本发明涉及带钢浇铸。

众所周知，用双辊连铸机通过连铸法浇铸金属带。在此技术中，熔融金 属注入到一对反向旋转且冷却的水平浇铸辊中，因此熔融金属在运动辊的表 面上凝固，且凝固壳聚集在两辊之间的辊缝中，使凝固带向下运动离开两辊 之间的辊缝。这里的术语“辊缝”通常是指浇铸辊最接近的区域。熔融金属 可从浇包注入到较小的中间包或一系列较小容器中，再通过位于辊缝之上的 金属浇注水口直接流入两辊之间的辊缝中，从而在紧挨辊缝的上方形成了一 个依托在辊子浇铸表面上并沿辊缝长度方向延伸的熔融金属浇注熔池。该浇 注熔池通常被限定在与浇铸辊的两端以滑动方式连接的两块端部封闭的侧 板或侧堰板之间，从而防止了熔融金属从熔池两端部流出，尽管还推荐了其 它的防止流出的方法(如电磁屏蔽)。

尽管双辊浇铸法已成功地用于浇铸在冷却条件下凝固迅速的有色金 属，但用于浇铸黑色金属时仍存在着一些问题。用双辊连铸机浇铸铝镇静钢 时所遇到的一个特殊问题是钢水易于产生固相夹杂，特别是氧化铝夹杂。这 种夹杂物能够影响带钢的表面质量，并且会堵塞金属浇注系统中任一小的浇 注通道。这已导致采用锰/硅镇静钢来替代，如我们的申请号为270147的新 西兰专利申请所述。然而硅/锰镇静钢本身的含氧量要大大高于铝镇静钢， 这与钢水中的氧化能力一起会有以下问题，即在含碳耐火材料制成的浇注水 口浸于浇注熔池的铸机中，由于浸入式水口中的碳与浇注熔池中的熔融金属 里的氧化物反应生成的一氧化碳气泡搅乱了熔池。更准确地说，存在于浇注 熔池的渣中的氧化铁或其它氧化物与碳反应，从而分别还原成铁和其它金 属。通过这样的还原反应产生的一氧化碳气泡引起的熔池湍流导致浇注熔池 形成离散波纹，从而使铸带表面出现凹陷。这些缺陷通常称为弯月痕。此外， 金属浇注水口的耐火材料的碳的溶解加剧了。

应当注意到，在浇铸铝镇静钢时，熔融金属中的氧化铝不易被还原，并 且事实上在这样的浇注条件下碳不能还原氧化铝。

在我们的申请号为PCT/AU96/00244国际专利申请中提出了通过至少在 浇注开始阶段有控制地将硫加入到硅/锰镇静钢中来解决这个问题的建议。 然而，将硫控制添加到钢中增加了过程的复杂性，并且生产出硫含量高的 钢，这样的钢并非是所有市场都能接受的。在本发明中，此问题是通过调整 水口的耐火材料化学成分来解决，而不是调整钢的成分。

本发明提供了一种连铸带钢的方法，其中钢水通过浸入式金属浇注水口 流入一对平行的浇铸辊之间的辊缝中，从而在紧挨辊缝之上形成一个依托在 浇铸辊表面上的钢水浇注熔池，浇铸辊是旋转的以便使凝固的带钢从辊缝向 下移出；其中浇注水口由耐火材料制成，其大部分是耐火材料骨料，小部分 为石墨，重量比为15-25％，及铝或其一种合金组成的抗氧化添加剂，所用石 墨的纯度至少为96％。

本发明还提供了连铸带钢的设备，它包括一对在其之间形成辊缝的平行 浇铸辊，设置在浇铸辊之间的辊缝之上并沿辊缝长度方向延伸的长浇注水 口，以将钢水输送至辊缝中，从而在辊缝之上形成了依把在浇铸辊表面上的 钢水浇注熔池，还包括使浇铸辊转动的设备以产生从辊缝向下移出的凝固带 钢；浇注水口由耐火材料制成，其中大部分是耐火材料骨料，小部分为重量 比占15-25％的石墨及铝或其一种合金组成的抗氧化添加剂，所用石墨的纯度 至少为96％。

