專利名稱：：鑄造鋼帶的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及在雙輥連鑄機中鋼帶的鑄造。
背景技術：
：在雙輥連鑄機中，熔融金屬被引入在一對相反轉(zhuǎn)動的被冷卻的水平鑄造輥之間，以使金屬殼(shell)凝固在移動輥表面，并在鑄造輥之間的輥隙處合起來，以產(chǎn)生從輥之間的輥隙向下輸送的凝固的帶產(chǎn)品。術語“輥隙”在這里被用于指代一般區(qū)域，在該區(qū)域輥是最接近在一起。熔融金屬可從澆包中傾注入較小的容器，從該容器熔融金屬流過位于輥隙上方的金屬輸送噴嘴，以使將其對準進入該輥間的輥隙，以立即在輥隙上形成支撐在輥的鑄造表面上的并且沿輥隙的長度延伸的熔融金屬的鑄造池。這個鑄造池通常被限定在以滑動嚙合于輥的末端表面方式固定的側板或擋板之間，以堵塞鑄造池的兩端，防止流出，盡管可替換裝置譬如電磁柵欄也已經(jīng)被提出。在雙輥連鑄機中鑄造鋼帶時，鑄造池一般是超過1550℃的溫度，并且必須實現(xiàn)在輥的整個鑄造表面上對鋼水的非?？焖偾揖鶆虻睦鋮s，以在鑄造輥的每個旋轉(zhuǎn)期間，在鑄造表面上的各個點暴露于鋼水鑄造池的短時期內(nèi)獲得凝固。如在美國專利5,720,336中所述，固化的熱通量可被沉積在鑄造輥表面的金屬氧化物的性質(zhì)顯著地影響，該金屬氧化物來自于在鑄造處理期間形成在鑄造池上的鋼渣。具體地，假如沉積在鑄造表面上的金屬氧化物在離開鑄造溫度處是液體形態(tài)，從而保證各個鑄造表面被由在鋼凝固溫度處至少部分是液體的材料層覆蓋，因此固化的熱通量可被極大地提高。氧化物與鋼一起凝固以形成在鋼帶中的氧化物夾雜物，但是最重要的是，在鋼的初始凝固溫度處它們處于液體形態(tài)，以使在鋼凝固之前它們沒有作為固體顆粒沉積在鑄造表面上，因此抑制了至鋼水的熱傳遞。
發(fā)明內(nèi)容基于在雙輥連鑄機中鑄造低碳鋼帶和在鑄造不同組分的鋼時分析氧化物夾雜物的實驗，我們發(fā)現(xiàn)在鑄造表面的熱通量由夾雜物的熔點來控制，該夾雜物產(chǎn)生于兩個來源，即(a)一部分產(chǎn)生在鑄造表面的鋼初始固化的彎月面上的凝固期間，和(b)一部分產(chǎn)生在澆包中液體鋼的脫氧期間。在鑄造輥上的帶的固化中，固化夾雜物位于帶的表面。在另一方面，形成在澆包中的脫氧夾雜物被分布在整個帶中，并比固化夾雜物明顯地粗糙。兩個夾雜物源對帶的鑄造均是重要的，并且為了更好的鑄造條件，從兩個來源產(chǎn)生的夾雜物的熔點應當被降低。所公開的美國專利5,72.,336專門涉及在固化期間產(chǎn)生的夾雜物。在該公開中表明，在渣中Al2O3的存在必然是有害的，并且應當最小化或通過鈣處理被中和掉。然而，與此相反地，我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)在脫氧夾雜物中控制數(shù)量的Al2O3存在可以非常有助于保證在鑄造期間夾雜物保持熔融直到周圍熔化鋼被固化。使用錳/硅脫氧鋼，夾雜物熔點對錳氧化物與硅氧化物的比率變化非常敏感，以及對于某些該比率，夾雜物熔點可以是相當高的，例如，大于1700℃，該熔點阻止了令人滿意的液體膜在鑄造輥表面形成以及導致阻塞鋼水輸送系統(tǒng)中的流動通道。為了產(chǎn)生三種包括MnO、SiO2和Al2O3的氧化物系統(tǒng)，在脫氧夾雜物中有意產(chǎn)生Al2O3可降低夾雜物熔點對于MnO/SiO2比率變化的敏感性，并且能夠?qū)嶋H降低夾雜物的熔點。因此本發(fā)明提供在雙輥連鑄機中鑄造低碳鋼，顧及包括Al2O3的脫氧夾雜物的形成。