一种双辊薄带连铸用侧封板及其使用方法与流程

本发明属于薄带连铸技术领域，特别涉及一种双辊薄带连铸用侧封板及其使用方法。

背景技术：

在双辊薄带连铸过程中，钢液直接注入由铸辊和耐火材料制成的侧封板所构成的熔池内，为了保持侧封板与辊端在整个连铸过程中始终处于压紧状态，在侧封板外侧需要施加较大的压紧力；同时，高温钢液对侧封板有热冲击作用，导致侧封板内部产生温度差，从而产生热应力；侧封板在压紧力和热应力等内外因素的共同作用下，极易发生破损；此外，侧封板内侧与高温钢液接触，而外侧与周围环境接触，向外散热；致使熔池内钢液在侧封板内侧易产生凝固块，使铸带边缘产生缺损；因此，侧封板是双辊薄带连铸过程的关键设备之一；对于双辊薄带连铸而言，侧封板要求不易被钢液润湿、侵蚀，而且具有较好的耐磨性、润滑性、抗热震性、较低的导热系数。

专利号为CN101648260B的专利申请公开了适用于薄板坯连铸的双层侧封板，该侧封板包含一层含氮化硼材料的面板和一层铝硅系材料基板，此种侧封板虽有一定的保温措施，但是抗热震性能较差；此外，此侧封板外部没有保护装置，容易受压紧力的作用而破碎，进而导致侧封失败；专利号为CN102173792A、CN102161082A、US7208433、US4885264、JP3207554等专利先后公开不同氮化硼含量的陶瓷侧封板，然而这些侧封板或多或少存在着耐磨性差，抗侵蚀能力弱或者导热系数大等问题；这主要是因为，一般情况下侧封板在保证抗热震性的同时，将不能保证侧封板具有低的热导率；保证侧封板具有低的热导率，就不能保证良好的抗热震性，热导率和抗热震性是一个不可调和的矛盾。

技术实现要素：

针对现有双辊薄带连铸用的侧封板存在的上述问题，本发明提供一种双辊薄带连铸用侧封板及其使用方法，该侧封板通过隔热板、基板、陶瓷板和耐磨板的材料及结构的组合设置，在保证较低热导率的同时，保证侧封板抗热震性。

本发明的双辊薄带连铸用侧封板包括侧封板本体和润滑装置，侧封板由凹槽型的外壳1、隔热板2、基板3、陶瓷板4和耐磨板5粘接在一起组成，其中隔热板2由石棉板2-1和SiO₂基纳米绝热板2-2粘结构成；润滑装置由润滑剂材料6和输送管7构成；隔热板2位于外壳1内，基板3覆盖在隔热板2上并且部分基板3位于外壳1内，基板3的其余部分延伸至外壳1外；陶瓷板4和耐磨板5镶嵌在基板3内，陶瓷板4及耐磨板5的外表面与基板3的外表面平齐，且部分陶瓷板4和部分耐磨板5位于外壳内；其中外壳1内的凹槽纵向截面为类扇形，两侧分别有一个弧形侧边，隔热板2和基板3的外形与外壳1相配合；陶瓷板4的外形为圆环的一段，共有两个，分别位于基板3的两侧，每个陶瓷板4的内侧弧形边与外壳1的一个弧形侧边的上部相配合，每个陶瓷板4的一个直边与耐磨板5的顶边粘接，另一个直边与外壳粘接；耐磨板5的底边以及两个侧边与外壳1下部相配合；各输送管7穿过外壳1、隔热板2和基板3，并穿过陶瓷板4以及耐磨板5，输送管7内填充润滑剂材料6；在陶瓷板4以及耐磨板5上开设有润滑剂导向角8，润滑剂导向角8通过输送管7上的凹槽与润滑剂材料6连通的；各输送管7分为两组，每组输送管7的前端排列在陶瓷板4的弧形中线上、陶瓷板4和耐磨板5的粘接处以及耐磨板5上，后端排列在外壳上。

