CN102039309A

CN102039309A - 双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法

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Publication number: CN102039309A
Application number: CN2009101976405A
Authority: CN
Inventors: 张俊宝; 方园; 叶长宏
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd; Baosteel Group Corp
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-05-04

Abstract

双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，在双辊连铸过程中，两条金属母带分别通过两个反向旋转的结晶辊共同形成钢液溶池，金属熔液在母带上发生结晶凝固，在结晶辊的铸轧作用下形成复合铸带，再经轧制形成最终薄带。本发明无开浇问题，复合铸带表面质量高，浇铸效率高，可浇铸复合成分和复合结构薄带。

Description

双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法

技术领域

本发明涉及金属薄带连铸技术，特别涉及双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法。

背景技术

薄带连铸技术是冶金及材料研究领域内的一项前沿技术，它的出现正为钢铁工业带来一场革命，它改变了传统治金工业中薄型钢材的生产过程。

传统的薄型钢材一般采用板坯连铸法，在生产中需要经过多道次热轧和反复冷轧等工序。能耗大，工序复杂，生产周期长，劳动强度大，产品成本高，转产困难等缺点。厚板坯(200～300mm)连铸连轧工艺线长度一般在500～800m之间，薄板坯(50～60mm)为300～400m，而采用薄带连铸技术，将连续铸造、轧制、甚至热处理等整合为一体，使生产的薄带坯稍经冷轧就一次性形成工业成品，简化了生产工序，缩短了生产周期，其工艺线长度仅60m。设备投资也相应减少，产品成本显著降低，并且薄带质量不亚于传统工艺。此外，利用薄带连铸技术的快速凝固效应，还可以生产出难以轧制的材料以及具有特殊性能的新材料。但从目前的研究情况看，主要集中在不锈钢、低碳钢和硅钢片方面。

薄带连铸技术工艺方案因结晶器的不同分为带式、辊式、辊带式等，其中研究得最多、进展最快、最有发展前途的当属双辊薄带连铸技术。该技术在生产0.7～2mm厚的薄钢带方面具有独特的优越性，其工艺原理是将金属液注入一对反向旋转且内部通水冷却的铸辊之间.使金属液在两辊间凝固形成薄带。双辊铸机依两辊辊径的不同分为同径双辊铸机和异径双辊铸机.两辊的布置方式有水平式、垂直式和倾斜式三种，其中尤以同径双辊铸机发展最快、已接近工业规模生产的水平。

1857年，英国的Bessemer首次尝试采用双辊技术直接铸造钢带，并获得了该项技术的第一项专利。在最初的100多年里，由于制造技术和控制技术等相关技术的落后.过程控制较为困难，产品质量无法保证，使得这项技术基本上处干停滞状态。到了1989年，澳大利亚BHP(Broken Hill Proprietary Company)公司和日本的IHI(Ishikawajima-Harima Heavy Industries)公司决定联合开发钢的双辊薄带连铸技术。在澳大利亚建立了一个用于研究此项技术的研究厂，命名为M工程。直至1999年，M工程才完成了它的使命。通过研究和开发，在薄带连铸技术方面获得了1500多项专利。为了管理和继续研发有关技术，由美国Nucor公司，BHP和IHI合资组建了一个铸带(CastripTM)有限责任公司(LLC)。首家利用薄带连铸技术进行商业性生产的公司是美国Nucor公司，命名为C工程。

目前钢铁材料薄连铸技术的主要问题是钢带的表面质量达不到要求。所有的薄带连铸所生产的材料均是表面等级较低的钢板，表面质量问题是制约钢铁材料薄连铸技术发展的主要瓶径。另外，钢铁材料的热能较高，因此钢板薄带连铸的速度比较低。

发明内容

鉴于现有状况，本发明的目的在于提供一种双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，特别是钢铁材料的薄带连铸技术，钢板的表面质量达到传统热轧薄板的表面质量，同时薄板的连铸速度达到现有薄带连铸速度的两倍。

为达到上述目的，本发明的技术方案是采用双辊双带复合连铸连轧技术，在金属材料的连铸过程中，两条金属母带分别通过两个反向旋转的结晶辊共同形成钢液溶池，金属熔液在母带上发生结晶凝固，在结晶辊的铸轧作用下形成复合铸带，再经轧制形成最终薄带。

