BRPI0212499B1 - process for producing continuous casting steel strip and thin steel strip produced by the same - Google Patents
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Abstract
Description
"PROCESSO PARA PRODUZIR TIRA DE AÇO POR LINGOTAMENTO CONTÍNUO E TIRA DE AÇO FINA PRODUZIDA PELO MESMO" Campo Técnico Refere-se a presente invenção à lingotamento de tira de aço. Ela tem aplicação particular para o lingotamento continuo de tira de aço fina em um lingotador de cilindros gêmeos."PROCESS FOR PRODUCING STEEL STRIP BY CONTINUOUS LINGOTATION AND THIN-PRODUCED THIN STEEL STRIP" Technical Field This invention relates to the casting of steel strip. It has particular application for continuous casting of thin steel strip in a twin roll caster.
No lingotamento em cilindros gêmeos, metal fundido é introduzido entre um par de cilindros de lingotamento horizontais que giram em contra-rotação, os quais são refrigerados a água, de maneira que cascas de metal solidificam-se nas superfícies dos cilindros em movimento e são reunidas na beliscadura formada entre eles, de maneira a produzirem um produto de tira solidificada que é distribuída descendentemente a partir da beliscadura formada entre os cilindros. 0 termo "beliscadura" é utilizado neste contexto para fazer referência à região geral na gual os cilindros se encontram mais próximos um do outro. 0 metal fundido pode ser vazado proveniente de uma panela de fundição para dentro de um vaso menor, a partir do qual ele flui através de um bocal de distribuição de metal que fica localizado acima da beliscadura, de maneira tal a encaminhar o mesmo para dentro da beliscadura formada entre os cilindros, de maneira a formar uma poça de metal fundido de lingotamento suportada nas superfícies de lingotamento dos cilindros, imediatamente acima da beliscadura e que se estende ao longo do comprimento da beliscadura. Esta poça de lingotamento fica usualmente confinada entre placas ou re- presas laterais que são mantidas em contacto deslizante com as superfícies extremas dos cilindros, de maneira a represarem as duas extremidades da poça de lingotamento contra vazamento, muito embora também já tenham sido propostas disposições alternativas, tais como barreiras eletromagnéticas .In twin roll casting, molten metal is introduced between a pair of counter-rotating horizontal casting rollers which are water cooled so that metal shells solidify on the surfaces of the moving rollers and are joined together. in the pinching formed between them so as to produce a solidified strip product which is distributed downwardly from the pinching formed between the rollers. The term "pinching" is used in this context to refer to the general region in which the cylinders are closest to each other. The molten metal may be poured from a casting pan into a smaller vessel from which it flows through a metal distribution nozzle located above the pinch so as to route it into the vessel. pinching formed between the rollers to form a pool of cast cast metal supported on the roll casting surfaces just above the pinch and extending along the length of the pinch. This casting pool is usually confined between plates or sidewalls which are kept in sliding contact with the extreme surfaces of the cylinders so as to represent both ends of the casting casting pool, although alternative arrangements have also been proposed. such as electromagnetic barriers.
Quando se lingota tira de aço fina em um lin-gotador de cilindros gêmeos, o aço fundido na poça de lingotamento estará geralmente sob uma temperatura da ordem de 1500°C e superior, e é necessário, portanto, conseguirem-se velocidades de refrigeração muito altas sobre as superfícies de lingotamento dos cilindros. É particularmente importante conseguir-se um alto fluxo térmico e nucleação extensa na solidificação inicial do aço nas superfícies de lingotamento para se formarem as cacas de metal. A patente U.S. N° 5.720.336 descreve como o fluxo térmico na solidificação inicial pode ser aumentado pelo ajuste da química de fusão do aço de maneira tal que uma proporção substancial dos óxidos de metal formados como produtos de desoxida-ção são líquidos sob a temperatura de solidificação inicial de maneira a formar uma camada substancialmente líquida na interface entre o metal fundido e cada superfície de lingotamento. Conforme exposto nas patentes U.S. N°s 5.934.359 e 6.059.014 e no Pedido Internacional AU 99/00641, a nucleação do aço na solidificação inicial pode ser influenciada pela textura da superfície de lingotamento. Com particularidade, o Pedido Internacional AU 99/00641 expõe que uma textura de picos e cavidades aleatórios pode aumentar a so- lidificação inicial pela provisão de locais de nucleação potenciais distribuídos através das superfícies de lingota-mento. Os inventores determinaram agora que a nucleação também é dependente da presença de inclusões de óxidos no aço fundido e que, surpreendentemente, não é vantajoso, no lingotamento de tira em cilindros gêmeos, realizar o lingo-tamento com aço "limpo", em que o número de inclusões formadas durante a desoxidação tem sido reduzido ao mínimo no aço fundido antes do lingotamento. 0 aço para lingotamento contínuo é submetido a tratamento de desoxidação na panela de fundição antes do vazamento. No lingotamento em cilindros gêmeos, o aço é de um modo geral submetido a desoxidação na panela de fundição de silício e manganês, muito embora seja possível utilizar desoxidação de alumínio com adição de cálcio para controlar a formação de inclusões de Al202 sólido que podem obstruir as passagens de fluxo de metal finas no sistema de distribuição de metal através do qual o metal fundido é distribuído para a poça de lingotamento. Pensava-se até agora que era desejável, visando a limpeza de aço ótima pelo tratamento na panela de fundição, reduzir ao mínimo o nível de oxigênio total no aço fundido. Entretanto, os inventores determinaram agora que o abaixamento do nível de oxigênio do aço reduz o volume de inclusões e se o teor de oxigênio total do aço for reduzido abaixo de um determinado nivel, a natureza do contacto inicial entre o aço e as superfícies dos cilindros pode ser realizada prejudicialmente na extensão em que existe nucleação insuficiente para gerar rápida solidificação inicial e alto fluxo térmico. 0 aço fundido é compensado por desoxidaçâo na panela de fundição de uma maneira tal que o teor de oxigênio total cai dentro de uma faixa que assegura a solidificação satisfatória nos cilindros de lingotamento e a produção de um produto em tira satisfatório. 