一種碳鋼雙輥薄帶連鑄方法
2024-02-28 03:01:15
專利名稱：一種碳鋼雙輥薄帶連鑄方法
技術領域：
本發明涉及薄帶連鑄工藝領域，特別涉及碳鋼雙輥薄帶連鑄方法。
背景技術：
薄帶連鑄主要形式之一是鋼水經過高速旋轉的結晶輥，並在軋制力的
作用下凝固成2-5mm鑄帶。目前薄帶連鑄生產的基本工藝過程是薄帶連 鑄機(雙輥、單輥、輪帶式)—密閉室—活套一夾送輥一熱軋(單機架或 兩機架或無) 一控冷一巻取。鋼水從鋼包經過長水口、中間包和浸入式水 口進入旋轉的水冷結晶輥與側封板形成的熔池內，經過水冷結晶輥的冷卻 形成鑄帶，通過擺動導板、夾送輥將鑄帶送至鑄帶輸送輥道，經過熱軋機， 噴淋冷卻，飛剪直至巻取機。由於薄帶連鑄技術具有節約成本、縮小廠房 面積、降低能耗、提高生產效率等優點，這項技術現在正成為各個國家研 究者研究的熱點，同時也被稱作是冶金行業的革命性技術。
在薄帶連鑄工藝中，鑄帶與水冷結晶輥之間的傳熱和凝固直接影響著 鑄帶的質量和最終產品的性能。控制結晶輥和鋼水之間的界面傳熱的方法 和手段主要有如下幾種1)利用結晶輥表面紋理處理來控制結晶輥的傳
熱。2)利用結晶輥表面形成的自然沉積的氧化膜來控制傳熱；3)通過改
變結晶輥表面鍍層的成分來控制傳熱。4)控制氣體的成分來控制傳熱， 例如加入氮氣來提高傳熱，降低裂紋的發生等。
如中國專利申請CN1183064A和美國專利申請US6073679公開了一 種薄帶連鑄的方法。該專利的主要特徵是鋼水中的硫含量大於0.02%，硫 元素是通過硫化鐵加入，並且鋼水是矽錳鎮靜鋼，其錳含量不小於0.2%， 含矽量不小於0.1%，含鋁量小於0.01%。
美國專利申請US5720336公布了 一種利用自然沉積膜改善表面質量 的方法。該發明主要工藝是通過控制鋼中的矽錳成分，使得鋼水在結晶輥 表面凝固的同時形成一種含有鐵，錳，矽的氧化物的自然沉積膜，在該沉 積膜中MnO: Si02 = 75%: 25%，且沉積膜的厚度小於1 u m。
美國專利申請US6059014、 US5934359、 US6059014以及歐洲專利申 請EP0800881、日本專利申請JP10029047中均公布了沉積膜的控制方法， 為了控制沉積膜的成分，通過控制鋼水中的Ca/Al比例來在0.2~0.3之間 來實現。
以上技術雖然各具優點，但也都存在問題；例如改變結晶輥表面鍍層 和利用結晶輥表面紋理處理等方法都需要對結晶輥表面進行特殊處理，而 且特殊成分的鍍層在高溫熱交變疲勞和應力狀態下易剝落和磨損，設備維 護成本高；通過結晶輥表面形成的自然沉積氧化膜以及密閉熔池的氣體成 分來控制傳熱是個簡單有效的方法。但目前已有的公開的技術中，形成的 自然沉積膜的成分都是氧化錳和二氧化矽。該方法對提高熱流密度的效果 是有限的，因為氧化錳和二氧化矽混合氧化物的熔點不可能很低，而且在 結晶輥表面的形成的氧化膜的厚度也要薄，這對結晶輥表面清理的要求提 咼0
發明內容
本發明的目的在於提供一種碳鋼雙輥薄帶連鑄方法， 為達到上述目的，本發明的技術方案是， 一種碳鋼雙輥薄帶連鑄工藝方法，其包括如下步驟
a) 冶煉，冶煉過程中在碳鋼中以鈦合金的形式加入鈦，其鋼水成 分質量百分比為C: 0.01-0.5、 Si: 0.03 0.6、 Mn: 0.2 1.2、 P<0.02、 S<0.02、 Ti: 0.02-0.1，餘鐵;
b) 薄帶連鑄，含鈦的鋼水經過鋼包、中間包經過浸入式水口或布 流器進入由高速旋轉的結晶輥形成的密閉熔池內，經過結晶輥
的冷卻和輕微軋制形成鑄帶；鋼水在密閉室內澆注到高速旋轉 的結晶輥表面，在結晶輥的表面會形成黑色自然沉積膜，該自 然沉積膜的成分是二氧化矽，氧化錳和氧化鈦的混合氧化物； 在熔池內，引入混合氣體，該混合氣體為惰性氣體和還原性氣 體的混合氣，還原性氣體的比例為1% 10%;密閉熔池內的 氧分壓為10 — 2 10一22; C)再經熱軋、控制冷卻直至巻取。
