并在一对铸造辊间通过以形成具有MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的钢带，该夹杂物具有期望的MnO/SiO2比率。

Description

铸造钢带
技术领域
本发明涉及在双辊连铸机中钢带的铸造。
背景技术
在双辊连铸机中，熔融金属被引入在一对相反转动的被冷却的水平铸造辊之间，以使金属壳(shell)凝固在移动辊表面，并在铸造辊之间的辊隙处合起来，以产生从辊之间的辊隙向下输送的凝固的带产品。术语“辊隙”在这里被用于指代一般区域，在该区域辊是最接近在一起。熔融金属可从浇包中倾注入较小的容器，从该容器熔融金属流过位于辊隙上方的金属输送喷嘴，以使将其对准进入该辊间的辊隙，以立即在辊隙上形成支撑在辊的铸造表面上的并且沿辊隙的长度延伸的熔融金属的铸造池。这个铸造池通常被限定在以滑动啮合于辊的末端表面方式固定的侧板或挡板之间，以堵塞铸造池的两端，防止流出，尽管可替换装置譬如电磁栅栏也已经被提出。
在双辊连铸机中铸造钢带时，铸造池一般是超过1550℃的温度，并且必须实现在辊的整个铸造表面上对钢水的非常快速且均匀的冷却，以在铸造辊的每个旋转期间，在铸造表面上的各个点暴露于钢水铸造池的短时期内获得凝固。如在美国专利5,720,336中所述，固化的热通量可被沉积在铸造辊表面的金属氧化物的性质显著地影响，该金属氧化物来自于在铸造处理期间形成在铸造池上的钢渣。具体地，假如沉积在铸造表面上的金属氧化物在离开铸造温度处是液体形态，从而保证各个铸造表面被由在钢凝固温度处至少部分是液体的材料层覆盖，因此固化的热通量可被极大地提高。氧化物与钢一起凝固以形成在钢带中的氧化物夹杂物，但是最重要的是，在钢的初始凝固温度处它们处于液体形态，以使在钢凝固之前它们没有作为固体颗粒沉积在铸造表面上，因此抑制了至钢水的热传递。
发明内容
基于在双辊连铸机中铸造低碳钢带和在铸造不同组分的钢时分析氧化物夹杂物的实验，我们发现在铸造表面的热通量由夹杂物的熔点来控制，该夹杂物产生于两个来源，即(a)一部分产生在铸造表面的钢初始固化的弯月面上的凝固期间，和(b)一部分产生在浇包中液体钢的脱氧期间。
在铸造辊上的带的固化中，固化夹杂物位于带的表面。在另一方面，形成在浇包中的脱氧夹杂物被分布在整个带中，并比固化夹杂物明显地粗糙。两个夹杂物源对带的铸造均是重要的，并且为了更好的铸造条件，从两个来源产生的夹杂物的熔点应当被降低。
所公开的美国专利5,72.,336专门涉及在固化期间产生的夹杂物。在该公开中表明，在渣中Al2O3的存在必然是有害的，并且应当最小化或通过钙处理被中和掉。然而，与此相反地，我们现在发现在脱氧夹杂物中控制数量的Al2O3存在可以非常有助于保证在铸造期间夹杂物保持熔融直到周围熔化钢被固化。使用锰/硅脱氧钢，夹杂物熔点对锰氧化物与硅氧化物的比率变化非常敏感，以及对于某些该比率，夹杂物熔点可以是相当高的，例如，大于1700℃，该熔点阻止了令人满意的液体膜在铸造辊表面形成以及导致阻塞钢水输送系统中的流动通道。为了产生三种包括MnO、SiO2和Al2O3的氧化物系统，在脱氧夹杂物中有意产生Al2O3可降低夹杂物熔点对于MnO/SiO2比率变化的敏感性，并且能够实际降低夹杂物的熔点。因此本发明提供在双辊连铸机中铸造低碳钢，顾及包括Al2O3的脱氧夹杂物的形成。
依据本发明，提供一种铸造低碳钢带的方法，包括：
装配一对铸造辊，形成在该辊之间的一辊隙；
形成具有铁、锰、硅和铝的氧化物的渣的钢水，以在钢带中产生MnO·SiO2·Al2O3夹杂物，该夹杂物具有在0.2至1.6范围内的MnO/SiO2比率和低于45％的Al2O3含量；
引导该钢水至该对铸造辊之间，以在该辊隙上形成被支撑在该辊的铸造表面上的钢水的铸造池；和
相反旋转铸造辊以产生从铸造辊间的辊隙向下输送的凝固的钢带。
在钢水中夹杂物中的这样Al2O3含量是为了容许液态夹杂物的形成。从钢水形成的带中所得到的Al2O3含量能够达到最大值为35+2.9(R-0.2)百分比，在其中R是夹杂物的MnO/SiO2比率。在整个MnO/SiO2比率的宽范围上，所得到的带的Al2O3含量可在10％至30％的范围内。该夹杂物包括至少3％的Al2O3。
夹杂物通常可以分布在整个带中，并且大多数在从2至12微米的大小范围内。
