CN101479061A - 使用熔融保护渣的连铸机及连铸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用熔融保护渣的连铸机和连铸方法。所述连铸机包括：结晶器盖，用于覆盖结晶器的上部；保护渣熔化单元，用于使将要供应到结晶器中的保护渣熔化；保护渣传送单元，用于将在保护渣熔化单元中熔化的熔融保护渣供应到结晶器，其中，传送单元包括注射管和注射管加热器，注射管的一端连接到保护渣熔化单元，注射管的另一端穿过结晶器盖设置在结晶器中，注射管加热器用于加热注射管。根据本发明，由于使用熔融保护渣的连铸机和连铸方法去除了渣块，所以与传统的铸造作业的情况相比，保护渣的消耗量可大大增加，从而结晶器和凝固坯壳之间的摩擦降低。结果，大大减少了铸件的火焰切割的量，并且不发生增碳。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用熔融保护渣(mold flux)的连铸机及连铸方法，更具体地说，本发明涉及一种使用熔融保护渣的连铸机及连铸方法，其中，在整个连铸阶段，在将要供应的保护渣预先在结晶器外部熔化之后，将保护渣以液态注入到在连铸结晶器中的钢水表面。
背景技术
通常，为了在连铸机中制造铸件(铸件是板坯、小方坯、大方坯、异形坯等的上位术语)，通过储存钢水的中间包使从钢包供应的液态的钢水穿过结晶器，然后通过在结晶器中的冷却操作的方式来形成固态的凝固坯壳。在通过冷却钢水获得的凝固坯壳被安装在凝固坯壳下方的引导辊引导的同时，凝固坯壳被通过喷嘴喷射的二次冷却水凝固，从而变成完全固态的铸件。
在钢的连铸作业过程中，当钢水被供应到结晶器中时，作为辅助材料的保护渣与钢水一起被投入结晶器中。保护渣通常以固态(例如粉体或颗粒)投入，并被供应到结晶器中的钢水产生的热熔化，从而控制钢水和结晶器之间的传热并提高润滑能力。
如图1所示，投入结晶器中的粉体或颗粒形状的保护渣在钢水12的上表面上熔化，从而从钢水表面顺序地形成液体层21、烧结层(或半固体层)23和粉体层25。液体层21基本上透明，从而从钢水发射的波长为500nm至4000nm的辐射波能容易地透射过液体层21。另一方面，烧结层23和粉体层25光学不透明，从而阻挡辐射波并因此防止钢水表面的温度迅速降低。
然而，在传统的粉体或颗粒形状的保护渣被钢水的热熔化之后，液体层21在结晶器10和凝固层11之间流动，从而在结晶器10的内壁表面上凝固而形成固体渣膜27，还在钢水侧形成液态渣膜以控制钢水和结晶器之间的传热并提高润滑能力。
这时，当熔融渣开始在固体渣膜27和凝固坯壳11之间流动时，附着到结晶器的保护渣形成为凸出到结晶器内部。该部分被称为渣块(slag bear)29。渣块29阻碍熔融渣进入保护渣膜27和凝固坯壳11之间。
该渣块29限制每单位面积的铸件的保护渣的消耗量。通常，随着铸造速度加快，保护渣的消耗量减少，使得铸件和结晶器之间的润滑能力劣化，从而增大了发生漏钢(break-out)的频率。此外，由于保护渣的液体层的厚度由于渣块29而变得不规则，所以凝固坯壳11在结晶器10中的形状变得不规则，从而导致表面裂纹，随着铸造速度的加快，表面裂纹也变得更严重。
关于这点，第1998-038065号韩国特许专利公开和第5,577,545号美国专利披露了一种通过用石墨或精细碳黑来涂覆保护渣以通过降低保护渣的熔化速度来抑制渣块生长的方法。然而，这种方法不能从根本上防止渣块。另外，当保护渣的熔化速度慢时，非熔化状态的保护渣被引入到凝固坯壳和结晶器之间，这导致凝固的不均匀性，还增加了漏钢缺陷。