依據(jù)本發(fā)明，提供一種鑄造低碳鋼帶的方法，包括裝配一對鑄造輥，形成在該輥之間的一輥隙；形成具有鐵、錳、硅和鋁的氧化物的渣的鋼水，以在鋼帶中產(chǎn)生MnO·SiO2·Al2O3夾雜物，該夾雜物具有在0.2至1.6范圍內(nèi)的MnO/SiO2比率和低于45％的Al2O3含量；引導該鋼水至該對鑄造輥之間，以在該輥隙上形成被支撐在該輥的鑄造表面上的鋼水的鑄造池；和相反旋轉(zhuǎn)鑄造輥以產(chǎn)生從鑄造輥間的輥隙向下輸送的凝固的鋼帶。在鋼水中夾雜物中的這樣Al2O3含量是為了容許液態(tài)夾雜物的形成。從鋼水形成的帶中所得到的Al2O3含量能夠達到最大值為35+2.9(R-0.2)百分比，在其中R是夾雜物的MnO/SiO2比率。在整個MnO/SiO2比率的寬范圍上，所得到的帶的Al2O3含量可在10％至30％的范圍內(nèi)。該夾雜物包括至少3％的Al2O3。夾雜物通?？梢苑植荚谡麄€帶中，并且大多數(shù)在從2至12微米的大小范圍內(nèi)。本發(fā)明還提供一種厚度小于5mm的鑄造低碳鋼帶，該鑄造低碳鋼帶包括所固化的鋼相和通常分布在整個帶中的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物，該MnO·SiO2·Al2O3夾雜物具有在0.2至1.6范圍內(nèi)的MnO/SiO2比率和在3％至45％范圍內(nèi)的Al2O3含量。脫氧夾雜物可具有范圍在從2至12微米的大小。新型低碳鋼帶可以通過上述的其被生產(chǎn)的方法生產(chǎn)。為了更充分地解釋本發(fā)明，通過參考迄今所進行的實驗工作的結果，其中圖1是依據(jù)本發(fā)明的可操作的連續(xù)式帶連鑄機的平面圖；圖2是圖1中所示帶連鑄機的側視圖；圖3是圖1中在線3-3上的垂直截面圖；圖4是圖1中在線4-4上的垂直截面圖；圖5是圖1中在線5-5上的垂直截面圖；圖6說明MnO/SiO2比率對夾雜物熔點的影響；圖7說明在低碳鋼帶鑄造期間對從帶連鑄機中不同位置采集的樣本實施的夾雜物分析所獲得的MnO/SiO2比率；圖8說明以不同含量添加Al2O3對夾雜物熔點的影響；和圖9說明在鑄造低碳鋼時在可靠操作區(qū)域內(nèi)怎樣可調(diào)整Al2O3水平，以保持氧化物夾雜物的熔點低于約1580℃的鑄造溫度；圖10是說明直徑9.3微米的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的顯微照片；圖11是說明直徑5.6微米的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的顯微照片；圖12是說明直徑4.1微米的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的顯微照片；圖13是說明圖10中的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的x射線譜；圖14是說明圖11中的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的x射線譜；和圖15是說明圖12中的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的x射線譜。具體實施例方式圖1至圖5說明依據(jù)本發(fā)明的被操作的雙輥連續(xù)式帶連鑄機。該連鑄機包括直立在工廠地面12上的主機架11。架11支撐鑄造輥滑架13，該鑄造輥滑架13可水平滑動在組裝部14和鑄造部15之間?；?3承載一對平行鑄造輥16，在鑄造操作中熔融金屬被從35澆包17經(jīng)澆口盤18和輸送噴嘴19向平行鑄造輥16供給，以產(chǎn)生鑄造池30。鑄造輥16是水冷的，以使殼固化在移動輥表面16A，并在輥之間的輥隙處合起來，以在輥出口處產(chǎn)生凝固的帶產(chǎn)品20。