带钢连铸的方法和设备

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本发明涉及用带钢连铸机，特别是用二辊连铸机连铸带钢的方法及其设 备。\n在二辊连铸机上，熔融金属被引到一对转向相反的水平铸轧辊的辊缝 中，于是熔融金属在受到冷却的运动着的铸辊表面形成金属凝壳并在铸辊压 轧区压合形成凝固带坯并从铸辊间压轧区的下方输出。本文所用术语“压轧 区”是指两铸轧辊最靠近的区域。熔融金属可由钢包浇注到一个小容器中， 然后金属液通过安排在压轧区之上的排出口从小容器中流出，从而使金属液 直接进入铸辊的压轧区，这样在压轧区之上依靠铸辊表面形成熔融金属浇铸 熔池，并且该熔池沿着压轧区的长度方向延伸。尽管建议采用诸如电磁挡板 等替代装置，但是该浇铸熔池通常被限制于与轧辊端面滑动连接的侧板或档 板之间，从而防止金属液从熔池两端溢出。\n在二辊连铸机上浇铸带钢时，带钢离开压轧区时的温度很高，约达1400 ℃，在如此高的温度下由于氧化而使钢表面迅速生成氧化皮。这种氧化皮的 产生导致钢铸坯的严重损失。例如，1.55毫米厚的带坯在其冷却过程中将有 3％(通常氧化皮厚度为35微米)由于氧化而损失掉。此外，为了避免出现诸 如轧入氧化皮等表面质量问题，在下一步工序之前需要对带坯进行去除氧化 皮处理，这就造成额外的复杂性和巨大的费用问题。例如，热的带坯可以直 接输送到与带坯连铸机相串列的轧机上，之后输送到输出辊道上，在卷取之 前冷却到卷取温度。但是，由于铸机浇铸出的热带坯上氧化皮的快速产生， 以致必须要求安装去除氧化皮的设备，使带坯在进入轧机之前将氧化皮去 除。即使在带坯不经热轧直接冷却到卷取温度的情况下，在带坯卷取之前或 者在后续工序中也通常需要进行去除氧化皮处理。\n1987年的日本专利9753号描述了一种用于解决在二辊式连铸机上生产 带钢的快速氧化问题的建议。在该建议中，带钢通过一个炉内为非氧化气氛 的加热炉，非氧化气体由加热炉的烧嘴排放的废气提供。通过对烧嘴的操作 可以调节带钢的温度并保持非氧化性气氛，带钢通过在非氧化性气氛中处理 后输送到与之串列的轧机上。为了维持必要的温度控制和产生非氧化性气 体，该建议需要复杂的控制设备和大量的能量输入。\n1994年日本专利公开第335706号描述了另一种用于解决用二辊连铸机 浇铸的带钢的快速氧化问题的建议。在该建议中，带钢通过成份受到控制的 冷却气体，其中氧气含量不多于5％。该专利没有介绍冷却气体的确切成份， 但是介绍了连铸带坯在氧含量受控的不同气体中冷却的实验。该公开专利建 议将成份受到控制的冷却气体通入到一带坯冷却室中。\n本发明提供一种相对便宜并能高效利用能量的方法，该方法限制了高温 带坯在氧气中的暴露且不需要提供成份受到控制的气体。使带坯通过一个封 闭空间，通过氧化皮的形成消耗封闭空间中的氧气并将其密封以控制含氧气 体的进入，由此来控制氧化皮的形成程度。我们已经确定不需要向封闭空间 充入非氧化性或者还原性气体，且很快达到仅有很少的氧化皮形成的稳定状 态的可能性，尽管本发明的范围包括在浇铸初期先用非氧化性气体对封闭空 间进行气体冲洗这一过程。\n本发明特别但不仅仅适用于由带坯连铸机生产的热带钢坯输送到与其 串列的轧机上进行热轧的工艺过程。已经测定，带坯上的氧化皮薄膜对于防 止热轧过程中的粘接和粘辊很有必要，而且采用本发明通过对氧化皮生成的 控制，可以直接形成这样一种氧化薄膜从而避免了过度氧化造成的问题和损 失。