本发明还提供一种厚度小于5mm的铸造低碳钢带，该铸造低碳钢带包括所固化的钢相和通常分布在整个带中的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物，该MnO·SiO2·Al2O3夹杂物具有在0.2至1.6范围内的MnO/SiO2比率和在3％至45％范围内的Al2O3含量。脱氧夹杂物可具有范围在从2至12微米的大小。
新型低碳钢带可以通过上述的其被生产的方法生产。
附图说明
为了更充分地解释本发明，通过参考附图说明迄今所进行的实验工作的结果，其中：
图1是依据本发明的可操作的连续式带连铸机的平面图；
图2是图1中所示带连铸机的侧视图；
图3是图1中在线3-3上的垂直截面图；
图4是图1中在线4-4上的垂直截面图；
图5是图1中在线5-5上的垂直截面图；
图6说明MnO/SiO2比率对夹杂物熔点的影响；
图7说明在低碳钢带铸造期间对从带连铸机中不同位置采集的样本实施的夹杂物分析所获得的MnO/SiO2比率；
图8说明以不同含量添加Al2O3对夹杂物熔点的影响；和
图9说明在铸造低碳钢时在可靠操作区域内怎样可调整Al2O3水平，以保持氧化物夹杂物的熔点低于约1580℃的铸造温度；
图10是说明直径9.3微米的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的显微照片；
图11是说明直径5.6微米的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的显微照片；
图12是说明直径4.1微米的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的显微照片；
图13是说明图10中的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的x射线谱；
图14是说明图11中的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的x射线谱；和
图15是说明图12中的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的x射线谱。
具体实施方式
图1至图5说明依据本发明的被操作的双辊连续式带连铸机。该连铸机包括直立在工厂地面12上的主机架11。架11支撑铸造辊滑架13，该铸造辊滑架13可水平滑动在组装部14和铸造部15之间。滑架13承载一对平行铸造辊16，在铸造操作中熔融金属被从35浇包17经浇口盘18和输送喷嘴19向平行铸造辊16供给，以产生铸造池30。铸造辊16是水冷的，以使壳固化在移动辊表面16A，并在辊之间的辊隙处合起来，以在辊出口处产生凝固的带产品20。这些产品20被供给标准卷取机21，随之被传送至第二卷取机22。容器23被安装在毗邻铸造部的机架上，并且熔融金属可经在浇口盘上的溢流管24转移进这个容器，或者假如在铸造操作中存在产品的严重畸形或其它故障，则通过拔出在浇口盘一侧的应急插头。
辊滑架13包括滑架支架31，该滑架支架31通过在沿部分主机架11伸展的导轨33上的轮32被安装，因此成为一体的辊滑架13被安装为沿导轨33移动。滑架支架31支撑一对辊托架34，辊16被旋转安装在该辊托架34。通过相互啮合的互补滑动件35、36辊托架34被安装在滑架支架31上，以允许托架在液压气缸单元37、38的影响下在支架上移动，从而在需要形成跨过带的不明显的横向线路时，调整压铸辊16间的辊隙，和使该辊能够快速移开一短时间间隔，以下将更详细说明。通过双动作的液压活塞和气缸单元39的作用，作为一整体的支架是沿导轨33可移动的，所述单元39被连接在辊滑架上的传动悬臂40和主机架之间以使在组装部(assembly station)14和铸造部(casting station)15之间可驱动辊滑架，反之亦然。
该对铸造辊16通过来自于电动机的驱动轴41和安装在滑架支架31的传动装置而相反旋转。辊16具有形成有一连串轴向延伸并且沿外周隔开的水冷却通道的铜外围壁，该水冷却通道由在辊传动轴41中的供水管供给穿过辊端的冷却水，该供水管连接穿过旋转密封管43的供水软管42。辊一般地直径约500mm并且长度达2000mm，以生产2000mm宽的带产品。
