CN101367117B - 一种用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面处理方法 - Google Patents

Abstract

一种用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面处理方法，钢水经过浸入式水口或布流器进入两个高速旋转的结晶辊之间形成熔池，经过结晶辊的冷却和轻微轧制形成铸带，再经热轧、控制冷却直至卷取；在结晶辊的外表面喷射含有甲烷或乙炔的燃气和含氧气体，使燃气不完全燃烧，在结晶辊表面连续地生成碳黑，形成一个碳黑层。本发明实现了对结晶辊表面的润滑；可以提高结晶辊的使用寿命；还可以提高结晶辊和铸带间的传热效率，从而提高生产率；另外，不燃烧的产物中的一氧化碳是还原性气体，可以防止铸带表面的氧化，减少氧化皮的厚度，使铸带的表面质量显著提高；燃烧释放的热量使三角熔池不易结冷钢，有效地防止了断带的发生。

Description

一种用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面处理方法

技术领域

本发明涉及薄带连铸技术，特别涉及领域一种用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面处理方法。

背景技术

近几十年来，随着连铸技术的进步和在线计算机控制程度的提高，世界上各个国家的冶金行业一直希望能够降低钢铁工业的能耗和生产成本，所以能够将钢水直接浇铸出成品成为研究者们孜孜不倦追求的目标。薄带连铸主要形式之一是钢水经过高速旋转的结晶辊，并在轧制力的作用下凝固成2-5mm铸带。

目前，薄带连铸生产的基本工艺过程是：薄带连铸机(双辊、单辊、轮带式)—密闭室—活套—夹送辊—热轧(单机架或两机架或无)—控冷—卷取。钢水从钢包经过长水口、中间包和浸入式水口进入旋转的水冷结晶辊与侧封板形成的熔池内，经过水冷结晶辊的冷却形成铸带，通过摆动导板、夹送辊将铸带送至铸带输送辊道，经过热轧机，喷淋冷却，飞剪直至卷取机。薄带连铸技术由于具有节约成本、缩小厂房面积、降低能耗、提高生产效率等优点，这项技术现在正成为各个国家的研究者研究的热点，同时也被称作是冶金行业的革命性技术。

保证铸带质量的前提下提高生产率一直是冶金工作者追求的目标。对一台固定的铸机，提高生产率主要途径就是增加结晶辊与钢水之间传热，也就是提高结晶辊和钢水之间的热流密度。控制结晶辊和钢水之间的热流密度的方法有如下几种：

1)利用结晶辊表面纹理处理来控制结晶辊的传热。如专利EP0740972A1，CN1263804A，ZL96103889.6，US4,945,974等公开了通过控制纹理形貌和尺寸可以达到控制传热的方法。

2)利用结晶辊表面形成的自然沉积的氧化膜来控制传热。拉佐.斯特雷夫在Metallurgical and Materials Transaction B，Vol.31B(October2000)，pp.1023-1030上发表了题为：“薄带连铸熔体与基体界面传热机制”的文章。该文章以及专利CN1263804A提出了利用结晶辊表面形成的自然沉积膜可以提高结晶辊与钢水之间的传热。通过控制钢水的成分以及夹杂物可以控制自然沉积膜的组成，达到控制传热的目的。

3)通过改变结晶辊表面镀层的成分。保罗.纳力等在2005年在美国夏洛特召开的ICS会议上发表题为“结晶辊镀层对传热的影响”的文章，该文章讨论了不同结晶辊表面镀层的成分对热流的影响，并提出了利用不同的镀层可以改变结晶辊和钢水的传热的方法。

