CN107790655B - 改善表面缺陷的奥氏体系不锈钢的连铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种改善表面缺陷的奥氏体系不锈钢的连铸方法。本发明的一个实施例的包括向含有奥氏体系不锈钢的钢水的铸模内投入保护渣的步骤的奥氏体系不锈钢的连铸方法中，所述钢水上形成的熔渣层各部位的厚度差小于10mm。因此，通过奥氏体系不锈钢钢水的脱氧和微细精炼来完成钢水温度的调整后，控制从钢包注入到中间包的钢水的温度和从中间包排出至铸模的喷射流以控制熔渣的各部位厚度，并且通过优化保护渣的投入来减少保护渣向铸坯表层的混入以减少黑带缺陷的发生，从而能够改善奥氏体系不锈钢连铸铸坯表面的缺陷。

Description

改善表面缺陷的奥氏体系不锈钢的连铸方法

技术领域

本发明涉及一种奥氏体系不锈钢的连铸方法，更详细地，涉及一种改善表面缺陷的奥氏体系不锈钢的连铸方法。

背景技术

奥氏体系不锈钢中的304钢被生产成通用钢以及普通钢，因其耐蚀性、耐热性、机械性质优异，被用于厨房用品、家庭用品、建筑材料等。

其中，通过连铸制造上述304钢时，若在所述连铸过程中使用的保护渣中的碳含量未被适当地控制，则在所述奥氏体系不锈钢的冷轧钢卷中频繁出现诸如黑带缺陷等黑带(black band)性缺陷。

奥氏体系不锈钢的黑带缺陷主要出现在铸坯中心部。因为铸坯的中心部比周围部温度低且保护渣的熔融速度慢，从而无法确保熔渣层的厚度，导致熔渣块(slag bear)成长过多。

一般来说，保护渣的组成成分中碳是决定所有保护渣的性能的最重要的因素。碳的主要作用是通过控制投入的保护渣的熔融速度并抑制钢液与空气的反应而引起的再氧化以确保稳定的铸造环境和良好的铸坯品质。但是，若保护渣中的碳含量过多或保护渣的熔融池的深度薄，则钢水中出现渗碳而导致最终连铸铸坯中出现黑带缺陷，因此，铸坯表面会呈现黑带形状。

此时，为了去除所述黑带性缺陷，在所述奥氏体系不锈钢的冷轧工序中需要进行额外的工序，如钢卷重卷或钢卷磨削等的CG(Coil Grinding)处理等。在这种情况下，会发生昂贵的铸坯损耗，且在将铸坯移送至热轧工厂的过程中需要时间，从而在物流方面出现很多问题。

用于减少黑带缺陷的现有技术中现有技术文献1中公开的低碳系不锈钢方坯的问题在于，因现使用的保护渣内含有3.5％左右的自由碳，由于碳渗透到低碳系方坯钢水中制造碳化铬系化合物，从而引发裂纹，因此，根据碱度基于钢水热量的保护渣的熔融、铸模熔渣池的形成以及铸模与铸坯之间的保护渣的润滑特性会有所不同，但通过改善碱度(CaO/SiO₂)能够获得良好的铸坯表面状态。

此外，现有技术文献2中公开了如下内容，就混合各种原料的混合类型、将除碳以外的原料预先烧成的烧成类型或预先熔融的熔融类型的粉末或由颗粒组成的钢的连铸用保护渣而言，其含有由0.2～5重量％的比表面积为95BET-m²/g以上且小于Ph8的炭黑来组成。并且公开了由于含有0.2～5重量％的比表面积为95BET-m²/g以上且小于Ph8的炭黑作为熔融速度调整剂的碳质原料，提高了分散度的稳定性，随之提高熔渣化速度的稳定性，从而使用时消除了熔融粉末熔渣层厚度的不均匀性，最终能够防止铸坯品质的劣化和拉漏(breakout)等作业问题，并且，制造时消除了生产批次之间的分散度之差，因此能够大幅度减少不合格频率，显著提高生产率。