上述的陶瓷板4的外侧弧形边的半径大于所在双辊薄带连铸机的铸辊半径5~10cm。

上述的外壳1的材质为钢。

上述的石棉板2-1厚度2~5mm，SiO₂基纳米绝热板2-2厚度1~3mm。

上述基板3的材质为12~30mm厚的Al₂O₃- ZrO₂质耐火材料，Al₂O₃- ZrO₂质耐火材料中的Al₂O₃的重量百分比30~35%，其余为ZrO₂%。

上述陶瓷板4的材质为2~5mm厚的BN质复合材料。

上述耐磨板5的材质为2~5mm厚的Si₃N₄复合材料。

上述陶瓷板4与耐磨板5的厚度差≤0.1mm。

上述的润滑剂导向角8的指向方向与所在双辊薄带连铸机的铸辊旋转方向相配合，每个润滑剂导向角指向方向与垂线之间的夹角为1°~ 60°。

上述的输送管7横截面为圆形、椭圆形或多边形，当输送管横截面为圆形时，输送管7横截面直径为10~30mm；输送管7壁厚在2~5mm之间。

上述润滑剂材料6为粒径≤200目的石墨、BN和/或MoS₂的固体粉状颗粒，或者为粒径≤200目的石墨、BN和/或MoS₂的固体颗粒压制成型的柱状体。

本发明的双辊薄带连铸用侧封板的制备方法按以下步骤进行：

1、按所需形状准备外壳、石棉板、SiO₂基纳米绝热板、基板陶瓷板和耐磨板；

2、将石棉板、SiO₂基纳米绝热板纳米绝热板和基板的表面，陶瓷板和耐磨板的表面清理干净；

3、将外壳内表面打磨或喷砂、喷丸处理，去除锈蚀和杂质；

4、将表面处理后的基板内侧均匀涂覆无机粘结剂，然后与陶瓷板和耐磨板的外侧通过粘结剂粘合并压紧，然后在10~ 35℃条件下放置12 ~ 24h，再置于烘箱中先升温至70 ~ 90℃保温90~150min，再升温至135~ 175℃保温90~150min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得复合基板；

5、将复合基板表面清理干净去除杂质，在外侧涂覆无机粘结剂，然后与石棉板粘合并压紧，再在10~ 35℃条件下放置2~4 h，最后置于烘箱中在90~110℃条件下保温90~150min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得石棉板复合基板；

6、将石棉板复合基板表面清理干净去除杂质，在外侧涂覆无机粘结剂，与SiO₂基纳米绝热板粘合并压紧，然后在10~ 35℃条件下放置30~60min，再置于烘箱中先升温至50 ~ 60℃保温90~150min，再升温至75~ 85℃保温90~150min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得隔热板复合基板；

7、将隔热板复合基板和外壳分别置于烘箱中，升温至60 ~ 70℃保温至少30min后取出；在室温条件下，将隔热板复合基板的SiO₂基纳米绝热板一侧外表面均匀涂覆无机粘结剂，然后与外壳的内侧粘合并压紧；最后置于烘箱中升温至190 ~ 210℃保温15~30min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却；获得双辊薄带连铸用侧封板本体；

8、在双辊薄带连铸用侧封板本体上开设润滑通道，在润滑通道上固定输送管，将润滑剂材料填充到输送管内，同时在陶瓷板以及耐磨板上开设润滑剂导向角，并在输送管上开设凹槽将润滑剂导向角与润滑剂材料连通，制成双辊薄带连铸用侧封板。

上述方法中，双辊薄带连铸用侧封板中石棉板、SiO₂基纳米绝热板、基板、陶瓷板和耐磨板均分为内外侧，其中朝向外壳凹槽底部的为外侧，另一面为内侧，外壳底面相反的方向为工作面。

上述方法中，步骤4、5、6和7中的无机粘结剂分别选用耐高温胶水SL8307、耐高温胶水SL8304、耐高温胶水SL8301和耐高温胶水SL8303。

本发明的双辊薄带连铸用侧封板的使用方法包括以下步骤进行：

（1）在开浇前，预先对双辊薄带连铸用侧封板的工作面烘烤预热，工作面预热温度1250~1280℃，时间至少1.5h；然后通过支撑装置将预热的双辊薄带连铸用侧封板与铸辊端面贴合；最后将润滑剂输送装置与各输送管装配在一起；

（2）在浇注过程中，润滑剂输送压力始终大于工作时双辊薄带连铸用侧封板的紧顶压力，以保证润滑剂的不间断供给。

上述使用方法中，双辊薄带连铸用侧封板与铸辊端面贴合时间，以保证开浇时双辊薄带连铸用侧封板的工作面温度不低于1050℃为准。

上述使用方法中，双辊薄带连铸用侧封板的紧顶压力应大于2倍铸辊啮合处的宽展力。

上述使用方法中，当金属熔液进入布流器后，进行第二次布流，控制金属熔液平稳的流入熔池内。

本发明采用的BN质复合材料具有高耐磨性、良好润滑性、强抗热震性；采用的Si₃N₄复合材料具有高硬度、高熔点、低热膨胀系数、高的弹性模量、良好的自润滑性；制备的双辊薄带连铸用侧封板但具有优良的保温性能，而且与铸辊接触部位抗热震性、耐磨性能好，与钢液接触部位具有强的抗侵蚀性能，而且与钢液互不润湿。

