一种改善铸带表面质量的方法及装置
技术领域
本发明是薄带连铸工艺技术领域，特别涉及一种改善铸带表面质量的方法及装置。
背景技术
近几十年来，随着连铸技术的进步和在线计算机控制程度的提高，世界上各个国家的冶金行业一直希望能够降低钢铁工业的能耗和生产成本，所以能够将钢水直接浇铸出成品成为研究者们孜孜不倦追求的目标。薄带连铸主要形式之一是钢水经过高速旋转的结晶辊，并在轧制力的作用下凝固成2-5mm铸带。
目前薄带连铸生产的基本工艺过程是：薄带连铸机(双辊、单辊、轮带式)-密闭室-活套-夹送辊-热轧(单机架或两机架或无)-控冷-卷取。钢水从钢包经过长水口、中间包和浸入式水口进入旋转的水冷结晶辊与侧封板形成的熔池内，经过水冷结晶辊的冷却形成铸带，通过摆动导板、夹送辊将铸带送至输送辊道，经过热轧机，喷淋冷却，飞剪直至卷取机。薄带连铸技术由于具有节约成本、缩小厂房面积、降低能耗、提高生产效率等优点，这项技术现在正成为各个国家的研究者研究的热点，同时也被称作是冶金行业的革命性技术。
对连铸过程，无论是传统板坯连铸，还是薄板坯或薄带连铸过程，影响铸带凝固状态的主要因素是拉坯的阻力，即凝固坯壳与结晶辊(结晶器)之间相对运动时的摩擦力。薄带连铸工艺由于缺少了传统连铸结晶器振动台的振动和保护渣的润滑，因此更容易产生粘辊。当铸带局部粘辊发生时，会出现裂纹、铸带撕裂等缺陷；当粘辊严重时，即铸带粘辊的面积较大，铸带粘到辊面会将结晶辊包住，造成结晶辊堵转，使结晶辊设备损伤。结晶辊是薄带连铸的核心设备，提高结晶辊的寿命是薄带连铸降低成本的关键。在冶金中常用的方法是在结晶辊表面镀层，如镀镍、钴等元素，提高结晶辊的耐磨性，但该方法不能改善结晶辊表面的润滑。
美国专利US2004045696公布了将氩气或者氮气引入到结晶辊表面形成一层气膜，该气膜起到润滑凝固钢坯壳，提高表面质量的作用。
拉佐.斯特雷夫在《Metallurgical and Materials Transaction B》，Vol.31B(October 2000)，pp.1023-1030)上发表了题为：“薄带连铸熔体与基体界面传热机制”的文章。该文章提出了利用结晶辊表面形成的自然沉积膜可以提高结晶辊与钢水之间的传热。美国专利US5720336、US6059014、US5934359、US6059014以及欧洲专利申请EP0800881、日本发明申请JP10029047以及中国专利CN1263804A等都公布了不同的自然沉积膜的控制方法。上述这些公开的技术主要是通过控制钢水的成分以及夹杂物可以控制自然沉积膜的组成，达到控制传热同时润滑结晶辊表面的作用。
美国专利US6145581以及US620792B都是一种对结晶辊端面以及侧封板的润滑方法。两项专利的共同点都是在端面加入固体的润滑剂，如：石墨，二硫化钼等，两个专利的加入方法和加入工艺不同。US620792B是将颗粒与快干粘结剂混和，喷到侧封板槽内；而US6145581是通过一个挤压装置，加入润滑剂。
发明内容
对薄带连铸技术而言，由于凝固速度快，凝固的铸带经常会黏结在结晶辊表面。当铸带局部粘辊发生时，会出现裂纹、铸带撕裂等缺陷；当粘辊严重时，即铸带粘辊的面积较大，铸带粘到辊面会将结晶辊包裹住，造成结晶辊堵转。另一方面，由于凝固速度快，传热容易不均匀，导致铸带表面容易出现裂纹等缺陷。
在已有的技术中，一类是通过控制钢水的成分以及夹杂物使结晶辊表面生成自然沉积膜。该方法的优点是不需要特殊设备，是钢水凝固过程产生的。但缺点是自然沉积膜可控性差，尤其在浇铸前期膜少，后期膜多，这对生产过程有很大影响，尤其是生产不同产品时，不易控制。
另一类是通过引入气体在结晶辊表面形成气膜，达到润滑的效果。这个方法最大的问题是容易使钢水吸气，对产品的质量有影响。
本发明的目的是提供一种改善铸带表面质量的方法及装置，通过结晶辊表面处理，一方面使结晶辊表面得到润滑，避免粘辊缺陷发生，另一方能够在凝固界面影响传热，使界面传热更均匀，提高铸带的表面质量。
本发明的技术方案是：
一种改善铸带表面质量的方法，钢水通过浸入式水口或布流器进入两个高速旋转的结晶辊之间形成熔池，经过结晶辊的冷却和轻微轧制形成铸带，再经热轧、控制冷却直至卷取；其特征是，在结晶辊的外表面通过具有压力的惰性气体作为载体在向结晶辊表面喷射粉状颗粒，所述的粉状颗粒为石墨、氮化硼、或二硫化钼，结晶辊表面形成一层薄膜。
又，所述的薄膜的厚度5～100μm。
所述的粉状颗粒的消耗量＜5g/m2。
所述的粉状颗粒的粒度小于50μm。
另外，本发明所述的惰性气体为氮气、或氩气。
惰性气体的压力为0.2～1.2Mpa。
本发明用于薄带连铸过程中结晶辊在线表面润滑处理的装置，其包括，若干集气管，其端部设喷嘴，喷嘴分别设置于二结晶辊之间形成熔池上方的结晶辊一侧，沿结晶辊辊面排列，且，位于密闭罩内侧；气体管道，两端连接集气管和气源，管道上分别装设可以控制压力和流量的调节阀、流量计、压力表；粉料喂料器，设置于气体管道中；二毛刷辊，设置于结晶辊表面。
