薄板坯连铸连轧的技术组成

1、薄板坯连铸连轧的技术组成唐荻蔡庆伍米振莉The Composition of the Techniqwue of Thin Slab Continuous Casting and Continuous Rolling Tang DiCai QingwuMi Zhengli(National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology,University of Science and technology Beijing,1000831发展历史薄板坯连铸连轧是80年代末出现的新技术,是钢铁工业近年来最重要的技术进步之一

2、。从1989年第一套采用薄板坯连铸连轧的热轧板厂投产以来,至今已有约40条生产线投产或在建。薄板坯连铸连轧工艺与传统钢材生产技术相比,从原料至产品,吨钢投资下降19%34%,吨材成本降低80100美元,生产时间可缩短10倍以至数10倍,厂房面积、金属消耗、加热能耗、电耗分别为常规流程的24%、66.7%、40%和80%。薄板坯连铸连轧技术的发展分为3个时期：开发期,推广期和提高期。开发期始于1984年,德国西马克（SMS）公司首先投资进行开发工作,并于1987年在美国的纽柯钢铁公司建成第一个薄板坯连铸连轧（CSP）厂,即纽柯的Crawfordzville厂。推广期从1989年Crawfordz

3、ville投产开始,薄板坯连铸连轧的技术优势为人们所认识,并成为世界钢铁业的投资热点。除SMS的CSP技术外,还出现了德国德马克（MDH）的ISP技术,意大利达涅利（DANIELI）的FTSR技术,奥地利奥钢联（VAI）的CONROLL技术等等。提高期从最近12年开始,原来的薄板坯连铸连轧技术仍有许多不足之处,需对其进行再开发和提高。代表生产线是西马克在我国邯钢建设的热轧厂,达涅利在加拿大ALGOMA建设的生产线和德马克在南非建设的SALDANHA生产线。2技术组成薄板坯连铸连轧技术与传统的热连轧带钢生产相比使用了许多新技术,如连铸新技术,衔接区新技术,带钢热轧新技术。2.1连铸新技术2.1.

4、1结晶器技术结晶器是薄板坯连铸技术的核心,各个公司的技术不尽相同。CSP工艺采用上宽下窄的漏斗型结晶器,结晶器上部容积大,最大开口度170mm,水口与结晶器之间有足够的距离,使保护渣易均匀分布,钢液液面稳定,无湍流,钢液不会在水口与模壁之间搭桥,其形状见图1a。达涅利公司采用透镜型结晶器,上下口均为中间宽,两端窄,比漏斗型结晶器有更多的优点,内应力低,钢液流动性能更好,可以浇包晶钢,形状见图1b。ISP和CONROLL技术则采用矩形断面结晶器。图1c为ISP的结晶器。2.1.2浸入式水口在薄板坯连铸连轧采用异型结晶器时,使用与常规板坯连铸相近的较大尺寸的水口,较薄的矩形结晶器则使用扁形的超薄水

5、口,CSP技术使用水口的平均寿命达到每周期1012次,最高达1819次,为了使结晶器内钢液流动状态更加优化,CSP已经发展了4代水口,见图2。图1各种型式的结晶器aCSP漏斗型结晶器；b达涅利透镜型结晶器；cISP平板结晶器图2CSP水口发展的历史2.1.3新型连铸保护渣由于薄板坯的高拉速,流入结晶器和坯壳间的保护渣量相对减少,因而使润滑效果变差,粘滞性拉漏可能性增加。为改善铸坯与结晶器间的润滑,保护渣要有合适的粘度和凝固温度,以便与高拉速相适应。2.1.4电磁制动技术在薄板坯连铸中由于结晶器的容积相对较小,板坯拉速较高,通常结晶器内的钢液流速较快,容易对铸坯的凝固外壳形成冲刷,造成卷渣和钢液

6、液面的波动,电磁制动（EMBR）打碎了集中的高速钢液流,大大提高了铸坯质量,图3为采用和不采用电磁制动技术连铸质量的比较。2.1.5液压振动技术结晶器的液压振动采用高频率,小振幅的振动,并且可以根据铸坯拉速调节频率和振动的波形,使铸坯的表面质量达到最优。2.1.6液芯压下技术图3电磁制动对连铸质量的影响在结晶器出口,利用铸坯液芯状态,进行压下变形,液芯压下,可以减少中心偏析,特别是减少锰引起的偏析,减少中心疏松和细化晶粒,并且液芯压下可以提高轧机的生产效率,提高产量。2.2衔接区技术2.2.1衔接缓冲区的工艺设计与控制技术薄板坯连铸连轧是将两个成熟的,各自成为体系的技术连铸和连轧,通过衔接区连

7、在一起,而这两项技术存在着诸多不协调,不匹配因素：如连轧作业率高,可达80%90%;而连铸作业率仅为60%70%。生产节奏不匹配,连轧生产节奏较快。板坯的温度场不同,出连铸机铸坯断面温度分布的最大温差为200左右,而轧钢要求有较高和稳定的开轧温度,最大温差小于10。对铸坯的尺寸要求不同。轧钢和连铸不同工序所需要的维修和停机的周期时间不同。为此,薄板坯连铸连轧技术的一个重要的特点是出现了衔接缓冲区的概念,以及相应的技术和装备,来协调工序间的连接和匹配,它集加热,均热,保温,输送,缓冲等功能为一体,较好地解决了众多的不匹配。成功地将两个生产工序连在一起,且基本保证了生产的顺利进行。2.2.2辊底式

