CN1273243C - 连铸带钢的方法 - Google Patents

Abstract

在带钢双辊连铸机中，钢水被注入平行浇铸辊之间的辊缝中，依托于浇铸辊表面形成浇注熔池，浇铸辊旋转以将凝固带向下输出辊缝。浇铸表面的纹理化采用的是具有点状波峰的间断凸起，带钢从浇注熔池移出的速度高于60m/min。为了消除震痕缺陷，钢水的锰含量不低于0.6%重量比，硅含量在0.1-0.35%重量比。不规则纹理可通过在基体上喷砂后附着保护性覆层获得。纹理还可通过在基体上进行覆层的化学或电沉积获得，形成浇铸表面。

Description

连铸带钢的方法

技术领域

本发明涉及带钢浇铸。

背景技术

众所同知，用双辊连铸机通过连铸法浇铸金属带。在此技术中，熔融金属注入到一对反向旋转且冷却的水平浇铸辊中，因此熔融金属在运动辊的表面上凝固，且凝固壳聚集在两辊之间的辊缝中，使凝固带向下运动离开两辊之间的辊缝。这里的术语“辊缝”通常是指浇铸辊最接近的大致区域。熔融金属可从钢包注入到较小的中间包或一系列容器中，再通过位于辊缝之上的浇注水口直接流入两辊之间的辊缝中，从而在紧挨辊缝的上方形成了一个依托在辊子浇铸表面上并沿辊缝长度方向延伸的熔融金属浇注熔池。该浇注熔池通常被限定在与浇铸辊的两端以滑动方式连接的两块端部封闭的侧板或侧堰板之间，从而防止了熔融金属流出，当然其它的防止流出的方法(如电磁屏蔽)也可。

尽管双辊浇铸法已成功地用于浇铸在冷却条件下凝固迅速的有色金属，但用于浇铸黑色金属时存在着一些问题。一个特殊问题是金属如何在浇铸辊表面上获得快速且均匀地冷却。特别是，已经证明，在具有平滑浇注表面的浇铸辊上获得足够的冷却速度以使金属带凝固是困难的，因此提出了使用具有规则凹凸的纹理浇注表面以控制热传导，从而在凝固时控制浇注表面上热通量的方法。

我们的美国5701948号专利揭示了一种由一系列平行波谷和波峰形成的浇铸辊纹理。更准确地说，在双辊连铸机中，浇铸辊的浇铸表面具有沿圆周方向形成深度和间距基本恒定的波谷和波峰的纹理。这种纹理可提高金属凝固期间的热通量，并能够在浇注带钢时获得最佳化，以便不仅可获得高的热通量且使浇注带钢具有细小的显微组织。当浇注带钢时，纹理的波峰到波谷的深度应在5μm-60μm，并且纹理的间距应为100μm-250μm，这样的纹理效果最好。为获得最佳效果，纹理深度最好为15μm-25μm，纹理间距为150μm-200μm。

尽管具有5701948号美国专利所揭示的纹理的浇铸辊已能够在浇注铁基金属带材时获得高的凝固速率，但是已经发现它们对于浇铸条件非常敏感，必须对浇铸条件进行严格控制，以防止出现两种类型的一般缺陷，即“鳄鱼皮”缺陷和“震痕”缺陷。更准确地说，必须通过在熔融金属中控制硫的添加量以控制鳄鱼皮缺陷出现，通过缩小注速波动范围避免震痕缺陷出现。

在双辊连铸机辊子的浇铸表面上的凝固壳中相和相同时凝固时，在经过凝固壳的热通量出现波动的情况下会导致鳄鱼皮缺陷产生。钢中的相和相具有不同的高温强度，此时热通量的变化会使汇合在浇铸辊之间辊缝中的凝固壳产生局部变形，从而导致最终带材的表面出现鳄鱼皮缺陷。