为了解决上面的问题，第1898-202349号、第1993-023802号、第1993-146855号、第1994-007907号、第1994-007908号、第1994-047511号、第1994-079419号、第1994-154977号和第1994-226111号日本特许专利公开披露了一种方法，该方法在结晶器外部熔化保护渣，然后经过钢水表面注入保护渣。然而，上述文献建议只在初期铸造工艺中有限地使用熔融状态的保护渣，然后，一旦铸造作业达到正常状态，则使用粉体形状的保护渣而回到传统的操作。如上所述，由于熔融状态的保护渣在500nm至4000nm波长处本质上是透明的，所以从钢水发射的辐射波会容易地穿过保护渣，使得钢水的表面由于增加的辐射热传递而不能保持在设定的温度。因此，如果铸造进行特定的时间，则钢水的表面会凝固，这将成为执行连铸工艺过程中的障碍。
此外，已经使用纸将熔融状态的保护渣供应到结晶器中。然而，在整个连铸工艺的阶段中，纸在供应熔融状态的保护渣方面受到限制。
发明内容
技术问题
因此，提出本发明以解决在上述现有技术中的上述问题。本发明提供一种连铸机及一种连铸方法，其中，在整个连铸工艺的阶段中，可将熔融状态的保护渣注入到结晶器中。
技术方案
一种根据本发明的连铸机包括：结晶器盖，用于覆盖结晶器的上部；保护渣熔化单元，用于使将要供应到结晶器中的保护渣熔化；保护渣传送单元，用于将在保护渣熔化单元中熔化的熔融保护渣供应到结晶器，其中，传送单元包括注射管和注射管加热器，注射管的一端连接到保护渣熔化单元，注射管的另一端穿过结晶器盖设置在结晶器中，注射管加热器用于加热注射管。
这里，注射管加热器可包括围绕注射管布置的加热丝。
此外，在排放口处设置有可朝排放口移动的塞棒，从而在塞棒的一端和排放口之间的间隙随着塞棒移动而受到控制，其中，传送单元的注射管连接到排放口并且通过排放口排放熔融保护渣。可选地，也可通过滑动闸替代塞棒的方式来控制注射流速。
即，连铸机还可包括滑动闸，所述滑动闸包括：上板，具有在上板中形成的流入通孔；下板，具有形成在下板中的流出通孔；开/关板，可在上板和下板之间滑动并具有形成在开/关板中的连通孔，其中，滑动闸可安装到注射管。这时，可与结晶器盖相邻近地安装滑动闸。
此外，至少注射管和与所述注射管连接或接触的一部分可包括铂或铂合金。
此外，结晶器盖的内表面对红外线的反射率可以为50％或更高。
一种根据本发明的连铸方法包括：在结晶器外部熔化保护渣；在整个连铸工艺中，将熔融保护渣以受控的熔融保护渣的流速投入结晶器中；阻挡来自钢水的辐射热，其中，在保护渣熔化之后，加热熔融保护渣，以保持恒定的温度，直到将保护渣投入结晶器中。
在保护渣熔化步骤中使用的材料可包含1wt％或更少的游离碳。
此外，当供应的钢水量在lton/min至5ton/min的范围内时，熔融保护渣的流速可控制在0.5kg/min至5kg/min的范围内。
此外，熔融保护渣的温度可保持在比钢水的液相线温度低100℃至300℃的范围内。
有利效果
如上所述，在本发明中，由于去除了渣块，所以与传统的铸造作业的情况相比，大大增加了保护渣的消耗量，从而减少了结晶器和凝固坯壳之间的摩擦。因此，减少了振痕和爪痕(hook)，并且也减少了铸件的火焰切割的量。具体地说，在与传统作业的情况相比减小了振程并且减小了负滑动率的条件下，极好地减小了振痕的深度。
此外，由于在熔融保护渣中不包含游离碳，所以不发生增碳。此外，由于在初期凝固时的缓冷，因此可防止铸件表面上的各种裂纹缺陷，例如垂直裂纹、水平裂纹和角裂纹。此外，由于没有使用粉状的保护渣，所以由于没有产生灰尘而改善了铸造环境，并且还可防止由于未熔化灰尘导致的连铸中的冷却水浑浊。
附图说明
图1是结晶器在执行传统的连铸作业时的剖视图；
