專利名稱：一種碳鋼雙輥薄帶連鑄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄帶連鑄工藝領(lǐng)域，特別涉及碳鋼雙輥薄帶連鑄方法。
背景技術(shù)：
薄帶連鑄主要形式之一是鋼水經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥，并在軋制力的
作用下凝固成2-5mm鑄帶。目前薄帶連鑄生產(chǎn)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(jīng)過長水口、中間包和浸入式水 口進入旋轉(zhuǎn)的水冷結(jié)晶輥與側(cè)封板形成的熔池內(nèi)，經(jīng)過水冷結(jié)晶輥的冷卻 形成鑄帶，通過擺動導(dǎo)板、夾送輥將鑄帶送至鑄帶輸送輥道，經(jīng)過熱軋機， 噴淋冷卻，飛剪直至巻取機。由于薄帶連鑄技術(shù)具有節(jié)約成本、縮小廠房 面積、降低能耗、提高生產(chǎn)效率等優(yōu)點，這項技術(shù)現(xiàn)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(yè)的革命性技術(shù)。
在薄帶連鑄工藝中，鑄帶與水冷結(jié)晶輥之間的傳熱和凝固直接影響著 鑄帶的質(zhì)量和最終產(chǎn)品的性能?？刂平Y(jié)晶輥和鋼水之間的界面?zhèn)鳠岬姆椒?和手段主要有如下幾種1)利用結(jié)晶輥表面紋理處理來控制結(jié)晶輥的傳
熱。2)利用結(jié)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(jié)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(fā)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。該專利的主要特征是鋼水中的硫含量大于0.02%，硫 元素是通過硫化鐵加入，并且鋼水是硅錳鎮(zhèn)靜鋼，其錳含量不小于0.2%， 含硅量不小于0.1%，含鋁量小于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(zhì)量 的方法。該發(fā)明主要工藝是通過控制鋼中的硅錳成分，使得鋼水在結(jié)晶輥 表面凝固的同時形成一種含有鐵，錳，硅的氧化物的自然沉積膜，在該沉 積膜中MnO: Si02 = 75%: 25%，且沉積膜的厚度小于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(xiàn)。
以上技術(shù)雖然各具優(yōu)點，但也都存在問題；例如改變結(jié)晶輥表面鍍層 和利用結(jié)晶輥表面紋理處理等方法都需要對結(jié)晶輥表面進行特殊處理，而 且特殊成分的鍍層在高溫?zé)峤蛔兤诤蛻?yīng)力狀態(tài)下易剝落和磨損，設(shè)備維 護成本高；通過結(jié)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(shù)中，形成的 自然沉積膜的成分都是氧化錳和二氧化硅。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硅混合氧化物的熔點不可能很低，而且在 結(jié)晶輥表面的形成的氧化膜的厚度也要薄，這對結(jié)晶輥表面清理的要求提 咼0

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳鋼雙輥薄帶連鑄方法， 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)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(zhì)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，余鐵;
b) 薄帶連鑄，含鈦的鋼水經(jīng)過鋼包、中間包經(jīng)過浸入式水口或布 流器進入由高速旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥形成的密閉熔池內(nèi)，經(jīng)過結(jié)晶輥
的冷卻和輕微軋制形成鑄帶；鋼水在密閉室內(nèi)澆注到高速旋轉(zhuǎn) 的結(jié)晶輥表面，在結(jié)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硅，氧化錳和氧化鈦的混合氧化物； 在熔池內(nèi)，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(nèi)的 氧分壓為10 — 2 10一22; C)再經(jīng)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(fā)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(jié)晶輥表面自然沉積膜的厚度為小于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硅的脫氧產(chǎn) 物。這類脫氧產(chǎn)物的氧化物極易聚積，形成穩(wěn)定的低熔點氧化錳和二氧化 硅復(fù)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(jié)晶輥表面形成一層薄薄的黑色沉積膜。由于該沉積 膜熔點比鋼水的熔點大大降低，因此在鋼水與結(jié)晶輥之間形成了液態(tài)的潤 滑膜，有效地起到了潤滑，改善傳熱等作用。圖l是氧化錳和二氧化硅的 相圖。根據(jù)相圖可以看出，對于氧化錳和二氧化硅復(fù)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(dāng)自然沉積氧化膜的熔點降低后，則氧化膜在高溫液態(tài)停留時間增 長，則氧化膜起到了潤滑結(jié)晶輥表面的作用，減小了鑄帶和結(jié)晶輥表面的 摩擦力，提高了傳熱，并提高了鑄帶的表面質(zhì)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硅復(fù)合氧化物是達不到。因此必須通過 改變復(fù)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(fā)生反應(yīng)
