專利名稱：雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬薄帶連鑄技術(shù)，特別涉及雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法。
背景技術(shù)：
薄帶連鑄技術(shù)是冶金及材料研究領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)前沿技術(shù)，它的出現(xiàn)正為鋼鐵工業(yè) 帶來一場革命，它改變了傳統(tǒng)治金工業(yè)中薄型鋼材的生產(chǎn)過程。傳統(tǒng)的薄型鋼材一般采用板坯連鑄法，在生產(chǎn)中需要經(jīng)過多道次熱軋和反復(fù)冷軋 等工序。能耗大，工序復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，勞動強(qiáng)度大，產(chǎn)品成本高，轉(zhuǎn)產(chǎn)困難等缺點(diǎn)。厚板 坯QOO 300mm)連鑄連軋工藝線長度一般在500 800m之間，薄板坯(50 60mm)為 300 400m，而采用薄帶連鑄技術(shù)，將連續(xù)鑄造、軋制、甚至熱處理等整合為一體，使生產(chǎn)的 薄帶坯稍經(jīng)冷軋就一次性形成工業(yè)成品，簡化了生產(chǎn)工序，縮短了生產(chǎn)周期，其工藝線長度 僅60m。設(shè)備投資也相應(yīng)減少，產(chǎn)品成本顯著降低，并且薄帶質(zhì)量不亞于傳統(tǒng)工藝。此外，利 用薄帶連鑄技術(shù)的快速凝固效應(yīng)，還可以生產(chǎn)出難以軋制的材料以及具有特殊性能的新材 料。但從目前的研究情況看，主要集中在不銹鋼、低碳鋼和硅鋼片方面。薄帶連鑄技術(shù)工藝方案因結(jié)晶器的不同分為帶式、輥式、輥帶式等，其中研究得最 多、進(jìn)展最快、最有發(fā)展前途的當(dāng)屬雙輥薄帶連鑄技術(shù)。該技術(shù)在生產(chǎn)0. 7 2mm厚的薄鋼 帶方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性，其工藝原理是將金屬液注入一對反向旋轉(zhuǎn)且內(nèi)部通水冷卻的鑄 輥之間.使金屬液在兩輥間凝固形成薄帶。雙輥鑄機(jī)依兩輥輥徑的不同分為同徑雙輥鑄機(jī) 和異徑雙輥鑄機(jī).兩輥的布置方式有水平式、垂直式和傾斜式三種，其中尤以同徑雙輥鑄 機(jī)發(fā)展最快、已接近工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的水平。1857年，英國的Bessemer首次嘗試采用雙輥技術(shù)直接鑄造鋼帶，并獲得了該項(xiàng)技 術(shù)的第一項(xiàng)專利。在最初的100多年里，由于制造技術(shù)和控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的落后.過 程控制較為困難，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證，使得這項(xiàng)技術(shù)基本上處干停滯狀態(tài)。到了 1989年，澳 大利亞BHP(Broken Hill Proprietary Company)公司禾口曰本的 IHI (Ishikawajima-Harima Heavy Industries)公司決定聯(lián)合開發(fā)鋼的雙輥薄帶連鑄技術(shù)。在澳大利亞建立了一個(gè)用 于研究此項(xiàng)技術(shù)的研究廠，命名為M工程。直至1999年，M工程才完成了它的使命。通過 研究和開發(fā)，在薄帶連鑄技術(shù)方面獲得了 1500多項(xiàng)專利。為了管理和繼續(xù)研發(fā)有關(guān)技術(shù)， 由美國Nucor公司，BHP和IHI合資組建了一個(gè)鑄帶(CastripTM)有限責(zé)任公司(LLC)。首 家利用薄帶連鑄技術(shù)進(jìn)行商業(yè)性生產(chǎn)的公司是美國Nucor公司，命名為C工程。目前鋼鐵材料薄連鑄技術(shù)的主要問題是鋼帶的表面質(zhì)量達(dá)不到要求。所有的薄帶 連鑄所生產(chǎn)的材料均是表面等級較低的鋼板，表面質(zhì)量問題是制約鋼鐵材料薄連鑄技術(shù)發(fā) 展的主要瓶徑。另外，鋼鐵材料的熱能較高，因此鋼板薄帶連鑄的速度比較低。