连铸连轧生产技术讲义(概论-1)（行业知识）

1、连铸连轧生产技术主讲人：张晓明东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室1 概论1.1连铸技术的发展概况1.2厚板坯连铸与轧制的衔接模式1.3连铸坯热装及直接轧制技术的发展概况1.4薄板坯连铸连轧技术的发展概况1.5 带钢直接连铸技术的发展概况1.1 连铸技术的发展概况 有相对滑动固定振动式结晶器 无相对滑动移动式结晶器连铸的概念所谓连铸是将钢水连续注入水冷结晶器中，凝固成硬壳后从结晶器出口连续拉出或送出，经喷水冷却，完全凝固后切成坯料或直送轧制的铸造工艺。连铸的方法根据铸坯与结晶器器壁间是否有相对运动可以分为：金属连续浇铸思想的启蒙阶段连铸技术发展的四个阶段第一阶段 (18401930年)

2、1840年美国人塞勒斯（Sellers）获得连续铸铅的专利； 1856年英国人贝塞麦(Henry Bessemer)提出了采用双辊连铸机浇铸出了金属锡箔、铅板和玻璃板，并获专利； 1887年德国人戴伦（R.M.Daelen）提出了与现代连铸机相似的连铸设备的建议，在其开发的设备中已包括了上下敞开的结晶器、液态金属注入、二次冷却段、引锭杆和铸坯切割装置等。第二阶段 (19401949年)1943年德国人永汉斯（S.Junghans）建成了第一台试验连铸机，提出了振动水冷结晶器、浸入式水口、结晶器保护剂等技术，取得工业规模的成功，奠定了现代连铸机结构的基础，结晶器振动成为连铸机的标准操作。图1-2

3、 S.Junghans专利原理1中间包；2保护剂加入装置；3进水口；4结晶器；5铸坯；6拉辊；7出水口；8压缩机；9钢包；10振动机构连铸特征技术的开发阶段第三阶段 (19501976年) 传统连铸技术成熟阶段应用于工业生产5000多项专利代表性的技术弧形连铸机钢包回转台浸入式水口浇注结晶器保护渣电磁搅拌渐进弯曲矫直结晶器在线调宽中包塞棒控制特点是连铸比不断上升，连铸生产效率不断提高（表现为铸机作业率、浇铸速率、拉坯速度、连浇炉数等主要指标的不断提高），浇铸品种逐渐扩大，生产成本大大降低。 第四阶段 (20世纪8090年代) 传统连铸技术的优化发展阶段1990年59.5%，2001年85.4%

4、大多数国家的连铸比都在95以上钢铁产品总量1900年全球粗钢产量约30001042001年超过8108钢的连铸比传统钢铁生产流程20世纪90年代以来近终形连铸高效连铸电磁连铸紧凑化连续化高度自动化通常是指以高拉速为核心，以高质量、无缺陷铸坯生产为基础，实现高连浇率、高作业率的连铸技术。高效连铸概念日本：最高板坯铸速：3.2m/min;月产量：2045万吨;连浇炉数：超过100炉，最高达10000炉；作业率达92。提高拉速措施：结晶器优化技术；结晶器液面波动检测控制技术；结晶器振动技术；结晶器保护渣技术；铸坯出结晶器后的支撑技术；二冷强化冷却技术；铸坯矫直技术；过程自动化控制技术。如果说提高拉速

5、是小方坯连铸机高效化的核心，那么板坯连铸机高效化的核心就是提高连铸机作业率。 目前提高连铸机作业率的技术主要有：（1）多炉连浇技术：异钢种多炉连浇；快速更换长水口；在线调宽；中间包热循环使用技术；防止浸入式水口堵塞技术。（2）连铸机设备长寿命技术：长寿命结晶器，每次镀层的浇钢量为2030万t；长寿命的扇形段，上部扇形段每次维修的浇钢量100万t，下部扇形段每次维修的浇钢量300400万t。（3）防漏钢的稳定化操作技术：结晶器防漏钢预报系统；结晶器漏钢报警系统；结晶器热状态运行检测系统。（4）缩短非浇注时间维护操作技术：上装引锭杆；扇形段自动调宽和调厚技术；铸机设备的快速更换技术；采用各种自动检

6、测装置；连铸机设备自动控制水平。提高板坯连铸机设备坚固性、可靠性和自动化水平，达到长时间的无故障在线作业，是提高板坯连铸机作业率水平的关键。连铸坯的质量逐年提高，连铸坯的质量包括：铸坯洁净度（钢中非金属夹杂物数量，类型，尺寸，分布，形态）；铸坯表面缺陷（纵裂纹，横裂纹，星形裂纹，夹渣）；铸坯内部缺陷（中间裂纹，角部裂纹，中心线裂纹，疏松，缩孔，偏析）。连铸坯质量控制战略是：铸坯洁净度决定于钢水进入结晶器之前的各工序；铸坯表面质量决定于钢水在结晶器的凝固过程；铸坯内部质量决定于钢水在二冷区的凝固过程。连铸过程控制钢洁净度主要对策有：保护浇注；中间包冶金技术，钢水流动控制；中间包材质碱性化（碱性复

