D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1999.01.003 第21卷第1期 北京科技大学学报 VoL.21 No.1 1999年2月 Journal of University of Science and Technlogy Beijing Feb.1999 复合不锈钢带生产的实验研究 朱志远许中波王万军王立峰 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要介绍了用反向凝固工艺实验研究生产复合不锈钢带.在研究中引人过熔度代替过热 度.实验结果认为在母带原始厚度为2mm时，母带初始温度取800~850℃，控制钢水过熔度在 10~30℃，用反向凝固工艺生产复合不锈钢带是可行的. 关键词连续俦造/反向凝固；复合不锈钢带；过熔度；母带 分类号T下777 薄带连铸是扁平产品浇铸的最终目标，它是 能够生产复合材料，即凝固层钢液可以与母带钢 建立在新技术的基础上的，有取消热轧段的潜在 种不同而得到符合特殊要求的带钢. 优势；同时用快速凝固技术和带钢连铸相结合能 生产性能更好的产品.近年来，各国的钢铁企业 经轧平的钢带 都把重点投向了薄带连铸工艺.不锈钢在工业和 铸轧辊 民用领域应用得非常广泛，尤其是不锈钢板带产 未经轧平 品，而不锈钢的生产成本很高，能否降低不锈钢 的钢带 的生产成本是关系到不锈钢生产厂家能否长期 发展的根本因素，所以需要进行薄带连铸工艺用 于不锈钢产品开发研究， 反向凝固器 1反向凝固工艺简介 1Cr17钢液 反向凝固工艺是由德国冶金工作者于1989 母带 年提出的一种新的薄带连铸工艺.图1是反向 图1反向凝固工艺示意图 凝固工艺的示意图.从图1中可以看出，反向凝固 2实验过程 工艺是利用一薄带（冷轧、热轧均可）作为母带， 将母带经一定的处理后从底部穿过反向凝固器， 由于实验条件的限制，在基础研究部分未采 反向凝固器中存放的是过熔度和高度一定的钢 用钢带的底部喂人技术，所用的是2mm厚的母 液.在母带表面上，钢液凝固生长.同时由于钢带 带从上方浸入反向凝固器，控制钢水过熔度.图2 不停地上升，带动一部分钢水粘附在钢带上共同 是复合不锈钢带实验的装置示意图，实验采用 上升，当钢带离开钢液熔池后，利用安置在反向 50kg中频感应炉.不锈钢钢种为1Cr17.熔池温 凝固器上方的一对铸轧辊对钢带表面进行平 度利用钨铼热电偶连续测定，并由计算机显示实 整.同时，这对铸轧辊还起了拉坯和促进母带与 测温度.母带温度由红外测温枪确定.实验采用 凝固层之间焊合的作用，在铸轧辊后安放普通的 吹N,气保护钢液.母带采用A3钢冷轧带，其尺寸 带钢轧制机组.该工艺据德国专家估计能达到年 为270mm×50mm×2mm.实验中将表面清洗 产带钢50~100万t的生产能力2. 干净的母带经过熔剂化处理后，以一定的速度插 由工艺的组成可知，反向凝固最大的优点是 入钢液，停留一段时间，然后以相同的速度拉出 钢液。 1998-03-30收稿朱志远男，26岁，博士生 ◆国家自然科学基金资助课题(No.59634130)
第 2 1卷 1 9 9 9年 第 1期 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s yit o f S e i e n e e a n d T e c h n l o yg B e ij ni g V o l 一 2 1 F e b - N 0 . 1 1, 9 9 复合不锈钢 带生产的实验研究 朱志远 许 中波 王 万 军 王 立峰 北京科技大学冶金学 院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 介 绍 了用反 向凝 固工 艺 实验研 究 生产复 合 不锈 钢带 . 在研 究 中引人过 熔度代 替过 热 度 . 