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有狀況，本發(fā)明的目的在于提供一種雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方 法，特別是鋼鐵材料的薄帶連鑄技術(shù)，鋼板的表面質(zhì)量達(dá)到傳統(tǒng)熱軋薄板的表面質(zhì)量，同時(shí)薄板的連鑄速度達(dá)到現(xiàn)有薄帶連鑄速度的兩倍。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用雙輥雙帶復(fù)合連鑄連軋技術(shù)，在金屬 材料的連鑄過程中，兩條金屬母帶分別通過兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥共同形成鋼液溶池，金 屬熔液在母帶上發(fā)生結(jié)晶凝固，在結(jié)晶輥的鑄軋作用下形成復(fù)合鑄帶，再經(jīng)軋制形成最終 薄帶。具體地，雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，兩條金屬母帶環(huán)繞于結(jié)晶輥，由兩 個(gè)結(jié)晶輥和兩條金屬母帶形成熔池，熔池中的金屬熔液與金屬母帶接觸發(fā)生凝固；金屬熔 液凝固后與兩個(gè)金屬母帶共同形成復(fù)合鑄帶，兩個(gè)結(jié)晶輥相互反向轉(zhuǎn)動帶動下，復(fù)合鑄帶 向下運(yùn)動，經(jīng)導(dǎo)向輥轉(zhuǎn)向后進(jìn)入熱軋機(jī)軋制，軋制后進(jìn)行成品薄帶；復(fù)合鑄帶在結(jié)晶輥的出 帶時(shí)表面溫度區(qū)間在兩條金屬母帶中低熔點(diǎn)母帶0. 5Tm 0. 9Tm之間。進(jìn)一步，本發(fā)明復(fù)合鑄帶在結(jié)晶輥的出帶后再通過第二對結(jié)晶輥二次鑄軋冷卻， 或者，可以進(jìn)行氣冷或水霧冷卻，經(jīng)導(dǎo)向輥轉(zhuǎn)向后進(jìn)入熱軋機(jī)軋制，軋制后進(jìn)行成品薄帶。兩條金屬母帶在壓緊輥的壓緊下環(huán)繞于結(jié)晶輥。作為金屬母帶材料為碳鋼、不銹鋼、銅、鈦、鎳或鉻。在連鑄過程中兩條金屬母帶的成分可以相同，也可以不相同。采用張力控制協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各個(gè)部分，兩條母帶和復(fù)合鑄帶的張力相同，張力的范 圍為 2. 3Mpa 5. OMPa。另外，復(fù)合鑄帶在結(jié)晶輥的出帶時(shí)表面溫度區(qū)間在兩條金屬母帶中低熔點(diǎn)母帶為 0. 6Tm 0. 8Tm 之間。復(fù)合鑄帶進(jìn)入熱軋機(jī)之前復(fù)合鑄帶表面溫度在兩條金屬母帶中低熔點(diǎn)母帶 0. 75Tm 以下。澆鑄的金屬熔液的金屬材料為碳鋼、不銹鋼、高溫合金、或鋁。本發(fā)明技術(shù)要求雙結(jié)晶輥對液態(tài)金屬進(jìn)行凝固結(jié)晶，要求雙金屬薄帶做為連鑄金 屬母帶。作為金屬母帶的金屬薄帶可以是任何金屬薄帶，包括碳鋼、不銹鋼、銅、鈦、鎳、鉻寸。作為金屬母帶的金屬薄帶可以是任何成分的鋼帶，在連鑄過程中兩條連鑄金屬母 帶的成分可以相同，也可以不相同。澆鑄的金屬熔液可以是任意金屬材料，包括碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鋁等。本發(fā)明 生產(chǎn)工藝適應(yīng)性強(qiáng)，由不同的金屬母帶及澆鑄材料直接生產(chǎn)不同的復(fù)合薄帶。無需進(jìn)行設(shè) 備改造。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)在于1.表面質(zhì)量容易控制，材料表面質(zhì)量高。鑄帶的表面質(zhì)量由母帶的表面質(zhì)量決定， 整體連鑄過程中母帶的表面溫度可控，表面不發(fā)生嚴(yán)重的氧化，不產(chǎn)生裂紋，因此表面質(zhì)量尚ο2.省去了薄帶連鑄難以控制的開澆問題。3.連鑄工藝易控制，連鑄過程中整體系統(tǒng)采用張力控制，鑄機(jī)及軋機(jī)的協(xié)調(diào)性強(qiáng)。4.不發(fā)生普通薄帶連鑄中的粘輥現(xiàn)象，對結(jié)晶輥的要求降低。5.連鑄速度高，采用母帶進(jìn)行澆鑄，熔融金屬凝固速度快，連鑄的速度可以達(dá)到普通薄帶連鑄的2倍以上。例如，在澆鑄兩面為不銹鋼中間為碳鋼的復(fù)合薄帶時(shí)，兩面不銹鋼 及中間碳鋼的厚度分別為2mm，連鑄的速度可以達(dá)到200m/min，為普通碳鋼薄帶連鑄的2 3倍。6.本發(fā)明生產(chǎn)工藝適應(yīng)性強(qiáng)，可生產(chǎn)不同的復(fù)合薄帶。無需進(jìn)行設(shè)備改造。