0 aço fundido contém uma distribuição de inclusões de óxidos (tipicamente MnO, CaO, SÍO2 e/ou ΔΙ2Ο3) suficiente para proporcionar uma densidade de locais de nuclea-ção adequada nas superfícies dos cilindros para solidificação inicial e o produto em tira resultante exibe uma distribuição de inclusões solidificadas característica. Exposição da Invenção Proporciona-se um processo para produzir tira de aço por lingotamento contínuo que compreende as etapas de: a. montar um par de cilindros de lingotamento refrigerados dotados de uma beliscadu-ra entre eles e com fechamentos de confí-namento adjacentes às extremidades da be-liscadura; b. introduzir aço fundido de baixo teor de carbono, dotado de um teor de oxigênio total de pelo menos 100 ppm e um teor de oxigênio livre entre 30 e 50 ppm entre o par de cilindros de lingotamento para formar uma poça de lingotamento entre os cilindros de lingotamento; c. fazer girar em contra-rotação os cilin- dros de lingotamento e solidificar o aço fundido para formar cascas de metal na superfície dos cilindros de lingotamento com níveis de inclusões de óxidos refletidos pelo teor de oxigênio total do aço fundido para promover a formação de tira de aço fina; e d. formar tira de aço fina solidificada a-través da beliscadura dos cilindros de lingotamento a partir das ditas cascas solidificadas. 0 teor de oxigênio total do aço fundido na poça de lingotamento pode situar-se entre 100 ppm e 250 ppm. Mais especificamente, ele poderá ser cerca de 200 ppm. O aço de baixo teor de carbono pode ter um teor de carbono na faixa de 0,001% a 0,1%, em peso, um teor de manganês na faixa de 0,1% a 2,0%, em peso, e um teor de silício na faixa de 0,01% a 10%, em peso. O aço poderá ter um teor de a-lumínio da ordem de 0,01% ou menos, em peso. O alumínio pode, por exemplo, ser tão pouco quanto 0,008% ou menos, em peso. O aço fundido pode ser um aço acalmado com silí-cio/manganês.When casting a thin steel strip into a twin cylinder liner, the molten steel in the casting pool will generally be at a temperature of the order of 1500 ° C and higher, and therefore very high cooling speeds must be achieved. high on the casting surfaces of the cylinders. It is particularly important to achieve high thermal flux and extensive nucleation in the initial solidification of steel on the casting surfaces to form the metal shells. US Patent No. 5,720,336 describes how the thermal flux in the initial solidification can be increased by adjusting the melt chemistry of the steel such that a substantial proportion of the metal oxides formed as deoxidation products are liquid at room temperature. initial solidification to form a substantially liquid layer at the interface between the molten metal and each casting surface. As set forth in U.S. Patent Nos. 5,934,359 and 6,059,014 and International Application AU 99/00641, the nucleation of steel in the initial solidification may be influenced by the texture of the casting surface. In particular, International Application AU 99/00641 states that a texture of random peaks and cavities can increase initial solidification by providing potential nucleation sites distributed across the casting surfaces. The inventors have now determined that nucleation is also dependent on the presence of oxide inclusions in the cast steel and that, surprisingly, it is not advantageous for twin roll casting to perform "clean" casting in which the The number of inclusions formed during deoxidation has been reduced to a minimum in cast steel prior to casting. Continuous casting steel is subjected to deoxidization treatment in the casting pan before casting. In casting in twin cylinders, steel is generally subjected to deoxidation in the silicon and manganese smelter, although it is possible to use calcium-added aluminum deoxidation to control the formation of solid Al202 inclusions that can clog the slabs. Fine metal flow passages in the metal distribution system through which molten metal is distributed to the casting pool. It has been thought until now that it was desirable, for optimal steel cleaning by treatment in the foundry pan, to minimize the total oxygen level in the cast steel. However, the inventors have now determined that lowering the steel oxygen level reduces the volume of inclusions and if the total oxygen content of the steel is reduced below a certain level, the nature of the initial contact between the steel and the cylinder surfaces. it can be detrimentally performed to the extent that there is insufficient nucleation to generate rapid initial solidification and high thermal flux. The molten steel is compensated for by deoxidation in the smelter in such a way that the total oxygen content falls within a range which ensures satisfactory solidification in the casting rolls and the production of a satisfactory strip product. The molten steel contains an oxide inclusions distribution (typically MnO, CaO, SiO2 and / or ΔΙ2Ο3) sufficient to provide adequate nucleation site density on the cylinder surfaces for initial solidification and the resulting strip product exhibits a distribution of solidified inclusions characteristic. Disclosure of the Invention A process is provided for producing continuous casting steel strip comprising the steps of: a. mounting a pair of chilled casters with a pinch between them and with locking closures adjacent the ends of the pinch; B. introduce low-carbon cast steel with a total oxygen content of at least 100 ppm and a free oxygen content of between 30 and 50 ppm between the pair of casting rolls to form a casting pool between the casting rolls ; ç. counter-rotate the casting cylinders and solidify the cast steel to form metal shells on the surface of the casting rolls with oxide inclusion levels reflected by the total oxygen content of the cast steel to promote strip formation. thin steel; and d. forming a solidified thin steel strip by pinching the casters from said solidified shells. The total oxygen content of the cast steel in the casting pool can be between 100 ppm and 250 ppm. More specifically, it could be about 200 ppm. Low carbon steel may have a carbon content in the range of 0.001% to 0.1% by weight, a manganese content in the range of 0.1% to 2.0% by weight, and a content of of silicon in the range 0.01 to 10% by weight. The steel may have an aluminium content of the order of 0.01% or less by weight. Aluminum may, for example, be as little as 0.008% or less by weight. The cast steel can be a silicon / manganese calmed steel.