具体地，双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，两条金属母带环绕于结晶辊，由两个结晶辊和两条金属母带形成熔池，熔池中的金属熔液与金属母带接触发生凝固；金属熔液凝固后与两个金属母带共同形成复合铸带，两个结晶辊相互反向转动带动下，复合铸带向下运动，经导向辊转向后进入热轧机轧制，轧制后进行成品薄带；复合铸带在结晶辊的出带时表面温度区间在两条金属母带中低熔点母带0.5T_m～0.9T_m之间。

进一步，本发明复合铸带在结晶辊的出带后再通过第二对结晶辊二次铸轧冷却，或者，可以进行气冷或水雾冷却，经导向辊转向后进入热轧机轧制，轧制后进行成品薄带。

两条金属母带在压紧辊的压紧下环绕于结晶辊。

作为金属母带材料为碳钢、不锈钢、铜、钛、镍或铬。

在连铸过程中两条金属母带的成分可以相同，也可以不相同。

采用张力控制协调系统中各个部分，两条母带和复合铸带的张力相同，张力的范围为2.3Mpa～5.0MPa。

另外，复合铸带在结晶辊的出带时表面温度区间在两条金属母带中低熔点母带为0.6T_m～0.8T_m之间。

复合铸带进入热轧机之前复合铸带表面温度在两条金属母带中低熔点母带0.75T_m以下。

浇铸的金属熔液的金属材料为碳钢、不锈钢、高温合金、或铝。

本发明技术要求双结晶辊对液态金属进行凝固结晶，要求双金属薄带做为连铸金属母带。

作为金属母带的金属薄带可以是任何金属薄带，包括碳钢、不锈钢、铜、钛、镍、铬等。

作为金属母带的金属薄带可以是任何成分的钢带，在连铸过程中两条连铸金属母带的成分可以相同，也可以不相同。

浇铸的金属熔液可以是任意金属材料，包括碳钢、不锈钢、高温合金、铝等。本发明生产工艺适应性强，由不同的金属母带及浇铸材料直接生产不同的复合薄带。无需进行设备改造。

本发明的技术特点在于：

1.表面质量容易控制，材料表面质量高。铸带的表面质量由母带的表面质量决定，整体连铸过程中母带的表面温度可控，表面不发生严重的氧化，不产生裂纹，因此表面质量高。

2.省去了薄带连铸难以控制的开浇问题。

3.连铸工艺易控制，连铸过程中整体系统采用张力控制，铸机及轧机的协调性强。

4.不发生普通薄带连铸中的粘辊现象，对结晶辊的要求降低。

5.连铸速度高，采用母带进行浇铸，熔融金属凝固速度快，连铸的速度可以达到普通薄带连铸的2倍以上。例如，在浇铸两面为不锈钢中间为碳钢的复合薄带时，两面不锈钢及中间碳钢的厚度分别为2mm，连铸的速度可以达到200m/min，为普通碳钢薄带连铸的2～3倍。

6.本发明生产工艺适应性强，可生产不同的复合薄带。无需进行设备改造。

附图说明

图1为本发明双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法的示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，两条连铸金属母带1在压紧辊2的压紧环绕于结晶辊3，由两个结晶辊3和两条连铸金属母带形成一个熔池4。熔池中的金属熔液也连铸金属母带1带接触，热量传导给金属母带发生凝固，金属母带1升温，并将热量传导结晶辊3。金属熔液凝固后与两个金属母带共同形成复合铸带7，两个结晶辊3相互反向转动带动下，复合铸带7向下运动，经过第二结晶辊5的冷却作用，复合铸带7的表面温度降低。也可以不含有第二结晶辊5，直接进入导向辊6转向。复合铸带7转向后进入热轧机8轧制，轧制后进行成品薄带。

本发明的热力学原理在于：金属母带吸收熔融金属的热量共同形成同一温度的复合薄带。以1mm厚双钢带母带为例，以1558℃钢水浇铸，复合铸带总厚度为4mm。相当于等量的钢水和钢带进行作用，热量平衡见下式：

c_sm_s(T_u-T_room)＝c_sm_l(T_sl-T_u)+c_lm_l(T_l-T_sl)+ΔH

c_s＝462J/kg·℃，

c_l＝840J/kg·℃，

ΔH＝250kJ/kg

式中，c_s为母带热容，m_s为母带质量，T_u为钢液凝固点，c_l为钢液热容，m_l为钢液质量，T_room为室温，T_sl为出带温度，ΔH为钢液焓。

最终的温度为1057℃，考虑结晶辊的降温作用以及环境的降温作用，最终进入热轧机7之前的温度可控制在950℃。如果采用第二结晶辊铸带的厚度可以加大。铸机的速度与热轧精轧机组速度相当。并且这一连铸过程不发生热轧机组的间歇工作特性，生产效率较高。