圖1為本發(fā)明雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明的雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，兩條連鑄金屬母帶1在 壓緊輥2的壓緊環(huán)繞于結(jié)晶輥3，由兩個(gè)結(jié)晶輥3和兩條連鑄金屬母帶形成一個(gè)熔池4。熔 池中的金屬熔液也連鑄金屬母帶1帶接觸，熱量傳導(dǎo)給金屬母帶發(fā)生凝固，金屬母帶1升 溫，并將熱量傳導(dǎo)結(jié)晶輥3。金屬熔液凝固后與兩個(gè)金屬母帶共同形成復(fù)合鑄帶7，兩個(gè)結(jié) 晶輥3相互反向轉(zhuǎn)動帶動下，復(fù)合鑄帶7向下運(yùn)動，經(jīng)過第二結(jié)晶輥5的冷卻作用，復(fù)合鑄 帶7的表面溫度降低。也可以不含有第二結(jié)晶輥5，直接進(jìn)入導(dǎo)向輥6轉(zhuǎn)向。復(fù)合鑄帶7轉(zhuǎn) 向后進(jìn)入熱軋機(jī)8軋制，軋制后進(jìn)行成品薄帶。本發(fā)明的熱力學(xué)原理在于金屬母帶吸收熔融金屬的熱量共同形成同一溫度的復(fù) 合薄帶。以Imm厚雙鋼帶母帶為例，以1558°C鋼水澆鑄，復(fù)合鑄帶總厚度為4mm。相當(dāng)于等 量的鋼水和鋼帶進(jìn)行作用，熱量平衡見下式csms (Tu-Trooffl) = CslIi1 (Tsl-Tu) +C1Hi1 (T1-Tsl) + Δ HCs = 462J/kg · "C，C1 = 840J/kg · "C，ΔΗ= 250kJ/kg式中，Cs為母帶熱容，ms為母帶質(zhì)量，Tu為鋼液凝固點(diǎn)，C1為鋼液熱容，Hi1為鋼液 質(zhì)量，Trooffl為室溫，Tsl為出帶溫度，ΔΗ為鋼液焓。最終的溫度為1057°C，考慮結(jié)晶輥的降溫作用以及環(huán)境的降溫作用，最終進(jìn)入熱 軋機(jī)7之前的溫度可控制在950°C。如果采用第二結(jié)晶輥鑄帶的厚度可以加大。鑄機(jī)的速 度與熱軋精軋機(jī)組速度相當(dāng)。并且這一連鑄過程不發(fā)生熱軋機(jī)組的間歇工作特性，生產(chǎn)效率較高。實(shí)施例1為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)性的雙輥雙帶連鑄，實(shí)驗(yàn)室采用雙金屬板制成薄盒的方法模 擬。采用2mm厚的低碳鋼板，制成1米寬、IOOmm長、6mm厚的薄盒，薄盒外用銅水槽冷卻。采 用2mm的流嘴將鋼液注入薄盒中間槽中，完全注滿后送入軋機(jī)軋制，終帶的厚度為2mm。鑄 帶表面質(zhì)量好，內(nèi)部無缺陷，平均晶粒尺寸為5微米。實(shí)施例2過程同實(shí)施例1，是由不銹鋼制成的薄盒。最終得到薄帶為表面層為不銹鋼的薄 帶，界面處具有一個(gè)擴(kuò)散層。表面質(zhì)量達(dá)到熱軋不銹鋼的質(zhì)量。實(shí)施例3過程同實(shí)施例1，是由一面為2mm不銹鋼另一面為3mm銅板制成的薄盒。最終得到薄帶為表面層一面為不銹鋼另一面為銅的薄帶，銅鋼界面擴(kuò)散層較大，結(jié)合良好。表面質(zhì)量 達(dá)到熱軋不銹鋼的質(zhì)量，銅表面發(fā)生一定程度的氧化，變形量較大。實(shí)施例4過程同實(shí)施例1，是由一面為2mm不銹鋼另一面為2mm鈦板制成的薄盒。最終得到 薄帶為表面層一面為不銹鋼另一面為鈦的薄帶，界面結(jié)合良好，表面質(zhì)量高。實(shí)施例5過程同實(shí)施例1，是由一面為2mm不銹鋼另一面為2mm的IF鋼板制成的薄盒。中 間槽中澆鑄的是高溫合金材料，最終得到薄帶為表面層一面為不銹鋼另一面為IF鋼，中間 層為高溫合金的薄帶，界面結(jié)合良好，表面質(zhì)量高。高溫合金的組織均勻。實(shí)施例6過程同實(shí)施例1，是由一面為2mm銅另一面也為2mm的銅板制成的薄盒。中間槽中 澆鑄的是鋁，最終得到薄帶為表面層為銅，中間層為鋁的復(fù)合薄帶，界面為冶金結(jié)合，表面質(zhì)量實(shí)施例7過程同實(shí)施例1，是由一面為2mm銅另一面也為2mm的銅板制成的薄盒。中間槽中 澆鑄的是碳鋼，最終得到薄帶為表面層為銅，中間層為鋼的復(fù)合薄帶，界面為冶金結(jié)合，表 面質(zhì)量高。實(shí)施例8過程同實(shí)施例7，是由一面為2mm銅另一面也為2mm的銅板制成的薄盒。中間槽中 澆鑄的是不銹鋼，最終得到薄帶為表面層為銅，中間層為不銹鋼的復(fù)合薄帶，界面為冶金結(jié)合，表面質(zhì)量高。