浇包17完全属于常规的结构，并经卡箍(yoke)45被支撑在天车(overhead crane)上，从那里其可被从热金属接收部定位。该浇包与由伺服气缸驱动的塞杆46配合，以允许熔融金属从该浇包通过出口喷嘴47和耐火护罩48流入浇口盘18。
浇口盘18也属于常规的结构。其形成为由譬如氧化镁(MgO)的耐火材料制造的宽盘。浇口盘的一侧接收来自浇包的熔融金属，并具有前述的溢流管24和应急插头25。浇口盘的另一侧具有一连串纵向隔开的金属出口开口52。浇口盘的低部分支撑用于在辊滑架支架31上安装浇口盘的安装悬臂53，并具有在滑架支架上容纳标桩(indexing peg)54的孔，以准确地定位浇口盘。
输送喷嘴19被形成为由譬如氧化铝石墨的耐火材料制造的加长体。输送喷嘴19的下部分是锥形的，以向内和向下会聚，以使凸起进入铸造辊16间的辊隙。输送喷嘴19具有安装悬臂60，从而支撑其在辊滑架支架上，输送喷嘴19的上部分形成有向外凸起的侧凸缘55，该凸缘55位于安装悬臂上。
喷嘴19可具有一连串水平隔开的大致垂直伸展的流动通道，以在辊的整个宽度上产生合适的金属低速排出并将熔融金属传送进辊间的辊隙，而不直接冲击初始凝固发生在其上的辊表面。可替换地，喷嘴可具有单个连续的狭缝出口以直接将低速熔融金属幕输送入辊间辊隙和/或其被浸入熔融金属池。
在辊滑架在铸造部时，所述池被由一对对着阶跃端57支撑的侧封闭板56限定在辊的末端。侧封闭板56由例如氮化硼的强耐火材料制造，并具有带圆齿的侧边沿81以匹配辊阶跃端57的曲率。侧板可被安装在板固定器82中，该板固定器82在一对液压气缸单元83的作用下在铸造部处时是可移动的，以使侧板与铸造辊的阶跃端相啮合，从而在铸造操作期间形成用于形成在铸造辊上的金属熔融池的端封闭。
在铸造操作期间，浇包塞杆46被启动以允许熔融金属从浇包中通过金属输送喷嘴倾倒至浇口盘，从那里流入铸造辊。带产品20的干净头端由裙板(apron table)96的驱动而被引导至卷取机21的钳爪。在形成干净头端后，通过液压气缸单元98的驱动，裙板96从在主机架上的枢轴安装97垂下并可向卷取机摆动。裙板96可对着由活塞和气缸单元101驱动的上部带引导片(upper strip guide flap)99运行，带产品20可以被限定在一对垂直侧辊102之间。在头端被引导进卷取机的钳爪后，卷取机旋转以卷取带产品20，裙板被允许摆回其无效位置，在那里裙板只从机架垂下，不限制带产品被直接带到卷取机21上。所得到的带产品20可随后被转移至卷取机22以产生用于运输离开连铸机的最后盘绕。
在我们的美国专利第5,184,668号和5,277,243号以及国际专利申请PCT/AU93/00593中更充分地说明了在图1至5中所述种类的双辊连铸机。
在双辊连铸机中锰硅镇静低碳钢带的大量铸造已经表明，去氧夹杂物的熔点对用于这些夹杂物的MnO/SiO2比率的变化是非常敏感的。这图示在图6中，该图6示出夹杂物熔点对相关MnO/SiO2比率的变化。在铸造低碳钢带时，铸造温度是大约1580℃。从图6中可以看到，在MnO/SiO2比率的某些范围上，夹杂物熔点相比于铸造温度是相当高的，并可超过1700℃。在这么高的熔点下，不可能满足在铸造辊表面上保证保持液态薄膜的要求，这种组成的钢是不可铸造的。再者，在输送喷嘴和钢输送系统的其它部件中流动通道的阻碍可成为一个问题。
尽管可以调整钢中的锰和硅含量以产生期望的MnO/SiO2比率，然而实验表明，实际上非常难于保证获得期望的MnO/SiO2比率并在工业设备中保持。例如，我们确定具有0.6％锰含量和0.3％硅含量的钢组合物是理想的化学配比，以及基于等效计算应产生大于1.2的MnO/SiO2比率。然而，我们在操作工业辊铸造设备中的实验已表明仅获得非常低的MnO/SiO2比率。这如图7所示，在MO6带铸造期间对从工业规模的带连铸机中不同位置采集的钢样本进行夹杂物分析所获得的MnO/SiO2比率，各个位置被定义如下：
L1：浇包
T1、T2、T3：从浇包接收金属的浇口盘
TP2、TP3：在浇包下的过渡连接件(transition piece)
S、1、2：形成钢带的连续部分
从图7中清楚的是，所测得的MnO/SiO2比率全部显著地比计算的预期比率低超过1.2。再者，MnO/SiO2比率的小变化，例如从0.9至0.8的降低可显著增加如图6中所示熔点。同样，在从浇包至模具的钢转移操作期间，暴露于空气的钢将引起再次氧化，该再次氧化将进一步降低MnO/SiO2比率(Si具有比Mn更大的对氧的亲和力，因此将形成更多的SiO2，从而降低该比率)。这个影响可在图7中清楚地看到，在图7中，在浇口盘(T1、T2、T3)、过渡连接件(TP2、TP3)和带(S、1、2)中的MnO/SiO2比率低于在浇包(L1)中的MnO/SiO2比率。