As inclusões de óxidos são inclusões de solidificação e inclusões de desoxidação. As inclusões de solidificação são formadas durante o resfriamento e solidificação do aço no lingotamento, e as inclusões de desoxidação são formadas durante a desoxidação do aço fundido antes do lingotamento. O aço solidificado pode conter inclusões de óxido usualmente compreendidas de qualquer um ou mais de MnO, S1O2 e ΔΙ2Ο3 distribuídas através do aço sob uma densidade de inclusão na faixa de 2 g/cm3 e 4 g/cm3. 0 aço fundido poderá ser refinado em uma panela de fundição antes da introdução entre os cilindros de lingotamento para formar a poça de fundição, por aquecimento de uma carga de aço e material de formação de escória na panela de fundição, pelo que se forma aço fundido coberto por uma escória que contém óxidos de silício, manganês e cálcio. 0 aço fundido pode ser submetido a agitação mediante injeção de um gás inerte dentro dele para provocar des-sulfurização, e com aços tais como um aço acalmado com si-lício/manganês, então injetando oxigênio, para produzir aço que é dotado do teor de oxigênio total desejado de pelo menos 100 ppm e usualmente menos do que 250 ppm. Δ dessulfu-rização pode reduzir o teor de enxofre do aço fundido para menos do que 0,01%, em peso. A tira de aço fina produzida por linforamento contínuo em cilindros gêmeos tal como descrita anteriormente tem uma espessura menor do que 5 mm e é formada de um aço solidificado que contém inclusões de óxidos solidificadas. A distribuição das inclusões pode ser proporcionada de forma tal que as duas regiões de superfície da tira, até uma profundidade de 2 micrômetros a partir das faces externas, contêm inclusões solidificadas para uma densidade de área unitária de pelo menos 120 inclusões/mm2. O aço solidificado pode ser um aço acalmado com silício/manganês e as inclusões de óxidos podem compre- ender qualquer um ou mais das inclusões MnO, S1O2 e AI2O3. As inclusões tipicamente podem variar em dimensão entre 2 e 12 micrômetros, de forma que pelo menos uma grande maioria das inclusões encontra-se nessa faixa de dimensões. 0 processo descrito anteriormente produz um aço único alto em teor de oxigênio distribuído nas inclusões de óxidos. Especificamente, a combinação do alto teor de oxigênio no aço fundido e o curto tempo de permanência do aço fundido na poça de lingotamento resulta em uma tira fina de aço com propriedades de ductilidade aperfeiçoadas. Descrição Breve dos Desenhos A fim de que a invenção possa ser descrita de forma mais detalhada, alguns exemplos específicos serão a-presentados com referência aos desenhos anexos, nos quais: A Figura 1 mostra o efeito de pontos de fundição de inclusões em fluxos térmicos obtidos em testes experimentais de lingotamento em cilindros gêmeos utilizando-se aços acalmados com silício e manganês. A Figura 2 é um mapa de Mn de espectroscopia dispersiva de energia (EDS), mostrando uma faixa de inclusões de solidificação finas em uma tira de aço solidificada . A Figura 3 é um mapa que mostra o efeito de teores variáveis de manganês para silício na temperatura liquidus das inclusões. A Figura 4 mostra a relação entre o teor de alumina (medido a partir das inclusões da tira) e eficiência de desoxidação. A Figura 5 é um diagrama de fase ternária para MnO. Si02.Al203. A Figura 6 mostra a relação entre inclusões de teor de alumina e temperatura liquidus. A Figura 7 mostra o efeito do oxigênio na tensão de superfície de um aço fundido; e A Figura 8 é um gráfico dos resultados dos cálculos relacionados com as inclusões disponíveis para nu-cleação em diferentes níveis de limpeza de aço.Oxide inclusions are solidification inclusions and deoxidation inclusions. Solidification inclusions are formed during cooling and solidification of the steel in the casting, and deoxidation inclusions are formed during the deoxidation of the cast steel before the casting. Solidified steel may contain oxide inclusions usually comprised of any one or more of MnO, S1O2 and ΔΙ2Ο3 distributed through the steel at an inclusion density in the range of 2 g / cm3 and 4 g / cm3. Cast steel may be refined in a foundry pan prior to introduction between the casting casters to form the casting pool by heating a load of steel and slag forming material in the foundry pan, whereby molten steel forms. covered by a slag containing silicon oxides, manganese and calcium. The molten steel may be subjected to agitation by injecting an inert gas into it to cause desulphurization, and with steels such as a silicon / manganese soaked steel, then injecting oxygen, to produce steel which has the content of total desired oxygen of at least 100 ppm and usually less than 250 ppm. Δ desulfurization may reduce the sulfur content of cast steel to less than 0,01% by weight. The thin steel strip produced by twin cylinder continuous luffing as described above has a thickness of less than 5 mm and is formed of a solidified steel containing solidified oxide inclusions. The distribution of inclusions may be provided such that the two surface regions of the strip, to a depth of 2 micrometers from the outer faces, contain solidified inclusions for a unit area density of at least 120 inclusions / mm2. The solidified steel may be a silicon / manganese calmed steel and the oxide inclusions may comprise any or more of the MnO, S1O2 and AI2O3 inclusions. Inclusions can typically range in size from 2 to 12 micrometres, so that at least a large majority of inclusions are in this size range. The process described above produces a single steel high in oxygen content distributed in the oxide inclusions. Specifically, the combination of the high oxygen content of the cast steel and the short residence time of the cast steel in the casting pool results in a thin strip of steel with improved ductility properties. Brief Description of the Drawings In order that the invention may be described in more detail, some specific examples will be given with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows the effect of inclusion melt points on thermal flows obtained. in experimental casting tests on twin cylinders using silicon and manganese calmed steels. Figure 2 is a Mn map of energy dispersive spectroscopy (EDS) showing a range of fine solidification inclusions in a solidified steel strip. Figure 3 is a map showing the effect of variable manganese silicon contents on the liquidus temperature of the inclusions. Figure 4 shows the relationship between alumina content (measured from strip inclusions) and deoxidization efficiency. Figure 5 is a ternary phase diagram for MnO. Si02.Al203. Figure 6 shows the relationship between alumina content inclusions and liquidus temperature. Figure 7 shows the effect of oxygen on the surface tension of a cast steel; and Figure 8 is a graph of the results of calculations related to the inclusions available for nuking at different steel cleaning levels.