\n根据本发明，提供一种连铸带钢的方法，包括：\n用一个或者多个受到冷却的浇铸表面支持钢水浇铸熔池；\n移动受到冷却的浇铸表面以便使凝固带坯从浇铸熔池拉出；\n沿行进路线引导凝固带坯移出熔池；\n在该过程中带坯在整个行进路线上都被限制在一个封密罩内，该封闭罩 内的氧气被通过其间带坯的氧化过程消耗掉，将封闭罩密封以控制含氧气体 进入，这样在带坯通过所述传送通道时就可以控制氧化皮的形成。\n离开行进路线后，带坯就可被输送到一个卷取机处。带坯在通过所述行 进路线时或者在离开行进路线后而在卷取之前可进行加速冷却。在任一情况 下，都希望对进入封闭罩的含氧气体进行控制，从而使卷取机上带坯氧化皮 的厚度不大于20微米，但最好不大于10微米。\n根据本发明所述的一个优选实施例，将凝固带钢通过所述行进路线输送 到与带坯连铸机相串列的热轧机上进行热轧。在这种情况下，最好控制进入 封闭罩的含氧气体以限制带坯上氧化皮的形成，使进入轧机的带坯氧化皮的 厚度不超过10微米。\n进入轧机的带坯氧化皮的最佳厚度范围是0.5～8微米。更具体地说， 在此处带坯氧化皮的厚度范围最好在1～5微米。\n封闭所述带坯的区域最好从带坯在浇铸熔池中形成时开始。例如可以将 浇铸液穴整体地封闭起来。\n在进入轧机之前带坯可以从封闭罩引出，在该情况下，封闭罩可以包括 一对张拉辊，带坯从其间引出封闭罩。或者，带坯在进入轧机时仍保留在封 闭罩内。该情况可以通过将轧机包含在封闭罩内或者通过密封封闭罩紧靠轧 机轧辊处来实现。\n根据本发明的另一方面，提供一种带钢连铸的方法，包括：\n以一对受到冷却的铸辊来支持熔融金属浇铸熔池，并在两辊间形成一个 压轧区；\n铸轧辊以相反方向旋转以产生凝固带坯，并从压轧区向下方输出；\n沿行进路线引导凝固带坯离开压轧区；\n在该过程中，带坯的行进路线始终限制在一封闭罩内，该封闭罩内的氧 气被通过其间的带坯的氧化过程消耗掉，并将封闭罩密封以控制含氧气体进 入，这样在带材通过所述行进路线时就可以控制氧化皮的形成。\n封闭罩对带坯的封闭最好是从带坯在铸轧辊间的压轧区形成时开始。\n本发明进一步提供了用于带钢连铸的设备，包括：\n一对基本水平的，在其间形成压轧区的铸轧辊；\n熔融金属输送装置，用于向铸轧辊间的压轧区输送钢水以形成由铸轧辊 支持的钢水浇铸熔池；\n用于冷却铸辊的装置；\n用于使铸轧辊以相反方向旋转的装置，从而使生产的铸带坯从压轧区向 下输送出；\n带坯引导装置，用于将从压轧区下方传送出的带坯引导至行进路线上；\n一个使带坯的行进路线始终在其内的封闭罩，该封闭罩为密封，以控制 在操作过程中含氧气体的进入，从而控制带坯上氧化皮的形成。\n封闭罩可以包括封闭壁，封闭壁有一个位于铸轧辊下方的可移动部分， 用作接收在浇铸过程任一阶段产生的废料的可移动容器。\n封闭壁的可移动部分可以是一种顶部开口的料箱，安装有轮子以便在操 作位置(此时移动部分成为封闭罩的一个部分)和废料倾倒位置之间运动。\n可以提供密封装置以便在料箱处于操作位置时密封封闭壁可移动部分 和其余部分之间的缝隙。\n为了更全面地解释本发明，下文将参照附图描述一个具体实施例。附图 如下：\n图1是根据本发明建造和操作的带钢连铸和轧制设备的垂直剖面图；\n图2描绘的是所述设备中的二辊连铸机的主要部件；\n图3是二辊连铸机的平面图；\n图4是图3中沿4-4线方向的截面图；\n图5是图4中沿5-5线方向的截面图；\n图6是图4中沿6-6线方向的视图\n图7是根据本发明建造和操作的改型的带坯连铸机和轧制设备的示意 图。\n所示的浇铸和轧制设备包括一个二辊连铸机11，由其生产的浇铸带钢 12经过行进路线10从导向辊道13输送到张拉辊机架14。从张拉辊机架出 来后，带坯紧接着进入由机架16组成的热轧机组15进行热轧以使带坯厚度 减小。