图2是根据本发明的使用熔融保护渣的连铸机的示意图；
图3是示出结晶器中的钢水表面的辐射热的流速根据本发明的连铸机的结晶器盖的内表面的反射率的曲线图；
图4是应用于根据本发明的连铸机的滑动闸的分解透视图；
图5和图6是示出应用于本发明的滑动闸的操作的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。然而，本发明不限于下面公开的实施例，而是可以以不同的形式实现。提供这些实施例仅仅是出于举例说明的目的，并且为了使本领域技术人员充分理解本发明的范围。在全部附图中，使用相同的标号来指示相同的元件。
图2是示出根据本发明的连铸机的示意图。本发明的连铸机包括：结晶器10；浸入式水口30，用于将钢水供应到结晶器10中；结晶器盖100，用于覆盖结晶器10的上部；保护渣熔化单元200，用于使将要供应到结晶器中的保护渣熔化；保护渣传送单元300，用于将在保护渣熔化单元200中熔化的熔融保护渣20供应到结晶器10中。
在上面的构造中，结晶器10和浸入式水口30是应用于传统的连铸机的普通构件，所以这里将省略对它们的描述。
结晶器盖100安装到结晶器10的上表面，以覆盖整个钢水表面，从而防止从钢水12的表面发射的辐射热传递到外部。为此，结晶器盖100的内表面(也就是与钢水面对的表面)由具有高反射率的材料制成，例如由铝镜或覆金镜制成，以反射从钢水12的表面发射的辐射波，然后使钢水12的表面或熔融保护渣20再次吸收辐射热。因此，可以将钢水12的表面的温度下降最小化，并且同时防止熔融保护渣20在结晶器10的壁表面再次凝固。
保护渣熔化单元200包括：保护渣供应件205；坩埚210，用于容纳来自保护渣供应件205的暂时熔化的液态的保护渣或者颗粒状或粉体状的保护渣；保护渣加热器220，例如围绕坩埚210设置的加热丝，以使保护渣熔化；排放口230，用于排放坩埚210中的熔化为期望状态的熔融保护渣；塞棒240，用于打开或关闭排放口230，以控制排放的熔融保护渣的量。塞棒240在排放口230的上方的位置垂直地移动，因此调节排放口230的边缘和塞棒240的下端之间的距离，从而控制排放的熔融保护渣的量。这时，通过气缸或液压缸(未示出)的方式精确地控制塞棒240的垂直运动。
传送单元300包括：注射管310，具有连接到保护渣熔化单元200的一端和设置有注射喷嘴312的另一端，以穿过结晶器盖100来将熔融保护渣20供应到结晶器中；注射管加热器320，在保护渣熔化单元200和结晶器盖100之间围绕注射管310的外部，以加热注射管310。这时，为了将熔融保护渣20保持在恒定的温度，优选地，用隔热材料使注射管310和注射管加热器320的外部隔热。
在上述构造中，结晶器盖100是用于在整个工艺阶段中使用熔融保护渣来执行连铸作业的必要组件。已经发现，如果钢水的辐射热的流速为0.15MW/m2或更大，则当熔融保护渣20被注入到结晶器中时，在钢水表面中的热损失比使用传统的粉体状的保护渣的情况下的热损失大。参照图3，图3示出了辐射热的流速根据基于上文的反射率的变化，已发现，当钢水的关于IR线(即，辐射波)的反射率小于50％时，钢水表面的热损失比使用粉体的保护渣的传统作业的情况下的热损失大。因此，结晶器盖100的内表面(即，面对钢水的表面)由诸如铝、铜和金的对钢水的辐射热具有良好的反射效率的材料制成，同时，所述表面被设计为具有合适水平的表面粗糙度，使得内表面的反射率为50％或更大。即，结晶器盖100的内表面保持为对500nm至4000nm范围内的IR线具有至少50％的平均反射率，从而在铸造作业过程中将钢水表面保持在设定的温度，因此在整个铸造阶段过程中，使用熔融保护渣顺利地进行铸造作业。