這些產(chǎn)品20被供給標準卷取機21，隨之被傳送至第二卷取機22。容器23被安裝在毗鄰鑄造部的機架上，并且熔融金屬可經(jīng)在澆口盤上的溢流管24轉(zhuǎn)移進這個容器，或者假如在鑄造操作中存在產(chǎn)品的嚴重畸形或其它故障，則通過拔出在澆口盤一側的應急插頭。輥滑架13包括滑架支架31，該滑架支架31通過在沿部分主機架11伸展的導軌33上的輪32被安裝，因此成為一體的輥滑架13被安裝為沿導軌33移動。滑架支架31支撐一對輥托架34，輥16被旋轉(zhuǎn)安裝在該輥托架34。通過相互嚙合的互補滑動件35、36輥托架34被安裝在滑架支架31上，以允許托架在液壓氣缸單元37、38的影響下在支架上移動，從而在需要形成跨過帶的不明顯的橫向線路時，調(diào)整壓鑄輥16間的輥隙，和使該輥能夠快速移開一短時間間隔，以下將更詳細說明。通過雙動作的液壓活塞和氣缸單元39的作用，作為一整體的支架是沿導軌33可移動的，所述單元39被連接在輥滑架上的傳動懸臂40和主機架之間以使在組裝部(assemblystation)14和鑄造部(castingstation)15之間可驅(qū)動輥滑架，反之亦然。該對鑄造輥16通過來自于電動機的驅(qū)動軸41和安裝在滑架支架31的傳動裝置而相反旋轉(zhuǎn)。輥16具有形成有一連串軸向延伸并且沿外周隔開的水冷卻通道的銅外圍壁，該水冷卻通道由在輥傳動軸41中的供水管供給穿過輥端的冷卻水，該供水管連接穿過旋轉(zhuǎn)密封管43的供水軟管42。輥一般地直徑約500mm并且長度達2000mm，以生產(chǎn)2000mm寬的帶產(chǎn)品。澆包17完全屬于常規(guī)的結構，并經(jīng)卡箍(yoke)45被支撐在天車(overheadcrane)上，從那里其可被從熱金屬接收部定位。該澆包與由伺服氣缸驅(qū)動的塞桿46配合，以允許熔融金屬從該澆包通過出口噴嘴47和耐火護罩48流入澆口盤18。澆口盤18也屬于常規(guī)的結構。其形成為由譬如氧化鎂(MgO)的耐火材料制造的寬盤。澆口盤的一側接收來自澆包的熔融金屬，并具有前述的溢流管24和應急插頭25。澆口盤的另一側具有一連串縱向隔開的金屬出口開口52。澆口盤的低部分支撐用于在輥滑架支架31上安裝澆口盤的安裝懸臂53，并具有在滑架支架上容納標樁(indexingpeg)54的孔，以準確地定位澆口盤。輸送噴嘴19被形成為由譬如氧化鋁石墨的耐火材料制造的加長體。輸送噴嘴19的下部分是錐形的，以向內(nèi)和向下會聚，以使凸起進入鑄造輥16間的輥隙。輸送噴嘴19具有安裝懸臂60，從而支撐其在輥滑架支架上，輸送噴嘴19的上部分形成有向外凸起的側凸緣55，該凸緣55位于安裝懸臂上。噴嘴19可具有一連串水平隔開的大致垂直伸展的流動通道，以在輥的整個寬度上產(chǎn)生合適的金屬低速排出并將熔融金屬傳送進輥間的輥隙，而不直接沖擊初始凝固發(fā)生在其上的輥表面?？商鎿Q地，噴嘴可具有單個連續(xù)的狹縫出口以直接將低速熔融金屬幕輸送入輥間輥隙和/或其被浸入熔融金屬池。在輥滑架在鑄造部時，所述池被由一對對著階躍端57支撐的側封閉板56限定在輥的末端。側封閉板56由例如氮化硼的強耐火材料制造，并具有帶圓齒的側邊沿81以匹配輥階躍端57的曲率。側板可被安裝在板固定器82中，該板固定器82在一對液壓氣缸單元83的作用下在鑄造部處時是可移動的，以使側板與鑄造輥的階躍端相嚙合，從而在鑄造操作期間形成用于形成在鑄造輥上的金屬熔融池的端封閉。在鑄造操作期間，澆包塞桿46被啟動以允許熔融金屬從澆包中通過金屬輸送噴嘴傾倒至澆口盤，從那里流入鑄造輥。帶產(chǎn)品20的干凈頭端由裙板(aprontable)96的驅(qū)動而被引導至卷取機21的鉗爪。