Descrição Detalhada da Concretização Preferida Os inventores realizaram extensos testes experimentais de lingotamento em um lingotador de cilindros gêmeos da espécie amplamente descrita nas patentes U.S. N°s 5.184.668 e 5.277.243 para produzir tira de aço da ordem de 1 mm de espessura e menor. Essas testes experimentais de lingotamento utilizando-se aço acalmado com silício e manganês demonstraram que o ponto de fusão das inclusões de óxidos no aço fundido tiveram um efeito nos fluxos térmicos obtidos durante a solidificação do aço, conforme ilustrados na Figura 1. Óxidos de baixo ponto de fusão aperfeiçoaram o contacto de transferência de calor entre o metal fundido e as superfícies dos cilindros de lingotamento nas regiões superiores da poça, gerando velocidades de transferência de calor mais altas. Não são produzidas inclusões líquidas quando o ponto de fusão é maior do que a temperatura do aço na poça de lingotamento. Portanto, existe uma redução drástica na velocidade de transferência de calor quando o ponto de fusão das inclusões é maior do que aproximadamente 1600°C.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT The inventors have performed extensive experimental casting tests on a twin-roll caster of the species broadly described in US Patent Nos. 5,184,668 and 5,277,243 to produce steel strip of the order of 1 mm thick and smaller. . These experimental casting tests using silicon and manganese calm steel demonstrated that the melting point of oxide inclusions in cast steel had an effect on the thermal fluxes obtained during steel solidification, as illustrated in Figure 1. Low Point Oxides The melting processes improved the heat transfer contact between the molten metal and the caster cylinder surfaces in the upper regions of the pool, resulting in higher heat transfer speeds. No liquid inclusions are produced when the melting point is higher than the temperature of the steel in the casting pool. Therefore, there is a drastic reduction in heat transfer rate when the melting point of inclusions is greater than approximately 1600 ° C.
Testes experimentais de lingotamento com aços acalmados com alumínio mostraram que, a fim de se evitar a formação de inclusões de alumina de alto ponto de fusão (ponto de fusão de 2050°C), é necessário ter-se tratamento de cálcio para proporcionar inclusões de CaO.Al2C>3 líquidas .Experimental casting studies with aluminum-calmed steels have shown that in order to prevent the formation of high melting alumina inclusions (melting point of 2050 ° C), calcium treatment is required to provide inclusions of CaO.Al2C> 3 net.
As inclusões de óxidos formados nas cascas de metal solidificado e por sua vez a tira de aço fina, compreendem inclusões formadas durante o resfriamento e solidificação do aço, e inclusões de desoxidação formadas durante o refino na panela de fundição. O nível de oxigênio livre no aço é reduzido drasticamente durante o resfriamento no menisco, resultando na geração de inclusões de solidificação próximas da superfície da tira. Estas inclusões de solidificação são formadas predominantemente de Mn0.SiO2 pela seguinte reação: Mn+Si-30 = Mn0.Si02 0 aparecimento das inclusões de solidificação na superfície da tira, obtidas a partir de um mapa de Ele-troscopia Dispersiva de Energia (EDS), está ilustrado na Figura 2. Pode-se observar que as inclusões de solidificação são extremamente finas (tipicamente menores do que 2 a 3 pm) e estão localizadas em uma faixa localizada dentro de 10 a 20 pm a partir da superfície. Uma distribuição de dimensões típica das inclusões através da tira encontra-se ilustrada na Figura 3 em um documento dos inventores, inti- tulado Recent Developments in Project M the Joint Develop-ment of Low Carbon Steel Strip Casting, por BHP e IHI, a-presentado no METEC Congress 99, Dusseldorf Germany (June 13-15, 1999).The oxide inclusions formed in the solidified metal shells and in turn the thin steel strip comprise inclusions formed during the cooling and solidification of the steel, and deoxidation inclusions formed during refining in the melting pan. The free oxygen level in the steel is drastically reduced during meniscal cooling, resulting in the generation of solidification inclusions near the strip surface. These solidification inclusions are formed predominantly of Mn0.SiO2 by the following reaction: Mn + Si-30 = Mn0.Si02 The appearance of solidification inclusions on the strip surface, obtained from an Energy Dispersive Electroscopy (EDS) map. ) is shown in Figure 2. It can be seen that the solidification inclusions are extremely thin (typically less than 2 to 3 pm) and are located in a range located within 10 to 20 pm from the surface. A typical size distribution of inclusions across the strip is shown in Figure 3 in an inventors' document entitled BHP and IHI, recently developed in the Joint Development of Low Carbon Steel Strip Casting. Presented at METEC Congress 99, Dusseldorf Germany (June 13-15, 1999).