在浇铸辊表面上沉积一薄层熔点低于所浇注金属熔点的氧化物可有益于金属在浇铸辊表面上凝固时确保热通量稳定。当浇铸辊表面进入熔融金属熔池时氧化沉积物熔化，这有助于在浇铸表面和熔池的熔融金属之间形成一薄的液相界面层，从而促进形成良好的热通量。然而，如果形成的氧化物太多，氧化物的熔化会产生很高的初始热通量，但是随后氧化物将再次凝固，从而导致热通量迅速减小。此问题已经提出，并试图通过采用辊子清理装置使浇铸辊表面形成的氧化物保持在一严格范围内来解决。然而，在辊子清理不均匀处，氧化物的形成量也是波动的，从而使凝固壳中的热通量发生波动，产生局部变形，导致鳄鱼皮表面缺陷产生。

震痕缺陷始于金属最初出现凝固的熔池弯月面处。震痕缺陷的一种形式称为“低速震痕”，它是在低速浇铸时产生的，主要是由于金属过早地凝固在浇铸辊上，而形成低强度凝固壳，当其随后被拉入熔池时，该凝固壳出现变形。震痕缺陷的另一种形式称为“高速震痕”，它是在高速浇铸时产生的，主要是由于凝固壳开始形成时即沿着浇铸辊向下运动，从而在形成的凝固壳上存在有金属熔液。输送到弯月面区域的金属熔液不可能保持在运动的辊子表面上，结果在金属熔液和在熔池上部中的浇铸辊之间滑动，从而形成高速震痕缺陷，其形式是沿带材形成横向变形带。

此外，为了避免产生低速震痕和高速震痕，必须将注速控制在非常窄的范围内。通常需要将注速控制在30-36m/min这样窄的范围内。具体的注速范围可因浇铸辊不同而异，但是总的来讲，注速必须低于40m/min，以免出现高速震痕。

发明内容

本发明能够在不规则纹理浇铸表面的帮助下，通过精心选择钢液的化学成分大幅度地降低震痕缺陷形成趋势。本发明能够大大拓宽注速范围。特别是，本发明能达到很高的注速。

已经发现不规则纹理浇铸表面能够大大提高所能达到的注速。当注速高于60m/min时，一种称为“高频震痕”的新震痕缺陷将会出现，但是可通过本发明选择化学成分减轻这种缺陷。

本发明提供一种连铸带钢的方法，它包括钢水的浇注熔池依托于一个或多个激冷浇铸表面和该激冷浇铸表面或这些激冷浇铸表面移动，以形成凝固带从浇注熔池移出，其中该浇铸表面或每个浇铸表面的纹理由具有点状波峰的不连续凸起的不规则分布组成，带钢从浇注熔池移出的速度高于60m/min，并且钢水中的锰含量不低于0.60％重量比，硅含量为0.1-0.35％重量比。

钢中碳含量可不超过0.07％重量比。

所述点状波峰的面积分布最好在5-100波峰/mm²之间，波峰的平均高度至少为10μm。

间断凸起的平均高度至少为20μm。

带钢从浇注熔池移出的速度至少为75m/min。更准确地说，其从浇注熔池移出的速度最好在75-150m/min之间。

钢中锰含量可在0.6-0.9％重量比之间。

本发明的方法可以在双辊连铸机上实施。

本发明进一步提供一种连铸带钢的方法，其中，使熔融金属通过设置在辊缝之上的金属浇注水口直接流入一对平行的浇铸辊之间的辊缝中，从而在紧挨辊缝之上形成一个依托在浇铸辊表面上的金属浇注熔池，浇铸辊是旋转的以便使凝固的带钢从辊缝向下移出，其中辊子的浇铸表面的纹理均为具有点状波峰的不连续凸起的不规则分布，带钢从浇注熔池的移出速度高于60m/min，并且钢水的锰含量不低于0.6％重量比，硅含量为0.1-0.35％重量比。

该浇铸表面或多个浇铸表面的纹理可通过对每个浇铸表面或者对金属基体喷砂获得，其将通过表面覆层来形成浇铸表面。例如该浇铸表面或每个浇铸表面是通过在铜基体上喷砂之后再镀上一薄层铬保护层获得的。另外，浇铸表面可以用镍制作，其中可对镍表面进行喷砂并且没有保护性表面覆层。

对于该浇铸表面或每个浇铸表面所要求的纹理还可通过将覆层沉积在基体上获得。在这种情况下，可以选择覆层材料以控制金属凝固期间的热通量。所述材料可以与钢中的氧化物具有较低的亲和力，从而使具有这类沉积物的浇铸表面与钢的氧化物具有较差的浸润性。更特别的是，浇铸表面可以采用镍铬钼合金或镍钼钴合金，将这样的合金沉积以产生所需要的纹理。