本发明还涉及用于将钢水浇注于双辊连铸机的耐火材料浇注水口，包括 一耐火材料本体，它确定了一个接收熔融金属的上开口和一个用于使熔融金 属流出的底部出口件，其中耐火材料本体是用耐火材料制成的，其大部分是 耐火材料骨料，小部分为重量比占15-25％的石墨及铝或其一种合金组成的抗 氧化添加剂，所用石墨的纯度至少为96％。

石墨的纯度最好约98％或更高。

耐火材料中的抗氧化添加剂的含量最好为1-3％重量比。

其含量最好约2％重量比。

石墨的含量最好是20-24％。

耐火材料骨料可以包括氧化铝、氧化镁、氧化锆和尖晶石中的任何一种 或多种混合物。然而，骨料最好主要为氧化铝。

耐火材料所加入的任何一种添加剂最好不含钠。

通常选择耐火材料骨料的基本原则是抗热冲击性、耐蚀性和成本。通常 将碳组分添加到用于金属浇注水口的耐火材料中，以使其具有良好的抗热冲 击性、机加工能力和耐蚀性。如果为此目的在耐火材料中添加碳，那么非常 理想的是提供添加剂以防止碳氧化，并提高耐火材料的强度。常见的添加剂 包括硼砂、碳化硼、硅、铝和镁铝合金。

根据下文将要描述的试验结果，我们已确定，为了避免出现金属浇注水 口的碳溶解以及产生气体问题，非常重要的是碳组分应是高纯石墨的形式。 虽然石墨用量不象石墨纯度那么关键，但是也是非常重要的方面。然而，影 响石墨用量的非常重要的因素是在耐火材料水口中要有足量的石墨，以防止 与熔融金属接触时因热冲击造成水口开裂。

试验结果表明，耐火材料中存在钠将是有害的，并将增加气体的产生。 因此，耐火材料最好不含有苏打添加剂，并且任何抗氧化添加剂最好不含有 钠。已经表明含铝的抗氧化剂几乎不产生气体，并且最好使用这样的抗氧化 剂。

为了更详细地解释本发明，将参照附图描述我们的试验工作、本发明的 一种特殊方法和设备，其中：

图1示意性地绘出一种试验设备，用于试验在模拟带钢连铸机浇注熔池 条件下，渣样与耐火材料基体之间的反应；

图2和图3示出使用具有不同纯度石墨的耐火材料的两次试验期间所产 生的一氧化碳生成量的测试结果；

图4和图5示出石墨含量作用的试验结果；

图6和图7示出钠添加量作用的试验结果；

图8和图9示出抗氧化剂类型作用的试验结果；

图10和图11示出骨料类型效应的试验结果；

图12示出本发明的双辊带钢连铸机的结构和操作；

图13示出图12所示连铸机重要部件的垂直剖面图，包括根据本发明的 金属浇注水口的结构；

图14是沿图13的横截面剖开的连铸机重要部件的垂直剖面图；

图15是浇注水口部分的立体图；

图16是倒置的浇注水口部分的立体图。

图1示出在模拟双辊带钢连铸机浇注熔池中出现的条件下，试验渣样与 耐火材料基体之间反应的一种试验装置。该试验装置包括两端用石英窗口3 封闭的弧形氧化铝管2组成的试验室1。

室1内有一个可由延伸到室外的石墨杆5定位的石墨底板4。耐火材料 基体试样6放置在底板4上，并支把着一滴渣样7。此装置放置在电炉中以 使耐火材料基体和渣样加热至1600℃左右，以模拟双辊连铸机浇注熔池内 出现的条件。此温度由热电偶8测量，并且该室配备有一个气体入口9和一 个气体出10，以提供流动的惰性气体，并且渣样7与耐火材料基体6之 间的反应所产生的一氧化碳的发生量由在气体输出口处的探测器D测量。渣 样7的物理条件可由CCD摄像机C通过一个石英窗口3对其观察。

图2至图11示出了由硅锰镇静钢产生的标准渣样置于三种不同纯度石 墨基体和十种不同耐火材料基体上的试验结果，并将这些结果汇总于表1。

表1——用于成分试验的样品 成分        1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  11  12  13 94％纯度石墨100 98％纯度石墨    100 99％纯度石墨       100  30  30  30  30  30  20  10  30  30  30 氧化铝                  Y   Y   Y   Y   Y   Y   Y   Y   Y 尖晶石                                                      Y 钠添加剂                        0.3 0.8 硅                                      Y   Y   Y 铝                                                  Y 碳化硼                                                  Y 树脂粘结剂                  Y   Y   Y   Y   Y   Y   Y   Y   Y

