一种以薄带连铸的方式生产纯镍板的方法技术

本发明专利技术属于有色冶金技术领域，尤其涉及一种纯镍带材的短流程制备技术。本发明专利技术采用凹度为0.2

【技术实现步骤摘要】
一种以薄带连铸的方式生产纯镍板的方法


[0001]本专利技术属于有色冶金
，尤其涉及一种纯镍带材的短流程制备技术。

技术介绍

[0002]薄带连铸包括单带薄带连铸、双带薄带连铸、单辊薄带连铸和双辊薄带连铸。其中双辊薄带连铸技术被认为是21世纪钢铁冶金领域最具革命意义的前沿技术。双辊薄带铸轧过程中，钢水直接在水冷铜质结晶辊上被浇铸成厚度约为1
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5mm薄铸带，钢水产生了亚快速凝固的效果，同时省去了传统连铸过程所需的再加热和大量轧制工序，从而实现了铸造和轧制一体化生产。双辊薄带连铸技术由于可以免去铸坯的热轧工序或只有少量的热轧工序，与传统连铸和薄板坯连铸连轧技术相比较，其生产线得以大大缩短，相应的设备投资、场地占用和能耗等都得到了显著降低，钢产品生产周期大大缩减。因此，近年来双辊薄带连铸技术成为世界各大钢铁公司竞相发展的先进铸造技术。20世纪80年代以来，影响较大的薄带连铸项目主要有新日铁
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三菱重工的不锈钢薄带连铸项目、欧盟联合开发的EUROSTRIP薄带连铸项目、美国NUCOR钢铁公司开发的CASTRIP薄带连铸项目、韩国POSCO钢铁公司开发的薄带连铸项目等。国内的宝钢集团和敬业集团也建成了高水平的双辊薄带连铸工业化线，进行了工业化试生产实践，工业化研究取得了重要进展。从钢铁薄带连铸技术的发展历程来看，欧洲、日本和美国很早建立了薄带连铸中试线并实现了薄带连铸的工业化生产，主要用于生产碳钢、不锈钢、硅钢薄带。然而，目前只有美国的NUCOR钢铁公司实现了薄带连铸技术的商业化，并实现了较好的效益，但主要用于低碳钢和低碳微合金钢的生产，并将CASTRIP技术卖给了墨西哥的Tyasa钢铁公司和中国的沙钢集团。
[0003]随着全球范围内能源产业发展低碳化趋势已经形成，我国主动提出“双碳”目标，一方面使降碳减排的绿色化发展迎来历史性转折，另一方面也促进我国能源及相关工业的转型升级，从而实现国家经济长期健康可持续发展。在此背景下，双辊薄带技术凭借其流程短、能耗低等优势，不仅与国家发展战略相契合，同时符合能源工业节能降本的发展要求，因此受到相关科技工作者的重视，被视作近终形连铸生产的主要发展方向。然而，现有薄带技术的应用大多被用来生产低碳钢、低碳微合金钢和高碳钢等钢种带材。
[0004]镍元素作为常用有色金属的一种，常被用来作为合金元素来改善合金材料的耐腐蚀性、抗氧化性及其硬度、强度与韧性等机械性能。另外，高纯镍又因具有优良的耐腐蚀性、可加工性、电磁学性等而广泛用于化工、海洋装备、核能、蓄电池等行业。随着工业社会的发展，高纯镍的需求日益增高，如今高纯镍带的生产多采用传统模铸加轧制的方式进行生产，即通过真空熔炼生产出成分合格的镍水、经过真空下模铸、车皮后进行多次热轧加反复冷轧与退火，从而生产出最终纯镍带材。而模铸过程中极易出现缩孔、缩松等铸锭缺陷，严重降低了铸锭成品率，容易造成板坯质量不合格等问题(杨哲,杨晗,程伟.纯镍熔炼工艺方法[J].金属世界,2021(01):36
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39.)。此外，传统产流程往往需要对铸锭进行反复加热与轧制，需要的工序繁多，造成大部分热量浪费且生产效率极低，如专利202011596924.4。在此背景下，如何快速、节能、经济地生产纯镍板是该行业的主要发展方向之一。而双辊薄带连
铸工艺一方面作为短流程生产技术已然成为未来冶金生产领域的主要趋势；同时鉴于现有工业化的钢铁薄带生产技术相较有色金属规模要更大，设备更复杂。因此实现有色金属生产领域的双辊薄带连铸工业化具有较高的可行性，截止到目前，在全球范围内已经实现了铝合金、铜合金、高镍合金等有色金属的双辊薄带连铸工业化生产，而纯镍双辊薄带的工业化生产及其相关基础研究未见报导。
[0005]针对镍合金来说，大多数镍合金的生产采用了真空熔炼+模铸的生产方式，此类生产方式由于冷却速度较慢，为内部杂质元素的扩散提供了足够时间，使得铸锭发生严重的晶界与晶内氧化，最终导致大面积氧化皮的形成，降低了合金收得率(见宋红宇等发表的《薄带连铸因瓦合金的组织、结构及力学性能研究》)。为避免这种情况，日本川崎钢铁公司利用双辊薄带技术来生产镍基合金，尽管最终产品具有足够的加工性，但铸带整体厚度波动较大；并且由于镍基合金导热系数较低，铸带内部常存在空穴。此外，再利用双辊薄带技术生产镍铁合金过程中，由于冷却速度极快，因此铸带表面极易产生裂纹从而降低产品合格率(见连奇方等在《铁镍合金连铸薄带及其制造》)。