在现有的研究中，因碳的渗碳而出现的铸坯的缺陷对后续工序的最终产品的品质也产生巨大的影响，因此试图通过改良保护渣来得到改善。这种技术是为了去除黑带缺陷而以减少黑带缺陷的方向改善保护渣的物理性质，因此是在黑带缺陷出现在整个铸坯、整个方坯中的情况下能够改善的案例。

就本发明中而言，黑带缺陷的发生程度为1％以下，非常低，并且认识到相比保护渣的改善，通过铸模内钢水与熔融保护渣以及铸模之间的最优化更能减少缺陷，从而进行了本发明。在现有技术中，由于连铸后用肉眼观察铸坯表面而用肉眼无法判断是否发生渗碳，因此，即便是低的缺陷率，也会对整个表面进行磨削或对在后续工序中发现的缺陷进行磨削来去除。就这种情况而言，虽然能够提高最终产品的品质，但存在实收率会降低且需要承担额外的磨削费用的缺点，因此，迫切需要尽量省略表面磨削来生产良好的产品。

现有技术文献

(专利文献1)韩国注册专利公报第10-0650779号(2006年11月30日公告)

(专利文献2)日本专利公开第1993-038560号(1993年2月19日公开)

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的实施例的目的在于提供一种能够通过控制熔渣的各部位的厚度来减少连铸铸坯的黑带缺陷的发生的奥氏体系不锈钢的连铸方法。

(二)技术方案

本发明的一个实施例的改善表面缺陷的奥氏体系不锈钢的连铸方法，包括向含有奥氏体系不锈钢的钢水的铸模内投入保护渣的步骤，所述钢水上形成的熔渣层各部位的厚度差满足下述式(1)，

|t1-t2|<10mm---式(1)

其中，t1是熔渣层的边缘部厚度(mm)，t2是熔渣层的中心部厚度(mm)。

并且，根据本发明的一个实施例，所述熔渣层各部位的厚度差可为-3至6mm。

并且，根据本发明的一个实施例，在连铸时将中间包的铸造温度与理论凝固温度之差铸造温度过热度△T可控制在20至40℃。

并且，根据本发明的一个实施例，通过浸渍在所述钢水的浸入式水口从中间包连续排出钢水，从所述浸入式水口排出的钢水的排出角度可为-15至0°。

并且，根据本发明的一个实施例，可未向浸渍在所述钢水的浸入式水口的周边区域投入所述保护渣。

并且，根据本发明的一个实施例，

就投入在所述熔渣层上的所述保护渣而言，相对于总铸造宽，由下述式2定义的未投入区域对投入区域的面积比率为20至100％，

未投入区域面积/投入区域面积×100---式(2)。

(三)有益效果

在本发明的实施例中，在对奥氏体系不锈钢进行连铸时，通过钢水的脱氧和微细精炼来完成钢水温度的调整，然后控制从钢包注入到中间包的钢水的温度和从中间包排出至铸模的喷射流以控制熔渣的各部位厚度，并且通过优化保护渣的投入来减少保护渣向铸坯表层的混入以减少黑带缺陷的发生，从而能够改善奥氏体系不锈钢连铸铸坯表面的缺陷。

附图说明

图1是用于说明本发明的一个实施例的奥氏体系不锈钢的连铸工序的示意图。

图2是用于说明现有奥氏体系不锈钢的连铸工序中铸模内钢水流向的图。

图3是示出现有奥氏体系不锈钢的铸坯表面的黑带缺陷的照片。

图4是示出现有奥氏体系不锈钢的铸坯表面的黑带缺陷发生频率。

图5是示出本发明的一个实施例的通过用于测定铸模内钢水的流动模式的钉板测试(nail board test)来测定的熔渣的各部位厚度的图表。

图6和图7是用于说明本发明的一个实施例的铸模内钢水的流动模式的图。

图8和图9是用于说明本发明的一个实施例的保护渣的投入模式的图。

附图说明标记

1：钢包 2：中间包

3：铸坯 10：铸模

11：浸入式水口 12：熔渣层

13：碳浓化层 14：烧结层

15：保护渣 16：熔渣块

17：凝固壳 M：钢水

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。以下的实施例是为了向本发明所属技术领域的技术人员充分传递本发明的思想而提出的。本发明并不限定于在此提出的实施例，可以以其他形式具体化。附图为了明确说明本发明而省略了与说明无关的部分，为了有助于理解，有可能放大表示组成构件的大小。