進一步，所述的惰性氣體為氬氣或氦氣；還原性氣體為氫氣或一氧化
碳o
又，本發明薄帶連鑄過程中，自然沉積膜中各氧化物的摩爾百分比為
Si02 : MnO : TiO2=35 40% : 50 55% : 4 10%。
結晶輥表面自然沉積膜的厚度為小於m的。
在鋼水冶煉和脫氧過程中，鋼水中必然存在氧化錳和氧化矽的脫氧產 物。這類脫氧產物的氧化物極易聚積，形成穩定的低熔點氧化錳和二氧化 矽複合氧化物。該氧化物在澆注的過程中，尤其在薄帶連鑄這樣的快速凝 固的條件下，極易在結晶輥表面形成一層薄薄的黑色沉積膜。由於該沉積 膜熔點比鋼水的熔點大大降低，因此在鋼水與結晶輥之間形成了液態的潤 滑膜，有效地起到了潤滑，改善傳熱等作用。圖l是氧化錳和二氧化矽的 相圖。根據相圖可以看出，對於氧化錳和二氧化矽複合氧化物，最佳的比 例是大約為SiO2:MnO = 40%:60%，此時氧化物的熔點為1251°C。
當自然沉積氧化膜的熔點降低後，則氧化膜在高溫液態停留時間增 長，則氧化膜起到了潤滑結晶輥表面的作用，減小了鑄帶和結晶輥表面的 摩擦力，提高了傳熱，並提高了鑄帶的表面質量。如果想進一步降低熔點， 提高效果，僅僅是氧化錳和二氧化矽複合氧化物是達不到。因此必須通過 改變複合氧化物的成分，通過控制合理的比例，降低熔點。
鈦在鋼水中極易與鋼水中的氮發生反應
Ti+[N]=TiN
反應後形成的TiN是細小的夾雜，在凝固過程中釘扎在晶界起到細化 晶粒的作用。TiN是不能在凝固過程中析出到結晶輥表面，在結晶輥表面 形成TiN的膜。因此必須控制密閉熔池中的氧含量使如下反應進行Ti +
=Ti02。氧化鈦容易與鋼水中的氧化錳，二氧化矽形成複合夾雜物沉積 在結晶輥的表面。圖2給出了氧化鈦比例為5%時的相圖，根據相圖我們 可以看出，當在氧化錳和二氧化矽的複合氧化物中含有5%的氧化鈦時， 複合氧化物的最低熔點可以降低為1150°C，效果明顯。
因此本發明的目的通過在鋼種加入合適的鈦含量，並通過控制密閉熔 池內氣體的成分，比例，流量以及氣體循環的時間來控制密閉熔池的內的 氧分壓，使得鋼水在澆注過程中在結晶輥的表面形成含有一定比例的氧化
錳、氧化矽以及氧化鈦的自然沉積膜，通過對氧化物比例的控制，達到控 制傳熱，提高鑄帶質量的目的。
氣體流量的多少根據熔池的大小確定例如，流量大達到目標氧分壓的 時間就短，但熔池就會冷，鋼水表面容易凝固結殼。流量大小根據生產實 踐確定。這裡流量和循環時間都是為了控制氧分壓。氧分壓達到了目標要 求即可。
另外，值得注意的是並不是氧化物沉積膜在結晶輥表面越多越好，當 沉積膜不斷地沉積在結晶輥表面的時候，隨著沉積膜厚度的增加，熱流密 度增加。當氧化膜厚度增加到一定程度後，氧化膜本身成為阻礙結晶輥傳 熱的熱阻，降低了傳熱。
本發明與已有技術的相比
與中國專利申請CN1183064A和美國專利申請US6073679公開了一 種薄帶連鑄的方法不同的是，本專利的主要特徵是在鋼水中添加了鈦元 素；對硫沒有要求。
與美國專利申請專利US5720336公布了 一種利用自然沉積膜改善表 面質量的方法不同的是，本發明形成的沉積膜的成分是含有鈦，矽，錳， 鐵的氧化物膜。其中在氧化物的沉積膜中，氧化鈦的比例大於4%。含鈦 的氧化物沉積膜比無鈦的氧化物沉積膜的熔點更低，因此潤滑效果更好。 而且自然沉積膜的厚度也可以增厚，減少了結晶輥表面的清理。
本發明與美國專利申請專利US 6059014、 US5934359、 US6059014以 及歐洲專利申請EP0800881、日本專利申請JP10029047公布的沉積膜的 控制方法不同的是，本發明是控制氧化膜中氧化鈦的比例，而不是控制氧 化鈣的比例。