我们已经发现，通过引入被控制的铝的水平，基于夹杂物的MnO·SiO2·Al2O3可以产生以下益处：降低夹杂物的熔点(特别是在MnO/SiO2比率为较低值时)；和减小夹杂物的熔点对MnO/SiO2比率的变化的敏感性。
这些益处通过图8说明，图8示出了在夹杂物中具有不同的Al2O3含量的不同MnO/SiO2比率的夹杂物熔点的测量值。这些结果显示不同的MnO/SiO2比率的低碳钢可使用对Al2O3水平的适当控制来进行铸造。这可进一步由图9来说明，图9示出了用于不同MnO/SiO2比率的Al2O3含量的范围，其将保证夹杂物熔点低于1580℃，该熔点是用于硅锰镇静低碳钢的通常铸造温度。可以看到，Al2O3含量的上限为从用于MnO/SiO2比率0.2的大约35％至用于MnO/SiO2比率1.6的大约39％。该最大值的增长是近似线性的，因此上限或最大Al2O3含量可表示为35+2.9(R-0.2)。
对于小于0.9的MnO/SiO2比率，其必不可少包含Al2O3以保证夹杂物熔点小于1580℃。大约3％Al2O3的最小量是必需的，并且合理的最小量应是10％Al2O3级的。对于在0.9以上的MnO/SiO2比率，使用可忽略的Al2O3含量理论上是可能的。然而，如前所述，在工业设备中实际获得的MnO/SiO2比率可不同于理论上计算的预期值，并可在带连铸机中的不同位置而改变。再者，熔点可对该比率中较小改变非常敏感。因此理想的是，对于所有硅锰镇静低碳钢，控制Al2O3水平以产生至少3％的Al2O3含量。
形成在初始固化的池的弯月面上的固化夹杂物成为限于在最终带产品的表面上，可以通过除垢或拣选被去除。在另一方面，脱氧夹杂物通常分布在整个带中。它们比固化夹杂物粗糙，并通常大小在2至12微米的范围内。通过SEM(scanning electron microscope，扫描电子显微镜)或其它技术它们可很容易被检测。
图10-12是说明根据加热显示测量的夹杂物大小的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的SEM显微照片。各个显微照片分别表示经放大的显示MnO·SiO2·Al2O3夹杂物7、8、9的带20的61×500μm截面。显微照片的放大率和缩放比例显示在各个表中。MnO·SiO2·Al2O3夹杂物7具有大约9.3微米的直径，MnO·SiO2·Al2O3夹杂物8具有大约5.6微米的直径，MnO·SiO2·Al2O3夹杂物9具有大约4.1微米的直径。
通过使用电子束辐射说明性的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物7、8、9，x射线被从掺杂区中发射，从而产生如图13-15所示的各个谱。谱的x轴表示以Kev为单位的x射线能量，y轴表示在整个能量谱上在不同能级所测得的统计数量。因为在整个谱上在夹杂物中的各个氧化物具有特征x射线发射特性，因此在考虑本领域技术人员熟知的原子相互作用修正后，可确定各个夹杂物7、8、9的组分。
对于9.3微米的图10中的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物7，相应的频数分布图13显示氧化物组分和该夹杂物的氧化物的分布：
    氧化物     测得的重量百分比     标准化的重量百分比
    MgO     1.06     1.11
    Al2O3     41.13     43.19
    SiO2     26.91     28.26
    SO     0.82     0.86
    CaO     1.61     1.69
    TiO2     1.17     1.23
    MnO     21.19     22.25
    FeO     1.30     1.37
    总计     99.96
对于5.6微米的图11中的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物8，相应的频数分布图14显示氧化物组分和该夹杂物的氧化物的分布：