实 验结果 认为 在母带 原始 厚度 为 Z r n 刃。 时 , 母带 初始温 度取 80 ~ 8 50 ℃ , 控制钢 水过熔度 在 10 一 3 0 ℃ , 用反向凝固工艺生产复合不锈钢带是 可行 的 . 关键词 连续铸造 / 反 向凝 固; 复合不锈 钢带; 过熔度 ; 母带 分 类号 T F 7 7 7 薄 带连 铸是 扁 平 产 品浇铸 的最 终 目标 , 它是 建立 在 新技 术 的基 础上 的 , 有取 消热轧段 的潜在 优 势 ; 同时 用快速 凝固技 术和 带钢连 铸相 结合能 生 产性 能 更 好 的产 品 . 近 年来 , 各 国 的钢 铁企 业 都 把重 点投 向 了薄带连 铸工 艺 . 不 锈 钢在 工 业和 民 用领 域 应用 得非 常广 泛 , 尤 其是 不 锈钢 板 带产 品 , 而 不 锈 钢 的 生 产 成 本 很 高 , 能 否 降低 不 锈 钢 的生 产 成 本是 关 系 到 不 锈 钢 生 产 厂 家 能否 长期 发 展 的 根本 因素 , 所 以 需要 进行 薄 带连 铸 工艺 用 于 不锈 钢 产品 开 发研 究 . 能够生 产复合材料 , 即凝 固层 钢 液 可 以 与母 带钢 种 不 同而得到符合特殊要 求的带钢 . 铸轧辊 经轧平的钢 带 未经轧平 的钢带 1 反 向凝 固工 艺简介 反 向凝 固工 艺 是 由德 国冶 金 工 作者 于 19 89 年提 出 的一 种 新 的 薄 带 连铸 工 艺 1 . 图 1 是 反 向 凝 固 工艺 的示 意 图 . 从图 1 中可 以看 出 , 反 向凝 固 工 艺是 利 用 一 薄带 (冷 轧 、 热 轧 均 可 ) 作 为 母 带 , 将母 带 经 一定 的处理后 从底 部 穿过 反 向凝 固器 , 反 向凝 固 器 中 存放 的 是 过 熔 度 和 高 度 一 定 的钢 液 . 在母 带表 面上 , 钢 液凝 固生 长 . 同 时 由于 钢带 不停 地 上 升 , 带 动一 部 分 钢水粘 附 在钢 带 上 共 同 上 升 . 当钢 带离开 钢 液 熔 池 后 , 利 用 安 置 在 反 向 凝 固 器 上 方 的 一 对 铸 轧 辊 对 钢 带 表 面 进 行 平 整 . 同 时 , 这 对 铸轧 辊 还起 了 拉 坯 和 促 进 母 带 与 凝 固层 之 间焊 合的 作 用 . 在 铸轧 辊后 安 放 普通 的 带钢 轧 制 机组 . 该 工 艺 据德 国专家估 计 能 达 到年 产带 钢 50 一 1 0 万 t 的生产 能力 12] . 由工 艺 的组 成 可 知 , 反 向凝 固最大 的 优 点是 反向凝 固器 I C r l 7钢液 母带 / ’ 图 1 反向凝固工艺示意图 2 实验过程 薰羹刻 由于 实验条 件 的限 制 , 在基础 研究 部 分未 采 用钢 带 的底 部 喂人 技 术 , 所 用 的是 Z r n r n 厚 的母 带从 上方 浸人 反 向凝 固器 , 控 制钢水 过熔 度 . 图 2 是 复 合 不 锈 钢 带 实 验 的 装置 示 意 图 . 实 验 采 用 50 k g 中频 感 应 炉 . 不锈 钢钢 种 为 Ic r l 7 . 熔 池 温 度利 用 钨 徕热 电偶 连续 测定 , 并 由计算 机 显示 实 测 温 度 . 母 带温度 由 红外 测 温 枪 确 定 . 实 验 采 用 吹 N Z 气 保护 钢液 . 母带采 用 A 3 钢冷轧带 , 其 尺 寸 为 2 7 0 ~ x 5 0 ~ x 2 m m . 实 验 中将 表 面 清洗 干净 的 母 带经 过熔 剂 化处 理 后 , 以 一 定 的速 度 插 人 钢 液 , 停 留一 段 时 间 , 然 后 以 相 同 的速 度 拉 出 钢液 . 19 9 8 一 0 3 一 30 收稿 朱志远 男 , 2 6 岁 , 博士 生 今 国 家 自然科学基金资助课题 (N 。 石9 63 41 30) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 01. 003