附图说明

图1为本发明实施例1中的双辊薄带连铸用侧封板结构示意图；

图2为图1中润滑装置处的局部放大图；

图3为图1的A-A面剖面结构示意图；

图4为图1的B-B面剖面结构示意图；

图5为图1的C-C面剖面结构示意图；

图中：1、外壳，2-1、石棉板，2-2、SiO₂基纳米绝热板，3、基板，4、陶瓷板，5、耐磨板，6、润滑剂材料，7、输送管，8、润滑剂导向角；

图6为本发明实施例1中的单个双辊薄带连铸用侧封板二分之一的外观照片图（完整的侧封板为两个弧边沿中间面对称）。

具体实施方式

本说明实施例中采用的双辊薄带铸轧机铸辊直径为300~800mm。

本发明实施中基板由12~30mm厚的Al₂O₃- ZrO₂质耐火材料制备。

本发明实施中陶瓷板由2~5mm厚的BN质复合材料制备。

本发明实施中耐磨板由2~5mm厚的Si₃N₄复合材料制备。

本发明实施例中的Al₂O₃- ZrO₂质耐火材料、BN质复合材料和Si₃N₄复合材料为市购产品。

本发明实施中陶瓷板与耐磨板的厚度差≤0.1mm。

本发明实施中润滑剂导向角与垂线的夹角为1~60°。

本发明实施例中采用的耐高温胶水SL8307、耐高温胶水SL8304、耐高温胶水SL8301和耐高温胶水SL8303为市购产品。

本发明实施中润滑通道组由3个以上的润滑通道组成，润滑通道横截面可为圆形、椭圆形以及多边形（n≥3，n为多边形的边数），润滑通道截面当量直径为10~30mm；润滑柱通道截面中心点位置处于和铸辊相同圆心的弧线上。

本发明实施中每组润滑柱通道在陶瓷板4与耐磨板5对接处开设一个，在耐磨板上最少开设一个，在陶瓷板上最少开设一个。

本发明实施中采用的石墨、BN和MoS₂质材料为市购产品。

本发明实施中润滑剂输送管形状与侧封板润滑通道形状、截面大小相同。

实施例1

双辊薄带连铸用侧封板结构如图1所示，A-A面剖面结构如图3所示，B-B面剖面结构如图4所示，C-C面剖面结构如图5所示，包括两个侧封板本体和润滑装置，润滑装置结构如图2所示，侧封板由凹槽型的外壳1、隔热板2、基板3、陶瓷板4和耐磨板5粘接在一起组成，其中隔热板2由石棉板2-1和SiO₂基纳米绝热板2-2粘结构成；润滑装置由润滑剂材料6和输送管7构成；隔热板2位于外壳1内，基板3覆盖在隔热板2上并且部分基板3位于外壳1内，基板3的其余部分延伸至外壳1外；陶瓷板4和耐磨板5镶嵌在基板3内，陶瓷板4及耐磨板5的外表面与基板3的外表面平齐，且部分陶瓷板4和部分耐磨板5位于外壳内；其中外壳1内的凹槽纵向截面为类扇形，两侧分别有一个弧形侧边，隔热板2和基板3的外形与外壳1相配合；陶瓷板4的外形为圆环的一段，共有两个，分别位于基板3的两侧，每个陶瓷板4的内侧弧形边与外壳1的一个弧形侧边的上部相配合，每个陶瓷板4的一个直边与耐磨板5的顶边粘接，另一个直边与外壳粘接；耐磨板5的底边以及两个侧边与外壳1下部相配合；各输送管7穿过外壳1、隔热板2和基板3，并穿过陶瓷板4以及耐磨板5，输送管7内填充润滑剂材料6；在陶瓷板4以及耐磨板5上开设有润滑剂导向角8，润滑剂导向角8通过输送管7上的凹槽与润滑剂材料6连通的；各输送管7分为两组，每组输送管7的前端排列在陶瓷板4的弧形中线上、陶瓷板4和耐磨板5的粘接处以及耐磨板5上，后端排列在外壳上；

陶瓷板4的外侧弧形边的半径大于所在双辊薄带连铸机的铸辊半径5cm（对于单个陶瓷板，靠近所在双辊薄带连铸机的一侧为内侧，远离所在双辊薄带连铸机的一侧为外侧）；外壳1的材质为钢；石棉板2-1厚度2mm，SiO₂基纳米绝热板2-2厚度1mm；基板3的材质为12mm厚的Al₂O₃- ZrO₂质耐火材料，Al₂O₃- ZrO₂质耐火材料中的Al₂O₃的重量百分比30%，其余为ZrO₂%；陶瓷板4的材质为2mm厚的BN质复合材料；耐磨板5的材质为2mm厚的Si₃N₄复合材料；陶瓷板4与耐磨板5的厚度差≤0.1mm；