图1是用于说明本发明的一个实施例的奥氏体系不锈钢的连铸工序的示意图。

进行连铸工序的连铸装置被装在装着经过电炉-精炼炉的炼钢工序中精炼的钢水移送的钢包(ladle)1，从而开始连铸工序中的铸造。所述钢包1的下部设置有中间包2，中间包2的下部设置有将钢水生产成具有规定厚度和宽度的铸坯的铸模10。

其中，钢包1的底面设置有作为将钢水排放至中间包2的通道的保护套管(shroudnozzle)(未示出)，中间包2的底面设置有作为将钢水排放至铸模10的通道的浸入式水口11。

并且，钢包1和保护套管之间可设置有控制流入中间包2的钢水的量的钢包滑动水口(未示出)，所述中间包2与浸入式水口11之间可设置有控制流入铸模10的钢水的量的中间包滑动水口(未示出)。

如上所述构成的连铸装置中进行的连铸工序是将容纳于钢包1中的钢水通过保护套管注入到中间包2，并将注入到中间包2的钢水通过浸入式水口11连续注入到被水冷的铜板铸模10从而对钢水进行一次冷却。其中，铸模10上端连续被投入起到铸模10与凝固壳17之间的润滑作用的保护渣15。然后，对经过一次冷却的铸坯3表面洒冷却水来进行二次冷却的同时进行拉拔，从而凝固钢水并制造铸坯3。然后以规定大小切割生产。

图2是用于说明现有奥氏体系不锈钢的连铸工序中铸模内钢水流向的图。

具体地，图2是关于向奥氏体不锈钢铸坯表面出现黑带缺陷的铸模内投入保护渣时钢水的流向以及熔渣等的生成和作用的图。

就钢的连铸而言，通过浸入式水口11注入的钢水M表面的上部投入保护渣15时，因钢水M的热，钢水M表面形成熔渣层12、碳浓化层13以及未熔融的原粉末层的层状结构。未熔融的原粉末层被区分为烧结层14和保护渣15，熔渣层12由于碳溶解度低而难以固溶，因此碳浓化层13位于熔渣层12上面。

所述熔渣层12流入钢的所述凝固壳17与所述铸模之间而被消耗。所述熔渣层12起到所述铸模10与所述凝固壳17的润滑作用、钢水中浮上的夹杂物的溶解和吸收作用、钢水的氧化防止和保温作用、所述凝固壳17与所述铸模10之间的导热介质作用。

通过确保一定厚度的所述熔渣层12的厚度并使规定量的液态熔渣流入所述铸模10与所述凝固壳17之间以获得健全的铸坯。所述熔渣层12的厚度尤其重要，若其厚度过于薄，则未熔融的原粉末层与钢水液面靠近，因此钢水面稍微变动，将变成容易与所述熔渣层12与未熔融的原粉末层之间浓缩的所述碳浓化层13接触的状态，因此容易渗碳，从而容易发生缺陷。

但是，若所述熔渣层12过于厚，则存在生成熔渣块16等问题。而且，所述熔渣层12过于薄或厚也会容易引起原粉末层的不均匀流入或流入不足，成为龟裂或拉漏的原因。而且，在连铸初期浸入式水口11周围根据预热状态温度低，铸造过程中是通过浸入式水口11排出的钢水流最终相遇的点，因此温度也会相对低，从而熔融不足，存在所述熔渣层12的厚度薄，熔渣块16过多生长的问题。

图3是示出现有奥氏体系不锈钢的铸坯表面的黑带缺陷的照片。图4是示出现有奥氏体系不锈钢的铸坯表面的黑带缺陷发生频率。

参照图3，可以知晓是通过现有连铸工序制造的304钢的铸坯表面照片，且在铸坯表面发生黑带缺陷。

参照图4，可以知晓主要在铸坯的中心部发生黑带缺陷，如上述说明，这是因为与周边温度相比，浸入式水口11的温度相对低，随着熔融不足，熔渣层12的厚度变薄而发生渗碳，因此，主要在铸坯的中心部发生黑带缺陷。