VoL.21 No.1 朱志远等：复合不锈钢带的实验研究 ·11· 母带 红外测温枪 保护炉帽 热电偶 夹持装置 计算机 O 钨铼热电偶 ● 计算机 Q ● 感应炉 1Cr17钢液 图2实验装置示意图 3结果讨论 制，母带在加热到600℃以后，就会出现氧化铁 3.1过熔度的影响 皮，导致母带与不锈钢覆盖层之间的焊合很不理 表1表明在钢水过热度处于30~50℃时，复 想.但是，具有一定初始温度的母带在经过反向 合不锈钢带的内外质量都合格的比率最高，这个 凝固试验后，所得的复合不锈钢带的厚度明显降 温度正好比母带熔点高10~30℃，而对于普碳 低.在保证了复合不锈钢带的耐蚀性的同时，不 钢，钢水过热度最好取10~20℃.这是因为普碳 锈钢覆盖层厚度降低意味着钢带的生产成本降 钢部分试验中，母带与覆盖层的钢种是一样的， 低.因而研究母带初始温度对复合不锈钢带的影 过热度取10~20℃就是使钢水温度高与母带熔 响，主要是研究对钢带厚度的影响， 点10~20℃，因此，在反向凝固工艺中，不能简单 试验中采用的母带初始温度见表2.从表2 地用钢水过热度的概念进行判断，应引入新的概 可以看出，在烘烤时间超过45s后，母带的初始 念一一过熔度（△T).过熔度的概念是指钢水温 温度变化不大，因为在这个时间区段内，母带烘 度与母带液相线温度之间的差值，用公式表示： 烤获得的热量与母带散出的热量处于动态平衡， △T=T-T (1) 表2烘烤时间与母带初始温度 式中：△T,为钢水过熔度（℃）；T为钢水温度 烘烤时间/s101530456075 (℃)；T,为母带液相线温度（℃）. 初始温度/℃600700840930940930 表1复合不锈钢带质量合格率与过热度 图3是钢水温度为1526℃时，不同烘烤时间 钢水过热度/℃1020304050607080 下，复合不锈钢带厚度与浸人时间的关系图.由 表面合格%1008091.38588.27066.728.6 图3中可以看出，在同一钢水温度下，复合不锈钢 内部合格%506082.6808248066.757.1， 带的厚度随着烘烤时间的增加而降低，复合不锈 内外合格%504073.97570.66066.714.3 钢带生产要求在保证耐蚀性的同时尽量降低不 在实验中，熔池钢液的液相线温度约等于 锈钢层厚度，而实验发现在母带表面温度超过 1500℃，母带钢种的液相线温度约等于1510℃， 850℃时复合不锈钢带表面质量和内部焊合质量 实验中出现的过热度都相当于过熔度加10℃.所 开始出现问题).可以得出这样一个结论，在烘烤 以反向凝固工艺的过熔度应为10~30℃. 时间为30s(即，母带的初始温度为840℃)时，所 3.2母带初始温度对钢带厚度的影响 得的复合不锈钢带厚度合理且焊合较理想 母带初始温度对复合不锈钢带的影响有2个 3.3复合不锈钢带的组成 方面：一是对钢带厚度的影响；二是对母带与不 图4为复合不锈钢带各区域的分布情况.由 锈钢覆盖层之间焊合的影响.由于试验条件的限 图4可看出：复合不锈钢带由外至内分别是不锈
V o l 一 2 1 N O 一 l 朱志远等 :复合不 锈钢带的实验研究 \ 」 计算机 椒 ! !……!……!… 计算机 图 2 实验 装里 示意图 3 结果讨论 .3 1 过熔度的影响 表 1表 明在钢 水过 热度 处于 30 一 50 ℃ 时 , 复 合不 锈钢 带的 内外质量 都合格 的 比率最高 , 这 个 温 度 正 好 比母 带熔 点 高 10 一 30 ℃ , 而 对 于 普碳 钢 , 钢水过 热度 最好取 10 一 20 ℃ 14] . 