    氧化物     测得的重量百分比     标准化的重量百分比
    MgO     0.65     0.68
    Al2O3     38.02     39.92
    SiO2     27.32     28.69
    SO     0.73     0.77
    CaO     0.34     0.36
    TiO2     1.15     1.21
    MnO     25.11     26.37
    FeO     1.70     1.79
    总计     99.79
对于4.1微米的图12中的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物9，相应的频数分布图15显示氧化物组分和该夹杂物的氧化物的分布：
    氧化物     测得的重量百分比     标准化的重量百分比
    MgO     0.35     0.38
    Al2O3     32.54     35.14
    SiO2     28.26     30.52
    SO     0.70     0.76
    CaO     0.56     0.60
    TiO2     1.07     1.16
    MnO     26.35     28.46
    FeO     2.69     2.91
    总计     99.93
这些测量显示夹杂物7、8和9具有小于大约45％的Al2O3含量，以及直径是在2和12微米之间的不同大小。另外，这些说明性的MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的所测得的MnO/SiO2比率对于夹杂物7是0.79、对于夹杂物8是0.92及对于夹杂物9是0.93。
尽管参考几个实施例，在前述附图和说明书中已详细地图示和解释了本发明，但可以理解的是说明书对特征是说明性的而不是限制性的，因此该发明不限于所披露的实施例。相反地，本发明覆盖了在该发明范围和宗旨内的所有变化、修改和等效的结构。通过举例而详细描述了说明如目前所理解的实施本发明的最佳模式，解释了实施如目前提出的该发明的最佳实施方式，因而本发明的其它特征对本领域技术人员是明显的。在没有脱离本发明的宗旨和范围的情况下，可以对上述本发明进行许多修改。
本申请中所述的比率和含量均为重量比率和含量。

Claims (7)

1、一种铸造低碳钢带的方法，包括：
装配一对铸造辊，形成在该对辊之间的一辊隙；
形成具有铁、锰、硅和铝的氧化物的渣的钢水，以在钢带中产生MnO·SiO2·Al2O3夹杂物，该夹杂物具有在0.2至1.6范围内的MnO/SiO2比率和低于45％的Al2O3含量；所述的比率和含量均为重量比率和含量；
引导该钢水至该对铸造辊之间，以在该辊隙上形成被支撑在该辊的铸造表面上的钢水的一铸造池；和
相反旋转所述铸造辊以产生从所述铸造辊间的辊隙向下输送的凝固的钢带。
2、依据权利要求1的方法，其中所述Al2O3含量为最大35+2.9(R-0.2)百分比，其中R是所述夹杂物的MnO/SiO2比率，所述的比率和含量均为重量比率和含量。
3、依据权利要求1的方法，其中所述MnO·SiO2·Al2O3夹杂物包括至少3％的Al2O3，所述的含量为重量比含量。
4、依据权利要求1的方法，其中所述MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的Al2O3含量在10％至30％的范围内，所述的含量为重量比含量。
5、依据权利要求1的方法，其中所述MnO·SiO2·Al2O3夹杂物分散在整个所述带中。
6、依据权利要求1的方法，其中大多数所述MnO·SiO2·Al2O3夹杂物的尺寸在从2至12微米的直径范围内。
7、一种由根据权利要求1-6中任一项的方法制造的铸造低碳钢带。
CNB2004800027598A 2003-01-24 2004-01-23 铸造钢带 Expired - Fee Related CN100354059C (zh)

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