同时，在装载到坩埚210中的保护渣中，碳组分(例如石墨或碳黑，下面称为游离碳，以与碳酸盐形式的碳相区分)限制到1wt％或更少。这是因为在本发明的铸造作业中不需要游离碳。使用粉体状的保护渣的传统作业需要包含1wt％或更多的游离碳，以防止形成渣块。然而，由于注射熔融状态的保护渣并且因此不形成渣块，所以本发明不需要添加游离碳。因此，优选地，不包含游离碳。然而，即使添加作为杂质的1w％或更少的游离碳，游离碳也在保护渣熔化工艺中被氧化然后以气体状态去除，从而在熔融保护渣中不存在游离碳。
保护渣熔化单元200和传送单元300局部地或全部地由铂(Pt)或铂合金(例如，铂-铑(Pt-Rh))制成。在铸造工艺过程中，保护渣应当使浮到钢水表面的非金属夹杂物快速熔化，从而具有低粘度且快速熔化氧化物，例如Al2O3。因此，在现有的玻璃工业中使用的难熔材料的炉子的问题在于被熔融保护渣20迅速腐蚀。具体地说，当在用于从保护渣熔化单元200排放熔融保护渣20的排放口230、塞棒240的下端和保护渣传送单元300的包括注射喷嘴312的注射管310发生腐蚀时，不能精确地控制熔融保护渣的流速，从而不能稳定地执行连铸作业。因此，在本发明中，至少注射管310和与注射管连接或接触注射管的部分(即，用于排放熔融保护渣的排放口230、塞棒240和注射管310)优选地由铂或铂合金制造以防止由保护渣引起的腐蚀。虽然除了铂或其合金之外，高耐热石墨或镍合金不被熔融保护渣腐蚀，但是难以在1300℃或更高的高温下保持长时间，因此不适于连续的连铸作业。
此外，在上述构造中，熔融保护渣的流速根据每单位时间供应到结晶器中的钢水量而变化。当供应的钢水量在lton/min至5ton/min的范围内时，熔融保护渣的量在0.5kg/min至5kg/min的范围内。因此，为了在整个连铸工艺阶段中连续地注射熔融保护渣20，需要精确地控制这样的低流速。即，传统上，使用倾斜方法或利用压力差的虹吸方法来注射熔融保护渣。这些方法容易将大量的保护渣注射到钢水的表面，但是这些方法不适于将熔融保护渣的流速精确地控制在0.5kg/min至5kg/min的范围内以实现本发明的目标。具体地说，传统的方法不适于在观察钢水表面并检测覆盖钢水表面的保护渣的厚度的同时，瞬时地控制流速。因此，关于本发明中的熔融保护渣的注射，如图2所示，塞棒240垂直地移动，以控制塞棒240的下端和排放口230的边缘之间的间隙，从而能精确地控制熔融保护渣20的低流速。
同时，也可使用如图4、图5a和图5b所示的滑动闸代替图2中所示的塞棒240来实现熔融保护渣20的流速控制。参照图4、图5a和图5b，用于控制从保护渣熔化单元200供应的熔融保护渣20的流速的滑动闸340包括：上板342，结合到保护渣熔化单元200的排放口230，并且形成有与排放口230连通的流入通孔342a；下板，结合到传送单元300的一端，并形成有与传送单元300的注射管310连通的流出通孔344a；开/关板346，可滑动地安装在上板342和下板344之间，并形成有连通孔346a；气缸或液压缸(未示出)，用于横向地移动开/关板346。在如上构造的滑动闸340中，开/关板346在图5a所示的关闭位置和图5b所示的打开位置之间移动，从而开/关板346的连通孔346a控制流入通孔342a和流出通孔344a的开口大小。因此，穿过滑动闸340的熔融保护渣20的流速得以控制。这时，由于上述原因，滑动闸340直接与熔融保护渣接触的部分优选地由铂或铂合金制成。