Os níveis comparativos das inclusões de solidificação são determinados principalmente pelos níveis de Mn e Si no aço. A Eigura 3 mostra que a relação de Mn para Si tem um efeito significativo na temperatura liquidus das inclusões. Um aço acalmado com manganês e silício dotado de um teor de carbono na faixa de 0,001% a 0,1%, em peso, um teor de manganês na faixa de 0,1% a 2,0%, em peso, e um teor de silício na faixa de 0,1% a 10%, em peso, e um teor de alumínio da ordem de 0,01% ou menor, em peso, pode produzir essas inclusões de óxidos durante o resfriamento do aço nas regiões superiores da poça de lingotamento. Em particular, o aço pode ser dotado da seguinte composição, denominada M06: Carbono 0,06%, em peso Manganês 0,6%, em peso Silício 0,28%, em peso Alumínio 0,002%, em peso.Comparative levels of solidification inclusions are mainly determined by the levels of Mn and Si in steel. Figure 3 shows that the ratio of Mn to Si has a significant effect on the liquidus temperature of the inclusions. A manganese and silicon-calm steel having a carbon content in the range 0.001% to 0.1% by weight, a manganese content in the range 0.1% to 2.0% by weight and a carbon content of silicon in the range 0.1% to 10% by weight, and an aluminum content of the order of 0.01% or less by weight, can produce these oxide inclusions during steel cooling in the upper puddle regions. of casting. In particular, steel may be provided with the following composition, named M06: Carbon 0,06% by weight Manganese 0,6% by weight Silicon 0,28% by weight Aluminum 0,002% by weight.
As inclusões de desoxidação são geradas durante a desoxidação do aço fundido na panela de fundição com Al, Si e Mn. Assim, a composição das inclusões de óxidos formadas durante a desoxidação é baseada principalmente em MnO. SiC>2.AI2O3. Estas inclusões de desoxidação ficam loca- lizadas aleatoriamente na tira e são mais grossas do que as inclusões de solidificação próximas da superfície da tira. 0 teor de alumina das inclusões tem um forte efeito no nível de oxigênio livre no aço. A Figura 4 mostra que com teor de alumina crescente, o oxigênio livre no aço é reduzido. Com a introdução de alumina, as inclusões de Mn0.Si02 são diluídas uma uma subseqüente redução na sua atividade, o que por sua vez reduz o nível de oxigênio livre, tal como pode ser observado a partir da reação seguinte : Para inclusões baseadas em Mn0-Si02-Al203, o efeito da composição de inclusões na temperatura liquidus pode ser obtido a partir do diagrama de fase ternária ilustrado na Figura 5. A análise das inclusões de óxidos na tira de aço fina mostrou que a relação de Mn0/Si02 situa-se tipicamente dentro de 0,6 a 0,8 e, para este regime, constatou-se que o teor de alumina das inclusões de óxidos tem o mais forte efeito no ponto de fusão das inclusões (temperatura liquidus), conforme ilustrado na Figura 6.Deoxidation inclusions are generated during deoxidization of the molten steel in the melting pan with Al, Si and Mn. Thus, the composition of oxide inclusions formed during deoxidation is mainly based on MnO. SiC> 2.AI2O3. These deoxidation inclusions are located randomly on the strip and are thicker than the solidification inclusions near the strip surface. The alumina content of the inclusions has a strong effect on the free oxygen level in steel. Figure 4 shows that with increasing alumina content, free oxygen in steel is reduced. With the introduction of alumina, the Mn0.Si02 inclusions are diluted and a subsequent reduction in its activity, which in turn reduces the free oxygen level, as can be seen from the following reaction: For Mn0-based inclusions -Si02-Al203, the effect of the inclusions composition on the liquidus temperature can be obtained from the ternary phase diagram illustrated in Figure 5. Analysis of the oxide inclusions in the thin steel strip showed that the Mn0 / Si02 ratio was found. typically within the range 0.6 to 0.8, and for this regime, it was found that the alumina content of the oxide inclusions has the strongest effect on the melting point of the inclusions (liquidus temperature), as illustrated in Figure 6. .
Os inventores determinaram que é importante para o lingotamento de acordo com a presente invenção ter as inclusões de solidificação e de desoxidação de maneira tal que elas sejam líquidas na temperatura de solidificação inicial do aço e que o aço fundido na poça de lingotamento tenha um teor de oxigênio de pelo menos 100 ppm para produzir cascas de metal com níveis de inclusões de óxidos refletidos pelo teor de oxigênio do aço fundido para promover nucleação e alto fluxo térmico durante a solidificação inicial do aço nas superfícies de cilindros de fundição. As inclusões tanto de solidificação quanto de desoxidação são inclusões de óxidos e proporcionam locais de nucleação e contribuem significativamente para a nucleação durante o processo de solidificação de metal, mas as inclusões de desoxidação são definitivamente controladoras de velocidade, pelo fato de que a sua concentração pode ser variada. As inclusões de desoxidação são muito maiores, tipicamente maiores do que 4 micrômetros, enquanto as inclusões de solidificação são de uma maneira geral menores do que 2 micrômetros e são baseadas em Mn0.Si02 e não têm A1203, enquanto as inclusões de desoxidação também têm A1203.The inventors have determined that it is important for the casting in accordance with the present invention to have the solidification and deoxidation inclusions such that they are liquid at the initial solidification temperature of the steel and that the molten steel in the casting pool has a content of oxygen of at least 100 ppm to produce metal shells with oxide inclusion levels reflected by the oxygen content of the cast steel to promote nucleation and high thermal flux during initial steel solidification on the casting cylinder surfaces. Both solidification and deoxidation inclusions are oxide inclusions and provide nucleation sites and contribute significantly to nucleation during the metal solidification process, but deoxidation inclusions are definitely speed controlling, as their concentration can be varied. Deoxidation inclusions are much larger, typically greater than 4 micrometers, while solidification inclusions are generally smaller than 2 micrometers and are based on Mn0.Si02 and do not have A1203, while deoxidation inclusions also have A1203. .
