我国薄板坯连铸连轧工艺发展现状及前景

展望

祝志新

（辽宁科技大学材料成型及控制工程12级，鞍山114000）

1引言

薄板坯连铸连轧技术是20 世纪 80 年代末世界钢铁工业发展的一项重大技术, 它的开发成功是近终形浇铸技术的重大突破。1998年我国第一条薄板坯连铸连轧生产线在珠钢投产，从 1998 年底到 2006 年上半年, 我国已有珠钢、邯钢、 包钢、 鞍钢、 唐钢、 马钢、 涟钢、 本钢、 通钢、 济钢、酒钢、唐山国丰 12 家钢铁企业的 13 条薄板坯( 包括中薄板坯) 连铸连轧线相继投产, 年产能约3500 万 t。2001 年底, 全球已建成53 条薄板坯连铸连轧生产线, 共 75 流, 包括 CSP ( Compact StripProduct ion)、 ISP (In—Line St rip Production) 、FTSR ( Free Thin Slab Roll)、 QSP 、 DSP 和CON ROLL 工艺形式。

在过去的 25 年中,美国与中国的钢铁工业分别引领了前2 个10 年国际薄板坯连铸连轧技术的发展。第 1 个 10 年以美欧为主,美国则主要以电炉流程为主。第 2 个 10 年以中国为主,主要以转炉流程为特点,同时铸坯厚度向70 ～ 90mm发展。现在,到了薄板坯连铸连轧技术发展的第 3个10 年。2011年以来中国钢铁行业面临严重危机。导致危机的原因有以下几点：一是2011 年房地产、汽车、造船等下游行业增速明显减缓，导致对钢铁产品的需求下滑；二是由于宏观经济低迷，造成国际市场钢材需求量下降，2011 年我国钢材出口量增速明显下滑；三是四万亿经济刺激计划后导致国内钢铁行业扎堆上马，产能过剩，各企业为争夺有限的市场进行价格战，利润下滑。没有更多经费投入到技术改良，产品研发上，高端产品不多，附加值低。钢铁行业盛行丛林法则，企业兼并重组，削减产能是目前走出困境的良方。

2发展现状

尽管如此，薄板坯连铸连轧技术仍是一项好的技术。在国际上的发展具有以下特点。 1)无头连铸连轧技术已开始工业化应用。这是这5年来薄板坯连铸连轧技术发展的最大亮点。无头轧制技术的工业化应用为高效化、大规模、低成本生产超薄规格带钢,实现以热代冷提供了技术支撑。

2)薄板坯连铸的拉速不断提高。随着薄板坯连铸连轧技术对产能需求的提高,尤其是仅采用单台连铸机的无头连铸连轧生产技术对产能的需求更为迫切,世界各薄板坯连铸连轧技术的开发商以及冶金企业非常注重以提高薄板坯连铸机拉速为目标的连铸结晶器系统技术的开发,这些技术包括: 漏斗型结晶器内腔形状与冷却结构优化、电磁制动技术、大通量浸入式水口、保护渣技术以及结晶器振动优化技术等, 目前 80mm 厚铸坯最大拉速已达到了7.2m/min( 印度 ESPAT 钢厂的 CSP 连铸机生厚度 55mm 的铸坯,最高拉速曾达到 7. 8m/min)结晶器单位时间的通钢量最大可以达到6 . 0 t/min这为薄板坯连铸连轧生产线经济效益的发挥提供了基础性支撑。

新型薄板坯连铸结晶器设计的目标主要有个: 一是提高设备的使用寿命; 二是改善铸坯质量

三是满足更高的拉速需求。满足更高的拉速( 拉速大于6m/min) 需求是无头轧制工艺

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追求规模效益所必须开发的关键技术之一。目前,国内薄板坯连铸新型结晶器设计的目标主要是: 提高设备使用寿命减少铸坯纵裂和边裂。

3)利用薄板坯连铸连轧技术商业化生产中低牌号的无取向电工钢已露端倪,国内外一些企业已经开始了规模化生产。

薄板坯连铸技术的冶金特性有:( 1)薄板坯凝固迅速, 枝晶结构得到改进且有利于获得更好的均匀性; ( 2)非金属夹杂物为球状, 在热轧过程中不变形, 有利于钢材的各向同性 ( 强度、 弯曲性能);( 3)加入的微合金化元素固溶于钢中,在热轧前连铸坯温度很高的情况下, 可避免合金元素过早地析出;( 4)为减少在包晶反应区进行连铸的难度, 将很多微合金化钢的碳含量控制在0. 05 %～ 0. 06 %, 从而使钢的强度和焊接性能得到改善;( 5)弯曲和矫直过程中铸坯的较高温度降低了横裂发生的危险;( 6)对于薄板坯, 第道次的压下量常常超过 50 %。高温下的巨大形变对粗大的奥氏体 ( 粒度>1000μ m)晶粒的静态或动态再结晶是必要的;( 7)奥氏体晶粒的细化 ( 粒度降至4 ～ 5μ m)是获得良好铁素体组织的前提条件;( 8)在冷床上的加速冷却和奥氏体过冷对于进一步改善铁素体组织有较大帮助。

3各种薄板坯连铸连轧工艺主要特点（比较见图1）

3.1 CSP工艺

CSP工艺具有流程短、生产简便且稳定，产品质量好、成本低，有很强的市场竞争力等一系列突出的特点。

工艺生产流程一般为电炉（AC或DC）→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→均热（保温）→热连轧机→层流冷却→地下卷取。