8、隧道炉技术德国SMS公司的薄板坯连铸连轧CSP技术最先采用直通式辊底隧道炉作为衔接区设备,该炉将连接连铸机和连轧机的输送辊道和加热炉合为一体,炉体为直通隧道,内装耐热辊道,铸坯出连铸机后一面以铸机拉速前进一面加热,达到轧制温度后,加速运行到炉尾,以轧机的咬入速度出炉,直接进入轧机,炉子长约200m左右,内有150160个耐热辊道辊,辊内通水冷却,辊上安装有耐热材料做的辊环,相邻辊上的辊环交错布置,以避免不同辊子的辊环总是与铸坯的同一位置接触,造成铸坯局部温度过低,产生“水印”,炉子分为加热段,均热段,缓冲段和出料段,加热段长40m,缓冲段长约100m,缓冲段用于当轧机换辊或事故时,储存从连铸机

9、继续铸出的钢坯,一般允许铸机连续拉坯20min以上,该炉保证将表面温度在950以上的铸坯,加热到11001150的开轧温度,由于实际生产中比较合理的布置是2台连铸机配1套轧机,所以每台铸机均需1座加热炉,两线之间有平移式渡口或摆动式渡口进行铸坯的过渡,德马克公司1997年在南非Saldanha厂也采用了这种加热方式。2.2.3感应加热和热卷箱德马克公司的薄板坯连铸连轧ISP技术采用了感应加热与热卷箱均热的衔接技术,该生产线的设备由感应加热炉和无芯卷取的热卷箱式均热炉组成。前者是排列在辊道上的一组感应线圈,铸坯在辊道上运行的同时也在线圈中通过,改变线圈的电流强度可以调整加热温度,改变频率可以调整

10、对铸坯加热的深度,经过加热的铸坯由无芯卷取设备卷成带卷,进入热卷箱中均热,热卷箱有储存多个带卷的位置,因而也有缓冲的功能。2.3轧钢新技术2.3.1大压下轧制技术由于薄板坯连铸连轧技术所采用的坯料与传统生产方法的坯料有较大不同,因此轧机的布置也不同,因而压下规程的安排也与传统生产方法有一定区别。特别是西马克的CSP技术采用50mm厚的薄板坯,通过6机架轧制成2.0mm厚的薄板,每一架轧机的压下量和负荷都远大于传统的热连轧机。现试制1.0mm的热轧带钢,使这一特点更加突出,大压下和高刚度轧制是现代薄板坯连铸连轧的工艺特点之一。表1是某薄板坯连铸连轧生产线轧机的压下规程,最大道次压下率接近60%,

11、终轧压下率为20%。表1薄板坯连铸连轧的典型压下规程机架号辊缝/mm压下率/%130.0040.00213.2755.7635.5158.4842.8348.5651.8833.6661.5020.222.3.2热轧薄带生产技术薄板坯连铸连轧中,板坯在隧道炉内保温,头部出炉后马上进行轧制,而板坯其他部分仍在炉内,几乎不存在头尾温差问题。从理论上分析,薄板坯连铸连轧生产薄规格的热带具有独特的优势。近年,由于热轧技术的进步,使热轧带钢的表面质量,产品的内部质量,尺寸精度,板型精度有了较大的提高,甚至接近部分结构用冷轧钢板的要求。因此,用户以热轧板代替部分冷轧板的呼声也日益强烈,为生产小于1.2mm

12、厚的热轧薄带钢,设计时采取了以下措施：（1）为降低轧制力和轧制过程中轧辊造成的板坯热损失,在4#6#机架采用小直径工作辊；（2）为便于穿带,减小了4#6#机架的间距；（3）为便于带钢从轧机输送到卷取机,输出辊道辊的间距较小；（4）为防止轧后带钢的头部在输送过程中飞离输出辊道,在6#机架后增设高速风机,用空气压住运行的带钢；（5）在输出辊道的入口端增设喷雾冷却装置,以使带钢在受到层流冷却水冲击之前头部具有一定的强度；（6）层流冷却水的喷嘴准确地安装在带钢输出辊道辊的正上方,防止由于冷却水冲击在带钢上的重量造成带钢弯曲；（7）对薄规格带钢使用短的冷却线,增设专用卷取机。2.3.3高效除鳞技术在整个

13、轧制过程中板坯始终处于很高的温度下,没有传统板坯温度下降到室温的过程,并且加热时间和板坯出加热炉到进入除鳞机时间很短,薄板坯温降很小,氧化铁皮在板坯表面薄且粘,很难去除,因而用薄板坯生产热带,表面质量一直是个较难解决的问题。初期只有依靠提高除鳞水压来消除表面的氧化铁皮,最高的水压曾经达到55MPa(奥钢联实验机组。另外,传统的除鳞设备用水量大,流量为400500m3/h,对于薄板坯,大的水量易造成大的温降,所以与薄板坯连铸连轧配套,开发了各种高压小流量的高效除鳞设备（达涅利设备为24MPa,30m3/h,西马克为3545MPa）。2.3.4性能控制技术由于在薄板坯连铸连轧过程中钢坯始终处于高温下,所以一些元素的添加,析出物的控制与传统方法不同,国外出现了一门新的学问直接轧制冶金学,专门研究在连铸连轧条件下产品的性能控制,以使在直接轧制条件下热轧带钢的产品性能可以和传统生产方法的产品媲美。作者简介：唐荻,男,43,教授,国家轧制中心副主任,（010）62332598。作者单位：唐荻蔡庆伍米振莉北京科技大学高效轧制国家工程研究中心.100083参考文献1FauldsT.,BlevinsD.CSP Plant Startup at Steel Dynamics Inc.,IS