Constatou-se que em ensaios experimentais de lingotamento utilizando-se a classe M06 supra de aço acalmado com silício e manganês que se o teor de oxigênio total do aço for reduzido no processo de refino na panela de fundição para baixos níveis menores do que 100 ppm, os fluxos térmicos são reduzidos e o lingotamento é prejudicado, enquanto que podem ser conseguidos bons resultados de lingotamento se o teor de oxigênio total estiver pelo menos acima de 100 ppm e, tipicamente, na ordem de 200 ppm. Estes níveis de oxigênio na panela de fundição resultam em níveis de oxigênio totais de pelo menos 70 ppm e níveis de oxigênio livre entre 20 e 60 ppm na panela intermediária, e por sua vez os mesmos níveis de oxigênio ou levemente mais baixos na poça de lingotamento. O teor de oxigênio total pode ser medido por meio de um instrumento "Leco" e é controlado pelo grau de "enxaguadura" durante o tratamento na panela de fundição, isto é, a quantidade de argônio borbulhado a-través da panela de fundição por meio de um batoque poroso ou lança de topo, e pela duração do tratamento. O teor de oxigênio total foi medido por meio de procedimentos convencionais utilizando-se o LEXO TC-436 Nitrogen/Oxygen Deter-minator, descrito no TC 436 Nitrogen/Oxygen Determinator Instructional Manual, disponível a partir da LECO (Form No. 200-403, Ver. Apr. 96, Section 7, a páginas 7-1 até 7-4). A fim de se determinar se os fluxos térmicos aumentados obtidos com teores de oxigênio total mais altos foram decorrentes da disponibilidade de.inclusões de óxidos como locais de nucleação, realizaram-se ensaios experimentais de lingotamento com aços em que a desoxidação na panela de fundição foi realizada com siliceto de cálcio (ca-Si) e os resultados comparados com lingotamento com o aço acalmado com Si de baixo teor de carbono, conhecido como classes de aço M06. Os resultados encontram-se expostos na tabela seguinte: Tabela 1 Diferenças de fluxo térmico entre classes M06 e Cal-Sil Muito embora os níveis de Mn e Si fossem semelhantes às classes acalmadas com Si normais, o nível de o-xigênio livre nas fornadas com Ca-Si foi mais baixo e as inclusões de óxidos continham mais CaO. Os fluxos térmicos nas fornadas com Ca-Si foram mais baixos, apesar de um ponto de fusão de incluões mais baixo (Vide Tabela 2).It has been found that in experimental casting tests using the above grade M06 of silicon and manganese-calmed steel that if the total oxygen content of the steel is reduced in the melting pot refining process to levels below 100 ppm , thermal fluxes are reduced and casting is impaired, while good casting results can be achieved if the total oxygen content is at least above 100 ppm and typically in the order of 200 ppm. These foundry pan oxygen levels result in total oxygen levels of at least 70 ppm and free oxygen levels between 20 and 60 ppm in the intermediate pan, and in turn the same or slightly lower oxygen levels in the casting pool. . The total oxygen content can be measured by means of a "Leco" instrument and is controlled by the degree of "rinsing" during treatment in the foundry pan, ie the amount of bubbled argon through the foundry pan through porous bung or spear, and for the duration of treatment. Total oxygen content was measured by standard procedures using the LEXO TC-436 Nitrogen / Oxygen Determinator described in the TC 436 Nitrogen / Oxygen Determinator Instructional Manual available from LECO (Form No. 200-403 See Apr. 96, Section 7, pages 7-1 through 7-4). In order to determine if the increased thermal fluxes obtained with higher total oxygen contents were due to the availability of oxide inclusions as nucleation sites, experimental casting trials were performed with deoxidation in the casting pan. Calcium silicide (ca-Si) and the results compared with casting with low carbon Si-calm steel, known as M06 steel grades. The results are shown in the following table: Table 1 Thermal flow differences between M06 and Cal-Sil classes Although Mn and Si levels were similar to normal Si-calmed classes, the free o-oxygen level in batches with Ca-Si was lower and oxide inclusions contained more CaO. Thermal fluxes in Ca-Si furnaces were lower despite a lower melting point of inclusions (See Table 2).
Tabela 2 Composições da escória com desoxidação de Ca-Si Os níveis de oxigênio livre nas classes com Ca-Si foram mais baixos, tipicamente de 20 a 30 ppm, em comparação com 40 a 50 ppm com as classes M06. O oxigênio é um elemento ativo de superfície e, assim, espera-se que a redução no nível de oxigênio reduza o umedecimento entre o aço fundido e os cilindros de lingotamento e promova uma redução na velocidade de transferência de calor. Entretanto, a partir da Figura 7 percebe-se que a redução de oxigênio de 40 para 20 ppm pode não ser suficiente para aumentar a tensão de superfície a níveis que expliquem a redução observada no fluxo térmico.Table 2 Ca-Si Deoxidizing Slag Compositions Free oxygen levels in the Ca-Si classes were lower, typically 20 to 30 ppm, compared to 40 to 50 ppm with the M06 classes. Oxygen is an active surface element and thus the reduction in oxygen level is expected to reduce the wetting between the cast steel and the casting rollers and promote a reduction in heat transfer speed. However, from Figure 7 it is clear that reducing oxygen from 40 to 20 ppm may not be sufficient to increase surface tension to levels that explain the observed reduction in thermal flux.