薄带连铸过程中，粉状颗粒在压缩气体下通过喷嘴喷射到结晶辊表面，结晶辊表面形成一层薄膜。通过控制气体的压力及粉料量来控制薄膜的厚度。惰性气体同时为密闭室提供保护气体，有效地防止钢水和铸带的二次氧化，减少氧化铁皮的厚度，产品的表面质量明显改善。
本发明与美国专利US2004045696不同之处是，本发明除了在结晶辊的表面形成气膜外，还连续地涂覆了润滑剂，有效地的提高了表面的润滑。
美国专利US5720336、US6059014、US5934359、US6059014以及欧洲专利申请EP0800881、日本发明申请JP10029047以及中国CN1263804A通过自然沉积膜的控制方法。本发明不是通过控制自然沉积膜的方法，控制的原理和方法不同。
与美国专利US6145581以及US620792B相比，本发明与上述两个专利的不同点主要体现在：
1)目的不同，本发明是解决铸带与结晶辊间的摩擦和传热；而不是侧封板与端面的摩擦；
2)位置不同。本发明实施的位置是结晶辊面；上述专利的实施位置是结晶辊端面；
3)加入的设备和工艺不同。本发明是固体粉通过压缩其它为载体，通过喷嘴喷到结晶辊的表面；加入的气体有润滑和保护气氛的作用。US620792B是将颗粒与快干粘结剂混和，喷到侧封板槽内；而US6145581是通过一个挤压装置，加入润滑剂。
本发明的主要优点有：
1.本发明改善了结晶辊表面的润滑，降低了结晶辊与铸带间的摩擦，提高结晶辊的使用寿命。
2.本发明可以有效地防止粘辊的发生，减少表面的裂纹，提高铸带的表面质量。
3.本发明根据不同产品的工艺，选择不同的润滑粉，可以有效地控制薄带连铸的凝固过程，使界面传热均匀，提高了铸带的表面质量。
附图说明
图1为本发明薄带连铸工艺的示意图；
图2为本发明结晶辊在线表面润滑处理装置的示意图；
图3为本发明结晶辊在线表面润滑处理装置的示意图；
图4是石墨有效地改善界面传热的均匀性；
图5是未喷涂铸带的组织的照片；
图6是喷涂石墨后铸带的组织的照片。
具体实施方式
参见图1～图3，钢水从钢包1经过长水口2、中间包3和浸入式水口4进入旋转的水冷结晶辊5、5’和侧封板6形成的熔池7内，经过水冷结晶辊5、5’的冷却形成铸带8，通过摆动导板9、夹送辊10将铸带8送至热轧11，再经控制冷却12直至卷取13。
结晶辊5外还设安装压缩气体管道14和粉料喂料器15。该压缩气体管道14上分别装设可以控制压力和流量的调节阀16、流量计17、压力表18；通过集气管19、19’、喷嘴20、20’对结晶辊5、5’喷射润滑剂；期间由毛刷辊21、21’对水冷结晶辊5、5’表面清理，使结晶辊表面清洁，易于润滑剂在结晶辊表面的沉积。
当浇铸开始后，分别打开压缩气体调节阀16(气体可以是氮气、氩气等惰性气体)，根据流量计17的数值，调节阀门的大小。在生产中，根据钢种和生产工艺以及润滑剂的类型调节控制比例。
由于润滑层的厚度和消耗量对传热和凝固有很大的影响，见图4。因此根据要求，提前设定喷射粉状颗粒的压力和流量，以及给料量，以保证产品的质量。
实施例1
压缩气体的成分是氮气惰性气体，粉料喂料器内装石墨粉。浇铸开始后，关闭密闭罩22。打开压缩气体调节阀16，流量计17，使压力表18的达到0.4Mpa的压力。石墨在压缩气体下通过喷嘴喷射到结晶辊表面。石墨层的厚度控制在30μm，石墨的消耗量控制在5g/m2。惰性气体同时为密闭室提供保护气体，有效地防止钢水和铸带的二次氧化，减少氧化铁皮的厚度，产品的表面质量明显改善。图4是石墨有效地改善界面传热的均匀性，可有效地防止裂纹的发生。图6是喷涂石墨后铸带的组织。可以看出喷涂石墨后铸带的组织均匀，有效地提高了铸带的质量。
实施例2
压缩气体的成分是氩气惰性气体，粉料喂料器内装氮化硼粉。浇铸开始后，关闭密闭罩22。打开压缩气体调节阀16，流量计17，使压力表18的达到0.8Mpa的压力。氮化硼在压缩气体下通过喷嘴喷射到结晶辊表面。氮化硼层的厚度控制在10μm，的消耗量控制在2g/m2。氮化硼在压缩气体下通过喷嘴喷射到结晶辊表面。惰性气体同时为密闭室提供保护气体，有效地防止钢水和铸带的二次氧化，减少氧化铁皮的厚度，产品的表面质量明显改善。
实施例3
压缩气体的成分是氩气惰性气体，粉料喂料器内装二硫化钼粉。浇铸开始后，关闭密闭罩22。打开压缩气体调节阀16，调节阀17，使压力表18的达到1.2Mpa的压力。二硫化钼在压缩气体下通过喷嘴喷射到结晶辊表面。二硫化钼层的厚度控制在5μm，二硫化钼的消耗量控制在1g/m2。二硫化钼在压缩气体下通过喷嘴喷射到结晶辊表面。惰性气体同时为密闭室提供保护气体，有效地防止钢水和铸带的二次氧化，减少氧化铁皮的厚度，产品的表面质量明显改善。