4)控制气体的成分来控制传热。拉佐.斯特雷夫在1998年的ISIJ Int.，Vol.38No.9，pp.959-966，发表了题为“薄带连铸过程众界面传热的实验研究”文章，公布了用氦气可以提高传热的实验结果。2001年韩国的Choo，D K等在Metallurgical and Materials Transactions A.Vol.32A，no.9，pp.2249-2258.Sept发表了题为“薄带连铸过程中304不锈钢裂纹的分析和防止”，文中提出了利用氮气可以提高润湿性减小了气隙，可以有效地防止裂纹的产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面处理方法，通过在结晶辊表面连续地生成石墨，实现对结晶辊表面的润滑，减少了拉坯过程的摩擦，提高结晶辊的使用寿命；同时提高结晶辊和铸带间的传热效率，从而提高生产率；使铸带的表面质量显著提高，可以有效地防止了断带的发生。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面处理方法，钢水经过浸入式水口或布流器进入两个高速旋转的结晶辊之间形成熔池，经过结晶辊的冷却和轻微轧制形成铸带，再经热轧、控制冷却直至卷取；其特征是，在结晶辊的外表面喷射含有甲烷或乙炔的燃气和含氧气体，使燃气不完全燃烧，在结晶辊表面连续地生成碳黑，形成一个碳黑层。

进一步，所述的燃气是含有甲烷或乙炔的天然气、煤气。

所述的含氧气体为氧气或空气。

又，燃气和含氧气体的比例通过调节阀以及流量计进行控制，燃气中甲烷和氧气的流量比例为<1:4；燃气中乙炔和氧气的流量比例是<1:1。

具体地，本发明在结晶辊的外表面喷射燃烧采用安装燃气管道和含氧气体管道，通过集气管、喷嘴对结晶辊(表面)喷射燃烧，燃气管道和含氧气体管道上分别装设可以控制燃气和氧气或空气的比例的调节阀、流量计、压力表。

本发明的方法所形成的碳黑层的厚度<10μm。

当使用天然气或煤气时(其主要的成分为甲烷—CH₄)，当完全燃烧时，可发生如下反应：

CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O(完全燃烧)

当甲烷不完全燃烧，发生如下反应：

CH₄+3/2O₂＝C+CO+2H₂O(不完全燃烧)

该反应可以生成碳黑，该碳黑会沉积在结晶辊表面。

同样，乙炔也有同样的反应，当乙炔完全燃烧，生成二氧化碳；

2C₂H₂+5O₂＝4CO₂+2H₂O(完全燃烧)

当乙炔不完燃烧后，生成碳和CO。

C₂H₂+O₂＝C+CO+H₂O         (不完全燃烧)

根据上述原理，通过控制燃气与氧气的比例，使燃气不完全燃烧，可以达到在结晶辊表面连续生成碳黑的目的，从而实现了对结晶辊表面的润滑。结晶辊表面的润滑，减少了拉坯过程的摩擦，可以提高结晶辊的使用寿命；同时碳原子可以填补结晶辊表面的微观凹坑和不平，并提高产品表面质量；同时还可以提高结晶辊和铸带间的传热效率，从而提高生产率。

另外，不燃烧的产物中的一氧化碳是还原性气体，可以防止铸带表面的氧化，减少氧化皮的厚度，使铸带的表面质量显著提高。再有，燃烧释放的热量使三角熔池不易结冷钢，有效地防止了断带的发生。

本发明与已有技术的区别和改进之处

从目前已有的技术分析中可以看出，结晶辊表面如果没有石墨或者气体，结晶辊容易发生粘辊，增加铸带与结晶辊间的摩擦力，使结晶辊表面受损，寿命降低。结晶辊如果用涂覆石墨的方法，其最大的问题是石墨容易被钢水带走，石墨的效果不能持续，而且也易在铸轧的过程随着铸带与结晶辊摩擦而损耗。

与现有技术相比，

本发明通过引入可燃气体，使其不完全燃烧，连续在结晶辊表面生成碳黑层，起到了润滑结晶辊表面的作用，从而减少了铸带与结晶辊表面的摩擦力，不仅可以提高铸带的表面质量，同时还可以减少结晶辊表面的划伤，延长结晶辊寿命。