Pode-se concluir que o abaixamento dos níveis de oxigênio livre e total no aço reduz o volume de inclusões e, desta forma, reduz o número de inclusões para nu-cleação inicial. Isto tem o potencial de afetar prejudicialmente a natureza do contacto inicial entre o aço e a su- perfície dos cilindros. Trabalho de teste de imersão mostrou que é requerida uma nucleação por densidade de área unitária de cerca de 120/mm2 para gerar fluxo térmico suficiente na solidificação inicial na região superior ou de menisco da poça de lingotamento. 0 teste de imersão envolve fazer avançar um bloco coquilhado em um banho de aço fundido sob uma velocidade tal de modo a simular muito de perto as condições nas superfícies de lingotamento de um lingotador de cilindros gêmeos. 0 aço solidifica-se no bloco coquilhado quando este se desloca através do banho fundido para produzir uma camada de aço solidificado na superfície do bloco. A espessura desta camada pode ser medida em pontos por toda a sua área para mapear variações na velocidade de solidificação e, portanto, a velocidade efetiva de transferência de calor nos vários locais. É possível desta forma produzir uma velocidade de solidificação global, bem como medições de fluxo térmico total. É igualmente possível examinar a microestrutura da superfície da tira para relacionar alterações na microestrutura de solidificação com as mudanças nas velocidades de solidificação e os valores de transferência de calor observados, e examinar as estruturas que estão associadas com a nucleação na solidificação inicial na superfície coquilhada. Um aparelho para teste de imersão encontra-se mais amplamente descrito na patente U.S. N° 5.720.336. A relação do teor de oxigênio do aço líquido na nucleação inicial e da transferência de calor foi examinada utilizando-se o modelo descrito no Apêndice 1. Este modelo supõe que todas as inclusões de óxidos são esféricas e ficam distribuídas uniformemente por todo o aço. Supôs-se uma camada de superfície como tendo 2 μιη e que apenas as inclusões presentes nessa camada de superfície poderíam participar no processo de nucleação na solidificação inicial do aço. A entrada para o modelo foi de teor de oxiqênio total no aço, diâmetro das inclusões, espessura da tira, velocidade de fundição e espessura de camada de superfície. A saída foi a percentagem de inclusões do total no aço requerido para atender a uma nucleação visada por densidade de área unitária de 120/mm2. A Figura 8 é um gráfico da percentagem de inclusões de óxidos na camada de superfície requeridas para participarem no processo de nucleação para se conseguir a nucleação visada por densidade de área unitária sob diferentes níveis de limpeza de aço conforme expressado pelo teor de oxigênio total, supondo-se uma espessura de tira de 1,6 mm e uma velocidade de lingotamento de 80/min. Isto mostra que, para uma dimensão de inclusão de 2 pm e teor de oxigênio total de 200 ppm, são requeridos 20% das inclusões de óxidos disponíveis totais na camada de superfície para se conseguir a nucleação visada por densidade de área unitária de 120/mm2. Entretanto, sob um teor de oxigênio total de 80 ppm, é requerido que cerca de 50% das inclusões consigam a velocidade de nucleação crítica e sob o nível de oxigênio total de 40 ppm, haja um nível de inclusões de ó-xidos insuficiente para atender à nucleação visada por densidade de área unitária. Conseqüentemente, quando da com- pensação do aço. por desoxidação na panela de fundição, o teor de oxigênio do aço pode ser controlado de forma a produzir um teor de oxigênio total na faixa de 100 a 250 ppm e, tipicamente,-cerca de 200 ppm. Isto terá o resultado de que as camadas de dois micrômetros de profundidade adjacentes aos cilindros de lingotamento na solidificação inicial conterão inclusões de óxidos que têm uma densidade de área unitária de, pelo menos, 120/mm2. Estas inclusões estarão presentes nas camadas de superfície externas do produto em tira solidificada final e podem ser detectadas por meio de exame apropriado, por exemplo, por espectroscopia dispersiva de energia (EDS).It can be concluded that lowering free and total oxygen levels in steel reduces the volume of inclusions and thus reduces the number of inclusions for initial nuking. This has the potential to adversely affect the nature of the initial contact between the steel and the cylinder surface. Immersion test work has shown that a unit area density nucleation of about 120 / mm2 is required to generate sufficient thermal flux at initial solidification in the upper or meniscal region of the casting pool. Immersion testing involves advancing a coiled block in a molten steel bath at such a speed as to closely simulate conditions on the casting surfaces of a twin-roll caster. Steel solidifies in the coiled block as it moves through the molten bath to produce a layer of solidified steel on the surface of the block. The thickness of this layer can be measured in points throughout its area to map variations in solidification velocity and thus the effective heat transfer velocity at various locations. It is thus possible to produce an overall solidification rate as well as total thermal flow measurements. It is also possible to examine the microstructure of the strip surface to relate changes in the solidification microstructure to the changes in solidification velocities and observed heat transfer values, and to examine structures that are associated with nucleation in the initial solidification on the coiled surface. An immersion testing apparatus is more fully described in U.S. Patent No. 5,720,336. The relationship between the oxygen content of liquid steel at initial nucleation and heat transfer was examined using the model described in Appendix 1. This model assumes that all oxide inclusions are spherical and evenly distributed throughout the steel. A surface layer was assumed to have 2 μιη and only the inclusions present in that surface layer could participate in the nucleation process in the initial solidification of the steel. The input to the model was total steel oxygen content, inclusions diameter, strip thickness, casting speed and surface layer thickness. The output was the percentage of total steel inclusions required to meet a target nucleation by unit area density of 120 / mm2. Figure 8 is a graph of the percentage of surface layer oxide inclusions required to participate in the nucleation process to achieve unit area density targeted nucleation under different steel cleanliness levels as expressed by the total oxygen content, assuming a strip thickness of 1.6 mm and a casting speed of 80 / min. This shows that for an inclusion size of 2 pm and a total oxygen content of 200 ppm, 20% of the total available oxide inclusions in the surface layer is required to achieve target nucleation by unit area density of 120 / mm2. . However, under a total oxygen content of 80 ppm, about 50% of inclusions are required to achieve critical nucleation velocity and under a total oxygen level of 40 ppm, there is an insufficient oxide inclusions level to meet to nucleation targeted by unit area density. Consequently, when steel is compensated. By deoxidization in the foundry pan, the oxygen content of the steel can be controlled to produce a total oxygen content in the range of 100 to 250 ppm and typically about 200 ppm. This will have the result that the two micrometer deep layers adjacent to the casting casters in the initial solidification will contain oxide inclusions having a unit area density of at least 120 / mm2. These inclusions will be present on the outer surface layers of the final solidified strip product and may be detected by appropriate examination, for example by energy dispersive spectroscopy (EDS).