權(quán)利要求
1.雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，兩條金屬母帶環(huán)繞于結(jié)晶輥，由兩個(gè)結(jié)晶輥 和兩條金屬母帶形成熔池，熔池中的金屬熔液與金屬母帶接觸發(fā)生凝固；金屬熔液凝固后 與兩個(gè)金屬母帶共同形成復(fù)合鑄帶，兩個(gè)結(jié)晶輥相互反向轉(zhuǎn)動帶動下，復(fù)合鑄帶向下運(yùn)動， 經(jīng)導(dǎo)向輥轉(zhuǎn)向后進(jìn)入熱軋機(jī)軋制，軋制后進(jìn)行成品薄帶；復(fù)合鑄帶在結(jié)晶輥出帶時(shí)表面溫 度區(qū)間為低熔點(diǎn)母帶的0. 5Tm 0. 9Tm之間。
2.如權(quán)利要求1所述的雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，其特征在于復(fù)合鑄帶 在結(jié)晶輥的出帶后再通過第二對結(jié)晶輥二次鑄軋冷卻，或者，可以進(jìn)行氣冷或水霧冷卻，經(jīng) 導(dǎo)向輥轉(zhuǎn)向后進(jìn)入熱軋機(jī)軋制，軋制后進(jìn)行成品薄帶。
3.如權(quán)利要求1所述的雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，其特征在于兩條金屬 母帶在壓緊輥的壓緊下環(huán)繞于結(jié)晶輥。
4.如權(quán)利要求1或3所述的雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，其特征在于在連 鑄過程中兩條金屬母帶的成分可以相同，也可以不相同。
5.如權(quán)利要求1或3所述的雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，其特征在于金屬 母帶材料為碳鋼、不銹鋼、銅、鈦、鎳或鉻。
6.如權(quán)利要求1、或2或3中所述的雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，其特征在 于所述的兩條金屬母帶和復(fù)合鑄帶的張力相同，張力的范圍為2. 3Mpa 5. OMPa0
7.如權(quán)利要求1或2或3所述的雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，其特征在于復(fù) 合鑄帶在結(jié)晶輥的出帶時(shí)表面溫度區(qū)間在兩條金屬母帶中低熔點(diǎn)母帶為0. 6Tm 0. STm之 間。
8.如權(quán)利要求1或2或3所述的雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，其特征在于 復(fù)合鑄帶進(jìn)入熱軋機(jī)之前復(fù)合鑄帶表面溫度在兩條金屬母帶中低熔點(diǎn)母帶0. 75Tm以下。
9.如權(quán)利要求1所述的雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，其特征在于澆鑄的金 屬熔液的金屬材料為碳鋼、不銹鋼、高溫合金、或鋁。
全文摘要
雙輥雙帶復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶連鑄連軋方法，在雙輥連鑄過程中，兩條金屬母帶分別通過兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥共同形成鋼液溶池，金屬熔液在母帶上發(fā)生結(jié)晶凝固，在結(jié)晶輥的鑄軋作用下形成復(fù)合鑄帶，再經(jīng)軋制形成最終薄帶。本發(fā)明無開澆問題，復(fù)合鑄帶表面質(zhì)量高，澆鑄效率高，可澆鑄復(fù)合成分和復(fù)合結(jié)構(gòu)薄帶。
文檔編號B21B1/46GK102039309SQ200910197640
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者葉長宏, 張俊寶, 方園 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司