本發明的主要優點有
當鋼水中增加了鈦含量後，在結晶輥表面形成了含鈦的氧化物的自然 沉積膜，該沉積膜的熔點比已經公開的氧化錳和二氧化矽自然沉積膜的熔 點低(80°C)，該液體熔渣填補了由於收縮引起的鑄帶和結晶輥之間的氣 隙，大大提高了鑄帶和結晶輥表面的之間的傳熱，比已有的技術提高了 3 倍以上。大大提高了生產率，降低了生產成本；
含有合適氧化鈦比例的沉積膜熔點更低，該沉積膜起到了潤滑作用，
減小了鑄帶和結晶輥之間的摩擦力，提高了鑄帶的表面質量；同時由於熔 點低，允許沉積膜的厚度增加。
圖1為MnO-Si02的相圖2為本發明MnO-Si02-Ti02相圖3為結晶輥表面沉積膜的厚度與平均熱流密度的關係；
圖4為本發明鑄帶澆注示意圖5為本發明氣體引入系統裝置示意圖6為結晶輥表面沉積的氧化錳和二氧化矽混合氧化物的金相組織示 意圖7為結晶輥表面沉積的氧化錳，二氧化矽和氧化鈦混合氧化物的金 相組織示意圖8為鋼水中的鈦含量與熱流的關係。
具體實施例方式
本發明是通過如下步驟來實現的
參見圖4，在鋼水的冶煉過程中加入鈦合金，將符合成分要求的鋼水
從鋼包1經過長水口 2、中間包3和浸入式水口 4進入旋轉的水冷結晶輥 5、側封7形成的熔池內，經過水冷結晶輥5的冷卻形成鑄帶15，通過擺 動導板ll、夾送輥14將鑄帶15送至熱軋，再經、控制冷卻直至巻取。13 為渣車，6為操作平臺。
熔池內引入一氣體引入裝置系統，該系統包括氣體引入管道8，流量 計9a、 9b以及流量調節閥10a、 10b，參見圖5。
在澆注開始前，首先打開氬氣和氫氣閥門，根據工藝的要求，通過調 節流量調節閥10a、 10b和流量計9a、 9b來控制合理的比例，按比例混合 的氣體充滿密閉室12，在氣體排出管路16上安裝氧分壓測試儀17來檢測 密閉熔池內的氧分壓。
實施例1:
在普通的碳鋼成分加入鈦0.04y。Ti，論在氬氣或氬氣氫氣混合氣體中，
結晶輥表面沉積物的成分為氧化矽，氧化錳和氧化鈦的混合氧化物，氧化
物的形貌見圖4。當氣體是氬氣時，此時氧分壓為10—2 10—4範圍內，此 時平均熱流密度為8MW/m2，當氣體為Ar-10。/。H2時，氧分壓可達到 l(T22atm，平均熱流密度達到12MW/m2。
實施例2:
在普通的碳鋼成分加入鈦0.1%Ti，論在氬氣或氬氣氫氣混合氣體中， 結晶輥表面沉積物的成分為氧化矽，氧化錳和氧化鈦的混合氧化物，當氣 體是氬氣時，此時氧分壓為10—2 10—4範圍內，此時平均熱流密度為10 MW/m2，當氣體為Ar-5。/。H2時，氧分壓可達到1(T"atm，平均熱流密度達 到14MW/m2。
熱流密度提高，對於同一個鋼種相同的工藝參數，換熱係數提高，換 熱係數提高，拉速就可以提高，因此提高了生產率。
對比例
在普通的碳鋼成分中無鈦，或加入鈦含量小於0.02%Ti，無論在氬氣 或氬氣氫氣混合氣體中，結晶輥表面沉積物的成分為氧化矽和氧化錳的氧 化物，其形貌見圖3所示。結晶輥表面無含有氧化鈦的沉積膜，平均的熱 流密度為4MW/m2。
鋼水澆注是在密閉室內完成的。在澆注前在密閉室內通入氬氣或氬氣 和氫氣的混合氣體。圖8是鋼水中加入不同的鈦含量對平均熱流的影響。 當含鈦量大於0.04%以上時，不論是在氬氣還是在氬氣和氫氣的混合氣氛 環境，結晶輥和鋼水之間的傳熱大大增強，熱流密度由平均4MW/m2提高 到16MW/m2。熱流密度提高了 4倍。熱流密度提高，對於同一個鋼種相 同的工藝參數，換熱係數提高，換熱係數提高，拉速就可以提高，因此提 高了生產率。
鋼水在凝固過程中會在結晶輥表面形成一種自然沉積的氧化膜，當鋼