EXEMPLOEXAMPLE
INSUMOSInputs
Nucleação crítica por densidade de 120 Este valor área unitária n°/mm2 (necessária fói obtido a para se conseguirem velocidades de partir de i- transferência de calor suficien- mersão expe- tes) no trabalho de teste rimental Largura do cilindro, m 1 Espessura da tira, mm 1,6 Toneladas da panela de fundição, t 129 Densidade do aço, kg/m3 7800 Oxigênio total, ppm 75 Densidade das inclusões, kg/m3 3000 SAÍDASCritical Nucleation by Density 120 This unit area n ° / mm2 value (required is obtained to achieve sufficient heat transfer speeds) in the kidney test work Cylinder width, m 1 Thickness strip, mm 1.6 Tons of smelter, t 129 Steel density, kg / m3 7800 Total oxygen, ppm 75 Inclusion density, kg / m3 3000 OUTPUTS
Massa das inclusões, kg 21,42857 Diâmetro das inclusões, m 2,00E-06 Volume das inclusões, m3 0,0 N° Total das inclusões 1705096451319381,5 Espessura da camada de superfície, 2 μπ\ (um lado) N° Total de inclusões Estas inclu- de superfície 4265241128298.4536 sões podem participar apenas no processo de nucleação i-nicial Velocidade de lingotamento, 80 m/min Comprimento da tira, m 9615,38462 Área de superfície da tira, m2 19230,76923 N° Total de locais de nucleação requeridos 2307692,30760 % de inclusões disponíveis ne- 54,10462 cessárias para participar no processo de nucleação APÊNDICE 1 Lista de símbolos w = largura do cilindro, m t = espessura da tira, mm ms = peso do aço na panela de fundição, toneladas ps = densidade do aço, kg/m3 Pi = densidade das inclusões, kg/m3 0t = oxigênio total no aço, ppm d = diâmetro das inclusões, m Vi = volume de uma das inclusões, m3 mi = massa das inclusões, kg Nt = número total das inclusões ts = espessura da camada de superfície , pm Ns = número total de inclusões presentes na superfície (que podem participar no processo de nucleação) u = velocidade de lingotamento, m/min Ls = comprimento da tira, m As = área de superfície da tira, m2 Nreq = Número total de inclusões requeridas para atender à densidade de nucleação visada NCt = nucleação visada por densidade de área unitária, número/m2 (obtido a partir do teste de imersão) Nav = & do total de inclusões disponíveis no aço fundido na superfície dos cilindros de lingotamento para o processo de nucleação inicial.Inclusion mass, kg 21.42857 Inclusion diameter, m 2.00E-06 Inclusion volume, m3 0.0 N ° Total inclusions 1705096451319381.5 Surface layer thickness, 2 μπ \ (one side) Total number These inclusions can include 4265241128298.4536 sions only in the initial nucleation process Casting speed, 80 m / min Strip length, m 9615,38462 Strip surface area, m2 19230,76923 N ° Total locations required nucleation 2307692.3060% of available inclusions required to participate in the nucleation process APPENDIX 1 List of symbols w = cylinder width, mt = strip thickness, mm ms = weight of steel in the melting pot, tons ps = steel density, kg / m3 Pi = inclusions density, kg / m3 0t = total oxygen in steel, ppm d = inclusions diameter, m Vi = volume of one inclusion, m3 mi = mass of inclusions, kg Nt = total number of inclusions ts = ca thickness surface area, pm Ns = total number of surface inclusions (which may participate in the nucleation process) u = casting speed, m / min Ls = strip length, m As = strip surface area, m2 Nreq = Total number of inclusions required to meet target nucleation density NCt = target area nucleation per unit area density, number / m2 (obtained from the immersion test) Nav = & total inclusions available in cast steel on the surface of the cylinders ingot for the initial nucleation process.
Equações mi = (0t x m2 x 0,001)/0,42 Nota: para aço acalmado com Μη-Si, é necessá- rio 0,42 kg de oxigênio para produzir 1 kg de inclusões com uma composição de 30% MnO, 40% S1O2 6 30% AI2O3.Equations mi = (0t x m2 x 0.001) / 0.42 Note: For steel calm with Μη-Si, 0.42 kg of oxygen is required to produce 1 kg of inclusions with a composition of 30% MnO, 40%. S1O2 6 30% Al2O3.
Para aço acalmado com Al (com injeção de Ca), é necessário 0,38 kg de oxigênio para produzir 1 kg de inclusões com uma composição de 50% A Equação 1 calcula a massa de inclusões no aço. A Equação 2 calcula o volume de uma inclusão, supondo-se que elas são esféricas. A Equação 3 calcula o número total de inclusões disponíveis no aço. A Equação 4 calcula o número total de inclusões disponíveis na camada de superfície (supondo-se que seja de 2 pm em cada lado). Observe-se que estas inclusões podem participar apenas na nucleação inicial. A Equação 5 e a Equação 6 são usadas para calcular a área de superfície total da tira. A Equação 7 calcula o número de inclusões necessárias na superfície para atender à velocidade de nucleação visada. A Equação 8 é utilizada para calcular a percentagem de inclusões totais disponíveis na superfície que devem participar no processo de nucleação. Observe-se que se este número for maior do que 100%, então o número de inclusões na superfície não é suficiente para atender à velocidade de nucleação visada.For Al-calm steel (with Ca injection), 0.38 kg of oxygen is required to produce 1 kg of inclusions with a 50% composition. Equation 1 calculates the mass of inclusions in the steel. Equation 2 calculates the volume of an inclusion, assuming they are spherical. Equation 3 calculates the total number of inclusions available in steel. Equation 4 calculates the total number of inclusions available in the surface layer (assuming it is 2 pm on each side). Note that these inclusions may only participate in the initial nucleation. Equation 5 and Equation 6 are used to calculate the total surface area of the strip. Equation 7 calculates the number of inclusions needed on the surface to meet the target nucleation velocity. Equation 8 is used to calculate the percentage of total available surface inclusions that should participate in the nucleation process. Note that if this number is greater than 100%, then the number of surface inclusions is not sufficient to meet the target nucleation velocity.
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