这样轧制后带钢通过有一对张拉辊20A的张拉辊机架20从轧机输出， 并进入输出辊道17，在输出辊道17上带钢通过水喷头18强制冷却，之后 达到卷取机19。\n二辊连铸机11包括一个主机架21，用于支撑具有浇铸表面22A的一对 平行铸辊22。在浇铸过程中，熔融金属从钢包23通过一个耐火材料制成的 钢包水口24注入中间包25，然后通过中间包水口26进入位于铸辊22之间 的压轧区27。浇注到压轧区27的热金属液在压轧区之上形成熔池30，该 熔池被铸轧辊两端的一对侧板或挡板28限定，档板28通过包括与挡板保持 架28A相连的液压缸装置32的一对顶推杆31安装在轧辊的台阶状端面。熔 池30的上表面(通常称为弯月面)可以上升至中间包水口最低端之上，这样中 间包水口的底端就浸没于该熔池中。\n通过水冷铸轧辊22，使运动着的铸辊表面形成金属凝壳，金属凝壳在 铸辊之间的压轧区压合形成凝固带坯12并从铸辊之间的压轧区向下输出。\n在连铸过程的开始阶段，在铸造条件稳定之前已浇铸出一段不长的不理 想的带坯。当连续浇铸开始后，铸轧辊先略略分开然后再靠拢，这样就象澳 大利亚专利申请27036/92所描述的那样使带坯的前端断开，从而使后面的带 坯有一个干净的端部。不理想带坯掉入位于连铸机11下部的废料箱33。此 时，通常从枢轴35向下悬垂至连铸机出口一边的可摆动挡板34摆过连铸机 出口以引导铸带的干净端部至引导辊道13，引导辊道将带坯送入张拉辊机 架14。之后挡板34返回到悬垂位置使得带坯12在其进入引导辊道13(在此 处带坯将被一系列引导辊36牵引)之前，在连铸机下部形成悬垂活套。\n二辊连铸机可以是已批准的澳大利亚专利631728和637548以及美国 5，184，668和5，277，243中进行过某些详细描述和介绍的种类，可以参照这些 专利中适当的结构细节，且这些细节并不是本发明的内容。\n根据本发明，通过设备的制造和装配形成一个单一的形体巨大的封闭罩 37，该封闭罩确定了封闭空间38，铸带12的整个行进路线从铸轧辊之间的 压轧区到张辊机架14的咬入口39完全被限制在封闭空间中。\n封闭罩37是由许多分开的封闭壁段构成，这些封闭壁段用不同的密封 连接件组装成连续的封闭壁。封闭壁包括处于二辊连铸机位置的的封闭壁段 41，用于封闭铸辊；还包括在封闭壁段41之下的封闭壁段42，当废料箱33 处于操作位置时，封闭壁部分42与废料箱33的上沿相连接使其成为封闭罩 的一部分。通过由安装于废料箱上沿凹槽内的陶瓷纤维绳构成的密封件43 与安装在封闭壁段42底端的密封垫片44的接合平面连接，废料箱与封闭壁 段42连接在一起。废料箱33可以安装在运输车45上，运输车45装有可以 在轨道47上运行的轮子46，这样废料箱33便可以在浇铸操作之后移至废 料倾倒位置。压力缸装置40在废料箱处于操作位置时可以将其从运输车45 向上抬起，从而推动废料槽向上紧靠着封闭壁段42并压迫密封件43。浇铸 操作完成后，压力缸装置40使废料箱下降至回到运输车45上，使其能够运 动至废料倾倒位置。\n封闭罩37还包括封闭壁段48，封闭壁段48将引导辊道13包围并与张 拉辊机架14的牌坊49相连，张拉辊机架14包括一对紧邻封闭罩的张拉辊 50，通过滑动密封件60封闭罩与张拉辊之间形成密封。这样带材经过这对 张拉辊50的辊缝从封闭空间38中出来并立即进入热轧机15。张拉辊50与 轧机入口之间的间距应尽可能地短，通常约为1米或者更短，以便在带坯进 入轧机之前控制氧化皮的形成。\n大部分封闭壁组分可以用耐火砖砌衬，废料箱既可以用耐火砖砌衬也可 以用可注耐火材料作内衬。\n包围铸轧辊的封闭壁段41由侧板51构成，侧板51上开有凹槽52，其 形状适于在液压装置32将挡板28推至铸孔辊端部时承接挡板保持架28A。 