虽然上述滑动闸340安装在保护渣熔化单元200和传送单元300的注射管310之间，但是滑动闸340可安装在注射管310的中部的任何位置，或者可安装在与结晶器盖100相邻的位置，即，在结晶器盖100的正上方。在这种情况下，由于刚好在熔融保护渣20进入结晶器10之前控制熔融保护渣20的流速，所以能更精确地将期望量的熔融保护渣20供应到结晶器10。这是因为，虽然传送单元300将熔融保护渣20保持在期望的温度，但是由于当熔融保护渣20在长度长的传送单元300中流动时，高温的熔融保护渣20的状态变化，所以实际供应到结晶器10中的熔融保护渣20的流速会变化。
当熔融保护渣20从保护渣熔化单元200供应到结晶器10中时，传送单元300应当将熔融保护渣20保持在恒定的温度。为此，围绕传送单元300的注射管310设置注射管加热器320(例如加热丝)。
这是因为供应到结晶器中的熔融保护渣应保持在比液相线温度低100℃至300℃的温度范围。如果熔融保护渣在该温度范围以下，则钢水的温度会立刻下降，从而使钢水表面凝固。如果熔融保护渣在该温度范围以上，则钢水的凝固会在结晶器的壁上被严重地延迟。例如，在碳含量为60ppm且液相线温度为1530℃的普通超低碳钢的情况下，熔融保护渣的温度应当在1230℃至1430℃的范围内。
因此，当熔融保护渣20在传送单元300中流动时，注射管加热器320将熔融保护渣20保持在比钢水的液相线温度低100℃至300℃的温度范围内。这样，当熔融保护渣被供应到钢水表面时，如上所述，钢水没有被过度地冷却，或者没有在结晶器的壁上延迟钢水的凝固。此外，保持了熔融保护渣的粘性，并且熔融保护渣没有被冷却或甚至局部凝固，从而在连铸工艺过程中，可通过将熔融保护渣精确地控制在0.5kg/min至5kg/min的低流速范围内，来将熔融保护渣注射到结晶器中。
下面，将利用根据现有技术的对比示例更详细地解释本发明的特定示例。
根据本发明的示例
使用根据本发明的使用熔融保护渣的连铸机，用下端宽度为1012mm、厚度为100mm的结晶器执行板坯铸造工艺。钢的种类是碳含量为60ppm的超低碳钢。使用的保护渣是商业上可应用于铸造超低碳钢的保护渣，并且在分析误差范围内在熔融态没有检测到游离碳。在将保护渣在结晶器外部完全熔化之后，使用诸如塞棒240的流速控制单元将熔融保护渣20注射到结晶器10中。当注射时，熔融保护渣20的温度为1300℃。当开始铸造工艺之前结晶器10充满钢水时，开始铸造工艺，并且此时在熔池达到期望的厚度之后，将结晶器盖100安装到结晶器10。之后，随着铸造工艺进行，按消耗量补充熔融保护渣20。结晶器盖100由铝材料形成，并且结晶器盖100的表面被抛得非常光亮。所述表面被设计为对500nm至4000nm范围(即，来自钢水的辐射波的范围)内的IR线的平均反射率为85％。
根据现有技术的对比示例
如上面的实施例一样，用下端宽度为1012mm、厚度为100mm的结晶器执行碳含量为60ppm的超低碳钢的板坯铸造工艺。使用的保护渣是粉体状的保护渣，其中添加了1.5wt％的游离碳。即，保护渣的成分与在上面的示例中使用的熔融态(即，去除了游离碳的状态)的保护渣的成分基本上相同。如在使用粉体保护渣的普通铸造作业中，在铸造工艺之前结晶器充满钢时，将粉体保护渣投入结晶器中，然后开始铸造工艺。此外，在铸造工艺过程中，频频地投入并补充粉体保护渣。
本示例和对比示例的工艺条件和结果在下面的表1中列出。
表1
如表1所见，与传统的使用粉体保护渣的连铸作业相比，根据本发明的使用熔融保护渣的连铸作业具有以下的效果。
即，由于去除了渣块，所以保护渣的消耗量大大增加，从而降低了结晶器和凝固坯壳之间的摩擦。由于在熔融保护渣中不含游离碳，所以没有发生增碳。此外，由于结晶器盖使保温效果最大化，所以振痕深度大大减小。具体地说，与传统的作业相比，在振程减小且负滑动率减小的条件下，极好地减小了振痕的深度。