在形成干凈頭端后，通過液壓氣缸單元98的驅(qū)動，裙板96從在主機架上的樞軸安裝97垂下并可向卷取機擺動。裙板96可對著由活塞和氣缸單元101驅(qū)動的上部帶引導片(upperstripguideflap)99運行，帶產(chǎn)品20可以被限定在一對垂直側輥102之間。在頭端被引導進卷取機的鉗爪后，卷取機旋轉(zhuǎn)以卷取帶產(chǎn)品20，裙板被允許擺回其無效位置，在那里裙板只從機架垂下，不限制帶產(chǎn)品被直接帶到卷取機21上。所得到的帶產(chǎn)品20可隨后被轉(zhuǎn)移至卷取機22以產(chǎn)生用于運輸離開連鑄機的最后盤繞。在我們的美國專利第5,184,668號和5,277,243號以及國際專利申請PCT/AU93/00593中更充分地說明了在圖1至5中所述種類的雙輥連鑄機。在雙輥連鑄機中錳硅鎮(zhèn)靜低碳鋼帶的大量鑄造已經(jīng)表明，去氧夾雜物的熔點對用于這些夾雜物的MnO/SiO2比率的變化是非常敏感的。這圖示在圖6中，該圖6示出夾雜物熔點對相關MnO/SiO2比率的變化。在鑄造低碳鋼帶時，鑄造溫度是大約1580℃。從圖6中可以看到，在MnO/SiO2比率的某些范圍上，夾雜物熔點相比于鑄造溫度是相當高的，并可超過1700℃。在這么高的熔點下，不可能滿足在鑄造輥表面上保證保持液態(tài)薄膜的要求，這種組成的鋼是不可鑄造的。再者，在輸送噴嘴和鋼輸送系統(tǒng)的其它部件中流動通道的阻礙可成為一個問題。盡管可以調(diào)整鋼中的錳和硅含量以產(chǎn)生期望的MnO/SiO2比率，然而實驗表明，實際上非常難于保證獲得期望的MnO/SiO2比率并在工業(yè)設備中保持。例如，我們確定具有0.6％錳含量和0.3％硅含量的鋼組合物是理想的化學配比，以及基于等效計算應產(chǎn)生大于1.2的MnO/SiO2比率。然而，我們在操作工業(yè)輥鑄造設備中的實驗已表明僅獲得非常低的MnO/SiO2比率。這如圖7所示，在MO6帶鑄造期間對從工業(yè)規(guī)模的帶連鑄機中不同位置采集的鋼樣本進行夾雜物分析所獲得的MnO/SiO2比率，各個位置被定義如下L1澆包T1、T2、T3從澆包接收金屬的澆口盤TP2、TP3在澆包下的過渡連接件(transitionpiece)S、1、2形成鋼帶的連續(xù)部分從圖7中清楚的是，所測得的MnO/SiO2比率全部顯著地比計算的預期比率低超過1.2。再者，MnO/SiO2比率的小變化，例如從0.9至0.8的降低可顯著增加如圖6中所示熔點。同樣，在從澆包至模具的鋼轉(zhuǎn)移操作期間，暴露于空氣的鋼將引起再次氧化，該再次氧化將進一步降低MnO/SiO2比率(Si具有比Mn更大的對氧的親和力，因此將形成更多的SiO2，從而降低該比率)。這個影響可在圖7中清楚地看到，在圖7中，在澆口盤(T1、T2、T3)、過渡連接件(TP2、TP3)和帶(S、1、2)中的MnO/SiO2比率低于在澆包(L1)中的MnO/SiO2比率。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過引入被控制的鋁的水平，基于夾雜物的MnO·SiO2·Al2O3可以產(chǎn)生以下益處降低夾雜物的熔點(特別是在MnO/SiO2比率為較低值時)；和減小夾雜物的熔點對MnO/SiO2比率的變化的敏感性。這些益處通過圖8說明，圖8示出了在夾雜物中具有不同的Al2O3含量的不同MnO/SiO2比率的夾雜物熔點的測量值。這些結果顯示不同的MnO/SiO2比率的低碳鋼可使用對Al2O3水平的適當控制來進行鑄造。這可進一步由圖9來說明，圖9示出了用于不同MnO/SiO2比率的Al2O3含量的范圍，其將保證夾雜物熔點低于1580℃，該熔點是用于硅錳鎮(zhèn)靜低碳鋼的通常鑄造溫度?？