润滑剂导向角8的指向方向与所在双辊薄带连铸机的铸辊旋转方向相配合，每个润滑剂导向角指向方向与垂线之间的夹角为1°~ 60°；输送管7横截面为圆形，输送管7横截面直径为10mm；输送管7壁厚2mm；

润滑剂材料6为粒径≤200目的等质量的石墨、BN和MoS₂的固体粉状颗粒；

制备方法按以下步骤进行：

1、按所需形状准备外壳、石棉板、SiO₂基纳米绝热板、基板陶瓷板和耐磨板；

2、将石棉板、SiO₂基纳米绝热板纳米绝热板和基板的表面，陶瓷板和耐磨板的表面清理干净；

3、将外壳内表面打磨或喷砂、喷丸处理，去除锈蚀和杂质；

4、将表面处理后的基板内侧均匀涂覆无机粘结剂，然后与陶瓷板和耐磨板的外侧通过粘结剂粘合并压紧，然后在10~ 35℃条件下放置12h，再置于烘箱中先升温至70 ~ 90℃保温90min，再升温至135~ 175℃保温90min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得复合基板；

5、将复合基板表面清理干净去除杂质，在外侧涂覆无机粘结剂，然后与石棉板粘合并压紧，再在10~ 35℃条件下放置2h，最后置于烘箱中在90~110℃条件下保温90min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得石棉板复合基板；

6、将石棉板复合基板表面清理干净去除杂质，在外侧涂覆无机粘结剂，与SiO₂基纳米绝热板粘合并压紧，然后在10~ 35℃条件下放置30min，再置于烘箱中先升温至50 ~ 60℃保温90min，再升温至75~ 85℃保温90min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得隔热板复合基板；

7、将隔热板复合基板和外壳分别置于烘箱中，升温至60 ~ 70℃保温50min后取出；在室温条件下，将隔热板复合基板的SiO₂基纳米绝热板一侧外表面均匀涂覆无机粘结剂，然后与外壳的内侧粘合并压紧；最后置于烘箱中升温至190 ~ 210℃保温15min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却；获得双辊薄带连铸用侧封板本体；

8、在双辊薄带连铸用侧封板本体上开设润滑通道，在润滑通道上固定输送管，将润滑剂材料填充到输送管内，同时在陶瓷板以及耐磨板上开设润滑剂导向角，并在输送管上开设凹槽将润滑剂导向角与润滑剂材料连通，制成双辊薄带连铸用侧封板；

其中，双辊薄带连铸用侧封板中石棉板、SiO₂基纳米绝热板、基板、陶瓷板和耐磨板均分为内外侧，其中朝向外壳凹槽底部的为外侧，另一面为内侧，外壳底面相反的方向为工作面；

步骤4、5、6和7中的无机粘结剂分别选用耐高温胶水SL8307、耐高温胶水SL8304、耐高温胶水SL8301和耐高温胶水SL8303；

使用方法包括以下步骤进行：

在开浇前，预先对双辊薄带连铸用侧封板的工作面烘烤预热，工作面预热温度1280℃，时间2.5h；然后通过支撑装置将预热的双辊薄带连铸用侧封板与铸辊端面贴合；最后将润滑剂输送装置与各输送管装配在一起；

在浇注过程中，润滑剂输送压力始终大于工作时双辊薄带连铸用侧封板的紧顶压力，以保证润滑剂的不间断供给；

其中，双辊薄带连铸用侧封板与铸辊端面贴合时间，开浇时双辊薄带连铸用侧封板的工作面温度1075℃；双辊薄带连铸用侧封板的紧顶压力应大于2倍铸辊啮合处的宽展力；当金属熔液进入布流器后，进行第二次布流，控制金属熔液平稳的流入熔池内，铸轧钢种为硅钢，铸带规格为1500mm ×2mm。

实施例2

双辊薄带连铸用侧封系统结构同实施例1，不同点在于：

（1）陶瓷板的外侧弧形边的半径大于所在双辊薄带连铸机的铸辊半径8cm；石棉板厚度3mm，SiO₂基纳米绝热板厚度2mm；基板的材质为20mm厚的Al₂O₃- ZrO₂质耐火材料，Al₂O₃的重量百分比33%；陶瓷板的材质为3mm厚的BN质复合材料；耐磨板的材质为3mm厚的Si₃N₄复合材料；