附图说明

为了更为详细地解释本发明，下面参照附图描述到目前为止的试验结果，其中：

图1是本发明使用的带钢连铸机平面图；

图2是图1所示带钢连铸机的侧视图；

图3是沿图1中3-3线剖开的垂直剖面图；

图4是沿图1中4-4线剖开的垂直剖面图；

图5是沿图1中5-5线剖开的垂直剖面图；

图6示出本发明的方法中所采用的典型浇铸表面纹理；

图7示出浇铸不同成分钢种的试验结果；

图8示出锰含量对产生高速震痕缺陷的影响。

具体实施方式

美国5701948号专利的说明书描述了如何在双辊连铸机中浇铸带钢，在该专利中浇铸辊具有平行波谷和波峰组成的规则纹理。本发明可以采用该美国专利所描述的同样类型的双辊连铸机，但是浇铸辊采用喷砂形成的不规则的纹理表面。设备最好是采用附图中图1-图5所示的类型。

图1-图5所示的连铸机包括一个从车间地面12竖起的主框架11。框架11支持着可在装配位置14和浇注位置15之间水平移动的浇铸辊台车13。台车13安装有一对平行浇铸辊16，在浇铸操作时，通过中间包18和浇注水口19将钢包17中的熔融金属提供给台车13上的浇铸辊16，从而形成浇注熔池30。浇铸辊16是水冷的，以使钢水在旋转的辊子表面16A上形成凝固壳，并汇集在两辊之间的辊缝16B处，以在辊子出口处形成凝固的带钢20。将此带钢送至一标准卷取机21处，随后可送至第二卷取机22处。容器23安装在靠近浇注位置的机架上，在浇铸操作期间，如果带钢出现严重事故或其它的严重事故，熔融金属可通过中间包上的溢流口24，或通过拔掉在中间包一侧的紧急柱塞25流入该容器中。

浇铸辊台车13包括台车框架31，它通过轮子32设置在轨道33上，轨道沿主框架11方向延伸，因此作为整体安装的浇铸辊台车13可沿轨道33移动。台车框架31载有一对辊子支架34，辊子16旋转式安装在其中。辊子支架34通过附加的内啮合的滑动件35及36安装在台车框架31上，从而使支架能够在液压缸装置37和38的作用下在台车上移动，以调节浇铸辊16之间的辊缝，当需要时铸辊会在较短的时间内移动，这时在带材表面仅留下很弱的横向痕迹，这一点将在下文详述。通过一个双动式的液压活塞及液压缸装置39的驱动作用，台车可作为一整体沿轨道33移动，液压活塞及液压缸装置39将辊子台车上的驱动支架40与主机架连接起来，从而可驱动辊子台车在装配位置14和浇注位置15之间移动，反之亦然。

浇铸辊16通过电动机的主动轴41和安装在台车框架31上的传动装置反向旋转。浇铸辊16的外壳材料是铜，并且沿辊子的轴向环绕着间隔分布的水冷通道，以使来自浇铸辊主动轴41内供水管的冷却水流经浇铸辊的各端部，而主动轴41内的供水管通过旋转密封装置43与供水软管42连接。浇铸辊直径一般约为500mm，长度最长可达2000mm，以便浇铸2000mm宽的带钢。

钢包17完全采用传统结构，并由高架吊车上的轭45吊挂，因此它可以从熔融金属接收位置运送到适当的位置。钢包配备有用伺服缸驱动的塞棒46，以使熔融金属通过水口47和浸入式水口48从钢包流入中间包18。

中间包18是用耐火材料(如MgO)制成的较宽的凹槽。中间包的一侧接收来自钢包的熔融金属，并配备有前述的溢流口24和紧急柱塞25。中间包的另一侧配备有多个纵向间隔分布的金属出口52。中间包的下部带有用于将中间包安装在浇铸辊台车框架31上的安装支架53，并配备有接收孔用于接收设置在台车框架上的分度销54，因而可将中间包精确定位。