薄板坯从连铸机拉出，厚50mm，经剪切长度为160m，使用用天然气的均热加热炉保温，薄板坯经由高压水除磷后，通过4→6架精轧机轧成1→2.5mm热轧带卷，冷却后成卷，卷重约20t。从钢水的冶炼到成品离线，仅需1.5h。热轧带卷的质量不断提高，已从1990年次品率8%降至4%，1996年后继续降为≦2%。热轧带卷的成本大大低于传统生产线的成本，向生产板材的大厂显示出强大的竞争力。

CSP采用了许多关键的技术，从而保证了自身特点的实现，具体为：①使用漏斗型结晶器，它有较厚的上口尺寸，便于浸入式长水口的插入，长水口和壁器间的间距不少于25mm ，有利于保护渣的熔化。近几年也得到了很好的使用效果。②严格控制钢水质量，提高纯净度。对CSP而言，为保证产品质量，要从精料做起，采用优质原材料、控制废钢杂度、配加直接还原铁（DRI）等都是必要地。这些措施都保证了钢板的高质量和生产线的顺利。③针对热连轧机组在板形控制方面开发应用了一系列新技术，使薄板坯连铸连轧生产线更优于传统工艺老轧制薄规格的产品。如轧辊可轴向移动、轧辊热凸度控制、板厚及平整度的在线控制等措施，保证了生产1.0mm厚度的热轧带卷已不是难事。④采用立弯式铸机。

3.2 ISP工艺

ISP工艺也称在线热带钢生产工艺。ISP生产线的工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼→连铸机→大压下量初轧机→剪切机→感应加热炉→克日莫那炉→热卷箱→高压水除鳞机→精轧机→输出辊道和层流冷却→卷取机。

3.3 CON ROLL 工艺

CONROLL工艺是奥钢联工程技术公司开发的用于生产不同钢种的连铸连轧生产工艺。CONROLL工艺流程为：常规连铸机→板坯热装(或直接)进步进梁式加热炉→带立辊可逆粗轧机→精轧机架→输出辊道和层流冷→卷取机。

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CON ROLL 技术的主要特点是采用平行板直结晶器,结晶器出口处板坯厚70mm ,由于铸坯在结晶器内未变形,因此具有良好的表面质量。该铸机浇铸板坯厚 75 ～ 125mm 。另外,由于板坯断面积大,故可采用较低的拉速,降低结晶器的磨损,减少了拉漏几率; 在卷重相同的情况下,板坯定尺短,输送辊道、加热炉长度均较短。 CON ROLL 工艺生产线可生产深冲钢、 超深冲钢、 合金结构钢、 高强度低合金钢、 管线钢硅钢及不锈钢。

3.4 QSP工艺

QSP技术是日本住友金属开发出的生产中厚板坯的技术，开发的目的在于提高铸机生产能力的同时生产高质量的冷轧薄板。QSP工艺生产流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→剪切机→辊底式隧道加热炉→立辊轧边机→粗轧机→高压水除鳞机→精轧机→卷取机。

3.5 TSP工艺

倾翻带钢新技术，简称TSP。TSP工艺流程一般为：电弧炉(AC或DC）或转炉炼钢→钢包精炼→薄板坯连铸机→步进式加热炉→高压水除鳞机→立辊轧边机→单机架斯特克尔轧机→层流冷却→卷取机。

3.6 CPR工艺

CPR工艺即铸压轧工艺，用于生产厚度小于25mm的合金钢和普碳钢热轧带材。它利用浇铸后的大压下(60%的极限压下量)，仅使用一组轧机，最终可生产厚度为6.0mm的薄带卷，也可生产低碳钢、管线钢、铁素体和奥氏体不锈钢及高硅电工钢等。该生产线包括一台连铸机、一台感应炉、除鳞机、一台四辊轧机。工艺流程示意为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼炉→薄板坯铸压轧→感应加热炉→旋转式高压水除鳞机→精轧机→层流冷却→卷取机。

3.7 FTSR 工艺

FTSR 技术由意大利 Danieli 公司开发, 其流程为:弧形连铸机→加热炉→除鳞机→连轧机组 ( 带液压AGC 、 SCBU R自补偿支撑辊)→层流冷却→卷取机。

FTSR技术的主要特点是采用凸透镜形结晶器, 在铜板结晶器的下口宽面仍具有凸出的形状, 一直延伸到二冷 0段末铸坯才逐步过渡为矩形, 铜板结晶器连带 0段一起被称为长漏斗形结晶器, 或称H2结晶器。它具有CSP 漏斗形结晶器的优点, 但又减少了铸坯的变形率, 有利于生产包晶钢等一些裂纹敏感性钢种, 并有利于提高拉速。采用直结晶器、 弧形铸机及液芯压下, 但它不同于ISP 只在0 段完成液芯压下, 而是应用一套液穴长度控制软件系统, 通过所浇钢种、 铸坯断面、 中包温度、 拉速、 结晶器冷却及二冷等参数来测算和控制铸坯液穴长度, 并合理分配各扇形段的压下, 使最终的压下点接近液穴的末端, 以减少偏析及中心疏松, 提高铸坯质量。

4连铸连轧的三大关键技术

4.1 液芯压下技术

薄板坯液芯压下有利于减轻中心偏析和疏松, 细化晶粒, 且可提高轧机的生产效率。

4.2 半无头轧制技术

半无头轧制工艺是指在薄板坯连铸连轧机组上采用相当于普通板坯最大长度4 ～ 6

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