图5是示出本发明的一个实施例的通过用于测定铸模内钢水的流动模式的钉板测试(nail board test)来测定的熔渣的各部位厚度的图表。图6和图7是用于说明本发明的一个实施例的铸模内钢水的流动模式的图。

参照图2和图5至图7，根据本发明的一个实施例，包括向含有奥氏体系不锈钢的钢水M的铸模10内投入保护渣15的步骤的奥氏体系不锈钢的连铸方法中，所述钢水M上形成的熔渣层12各部位的厚度之差满足下述式(1)。

|t1-t2|<10mm---式(1)

其中，t1是熔渣层的边缘部厚度(mm)，t2是熔渣层的中心部厚度(mm)。

当所述熔渣层12的各部位厚度之差为10mm以上时，只是由于所述熔渣层12的边缘部过于厚而熔渣块16生长过多，阻碍了所述熔渣块16与凝固壳17之间的所述熔渣层12的流入路径，从而导致润滑性能降低、根据凝固不均匀的连铸铸坯表面的品质降低，相对而言，所述浸入式水口11周围，即所述熔渣层12的中心部由于熔渣层厚度薄，从而存在铸坯中心部侧发生黑带缺陷的问题。

例如，优选地，所述熔渣层12各部位的厚度之差可为-3至6mm。

若所述熔渣层12各部位的厚度之差小于-3mm，则所述熔渣层12边缘部的厚度过于薄，容易引起未熔融的原粉末层的不均匀流入，且成为龟裂或拉漏的原因。当所述熔渣层12各部位的厚度之差超过6mm时，存在所述熔渣层12的边缘部生长过多的熔渣块16的问题。因此，所述熔渣层12各部位的厚度之差优选为-3至6mm。

例如，为了达到所述熔渣层12的厚度，在连铸时将作为中间包的铸造温度与理论凝固温度之差的铸造温度过热度(△T)控制在20至40℃。其中，所述铸造温度过热度(△T)可定义为如下所述。

铸造温度过热度(△T)＝中间包温度-理论凝固温度

其中，所述过热度(△T)是指在连铸时为了确保良好的作业性和铸坯品质而对所述理论凝固温度进一步补偿的温度，理论凝固温度是指钢水开始凝固的温度。

在本发明中，优选将铸造温度过热度(△T)控制在20至40℃。若所述铸造温度过热度(△T)小于20℃，则不仅存在夹杂物分离漂浮或铸造性变得不利的缺点，而且还存在因钢水初期凝固而会发生喷嘴堵塞的问题。另一方面，铸造中为了与温度下降区间的连接而铸造温度过于高而所述铸造温度过热度(△T)超过40℃时，由于受强的流场的影响，所述浸入式水口11的周边部即在铸坯中心部发生涡流(vortex)，因此所述熔渣层12的厚度减少，便成为容易与所述碳浓化层13接触的状态，因此容易渗碳，导致表面缺陷增加，由于铸模内钢水的凝固变慢，由此铸造材料的特定部位发生发出亮光的现象，因此，铸造和轧制工序变得不稳定，当过热度变高而发生未凝固时，凝固层变薄，发生作为约束性凝固层拉漏现象的凝固层拉漏(break out)，有可能演变成大型事故。

此外，例如，为了达到这种所述熔渣层12的厚度，通过浸渍于所述钢水的浸入式水口11，从中间包连续排出钢水，从所述浸入式水口11排出的钢水的排出角度(α)可为-15至0°。所述钢水的排出角度(α)可通过对所述浸入式水口11排出口的形状进行变形来容易地控制。例如，当所述排出口向下形成时，钢水的排出角度同样可向下。

典型的铸模内钢水的流动模式有单旋转流(single flow)和双旋转流(doubleflow)。如上所述控制排出角度的目的在于使铸模内钢水的流动模式具有双旋转流。

参照图7，当从所述浸入式水口11排出的钢水的排出角度β超过0°而向上排出时，一般形成单旋转流，此时，钢水不在所述浸入式水口11周边部即铸坯中心部流动，形成钢水的温度变低的死区(dead zone)P，因此碳浓化层13混入铸坯表层组织的可能性变高。