水為普通的碳鋼時，沒有鈦，或者鈦含量小於0.04%時，結晶輥表面沉積 物的成分為氧化矽和氧化錳的氧化物，其形貌見圖6所示。當鋼水中鈦含 量增加到0.04%以上，結晶輥表面沉積物的成分為氧化矽，氧化錳和氧化 鈦的混合氧化物，氧化物的形貌見圖7。
圖1是當沉積膜沒有氧化鈦時的相圖，當沉積膜的成分為氧化矽和氧 化錳的氧化物時，Si02:MnO = 36%: 64%，此時氧化物的熔點為1306°C;
圖2是沉積膜中含氧化鈦後的相圖。形成的氧化矽，氧化錳，氧化鈦 複合氧化物的熔點為1212°C。當自然沉積氧化膜的熔點降低後，則氧化膜 在高溫液態停留時間增長，則氧化膜起到了潤滑結晶輥表面的作用，減小 了鑄帶和結晶輥表面的摩擦力，提高了傳熱，並提高了鑄帶的表面質量。
圖3給出了本發明的沉積膜的厚度與熱流的關係，從中可以看出沉積 膜的厚度可以達到6ixm，比公開的文獻ly m大大增加。這樣就減少了結 晶輥表面的清理，降低了操作成本。
但是，並不是氧化物沉積膜在結晶輥表面越多越好，當沉積膜不斷地 沉積在結晶輥表面的時候，隨著沉積膜厚度的增加，熱流密度增加。當厚 度增加到6um以上後，增加了氧化膜的厚度熱流密度降低，見圖3。這 是因為，當氧化膜厚度增加到一定程度後，氧化膜本身成為阻礙結晶輥傳 熱的熱阻，降低了傳熱。
綜上所述，本發明通過在鋼水中增加了鈦含量，在結晶輥表面形成了 含鈦的氧化物的自然沉積膜，該液體熔渣填補了由於收縮引起的鑄帶和結 晶輥之間的氣隙，大大提高了鑄帶和結晶輥表面的之間的傳熱，大大提高 了生產率，降低了生產成本；同時，含有合適氧化鈦比例的沉積膜還具有
潤滑作用，減小了鑄帶和結晶輥之間的摩擦力，提高了鑄帶的表面質量； 同時由於熔點低，允許沉積膜的厚度增加。
權利要求
1.一種碳鋼雙輥薄帶連鑄工藝方法，其包括如下步驟a)冶煉，冶煉過程中在碳鋼中以鈦合金的形式加入鈦，其鋼水成分質量百分比為C0.01～0.5、Si0.03～0.6、Mn0.2～1.2、P＜0.02、S＜0.02、Ti0.02～0.1，餘鐵；b)薄帶連鑄，含鈦的鋼水經過鋼包、中間包經過浸入式水口或布流器進入由高速旋轉的結晶輥形成的密閉熔池內，經過結晶輥的冷卻和輕微軋制形成鑄帶；鋼水在密閉室內澆注到高速旋轉的結晶輥表面，在結晶輥的表面會形成黑色自然沉積膜，該自然沉積膜的成分是二氧化矽，氧化錳和氧化鈦的混合氧化物；在熔池內，引入混合氣體，該混合氣體為惰性氣體和還原性氣體的混合氣，還原性氣體的比例為1％～10％；密閉熔池內的氧分壓為10-2～10-22atm；c)再經熱軋、控制冷卻直至卷取。
全文摘要
一種碳鋼雙輥薄帶連鑄工藝方法，其包括如下步驟a.冶煉，冶煉過程中在碳鋼中加入鈦；b.薄帶連鑄，鋼水經過鋼包、中間包經過浸入式水口進入由結晶輥形成的密閉熔池內，經過結晶輥的冷卻和輕微軋制形成鑄帶；鋼水在結晶輥的表面形成自然沉積膜，其成分是二氧化矽，氧化錳和氧化鈦的混合氧化物；在熔池內引入惰性氣體和還原性氣體的混合氣；c.再經熱軋、控制冷卻直至卷取。本發明鋼水中增加了鈦，在結晶輥表面形成了含鈦氧化物的自然沉積膜，填補了鑄帶和結晶輥之間的氣隙，大大提高了鑄帶和結晶輥表面的之間的傳熱，提高了生產率；該沉積膜還起到了潤滑作用，減小了鑄帶和結晶輥之間的摩擦力，提高了鑄帶的表面質量。
文檔編號B22D11/14GK101096740SQ20061002826
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月28日 優先權日2006年6月28日
發明者豔 於, 盧志明, 葉長宏, 健 崔, 園 方 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司