挡板保持架28A与封闭罩侧壁段51之间的界面由滑动密封件53密封以保证 整个封闭罩的密封性。密封件53可以由陶瓷纤维绳构成。\n液压装置32从封闭壁段41处向外伸出，在此位置当液压装置启动以将 挡板推至铸轧辊端部时，封闭罩通过安装在液压装置上的密封板54密封， 也就是说，此时液压装置与封闭壁段41形成密封连接。通过液压装置32的 操作，顶推杆31可以移动耐火滑板55来关闭封闭罩顶部的开口56，挡板 最初是通过开口56进入封闭罩和挡板保持架28A从而作用于铸辊的。当液 压装置启动使挡板紧靠铸辊时，封闭罩的顶部被中间包，挡板保持架28A和 耐火滑板55封闭。通过这种方式，在浇铸操作之前就完成了整个封闭罩37 的密封，形成了密封空间38，这样便可以使带坯从铸辊至张拉辊机架14之 间仅暴露在有限的氧气之中。带坯最初消耗密封空间38中所有的氧气使其 表面形成严重的氧化皮。但是，对空间38的密封使含氧气体的摄入量小于 带坯氧化的消耗量。这样，在最初的开浇过程结束后，封闭空间38将保持 被消耗后的含氧量，从而限制了带坯的氧化。以这种方式，不需要向封闭空 间38连续输入还原性或者非氧化性气体就可以控制氧化皮的形成。为了避 免开浇过程的严重氧化，在浇注操作之前可以先对封闭空间进行气体冲洗处 理，从而降低封闭空间最初的氧浓度，并且减少了通过带坯与氧气反应达到 稳定氧浓度所需的时间。封闭空间可以采用氮气较方便地进行气体冲洗。已 经发现，即使在最初的开浇阶段，如果最初的氧浓度减少至5％～10％， 在封闭罩出口处带坯的氧化皮厚度也还是在约10～17微米之间。\n在典型的连铸设备中，从连铸机出来的带坯的温度为1400℃左右，送 至轧机的带坯温度约为1200℃。带坯的宽度范围是0.9～1.8微米，厚度范 围是1.0～2.0毫米。带坯的速度约为1.0米/秒。研究发现，在这些条件下 生产带坯很有可能将漏入封闭空间38的空气量控制在某一程度，从而使从 封闭空间38送出的带坯的氧化层厚度限制在5微米以内，这相当于在封闭 空间的平均氧浓度为2％。由于在最初的开浇阶段带坯快速地消耗掉所有氧 气，因此封闭空间38的体积并不是特别重要，而随后形成的氧化皮仅仅是 由从密封件漏入封闭空间的气体速率确定的。期望将漏气速率控制住以使轧 机入口处带坯氧化层的厚度在1～5微米范围内。实验表明，为了防止在热 孔过程中出现粘接和粘辊，带坯表面需要一定程度的氧化。特别是实验表明 带坯应保留0.5～1微米微小厚度的氧化层以保证满意的轧制效果。约为8 微米，最好为5微米的氧化层厚度是合乎要求的，从而可避免轧制后的带材 表面出现轧入氧化皮及缺陷以及能保证最终产品氧化皮厚度不超过传统热 轧带材上氧化皮的厚度。\n图7介绍的是一种改型例子，其中封闭罩经改型扩展到将轧机15封闭， 使带坯在离开封闭空间38之前被轧制。在该情况下，带材经最后的轧机机 架16离开封闭罩，轧机机架16的轧辊也起到密封封闭罩的作用，这样便不 再需要分别密封张拉辊。\n所介绍的设备形式仅以举例方式说明，可以有较大程度的改变。例如， 本发明并不只局限于应用在与连铸机串列对铸带坯进行热轧的过程，也可以 应用于仅在连铸后进行降温和卷取的带坯的氧化皮生成控制。例如带坯可以 在连铸完成后输送到输出辊道上，在其上强制冷却到约600℃的卷取温度。 在该情况下防止氧化的封闭罩可以包围输出辊道，或者带坯在输送到输出辊 道前离开防氧化封闭罩。对于在封闭罩内对带坯进行热轧的情况，封闭罩可 以延伸至完全罩住轧机，或者紧靠轧辊并通过滑动密封件密封。在所有这些 情况下，为了防止随后氧化皮的快速产生，最好在离开封闭罩之前将带坯温 度降至小于1250℃。