浇注水口19是用耐火材料(如氧化铝-石墨)制成的长形物体。其下部为向内向下聚拢的锥形，以使其能够伸进浇铸辊16之间的辊缝中。水口19配备有一安装支架60，从而将其支托在浇铸辊台车框架上，并且其上部具有定位在安装支架上的向外凸的侧缘55。

水口19可以采取水平间隔分布，通常呈垂直方向延伸的若干流道，以使熔融金属沿铸辊整个长度方向以适当的低速流出，并将熔融金属输送到浇铸辊之间的辊缝中，而在凝固初期不会直接冲击辊子表面。另外，水口也可有一个连续的槽形出口，以使低速的熔融金属幕直接流入两辊之间的辊缝中，和/或进入熔融金属熔池中。

熔池由在浇铸辊两端的一对侧挡板56限定，当浇铸辊台车置于浇注位置时，这两块板卡到在浇铸辊的阶形端部57上。侧挡板56是用高强度耐火材料(如氮化硼)制作的，并具有扇形侧缘81，以与浇铸辊的阶形端部57的弯曲部分配合。侧挡板可安装在挡板保持器82上，该保持器通过一对液压缸装置83驱动可在浇注位置上移动，以使侧挡板与浇铸辊阶形端部啮合，从而在浇铸操作期间为在浇铸辊之间形成的金属熔池提供端部密闭。

在浇铸操作期间，驱动钢包塞棒46，以使熔融金属从钢包通过金属浇注水口注入中间包，而后再流向浇铸辊。带钢20的清洁头部由挡板96向卷取机21的钳口引导。挡板96由枢轴式安装件97吊挂在主框架上，并且在带钢清洁头部形成后由液压缸装置98启动，可使其摆向卷取机。挡板96可运动至由活塞及液压缸装置101驱动的带钢上引导板99，并且带钢20可被限定在一对立式侧辊102之间。当带钢头部被引导进入卷取机钳口后，卷取机旋转卷取带钢20，并且使挡板96摆回到其非使用位置，此时该挡板与带钢分离，且挂在主框架上，而带钢直接进入卷取机，随后最终带钢20可送至卷取机22，以生产离开连铸机的最终带卷。

图1至图5所示双辊连铸机细节的更详细的描述见我们的美国5184668号专利和5277243号专利以及申请号为PCT/AU93/00593的国际专利。

已经发现采用喷砂处理形成的具有点状波峰间断凸起的不规则分布的浇铸表面在最大注速达60m/min时很难产生震痕缺陷，虽然在更高注速下，会产生高频震痕。已经确定不规则纹理对于获得均匀的显微组织和抵御裂纹扩展是非常重要的。

通过用颗粒尺寸在0.7-1.4mm左右的硬颗粒材料(如氧化铝、氧化硅或碳化硅)可使金属基体形成适当的不规则纹理。例如，通过喷砂使铜浇铸表面形成适当的纹理，并在纹理化的表面镀上约50μm厚的薄铬保护层。图6示出用这种方法制成的典型的浇铸表面。另外还可在镍基体上形成纹理化表面，而不用附着保护性覆层。

还可以通过采用化学沉积或电沉积法形成具有适当的不规则纹理的附着层。在这种情况下，可以选择覆层材料以使其在凝固期间具有高的导热性和高的热通量。也可以通过选择使钢中的氧化物对覆层材料有较差的浸润性，钢水本身对覆层材料的亲和力要大一些，因此覆层优先被浸润而不是氧化物。我们已经确定了两种适当的材料，即商品名称为“HASTALLOY C”的镍铬钼合金和商品名称为“T800”的镍钼钴合金。我们的申请号为PCT/AU99/00641的国际专利申请描述了使用HASTALLOY C和T800覆层形成的不规则纹理浇铸表面的试验结果，结果表明位于在这种表面上的凝固壳具有非常均匀的微观组织和均匀的厚度。

浇铸试验是在浇铸辊采用喷砂纹理化处理的双辊连铸机上进行的，浇铸钢种为含有一定量锰和硅的低碳钢，试验中检验了随着注速提高出现高频震痕缺陷的两种假设。

产生高频震痕缺陷的一个假设是由于随着注速提高，浇铸表面浸润性变差。根据此假设，通过控制钢水的化学成分使氧化物形成提高浸润性的低温液相夹杂，这样应部分解决此问题。这可通过控制钢的锰和硅成分获得。