参照图6，可以看出铸模内钢水的流动模式具有双旋转流，钢水向铸模排出后沿着铸模的上部和下部各自形成钢水流向。参照图7，可以看出铸模内钢水的流动模式具有单旋转流，钢水向铸模排出后沿着铸模的下部形成钢水流向。

在本发明中，为了使铸模内钢水的流动模式具有双旋转流，将从所述浸入式水口11排出的钢水的排出角度α优选控制在-15至0°。

当从所述浸入式水口11的钢水排出角度α小于-15°时，从所述浸入式水口11排出的钢水只形成沿着铸模10的下部向下流动的钢水的流向，从而不形成沿着上部向上流动的钢水的流向，因此形成单旋转流。当从所述浸入式水口11的钢水排出角度α超过0°时，从铸模内钢水的上部排出，从而形成单旋转流。

只是，即使是从所述浸入式水口11的钢水排出角度α被控制在-15至0°而钢水具有双旋转流的情况，若铸造温度过于高而所述铸造温度过热度△T超过40℃，则钢水排出角度相对为上向角的情况也会形成双旋转流，但受强的流场的影响，所述浸入式水口11的周边部即铸坯中心部发生涡流(vortex)，因此所述熔渣层12的厚度减少，便成为容易与所述碳浓化层13接触的状态，因此容易渗碳，表面缺陷增加。

因此，优选地，为了使所述熔渣层12各部位的厚度之差满足小于10mm，不仅需要通过将所述钢水排出角度α控制在-15至0°形成旋转流，而且同时将所述铸造温度过热度△T控制在20至40℃。

所述图5和图6中示出在奥氏体系不锈钢的连铸时采用1240mm的铸造宽度并使用下向15°的浸入式水口进行连铸时的熔渣各部位的厚度和钢水的流动模式。所述图5是示出通过用于测定铸模内钢水的流动模式的钉板测试(nail board test)测定的熔渣的各部位厚度的图表。参照图6，可以判断奥氏体系不锈钢的连铸时采用1240mm的铸造宽度并使用下向15°的浸入式水口的情况维持弱的双旋转流形态。

下面，通过实施例对本发明进行更详细的说明。

实施例1-6

奥氏体系不锈钢的连铸时按照下述表1的条件来制造连铸铸坯，确认了连铸时铸模内熔渣及熔渣块并通过肉眼确认铸坯的表面是否产生缺陷，并显示在下述表2中。

【表1】

【表2】

参照表1和表2，在铸造温度过热度△T为20至40°的区间，浸入式水口排出角度从0°到下向15°之间时，熔渣层的中心部与边缘部的厚度差为-3至6mm，小于10mm，熔渣块的宽度比例被适当地控制为110％以下时，表层未发生异常组织，热轧后产品未发生黑带缺陷。

可以判断，在过热度超过40°的区间，与浸入式水口的排出角度无关，熔渣层的中心部与边缘部的厚度差为10mm以上，熔渣块的宽度差为113％以上，表层发生异常组织，热轧后产品发生黑带缺陷。

可以判断，在铸造温度相对高的情况下，浸入式水口角度相对为向上角时，生成双旋转流，但受强的流场的影响，因铸坯中心部生成涡流而缺陷发生增加。在铸造温度相对低的情况下，与浸入式水口排出角度无关，熔渣层的中心部与边缘部的厚度差为10mm以上，熔渣块的宽度差为110％以上，表层发生异常组织，热轧后产品发生黑带缺陷。此外，在铸造温度相对低的情况下，部分形成双旋转流，但发生弱偏流，铸坯中心部形成死区，发生表层的异常组织和产品的黑带缺陷。

可以判断，在本发明中，当控制铸造温度过热度ΔT且控制从浸入式水口排出口流出的排出流与铸模短边部碰撞后分为上下流向而其形态形成上向流向的形态时，表层的异常组织和黑带缺陷大幅减少。

只是，在本发明的一个实施例中，在铸造过程中为了与温度下降区间的连接，铸造温度过于高而所述铸造温度过热度ΔT超过40℃时，发生缺陷，如后述内容，可进一步控制保护渣的投入模式。