[0006]经过前期的探索发现：采用现有薄带连铸技术直接生产纯镍也存在明显问题，所得镍板表面质量问题严重，不仅凹坑数量较多，同时存在较大裂纹。由此可见，尽管双辊薄带生产工艺在纯镍薄带生产有一定的适用性，但需要进一步地优化连铸工艺参数和关键核心部件结构等，从而实现高质量纯镍薄带的连续生产。据检索发现，目前还鲜有采用凹型结晶辊来制备纯镍薄带的相关记载。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种生产纯镍薄带的方法，通过将现有熔融镍水直接浇注在具有轧制功能且具有独特结构(如凹型结晶辊)的结晶辊上来实现纯镍铸带的生产。凹型结晶辊不仅能够通过提供强冷实现了镍水的亚快速凝固，从而实现提高镍板内奥氏体形核率最终提升产品力学性能的目的，同时为铸带通过结晶辊辊缝过程中提供了弯曲与扭转的空间，有效降低了铸带应力，减少了铸带表面的织构和偏析。此外，凹型结晶辊还可以增加铸带与结晶辊之间的接触面积，进而提高热量传递效率，进一步提高铸带结晶的均匀性。并且通过凹型结晶辊生产的铸带具有一定弧度，这种弧度能够降低后续轧制过程中的应力集中和轧辊与铸带表面之间的摩擦，进而减少裂纹与凹陷的产生，从而提高铸带表面质量。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术一种纯镍带材的短流程制备技术，其包括如下步骤：
[0010]1)镍水冶炼
[0011]在真空环境下利用感应炉实现高纯度镍水的冶炼，冶炼得到熔融镍水化学组成的质量百分数为：C：≤20.0ppm，Si：≤10ppm，Mn：≤12ppm，S：≤2.0ppm，Mg：≤3.0ppm，Al：≤7ppm，Ti:≤25ppm余量为Ni及不可避免杂质；
[0012]2)薄带铸造
[0013]真空感应炉中的熔融镍水通过长水口浇注进入缓冲包，并通过缓冲包下的分流水口流入结晶辊熔池，最终通过双辊薄带连铸机铸造出纯镍铸态薄带；所述双辊薄带连铸机所用结晶辊为凹型结晶辊，所述凹型结晶辊具有两头大、中间小的纺锤结构，定义：将凹型
结晶辊直立，顶面和底面由两个半径相等且为R的圆构成，沿底面到顶面的高度为H，在凹型结晶辊1/2H所在平面的圆，其半径为R1；且R
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R1＝0.2
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0.3mm、优选为0.2
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0.22mm；沿底面向上至1/2H处，构成凹型结晶辊的圆的半径呈线性递减；沿底面向上，过1/2H处后向顶面方向，构成凹型结晶辊的圆的半径呈线性递增加。熔融镍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纯镍带材的短流程制备技术，其特征在于，包括如下步骤：1)镍水冶炼在真空环境下利用感应炉实现高纯度镍水的冶炼，冶炼得到熔融镍水化学组成的质量百分数为：C：≤20.0ppm，Si：≤10ppm，Mn：≤12ppm，S：≤2.0ppm，Mg：≤3.0ppm，Al：≤7ppm，Ti:≤25ppm余量为Ni及不可避免杂质；2)薄带铸造真空感应炉中的熔融镍水通过长水口浇注进入缓冲包，并通过缓冲包下的分流水口流入结晶辊熔池，最终通过双辊薄带连铸机铸造出纯镍铸态薄带；所述双辊薄带连铸机所用结晶辊为凹型结晶辊，所述凹型结晶辊具有两头大、中间小的纺锤结构，定义：将凹型结晶辊直立，顶面和底面由两个半径相等且为R的圆构成，沿底面到顶面的高度为H，在凹型结晶辊1/2H所在平面的圆，其半径为R1；且R
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R1＝0.2
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0.3mm；沿底面向上至1/2H处，构成凹型结晶辊的圆的直径呈线性递减；沿底面向上，过1/2H处后向顶面方向，构成凹型结晶辊的圆的直径呈线性递增加；熔融镍水的温度为1500
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1550℃；镍水进入结晶辊熔池的温度为1490
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1530℃；双辊的平均间距为2.0mm
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5.0mm；3)热轧铸态薄带出结晶辊后快速均匀冷却至850～1000℃，铸态薄带冷却速率不低于50℃/s，铸态薄带在850～1000℃之间经一道次热轧将其轧至1.0～3.0mm；4)冷轧热轧后的轧带经过持续冷却将温度降至室温，后连续进行3～6道次冷轧，将其轧至成为0.3～0.8mm的轧带；5)镍带卷曲冷轧后的纯镍轧带经过卷曲机卷取得到最终镍卷。2.根据权利要求1所述的一种纯镍带材的短流程制备技术，其特征在于：所述步骤1)中，冶炼的方式为真空感应熔炼(VIM)或者双真空熔炼即真空感应熔炼(VIM...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕培生，刘力刚，王万林，吕雪滢，窦坤，周游，高旭，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：