在试验中使用的渣的成分为MnO和SiO2，比例为60∶40。

图2和图3示出使用纯度为94％、98％和99％的石墨基体(上表中的样品 1-样品3)所做的试验结果。其中图2绘出的是40分钟试验期间所产生的一 氧化碳总量，图3绘出了一氧化碳的峰值和出现峰值的时间。进行这些试验 以确定石墨纯度对石墨与硅锰镇静钢产生的典型渣之间反应的影响。从图中 将会看到如果石墨纯度从94％提高到98％，那么产生的一氧化碳的量会显著 降低，而当纯度进一步增加到99％时则对一氧化碳的产生没有什么影响。已 观察到在这些试验期间，在这种高纯度的石墨基体上的渣滴的塌落程度与在 94％纯度石墨上的渣滴的塌落程度是不相同的。因此可以认为对于低纯度石 墨的气体发生量增加的原因是存在有孔隙的脉石或灰分杂质，使得在整个试 验期间基体的浸润程度大于可产生非常高的浸润角的高纯石墨。

图4示出使用耐火材料基体样品8、9和10进行40分钟试验对产生的 一氧化碳总量测量的结果，图5绘出在这些试验期间所测出的一氧化碳的峰 值量。耐火材料样品8、9和10均包括纯度为99％的石墨，但是石墨含量分 别为30％、20％和10％。进行这些试验以确定耐火材料中石墨含量的作用。试 验表明，改变耐火材料中石墨含量的作用不如改变石墨纯度的作用那样明 显，但是如果石墨含量在20％左右时，一氧化碳的发生量峰值最小。可以认 为这可能是浸润效应和含量效应达到平衡的结果。此时抗热冲击性、浸润效 应和耐蚀性也达到平衡。抗热冲击性和耐蚀性均随碳含量降低而降低。另一 方面，碳含量降低会导致基体的浸润性提高。综合这些效果建议石墨的最佳 含量为20-24％。

图6和图7示出基体样品5、6和7的试验结果，进行这些试验以给出 抗氧化添加剂中钠含量的影响。图6给出在40分钟试验期间产生的一氧化 碳总量，图7绘出一氧化碳的峰值和出现峰值的时间。这些试验结果表明的 钠添加剂在一氧化碳气体发生量增加方面起着非常坏的作用。可以认为这种 作用可能是因为钠化合物起着良好的浸润剂的作用。钠添加剂的形式为硅酸 钠。可以得出这样的结论，即耐火材料不应当含有钠基熔剂添加剂以防氧 化。

图8和图9示出对基体样品8、11和12的试验结果。这些样品含有相 同的石墨含量，但是使用的是不同的抗氧化添加剂。这些试验表明铝基抗氧 化添加剂产生的一氧化碳少于含硅或碳化硼添加剂。在这些试验期间对渣样 的观察表明渣滴在含硅和碳化硼的基体上塌落，而在含铝添加剂的基体上的 渣滴实际为收缩的，表明在基体加热期间的浸润条件很差，并且在整个试验 期间一直保持着这样的浸润条件。这表明铝添加剂遏止了渣对耐火材料浸 润，从而有助于使一氧化碳气体的发生量最小。

图10和图11给出使用耐火材料基体样品12和13的试验结果，以比较 使用尖晶石替代氧化铝作骨料的效果。这些试验表明，使用氧化铝作基本耐 火骨料材料使一氧化碳气体发生量小，并且可使用含有铝的骨料而不是其它 骨料。

这些试验的结果表明，通过使用含有高纯度石墨(纯度最好约98％)，低 的石墨含量(最好为20％-24％)的耐火材料，并通过选择与渣反应一氧化碳气 体发生量少的添加剂和骨料(特别是含铝的添加剂和骨料)，可使一氧化碳的 发生量减少。