Ti+[N]=TiN
反應(yīng)后形成的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(jié)晶輥表面，在結(jié)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(yīng)進行Ti +
=Ti02。氧化鈦容易與鋼水中的氧化錳，二氧化硅形成復(fù)合夾雜物沉積 在結(jié)晶輥的表面。圖2給出了氧化鈦比例為5%時的相圖，根據(jù)相圖我們 可以看出，當(dāng)在氧化錳和二氧化硅的復(fù)合氧化物中含有5%的氧化鈦時， 復(fù)合氧化物的最低熔點可以降低為1150°C，效果明顯。
因此本發(fā)明的目的通過在鋼種加入合適的鈦含量，并通過控制密閉熔 池內(nèi)氣體的成分，比例，流量以及氣體循環(huán)的時間來控制密閉熔池的內(nèi)的 氧分壓，使得鋼水在澆注過程中在結(jié)晶輥的表面形成含有一定比例的氧化
錳、氧化硅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(zhì)量的目的。
氣體流量的多少根據(jù)熔池的大小確定例如，流量大達到目標(biāo)氧分壓的 時間就短，但熔池就會冷，鋼水表面容易凝固結(jié)殼。流量大小根據(jù)生產(chǎn)實 踐確定。這里流量和循環(huán)時間都是為了控制氧分壓。氧分壓達到了目標(biāo)要 求即可。
另外，值得注意的是并不是氧化物沉積膜在結(jié)晶輥表面越多越好，當(dāng) 沉積膜不斷地沉積在結(jié)晶輥表面的時候，隨著沉積膜厚度的增加，熱流密 度增加。當(dāng)氧化膜厚度增加到一定程度后，氧化膜本身成為阻礙結(jié)晶輥傳 熱的熱阻，降低了傳熱。
本發(fā)明與已有技術(shù)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，本專利的主要特征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(zhì)量的方法不同的是，本發(fā)明形成的沉積膜的成分是含有鈦，硅，錳， 鐵的氧化物膜。其中在氧化物的沉積膜中，氧化鈦的比例大于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(jié)晶輥表面的清理。
本發(fā)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(fā)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(fā)明的主要優(yōu)點有
當(dāng)鋼水中增加了鈦含量后，在結(jié)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(jīng)公開的氧化錳和二氧化硅自然沉積膜的熔 點低(80°C)，該液體熔渣填補了由于收縮引起的鑄帶和結(jié)晶輥之間的氣 隙，大大提高了鑄帶和結(jié)晶輥表面的之間的傳熱，比已有的技術(shù)提高了 3 倍以上。大大提高了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)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(jié)晶輥之間的摩擦力，提高了鑄帶的表面質(zhì)量；同時由于熔 點低，允許沉積膜的厚度增加。


圖1為MnO-Si02的相圖2為本發(fā)明MnO-Si02-Ti02相圖3為結(jié)晶輥表面沉積膜的厚度與平均熱流密度的關(guān)系；
圖4為本發(fā)明鑄帶澆注示意圖5為本發(fā)明氣體引入系統(tǒng)裝置示意圖6為結(jié)晶輥表面沉積的氧化錳和二氧化硅混合氧化物的金相組織示 意圖7為結(jié)晶輥表面沉積的氧化錳，二氧化硅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(guān)系。
具體實施例方式
本發(fā)明是通過如下步驟來實現(xiàn)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(jīng)過長水口 2、中間包3和浸入式水口 4進入旋轉(zhuǎn)的水冷結(jié)晶輥 5、側(cè)封7形成的熔池內(nèi)，經(jīng)過水冷結(jié)晶輥5的冷卻形成鑄帶15，通過擺 動導(dǎo)板ll、夾送輥14將鑄帶15送至熱軋，再經(jīng)、控制冷卻直至巻取。13 為渣車，6為操作平臺。
熔池內(nèi)引入一氣體引入裝置系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氣體引入管道8，流量 計9a、 9b以及流量調(diào)節(jié)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(jù)工藝的要求，通過調(diào) 節(jié)流量調(diào)節(jié)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(nèi)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(jié)晶輥表面沉積物的成分為氧化硅，氧化錳和氧化鈦的混合氧化物，氧化