考虑因浸入式水口的周边区域即铸坯中心部的铸造温度降低而形成死区和碳浓化层混入铸坯表层组织，从而相对增加浸入式水口的周边区域的温度时，预想到能够减少铸坯的表面缺陷，因此，不把保护渣投入到浸入式水口的周边区域，能够自然地通过熔融的熔渣来防止铸坯中心部的温度降低。

图8和图9是用于说明本发明的一个实施例的保护渣的投入模式的图。

参照图8和图9，根据本发明的一个实施例，包括向含有奥氏体系不锈钢的钢水M的铸模10内投入保护渣15的步骤的奥氏体系不锈钢的连铸方法中，浸渍在所述钢水的浸入式水口的周边区域A中可不投入所述保护渣15。

例如，就投入在所述熔渣层上的所述保护渣而言，相对于总铸造宽度，由下述式(2)定义的未投入区域(A)对投入区域(B-A)的面积比率为20至100％，。

未投入区域面积(A)/投入区域面积(B-A)×100---式(2)

当所述保护渣未投入区域(A)对所述保护渣投入区域(B-A)的面积比例为20至100％时，通过确保所述浸入式水口周边区域(A)的钢水温度，能够确保充分的熔渣层12的厚度，从而能够减少铸坯表面的缺陷。

当所述保护渣未投入区域(A)对所述保护渣投入区域(B-A)的面积比例小于20％时，在铸造过程中熔融池因温度低的钢水而被冷冻，从而在浸入式水口周围积累过多的固相熔渣，由此无法确保充分的熔渣层，发生铸坯表面缺陷。当所述保护渣未投入区域(A)对所述保护渣投入区域(B-A)的面积比例超过100％时，由于保护渣未投入区域过多导致的基于敞开的熔渣辐射的冷却，钢水弯月面表层被过于冷却，从而导致铸坯表层的缺陷增加，观察到铸造中发生偏流，因此存在铸造中断的问题。

下面，通过实施例对本发明进行更详细的说明。

实施例7-9

对奥氏体系不锈钢进行连铸时，按照下述表3的条件设定保护渣未投入区域，并将铸造温度过热度设定为50℃，浸入式水口排出角度设定为0°，从而制造出连铸铸坯，通过肉眼判断铸坯表面是否产生缺陷，并表示在表3中。

【表3】

如比较例10和11所示，可知保护渣的未投入区域为10％以下，变得过小时，无法确保充分的熔渣层，发生了铸坯表面缺陷，如比较例12所示，可知保护渣的未投入区域过于大时，钢水弯月面表层被过度冷却，发生铸坯表层缺陷。

如上所述，说明了本发明的例示性的实施例，但本发明并不限定于此，本发明所属技术领域的技术人员能够理解在不脱离权利要求书的概念和范围的范围内可进行多种变更和变形。

Claims (4)

1.一种改善表面缺陷的奥氏体系不锈钢的连铸方法，该方法包括向含有奥氏体系不锈钢的钢水的铸模内投入保护渣的步骤，

所述钢水上形成的熔渣层各部位的厚度差满足下述式(1)，

并且，未向浸渍在所述钢水的浸入式水口的周边区域投入所述保护渣，就投入在所述熔渣层上的所述保护渣而言，相对于总铸造宽，由下述式(2)定义的未投入区域对投入区域的面积比率为20至100％，

|t1-t2|<10mm---式(1)

其中，t1是熔渣层的边缘部厚度(mm)，t2是熔渣层的中心部厚度(mm)，

未投入区域面积/投入区域面积×100---式(2)。

2.根据权利要求1所述的改善表面缺陷的奥氏体系不锈钢的连铸方法，所述熔渣层各部位的厚度差为-3至6mm。

3.根据权利要求1所述的改善表面缺陷的奥氏体系不锈钢的连铸方法，在连铸时将中间包的铸造温度与理论凝固温度之差即铸造温度过热度△T控制在20至40℃。

4.根据权利要求1所述的改善表面缺陷的奥氏体系不锈钢的连铸方法，通过浸渍在所述钢水的浸入式水口从中间包连续排出钢水，

从所述浸入式水口排出的钢水的排出角度为-15至0°。

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