表2给出在类似于其它样品的试验条件下对所选择的耐火材料组分进一 步试验的结果，并给出与典型渣样反应40分钟后记录下来的一氧化碳的发 生量。

表2——耐火材料的进一步试验 成分*                A                B          C         D 石墨纯度(％)          94               94         98        98 石墨含量(％)          22               15         15        15 添加剂                硅和“苏打”熔剂 硅和碳化硼 铝-硅合金 硅和碳化硼 40分钟CO的发生量(L) 0.60             0.39       0.13      0.53

注：*耐火材料骨料并非主要是氧化铝。

从表2可以看出，根据本发明结合所有选择的材料样品C显示了极好的 结果，其一氧化碳发生量只有0.13升。试样D证实用其它已知抗氧化剂(如 硅和碳化硼)取代本发明的金属合金抗氧化剂对产生气体而言是不利的。

根据早期的试验结果，使用含C的两个金属浇注水口浇注了40多吨的 低碳硅/锰镇静钢，结果对整个带钢观察没有发现弯月痕。然而，发现金属 浇注水口在浇注后出现裂纹。随后的研究发现，这是因为热冲击造成的，因 此可以认为15％的石墨含量是本发明所需的最低的石墨含量。

图12到图16示出本发明的双辊带钢连铸机的结构和操作。该连铸机包 括一个从车间地面12竖起的主框架11。框架11支持着可在装配位置14和 浇注位置15之间水平移动的浇铸辊台车13。台车13安装有一对平行浇铸 辊16，在浇铸操作时，通过中间包18和浇注水口19将浇包17中的熔融金 属供给台车13上的浇铸辊16。浇铸辊16是水冷的，以使钢水在移动的辊 子表面上形成凝固壳，并汇集在两辊之间的辊缝处，以在辊缝出口处形成凝 固的带钢20。将此带钢送至一标准卷取机21处，随后可送至第二卷取机22 处。容器23安装在靠近浇注位置的机架上，熔融金属可通过中间包上的溢 流口24流入该容器中。

浇铸辊台车13包括台车框架31，它通过轮子32设置在轨道33上，轨 道沿主框架11方向延伸，因此作为整体安装的浇铸辊台车13可沿轨道33 移动。通过双动式的液压活塞及液压缸装置39的驱动作用，台车13可沿轨 道33移动，液压活塞及液压缸装置39将辊子台车上的驱动支架40与主机 架连接起来，从而可驱动辊子台车在装配位置14和浇注位置15之间移动， 反之亦然。

浇铸辊16通过电动机的主动轴41和安装在台车框架31上的传动装置 反向旋转。浇铸辊16的外壳材料是铜，并且沿辊子圆周间隔分布着一系列 轴向延伸的水冷通道，以使来自浇铸辊主动轴41内供水管的冷却水流经浇 铸辊的各端部进入水冷通道，而主动轴41内的供水管通过旋转密封装置43 与供水软管42连接。浇铸辊直径一般约为500mm，长度最长可达2m，以便 浇铸2m宽的金属带。

浇包17完全采用传统结构，并由高架吊车上的轭45吊挂，因此它可以 从熔融金属接收站运送到适当的位置。浇包配备有用伺服缸驱动的塞棒46， 以使熔融金属通过水口47和浸入式水口48从浇包流入中间包18。

中间包18是用耐火材料(如带有自耗衬的可铸高铝耐火材料)制成的较 宽的凹槽。中间包的一侧接收来自浇包的熔融金属，并配备有前述的溢流口 24。中间包的另一侧配备有一系列纵向间隔分布的金属出口52。中间包的 下部带有用于将中间包安装到浇铸辊台车框架31上的安装支架53，并配备 有接收孔用于接收设置在台车框架上的分度销54，因而可将中间包精确定 位。

浇注水口19由两半完全相同部分组成，这两个部分是用氧化铝石墨耐 火材料制成的，并且两部分合在一起可形成完整的水口。图15和图16示出 水口各部分19A的结构，其通过安装支架60支托在辊子台车框架上，水口 的上部形成了定位在安装支架上的具有向外凸的侧缘55。