这是 因 为 普碳 钢 部 分 试 验 中 , 母 带与覆 盖层 的钢 种 是 一 样 的 , 过 热 度 取 10 一 2 0 ℃ 就 是使 钢水 温 度 高 与母 带熔 点 10 一 2 0 ℃ . 因此 , 在 反 向凝 固工艺 中 , 不 能 简单 地 用 钢 水过 热度 的概 念进 行判 断 , 应 引人新 的概 念 — 过 熔度 (乙 rT ) . 过 熔度 的概 念 是 指 钢 水温 度 与母 带液 相 线温 度之 间 的差值 , 用公 式表示 : 乙 rT 二 不一 rT ( l) 式 中 : △ T r 为 钢 水 过 熔 度 ( ℃ ) ; 界为 钢 水 温 度 ( ℃ ) ; rT 为 母 带液 相 线温 度 ( ℃ ) . 表 1 复合 不锈钢带质 t 合格率与过热度 制 , 母 带 在 加 热 到 60 0 ℃ 以 后 , 就 会 出 现 氧 化 铁 皮 , 导致 母带 与不锈 钢 覆 盖层 之 间的 焊合 很 不理 想 . 但 是 , 具 有 一定 初 始 温 度 的 母 带在 经 过 反 向 凝 固试 验后 , 所 得 的复合不锈钢带的厚 度 明显 降 低 . 在 保证 了复 合不 锈 钢 带 的 耐蚀 性的 同 时 , 不 锈 钢 覆 盖层 厚 度 降低 意 味 着 钢 带 的 生 产 成 本 降 低 . 因而研究 母 带初 始 温 度对复合不锈钢 带的影 响 , 主 要是研 究 对钢带 厚度 的影 响 . 试验 中采 用 的母 带初 始 温 度 见 表 2 . 从表 2 可 以 看 出 , 在 烘烤 时 间超 过 4 5 5 后 , 母 带 的初 始 温 度 变 化不 大 , 因 为 在这 个 时 间 区 段 内 , 母 带烘 烤 获得 的 热量 与母 带散 出的热 量处于 动态 平衡 . 表 2 烘烤 时间与母带初始温度 烘烤时 间s/ 初始温度 /℃ l 0 6 0 0 1 5 3 0 4 5 6 0 7 0 0 8 4 0 9 3 0 9 4 0 7 5 9 3 0 : 6 `U 6 了O n0 ù 只矛612目n ù ù 钢水 过热度 /℃ 6 表面 合格o/ 内部合格o/ 内外合格 /% 1 0 2 0 3 0 10 0 8 0 9 1 . 3 4O 8 5 5 0 6 0 5 0 4 0 8 2 . 6 8 0 7 3 . 9 7 5 5 0 8 8 . 2 8 2 . 4 7 0 . 6 2 8 . 6 6 6 . 7 5 7 . 1 14 . 3 在 实 验 中 , 熔 池 钢 液 的 液 相 线 温 度 约 等于 1 5 0 0 ℃ , 母带钢 种 的液 相 线温 度 约等 于 1 5 10 ℃ , 实 验 中出现的 过热 度都相 当于过 熔度 加 10 ℃ . 所 以 反 向凝 固工 艺 的过熔 度应 为 10 一 30 ℃ . .3 2 母带初始温度对钢带厚度 的影 响 母带初 始温 度 对复合 不 锈钢 带 的影 响有 2 个 方 面 : 一 是 对钢 带 厚 度 的影 响; 二 是 对 母 带 与 不 锈钢覆 盖层 之 间焊 合的影 响 . 由于 试 验条件 的 限 图 3 是 钢水 温 度为 1 52 6 ℃ 时 , 不 同烘烤 时 间 下 , 复 合 不锈 钢 带 厚度 与浸 人 时 间的 关 系 图 . 由 图 3 中可 以 看 出 , 在 同一钢 水温度下 , 复合不 锈钢 , 带的 厚度 随着 烘烤时 间 的增 加 而 降低 . 复 合不锈 钢 带生 产 要 求 在 保证 耐 蚀 性 的 同 时尽 量 降低 不 锈 钢 层 厚 度 , 而 实 验 发 现 在 母 带 表 面 温 度 超 过 8 5 0 ℃ 时复 合 不锈 钢 带表 面质 量 和 内部 焊 合质量 开 始 出现 问题 5[] . 可 以 得 出这样 一 个结 论 , 在烘 烤 时间为 3 0 5 ( 即 , 母 带的 初始 温度 为 84 0 ℃ ) 时 , 所 得 的复 合不锈 钢带 厚 度合理 且 焊合 较理想 3 .3 复合不锈钢带的组 成 图 4 为复合 不锈 钢带 各 区 域 的分布 情况 . 由 图 4 可 看 出 : 复 合 不锈 钢 带 由外 至 内分 别 是不 锈