梢钥吹?，Al2O3含量的上限為從用于MnO/SiO2比率0.2的大約35％至用于MnO/SiO2比率1.6的大約39％。該最大值的增長是近似線性的，因此上限或最大Al2O3含量可表示為35+2.9(R-0.2)。對于小于0.9的MnO/SiO2比率，其必不可少包含Al2O3以保證夾雜物熔點小于1580℃。大約3％Al2O3的最小量是必需的，并且合理的最小量應是10％Al2O3級的。對于在0.9以上的MnO/SiO2比率，使用可忽略的Al2O3含量理論上是可能的。然而，如前所述，在工業(yè)設備中實際獲得的MnO/SiO2比率可不同于理論上計算的預期值，并可在帶連鑄機中的不同位置而改變。再者，熔點可對該比率中較小改變非常敏感。因此理想的是，對于所有硅錳鎮(zhèn)靜低碳鋼，控制Al2O3水平以產(chǎn)生至少3％的Al2O3含量。形成在初始固化的池的彎月面上的固化夾雜物成為限于在最終帶產(chǎn)品的表面上，可以通過除垢或揀選被去除。在另一方面，脫氧夾雜物通常分布在整個帶中。它們比固化夾雜物粗糙，并通常大小在2至12微米的范圍內(nèi)。通過SEM(scanningelectronmicroscope，掃描電子顯微鏡)或其它技術它們可很容易被檢測。圖10-12是說明根據(jù)加熱顯示測量的夾雜物大小的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的SEM顯微照片。各個顯微照片分別表示經(jīng)放大的顯示MnO·SiO2·Al2O3夾雜物7、8、9的帶20的61×500μm截面。顯微照片的放大率和縮放比例顯示在各個表中。MnO·SiO2·Al2O3夾雜物7具有大約9.3微米的直徑，MnO·SiO2·Al2O3夾雜物8具有大約5.6微米的直徑，MnO·SiO2·Al2O3夾雜物9具有大約4.1微米的直徑。通過使用電子束輻射說明性的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物7、8、9，x射線被從摻雜區(qū)中發(fā)射，從而產(chǎn)生如圖13-15所示的各個譜。譜的x軸表示以Kev為單位的x射線能量，y軸表示在整個能量譜上在不同能級所測得的統(tǒng)計數(shù)量。因為在整個譜上在夾雜物中的各個氧化物具有特征x射線發(fā)射特性，因此在考慮本領域技術人員熟知的原子相互作用修正后，可確定各個夾雜物7、8、9的組分。對于9.3微米的圖10中的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物7，相應的頻數(shù)分布圖13顯示氧化物組分和該夾雜物的氧化物的分布對于5.6微米的圖11中的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物8，相應的頻數(shù)分布圖14顯示氧化物組分和該夾雜物的氧化物的分布對于4.1微米的圖12中的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物9，相應的頻數(shù)分布圖15顯示氧化物組分和該夾雜物的氧化物的分布這些測量顯示夾雜物7、8和9具有小于大約45％的Al2O3含量，以及直徑是在2和12微米之間的不同大小。另外，這些說明性的MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的所測得的MnO/SiO2比率對于夾雜物7是0.79、對于夾雜物8是0.92及對于夾雜物9是0.93。