此外，对于一些本示例和对比示例，在铸造工艺过程中，将热电偶插入到结晶器中，以测量在结晶器的不同部分的总热，然后获得最大值、平均值以及最大值和平均值之比。沿宽度方向在长边的内侧和外侧的中心离沿铸造方向的弯月面3.3mm、23.9mm、44.6mm、65.2mm、106.5mm、230.4mm、354.3mm、457.6mm、581.5mm和705.4mm的点处插入各个热电偶。在每一位置，在分别离结晶器铜板的与凝固坯壳或钢水接触的热面5mm和20mm的距离处插入两个热电偶。在铸造工艺过程中，在每一位置利用由热电偶分别测量的温度差来测量总热，并利用总热来计算平均总热。如表1所见，在根据本发明的使用熔融保护渣的铸造作业的情况下，应该理解的是，与使用粉体保护渣的传统的作业相比，最大总热与平均总热之比减小，从而在本发明中实现了初期缓冷。本发明的初期缓冷的主要原因是最大总热刚好在弯月面下方降低。在使用粉体保护渣的传统的作业中，峰值总热与平均总热之比为2.0至2.5，而在根据本发明的铸造作业中，该比大大下降到1.2至1.5的范围。
虽然已经基于实施例和附图解释了本发明，但是本领域普通技术人员应该理解的是，在权利要求限定的本发明的范围内，可进行各种改变和修改。
Claims (11)
1、一种连铸机，包括：
结晶器盖，用于覆盖结晶器的上部；
保护渣熔化单元，用于使将要供应到结晶器中的保护渣熔化；
保护渣传送单元，用于将在保护渣熔化单元中熔化的熔融保护渣供应到结晶器，
其中，传送单元包括注射管和注射管加热器，注射管的一端连接到保护渣熔化单元，注射管的另一端穿过结晶器盖设置在结晶器中，注射管加热器用于加热注射管。
2、如权利要求1所述的连铸机，其中，注射管加热器包括围绕注射管布置的加热丝。
3、如权利要求1所述的连铸机，其中，在排放口处设置有朝排放口能够移动的塞棒，从而在塞棒的一端和排放口之间的间隙随着塞棒移动而受到控制，其中，传送单元的注射管连接到排放口并且通过排放口排放熔融保护渣。
4、如权利要求1所述的连铸机，还包括滑动闸，所述滑动闸包括：上板，具有在上板中形成的流入通孔；下板，具有在下板中形成流出通孔；开/关板，开/关板在上板和下板之间能够滑动并具有形成在开/关板中的连通孔，其中，滑动闸安装到注射管。
5、如权利要求4所述的连铸机，其中，与结晶器盖邻近地安装滑动闸。
6、如权利要求1至权利要求5中的任意一项所述的连铸机，其中，至少注射管和与所述注射管连接或接触的一部分包含铂或铂合金。
7、如权利要求1至权利要求5中的任意一项所述的连铸机，其中，结晶器盖的内表面对红外线的反射率为50％或更高。
8、一种连铸方法，包括以下步骤：
在结晶器外部熔化保护渣；
在整个连铸工艺中将熔融保护渣以受控的熔融保护渣的流速投入结晶器
中；
阻挡来自钢水的辐射热，
其中，在将保护渣熔化之后，加热熔融保护渣，以保持熔融保护渣的温度恒定，直到将保护渣投入结晶器中。
9、如权利要求8所述的连铸方法，其中，在保护渣熔化步骤中使用的材料包含1wt％或更少的游离碳。
10、如权利要求8或权利要求9所述的连铸方法，其中，当供应的钢水量在1ton/min至5ton/min的范围内时，熔融保护渣的流速控制在0.5kg/min至5kg/min的范围内。
11、如权利要求8或权利要求9所述的连铸方法，其中，熔融保护渣保持在比钢水的液相线温度低100℃至300℃的温度范围内。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Open date: 20090708 |