每半水口部分一般呈凹槽形状，从而使水口19确定了向上打开的流入 槽61，以接收从中间包开口52向下流出的熔融金属。流入槽61由水口侧 壁62和端壁70形成，并且在两端之间被水口部分的两块平面端壁80横向 隔开，从而形成了完整的水口。槽的底部由水平的底板63封闭，该底板与 槽的侧壁62在凹形底部拐角81处相连。水口在这些底部拐角处开有一系列 以纵向间隔的长狭缝64形成的侧开口，它们沿水口纵向呈规则性间隔分布。 狭缝64的定位使槽内的熔融金属在槽底板63处流出。

水口部分的外端部配备有以87标识的端部，其向外延伸到水口端部70 之外，水口外端部还配备有金属流道以将熔融金属分流到熔池的“三点”区， 即熔池与两浇铸辊和侧堰板汇合的区域。将熔融金属引导流入这些区域的目 的是为了防止这些区域中金属的过早凝固而出现“结壳”。

熔融金属自中间包出口52以一系列自由垂直落体流65的形式进入水口 槽61的底部。熔融金属从这个蓄流器中通过侧开口64流出从而形成依托在 浇铸辊16之间辊缝69之上的浇注熔池68。浇注熔池由在浇铸辊16两端的 一对卡在浇铸辊端部57上的侧挡板56限定。侧挡板56是用高强度耐火材 料(如氮化硼)制作的。侧挡板安装在挡板保持器82上，该保持器通过一对 液压缸装置83驱动，从而使侧挡板与浇铸辊端部啮合，以使金属熔池的端 部密闭。

在浇铸操作期间，驱动浇包塞棒46，以使熔融金属从浇包通过金属浇 注水口注入中间包，而后再流向浇铸辊。金属带20的清洁头部由挡板96引 向卷取机21的钳口。挡板96由枢轴式安装件97吊挂在主框架上，并且在 带钢清洁头部形成后由液压缸装置98启动，可使其摆向卷取机。挡板96可 运动至由活塞及液压缸装置101驱动的带钢上引导板99，并且带钢20可被 限定在一对立式侧辊102之间。当带钢头部被引导进入卷取机钳口后，卷取 机旋转卷取带钢20，并且使挡板96摆回到其非使用位置，此时该挡板与带 钢分离，且挂在主框架上，而带钢直接进入卷取机21。随后最终带钢20可 送至卷取机22，以生产最终带卷离开连铸机。

在浇铸操作中，控制金属的流量以保持浇注熔池的液面高度，使浇注水 口19的底端浸入浇注熔池中，浇注水口的两排水平间隔分布的侧开口64恰 恰位于浇注熔池表面之下。熔融金属通过开口64沿两个横向向外的方向以 射流形式向浇注熔池表面的附近区域流动，从而冲击到位于熔池表面附近的 浇铸辊的冷却表面。这使输送到熔池弯月面区域的熔融金属的温度达到最高 限度，并且已经发现这样会大大减少带钢表面的裂纹和弯月痕。

通过操作已经描述的设备，形成液面高度高于浇注水口底部的浇注熔 池，从而使熔池表面高于水口槽的底部，并且液面高度大约与槽内金属液面 高度相同。在这些条件下，有可能获得稳定的熔池条件，并且如果出口狭缝 向下形成足够度数的角度，有可能获得平静的熔池表面。

金属浇注水口19基本上是用氧化铝石墨制成的。一般它可以包括约 75％-78％Al2O3和20％-24％纯度为98％的石墨。它还含有一种含铝的金属合金 作为抗氧化剂和粘结剂。此前，用于浇铸金属带的金属浇注水口的典型化学 成分是约58％Al2O3，5％ZrO2和32％C，其中碳是以纯度为94％的石墨的形式 存在的。已经发现硅/锰镇静钢的高氧含量以及渣中可还原的氧化物可使碳 从这样的耐火材料中溶解下来，从而在浇注熔池中产生一氧化碳气泡，导致 按如前所述方式形成的弯月痕。使用本发明的含有高纯石墨和铝或铝合金抗 氧化添加剂的改进的耐火材料已使熔池中一氧化碳气泡的产生基本消除。

耐火材料浇注水口可选择粉末状耐火材料配方，通过冷静压成形，然后 在还原性气氛(例如在用焦炭炉或密封容器中)下加热1000℃左右，对压力 成形件进行煅烧。