盡管參考幾個實施例，在前述附圖和說明書中已詳細地圖示和解釋了本發(fā)明，但可以理解的是說明書對特征是說明性的而不是限制性的，因此該發(fā)明不限于所披露的實施例。相反地，本發(fā)明覆蓋了在該發(fā)明范圍和宗旨內(nèi)的所有變化、修改和等效的結構。通過舉例而詳細描述了說明如目前所理解的實施本發(fā)明的最佳模式，解釋了實施如目前提出的該發(fā)明的最佳實施方式，因而本發(fā)明的其它特征對本領域技術人員是明顯的。在沒有脫離本發(fā)明的宗旨和范圍的情況下，可以對上述本發(fā)明進行許多修改。權利要求1.一種鑄造低碳鋼帶的方法，包括裝配一對鑄造輥，形成在該對輥之間的一輥隙；形成具有鐵、錳、硅和鋁的氧化物的渣的鋼水，以在鋼帶中產(chǎn)生MnO·SiO2·Al2O3夾雜物，該夾雜物具有在0.2至1.6范圍內(nèi)的MnO/SiO2比率和低于45％的Al2O3含量；引導該鋼水至該對鑄造輥之間，以在該輥隙上形成被支撐在該輥的鑄造表面上的鋼水的一鑄造池；和相反旋轉(zhuǎn)所述鑄造輥以產(chǎn)生從所述鑄造輥間的輥隙向下輸送的凝固的鋼帶。2.依據(jù)權利要求1的方法，其中所述Al2O3含量為最大35+2.9(R-0.2)百分比，其中R是所述夾雜物的MnO/SiO2比率。3.依據(jù)權利要求1的方法，其中所述MnO·SiO2·Al2O3夾雜物包括至少3％的Al2O3。4.依據(jù)權利要求1的方法，其中所述MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的Al2O3含量在10％至30％的范圍內(nèi)。5.依據(jù)權利要求1的方法，其中所述MnO·SiO2·Al2O3夾雜物分散在整個所述帶中。6.依據(jù)權利要求1的方法，其中大多數(shù)所述MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的尺寸在從2至12微米的直徑范圍內(nèi)。7.一種由一種方法制造的鑄造低碳鋼帶，該方法包括以下步驟裝配一對鑄造輥，形成在該對輥之間的一輥隙；形成具有鐵、錳、硅和鋁的氧化物的渣的鋼水，以在鋼帶中產(chǎn)生MnO·SiO2·Al2O3夾雜物，該夾雜物具有在0.2至1.6范圍內(nèi)的MnO/SiO2比率和低于45％的Al2O3含量；引導該鋼水至該對鑄造輥之間，以在該輥隙上形成被支撐在該輥的鑄造表面上的鋼水的一鑄造池；和相反旋轉(zhuǎn)所述鑄造輥以產(chǎn)生從所述鑄造輥間的輥隙向下輸送的凝固的鋼帶。8.依據(jù)權利要求7的鑄造低碳鋼帶，其中所述Al2O3含量為最大35+2.9(R-0.2)百分比，其中R是所述夾雜物的MnO/SiO2比率。9.依據(jù)權利要求7的鑄造低碳鋼帶，其中所述MnO·SiO2·Al2O3夾雜物可以包括至少3％的Al2O3。10.依據(jù)權利要求7的鑄造低碳鋼帶，其中所述MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的Al2O3含量在10％至30％的范圍內(nèi)。11.依據(jù)權利要求7的鑄造低碳鋼帶，其中所述MnO·SiO2·Al2O3夾雜物分散在整個所述帶中。12.依據(jù)權利要求7的鑄造低碳鋼帶，其中大多數(shù)所述MnO·SiO2·Al2O3夾雜物的尺寸在從2至12微米的直徑范圍內(nèi)。全文摘要提供一種鑄造具有夾雜物的低碳鋼帶的方法。具有鐵、錳、硅和鋁的氧化物渣的鋼水形成，并在一對鑄造輥間通過以形成具有MnO·SiO文檔編號C22C38/06GK1741869SQ200480002759公開日2006年3月1日申請日期2004年1月23日優(yōu)先權日2003年1月24日發(fā)明者拉馬·B·馬哈帕特拉,沃爾特·布萊杰德申請人:紐科爾公司