实施例1

为了实现工业生产性的双辊双带连铸，实验室采用双金属板制成薄盒的方法模拟。采用2mm厚的低碳钢板，制成1米宽、100mm长、6mm厚的薄盒，薄盒外用铜水槽冷却。采用2mm的流嘴将钢液注入薄盒中间槽中，完全注满后送入轧机轧制，终带的厚度为2mm。铸带表面质量好，内部无缺陷，平均晶粒尺寸为5微米。

实施例2

过程同实施例1，是由不锈钢制成的薄盒。最终得到薄带为表面层为不锈钢的薄带，界面处具有一个扩散层。表面质量达到热轧不锈钢的质量。

实施例3

过程同实施例1，是由一面为2mm不锈钢另一面为3mm铜板制成的薄盒。最终得到薄带为表面层一面为不锈钢另一面为铜的薄带，铜钢界面扩散层较大，结合良好。表面质量达到热轧不锈钢的质量，铜表面发生一定程度的氧化，变形量较大。

实施例4

过程同实施例1，是由一面为2mm不锈钢另一面为2mm钛板制成的薄盒。最终得到薄带为表面层一面为不锈钢另一面为钛的薄带，界面结合良好，表面质量高。

实施例5

过程同实施例1，是由一面为2mm不锈钢另一面为2mm的IF钢板制成的薄盒。中间槽中浇铸的是高温合金材料，最终得到薄带为表面层一面为不锈钢另一面为IF钢，中间层为高温合金的薄带，界面结合良好，表面质量高。高温合金的组织均匀。

实施例6

过程同实施例1，是由一面为2mm铜另一面也为2mm的铜板制成的薄盒。中间槽中浇铸的是铝，最终得到薄带为表面层为铜，中间层为铝的复合薄带，界面为冶金结合，表面质量高。

实施例7

过程同实施例1，是由一面为2mm铜另一面也为2mm的铜板制成的薄盒。中间槽中浇铸的是碳钢，最终得到薄带为表面层为铜，中间层为钢的复合薄带，界面为冶金结合，表面质量高。

实施例8

过程同实施例7，是由一面为2mm铜另一面也为2mm的铜板制成的薄盒。中间槽中浇铸的是不锈钢，最终得到薄带为表面层为铜，中间层为不锈钢的复合薄带，界面为冶金结合，表面质量高。

Claims

1.双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，两条金属母带环绕于结晶辊，由两个结晶辊和两条金属母带形成熔池，熔池中的金属熔液与金属母带接触发生凝固；金属熔液凝固后与两个金属母带共同形成复合铸带，两个结晶辊相互反向转动带动下，复合铸带向下运动，经导向辊转向后进入热轧机轧制，轧制后进行成品薄带；复合铸带在结晶辊出带时表面温度区间为低熔点母带的0.5T_m～0.9T_m之间。

2.如权利要求1所述的双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，其特征在于：复合铸带在结晶辊的出带后再通过第二对结晶辊二次铸轧冷却，或者，可以进行气冷或水雾冷却，经导向辊转向后进入热轧机轧制，轧制后进行成品薄带。

3.如权利要求1所述的双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，其特征在于：两条金属母带在压紧辊的压紧下环绕于结晶辊。

4.如权利要求1或3所述的双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，其特征在于：在连铸过程中两条金属母带的成分可以相同，也可以不相同。

5.如权利要求1或3所述的双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，其特征在于：金属母带材料为碳钢、不锈钢、铜、钛、镍或铬。

6.如权利要求1、或2或3中所述的双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，其特征在于：所述的两条金属母带和复合铸带的张力相同，张力的范围为2.3Mpa～5.0MPa。

7.如权利要求1或2或3所述的双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，其特征在于：复合铸带在结晶辊的出带时表面温度区间在两条金属母带中低熔点母带为0.6T_m～0.8T_m之间。

8.如权利要求1或2或3所述的双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，其特征在于：复合铸带进入热轧机之前复合铸带表面温度在两条金属母带中低熔点母带0.75T_m以下。

9.如权利要求1所述的双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，其特征在于：浇铸的金属熔液的金属材料为碳钢、不锈钢、高温合金、或铝。