·12· 北京科技大学学报 1999年第1期 钢层、熔合区，母带层：各层组织晶粒呈犬牙状交 错互相渗透熔合区是钢液与母带部分熔化区互 相混合后形成的区域.这个部位虽然经历了熔化 与凝固的过程，但混合不够均匀，其成分处于母 带与不锈钢液的成分之间，称为熔合区，该区最 明显的化学特征便是C元素的梯度分布，图5是 C:元素在带钢横截面上的电子探针分析，可以看 出C元素在带钢横截面上分布由低到高，直至等 于不锈钢中的C的含量(17%). 13 11 图5带铜横蒙面C分布扫增 4结论 ()对于反向凝固工艺需引人过培度的概 念，在复合不锈钢带生产时，该值取10~30℃， (2)当母带原始厚度为2mm,过熔度为10~ 30℃时，为获得成本低，质量好的复合不锈钢带， 母带的表面温度应在800~850℃之间. 3 5791113 浸入时间⅓ 敢谢：97届本科毕业生李水刚、李喜川.刘素江，王国钧等 图3不同烘烤时间下钢带厚度与漫入时间关系图 同学参加部分工作，在此深表谢意。 (铜水温度为1526℃) 参考文献 不锈锅疑固层 】许中波.庆祝林宗彩教授八十寿辰论文集北京：冶金 工业出版杜，1996.84 2 Pleschiutschnigg F P.Inversionsgie-ein Neues Verfahren Zur Herstellung Endabmessungsnah gegossener Bander. Stahl und Eisen,1994.114(2):47 3许中菠，朱志远，反向凝固法生产复合不锈钢带的研 究.特殊翻.1997.18（增砂：15 4阁朝红，反向凝固连铸薄带的实验室研究：[硕士学位 论文].北京：北京科技大学，1997 图4复合不锈钢区域分布 5朱志远.反向凝固工艺生产复合不锈钢带实验研究： 【硕上学位论文】.北京：北京科技大学，1998 Experiment Study on the Production of Composite Stainless Steel Strip Zhu Zhiyuan,Xu Zhongbo,Wang Wanjun,Wang Lifeng Metallurgy School.UST Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT Some of experiment study on the smelting superheat of molten steel was introduced to replule the superheat.The production of composite stainless steel strip by Inversion Casting Tech- nology were introduced.The conclusion was the follows.when the thickness of mother sheet was 2 mm,the temperature of mother sheet was 800-850 and the smelting superheat was controlled as 10~30C,the production of composite stainless steel strip would be possible. KEY WORDS continuous casting inversion casting;composite stainless steel strip;smelting super- heat;mother sheet