（2）输送管横截面为椭圆形，输送管横截面直径为20mm；输送管壁厚3mm；

（3）润滑剂材料为粒径≤200目的等质量的石墨、BN和MoS₂的固体颗粒压制成型的柱状体；

制作方法同实施例1，不同点在于：

（1）陶瓷板和耐磨板的外侧通过粘结剂粘合并压紧，然后在10~ 35℃条件下放置18h，再置于烘箱中先升温至70 ~ 90℃保温120min，再升温至135~ 175℃保温120min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得复合基板；

（2）将复合基板表面清理干净去除杂质，在外侧涂覆无机粘结剂，然后与石棉板粘合并压紧，再在10~ 35℃条件下放置3h，最后置于烘箱中在90~110℃条件下保温120min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得石棉板复合基板；

（3）将石棉板复合基板表面清理干净去除杂质，在外侧涂覆无机粘结剂，与SiO₂基纳米绝热板粘合并压紧，然后在10~ 35℃条件下放置40min，再置于烘箱中先升温至50 ~ 60℃保温120min，再升温至75~ 85℃保温120min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得隔热板复合基板；

（4）将隔热板复合基板和外壳分别置于烘箱中，升温至60 ~ 70℃保温40min后取出；在室温条件下，将隔热板复合基板的SiO₂基纳米绝热板一侧外表面均匀涂覆无机粘结剂，然后与外壳的内侧粘合并压紧；最后置于烘箱中升温至190 ~ 210℃保温25min，使无机粘结剂固化；

使用方法同实施例1，不同点在于：

（1）工作面预热温度1260℃，时间2h；

（2）双辊薄带连铸用侧封板与铸辊端面贴合时间，开浇时双辊薄带连铸用侧封板的工作面温度1060℃。

实施例3

双辊薄带连铸用侧封系统结构同实施例1，不同点在于：

（1）陶瓷板的外侧弧形边的半径大于所在双辊薄带连铸机的铸辊半径10cm；石棉板厚度5mm，SiO₂基纳米绝热板厚度3mm；基板的材质为30mm厚的Al₂O₃- ZrO₂质耐火材料， Al₂O₃的重量百分比35%；陶瓷板的材质为5mm厚的BN质复合材料；耐磨板的材质为5mm厚的Si₃N₄复合材料；

（2）输送管横截面为六边形，输送管横截面直径为30mm；输送管壁厚5mm；

（3）润滑剂材料为粒径≤200目的石墨的固体粉状颗粒；

制作方法同实施例1，不同点在于：

（1）陶瓷板和耐磨板的外侧通过粘结剂粘合并压紧，然后在10~ 35℃条件下放置24h，再置于烘箱中先升温至70 ~ 90℃保温150min，再升温至135~ 175℃保温150min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得复合基板；

（2）将复合基板表面清理干净去除杂质，在外侧涂覆无机粘结剂，然后与石棉板粘合并压紧，再在10~ 35℃条件下放置4 h，最后置于烘箱中在90~110℃条件下保温150min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得石棉板复合基板；

（3）将石棉板复合基板表面清理干净去除杂质，在外侧涂覆无机粘结剂，与SiO₂基纳米绝热板粘合并压紧，然后在10~ 35℃条件下放置60min，再置于烘箱中先升温至50 ~ 60℃保150min，再升温至75~ 85℃保温150min，使无机粘结剂固化，完成固化后随炉冷却，获得隔热板复合基板；

（4）将隔热板复合基板和外壳分别置于烘箱中，升温至60 ~ 70℃保温30min后取出；在室温条件下，将隔热板复合基板的SiO₂基纳米绝热板一侧外表面均匀涂覆无机粘结剂，然后与外壳的内侧粘合并压紧；最后置于烘箱中升温至190 ~ 210℃保温30min，使无机粘结剂固化；

使用方法同实施例1，不同点在于：

（1）工作面预热温度1250℃，时间2.5h；

（2）双辊薄带连铸用侧封板与铸辊端面贴合时间，开浇时双辊薄带连铸用侧封板的工作面温度1050℃，铸轧钢种为不锈钢，铸带规格为1000mm ×2.5mm。

实施例4

双辊薄带连铸用侧封系统结构同实施例1，不同点在于：

润滑剂材料为粒径≤200目的BN固体颗粒压制成型的柱状体。

实施例5

双辊薄带连铸用侧封系统结构同实施例1，不同点在于：

润滑剂材料为粒径≤200目的MoS₂固体颗粒。

实施例6

双辊薄带连铸用侧封系统结构同实施例1，不同点在于：

润滑剂材料为粒径≤200目的BN和MoS₂固体颗粒压制成型的柱状体。