产生高频震痕缺陷的第二个假设是由于在凝固壳汇合形成带钢处的粘稠区缺乏减震作用。检验此假设的试验是在不改变锰含量条件下改变钢中碳含量，从而得到较浓的粘稠度。这些试验结果表明，这两个假设均对高频震痕缺陷产生影响。试验表明为了在高速浇铸时不产生高频震痕缺陷，必须控制钢中的锰和硅含量。

图7示出所做的试验结果，它给出了夹杂物液相线温度的变化趋势，夹杂物液相线温度的变化是锰和硅含量变化引起的；图8示出了锰含量变化对震痕严重程度的影响。在这些试验中，碳含量保持在低于0.07％重量比。试验表明锰含量的变化是控制高频震痕缺陷的主要因素。硅含量的变化没有同样的作用，但是有必要将硅含量控制在0.1-0.35％重量比范围内。如果硅含量过高，就会出现浇铸质量问题，因为带钢变成脆性的且存在有固态夹杂。如果硅含量过低，氧化物量增加。

从图8可以看出，锰含量至少为0.6％以避免震痕缺陷产生。随着注速提高钢中锰含量也必须相应增加，以避免产生高速震痕。通常，在75-150m/min注速范围内，锰含量范围为0.6-0.9％。

Claims (20)

1.一种连铸带钢的方法，包括：依托在一个或多个激泠浇铸表面上支承熔融钢水熔池(30)，并使该激冷浇铸表面或多个激冷表面(16A)移动，以形成从浇注熔池(30)移出的凝固带(20)，其特征在于，该浇铸表面或每个浇铸表面(16A)具有波峰的间断凸起的不规则分布的纹理，带钢(20)以高于60m/min速度移出浇注熔池(30)，并且熔融钢水的锰含量不低于0.6％重量比，硅含量为0.1-035％重量比。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，钢中碳含量低于0.07％重量比。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述波峰的面积分布在5-100波峰/mm²之间，波峰的平均高度至少为10μm。

4.如权利要求1至2的任何一项所述的方法，其特征在于，间断凸起的平均高度至少为20μm。

5.如权利要求1至2的任何一项所述的方法，其特征在于，带钢(20)移出浇注熔池(30)的速度至少为75m/min。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，带钢(20)移出浇注熔池(30)的速度为75-150m/min。

7.如权利要求1至2的任何一项所述的方法，其特征在于，钢中的锰含量为0.6-0.9％重量比。

8.如权利要求1至2的任何一项所述的方法，其特征在于，采用一对所述浇铸表面(16A)，它们是由一对平行的浇铸辊(16)的圆周表面组成的，在这对平行浇铸辊之间形成辊缝(16B)，钢水被引入到浇铸辊(16)之间的辊缝(16B)中，并在紧挨辊缝(16B)之上形成一个依托于浇铸辊表面(16A)上的浇注熔池(30)，浇铸辊(16)旋转以将凝固带(20)向下输出辊缝。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，钢水通过设置在辊缝之上的金属浇注水口(19)输送到浇铸辊(16)之间的辊缝(16B)中。

10.如权利要求1至2的任何一项所述的方法，其特征在于，该浇铸表面或每个浇铸表面(16A)是通过对经喷砂处理的基体覆以保护性覆层形成的。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，保护性覆层是电镀金属覆层。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，基体是铜制的，且镀层为镀铬层。

13.如权利要求1至2的任何一项所述的方法，其特征在于，该浇铸表面或每个浇铸表面(16A)是喷砂处理表面。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，喷砂表面是镍制的。

15.如权利要求1至2的任何一项所述的方法，其特征在于，该浇铸表面或每个浇铸表面(16A)是将覆层沉积于基体上形成的，从而在浇铸表面上形成不规则纹理。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，覆层是化学沉积形成的。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，覆层是电沉积形成的。

18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，覆层是用与钢水氧化物亲和力低的材料制成的，而钢水本身对覆层材料的亲和力要大一些，因此钢水优先于所述氧化物首先浸润覆层。

19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，覆层是镍铬钼合金。

20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，覆层是镍钼钴合金。

Images