同时，由于燃烧放出热量，该热量可以使熔池表面温度提高，有效地防止熔池表面结壳和冷钢。

另外，还提高了结晶辊和凝固坯壳之间的传热，因此提高了生产率，降低了生产成本；

燃烧同时还生成一氧化碳还原性气体，还原性气氛的环境气氛能够有效地防止铸带表面的氧化，减少氧化皮的厚度，提高产品的质量。

附图说明

图1为双辊薄带连铸工艺示意图；

图2为本发明一实施例的结构示意图；

图3为本发明一实施例的工作状态示意图。

具体实施方式

参见图1～图3，钢水从钢包1经过长水口2、中间包3和浸入式水口4进入旋转的水冷结晶辊5、5’和侧封板6形成的熔池7内，经过水冷结晶辊5、5’的冷却形成铸带8，通过摆动导板9、夹送辊10将铸带8送至热轧11，再经控制冷却12直至卷取13。

水冷结晶辊5外还设安装燃气管道14和含氧气体管道15，该燃气管道14和含氧气体管道15上分别装设可以控制燃气和氧气或空气的比例的调节阀16a、16b、流量计17a、17b、压力表18a、18b；通过集气管19、19’、喷嘴20、20’对水冷结晶辊5、5’喷射燃烧；期间由毛刷辊21、21’对水冷结晶辊5、5’表面清理，使结晶辊表面清洁，易于碳黑在结晶辊表面的沉积。

当浇铸开始后，分别打开燃气调节阀16a(气体可以是天然气、乙炔气，煤气等)和氧气或空气的调节阀16b，根据流量计17a、17b的数值，调节阀门的大小。在生产中，根据钢种和生产工艺以及燃气的类型调节控制比例。

实施例1：

燃气的成分是含CH₄的煤气、天然气等。浇铸开始后，关闭密闭罩22。打开燃气的阀门和氧气(或空气)阀门，调节调节阀16a、16b，使流量计17a和17b的达到一定的流量比例，如果是氧气，流量比例为1:1.5；如果是空气，比例为1:6。

由于甲烷的燃点为548℃，钢水的温度为1500-1600℃，熔池7液面的辐射热使密闭室内的温度超过600℃；甲烷燃烧。由于喷嘴20、20’直接对着水冷结晶辊5、5’表面，生成的碳黑沉积在水冷结晶辊5、5’表面，同时生成的一氧化碳气体具有还原性，有效地防止钢水和铸带的二次氧化，减少氧化铁皮的厚度，产品的表面质量明显改善。

实施例2

燃气的成分是含乙炔，乙炔气的优点是生成碳黑的效率高。浇铸开始后，关闭密闭罩19。打开燃气的阀门和氧气(或空气)阀门，调节调节阀16a、16b，使流量计17a和17b的达到一定的流量比例，如果是氧气，流量比例为1:1；如果是空气，则比例为1:4。

由于钢水的温度为1500-1600℃，熔池7液面的辐射热使密闭室内的温度超过600℃；乙炔燃烧。由于喷嘴20、20’直接对着水冷结晶辊5、5’表面，生成的碳黑沉积在水冷结晶辊5、5’表面，同时生成的一氧化碳气体具有还原性。

Claims (4)

1.一种用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面处理方法，钢水经过浸入式水口或布流器进入两个高速旋转的结晶辊之间形成熔池，经过结晶辊的冷却和轻微轧制形成铸带，再经热轧、控制冷却直至卷取；其特征是，在结晶辊的外表面喷射含有甲烷或乙炔的燃气和含氧气体，使燃气不完全燃烧，在结晶辊表面连续地生成碳黑，形成一个碳黑层，碳黑层的厚度＜10μm。

2.如权利要求1所述的用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面处理方法，其特征是，所述的燃气采用含有甲烷或乙炔的天然气、煤气。

3.如权利要求1所述的用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面处理方法，其特征是，所述的含氧气体为氧气或空气。

4.如权利要求1或2或3所述的用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面处理方法，其特征是，在结晶辊的外表面喷射燃烧采用安装燃气管道和含氧气体管道，通过集气管、喷嘴对结晶辊喷射燃烧，燃气管道和含氧气体管道上分别装设可以控制燃气和氧气或空气的比例的调节阀、流量计、压力表。

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