物的形貌見圖4。當(dāng)氣體是氬氣時，此時氧分壓為10—2 10—4范圍內(nèi)，此 時平均熱流密度為8MW/m2，當(dāng)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(jié)晶輥表面沉積物的成分為氧化硅，氧化錳和氧化鈦的混合氧化物，當(dāng)氣 體是氬氣時，此時氧分壓為10—2 10—4范圍內(nèi)，此時平均熱流密度為10 MW/m2，當(dāng)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，對于同一個鋼種相同的工藝參數(shù)，換熱系數(shù)提高，換 熱系數(shù)提高，拉速就可以提高，因此提高了生產(chǎn)率。
對比例
在普通的碳鋼成分中無鈦，或加入鈦含量小于0.02%Ti，無論在氬氣 或氬氣氫氣混合氣體中，結(jié)晶輥表面沉積物的成分為氧化硅和氧化錳的氧 化物，其形貌見圖3所示。結(jié)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(nèi)完成的。在澆注前在密閉室內(nèi)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(dāng)含鈦量大于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(huán)境，結(jié)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，對于同一個鋼種相 同的工藝參數(shù)，換熱系數(shù)提高，換熱系數(shù)提高，拉速就可以提高，因此提 高了生產(chǎn)率。
鋼水在凝固過程中會在結(jié)晶輥表面形成一種自然沉積的氧化膜，當(dāng)鋼
水為普通的碳鋼時，沒有鈦，或者鈦含量小于0.04%時，結(jié)晶輥表面沉積 物的成分為氧化硅和氧化錳的氧化物，其形貌見圖6所示。當(dāng)鋼水中鈦含 量增加到0.04%以上，結(jié)晶輥表面沉積物的成分為氧化硅，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(dāng)沉積膜沒有氧化鈦時的相圖，當(dāng)沉積膜的成分為氧化硅和氧 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后的相圖。形成的氧化硅，氧化錳，氧化鈦 復(fù)合氧化物的熔點為1212°C。當(dāng)自然沉積氧化膜的熔點降低后，則氧化膜 在高溫液態(tài)停留時間增長，則氧化膜起到了潤滑結(jié)晶輥表面的作用，減小 了鑄帶和結(jié)晶輥表面的摩擦力，提高了傳熱，并提高了鑄帶的表面質(zhì)量。
圖3給出了本發(fā)明的沉積膜的厚度與熱流的關(guān)系，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(jié) 晶輥表面的清理，降低了操作成本。
但是，并不是氧化物沉積膜在結(jié)晶輥表面越多越好，當(dāng)沉積膜不斷地 沉積在結(jié)晶輥表面的時候，隨著沉積膜厚度的增加，熱流密度增加。當(dāng)厚 度增加到6um以上后，增加了氧化膜的厚度熱流密度降低，見圖3。這 是因為，當(dāng)氧化膜厚度增加到一定程度后，氧化膜本身成為阻礙結(jié)晶輥傳 熱的熱阻，降低了傳熱。
綜上所述，本發(fā)明通過在鋼水中增加了鈦含量，在結(jié)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于收縮引起的鑄帶和結(jié) 晶輥之間的氣隙，大大提高了鑄帶和結(jié)晶輥表面的之間的傳熱，大大提高 了生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)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(jié)晶輥之間的摩擦力，提高了鑄帶的表面質(zhì)量； 同時由于熔點低，允許沉積膜的厚度增加。
權(quán)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(zhì)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，余鐵；b)薄帶連鑄，含鈦的鋼水經(jīng)過鋼包、中間包經(jīng)過浸入式水口或布流器進入由高速旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥形成的密閉熔池內(nèi)，經(jīng)過結(jié)晶輥的冷卻和輕微軋制形成鑄帶；鋼水在密閉室內(nèi)澆注到高速旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥表面，在結(jié)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硅，氧化錳和氧化鈦的混合氧化物；在熔池內(nèi)，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(nèi)的氧分壓為10-2～10-22atm；c)再經(jīng)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(jīng)過鋼包、中間包經(jīng)過浸入式水口進入由結(jié)晶輥形成的密閉熔池內(nèi)，經(jīng)過結(jié)晶輥的冷卻和輕微軋制形成鑄帶；鋼水在結(jié)晶輥的表面形成自然沉積膜，其成分是二氧化硅，氧化錳和氧化鈦的混合氧化物；在熔池內(nèi)引入惰性氣體和還原性氣體的混合氣；c.再經(jīng)熱軋、控制冷卻直至卷取。本發(fā)明鋼水中增加了鈦，在結(jié)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(jié)晶輥之間的氣隙，大大提高了鑄帶和結(jié)晶輥表面的之間的傳熱，提高了生產(chǎn)率；該沉積膜還起到了潤滑作用，減小了鑄帶和結(jié)晶輥之間的摩擦力，提高了鑄帶的表面質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者艷 于, 盧志明, 葉長宏, 健 崔, 園 方 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司