7、盖剂，碱性包衬）；中间包电磁离心分离技术；中间包热循环操作技术；中间包的稳定浇注技术；防止下渣和卷渣技术；结晶器流动控制技术；结晶器EMBR技术。 铸坯表面质量好坏是热送热装和直接轧制的前提条件。铸坯表面缺陷的产生主要决定于钢水在结晶器的凝固过程。要清除铸坯表面缺陷，应采用以下技术：结晶器钢液面稳定性控制；结晶器振动技术；结晶器内凝固坯壳生长均匀性控制技术；结晶器钢液流动状况合理控制技术；结晶器保护渣技术。 铸坯内部缺陷的产生主要决定带液芯的铸坯在二冷区的凝固过程。要消除铸坯内部缺陷，可采用以下技术措施：低温浇注技术；铸坯均匀冷却技术；防止铸坯鼓肚变形技术；轻压下技术；电磁搅拌技术；凝固末端强

8、冷技术；多点或连续矫直技术；压缩铸造技术。 NNSC（Next Net Shape Casting）接近最终成品形状的浇注技术，其实质是在保证成品钢材质量的前提下，尽量减小铸坯的断面尺寸以减少甚至取代压力加工。近终形连铸钢铁生产的短流程工艺技术电炉炼钢直接还原 (DRI)熔融还原 (如Corex）近终形连铸概念薄板坯连铸TSCC（Thin Slab Continuous Casting）带钢直接连铸DSC（Direct Strip Casting）喷雾成形技术Ospray异型坯连铸近终形连铸技术包含的主要内容2020年：传统连铸40，薄板坯连铸50，薄带连铸10（日本估计）电磁连铸技术电磁技术

9、应用电磁力学特性电磁热特性电磁物理特性液面检测电磁下渣检测中间包感应加热注流约束电磁软接触电磁搅拌电磁制动已被用于工业生产强化液芯内钢水的对流运动，均匀钢液过热度，打碎树枝晶，促进非金属夹杂物和气泡上浮，促进等轴晶形成，减轻中心偏析、中心疏松和缩孔。电磁制动的目的电磁搅拌的目的改变凝固过程中的流动、传热和溶质分布，改善连铸坯的凝固组织。电磁制动能够降低结晶器内钢液向下冲击的深度，促进凝固前沿非金属夹杂物上浮，稳定弯月面的波动，促进保护渣的均匀分布。连铸与轧钢的衔接模式1.2 厚板坯连铸与轧制的衔接模式类型1连铸坯直接轧制工艺，简称CC-DR（Continuous Casting-Direct

10、Rolling）或称HDR（Hot Direct Rolling）特点：铸坯温度在1100以上，铸坯不需进加热炉加热，只需在输送过程中进行补热和均热，即直接送入轧机进行轧制。在连铸机与轧机间只有在线补偿加热而无正式加热炉缓冲工序。类型2连铸坯直接热装轧制工艺，简称DHCR（Direct Hot Charge Rolling）或称为高温热装炉轧制工艺，简称为gHCR（g-Hot Charge Rolling）特点：装炉温度在7001000左右，即在A3线以上奥氏体状态直接装炉，加热到轧制温度后进行轧制。只有加热炉缓冲工序且能保持连续高温装炉生产节奏的称为直接(高温)热装轧制工艺。特点：装炉温度一

11、般在400700之间。而低温热装工艺，则常在加热炉之前还有保温坑或保温箱等，即采用双重缓冲工序，以解决铸、轧节奏匹配与计划管理问题。类型3、4为铸坯冷至A3甚至A1线以下温度装炉，称为低温热装轧制工艺，简称HCR（Hot Charge Rolling）类型5即传统的连铸坯冷装炉轧制工艺，简称CCR（Cold Charge Rolling）特点：连铸坯冷至常温后，再装炉加热后轧制，一般连铸坯装炉的温度在400以下。类型1和2都属于铸坯热轧前基本无相变的工艺，其所面临的技术难点和问题也大体相似，只是DHCR有加热炉缓冲，对连铸坯温度和生产连续性的要求有所放宽，但它们都要求从炼钢、连铸到轧钢实现有节

12、奏的均衡连续化生产。故我国常统称类型1和2两类工艺为连铸连轧工艺。类型3、4、5需入正式加热炉加热，故亦可统称为连铸坯热装热送轧制工艺。连铸连轧工艺，简称CC-CR（Continuous Casting-Continuous Rolling）连铸坯热装热送轧制工艺CC-DR和HCR工艺的主要优点节约能源消耗节能量与热装或补偿加热入炉温度有关，入炉温度越高，则节能越多；直接轧制比常规冷装炉轧制工艺节能8085%。提高成材率，节约金属消耗 加热时间缩短，烧损减少，DHCR或CC-DR工艺，可使成材率提高0.51.5%。简化生产工艺流程 减少厂房面积和运输设备，节约基建投资和生产费用。生产周期缩短从

13、投料炼钢到轧制出成品仅需几个小时；直接轧制时从钢水浇注到轧出成品只需十几分钟。产品的质量提高加热时间短，氧化铁皮少，钢材表面质量好；无加热炉滑道痕迹，使产品厚度精度也得到提高；有利于微合金化及控轧控冷技术的发挥，使钢材组织性能有更大的提高。1.3连铸坯热装及直接轧制技术发展概况连铸连轧技术的起源传统轧钢工序能源消耗情况加热炉57.5%电能38.6%其他3.9%。节能的潜力 20世纪50年代初期，开始实验研究工作，先后建立了一些连铸连轧试验性机组进行探讨。在线同步轧制带液芯轧制热装炉轧制直接轧制 20世纪70年代中期以前，工业性试验研究和初步应用阶段。所采用的主要实验研究方案主要方式 20世纪6

14、0年代后期，出现了工业生产规模的连铸连轧试验机组。连铸在线同步轧制连铸与轧制在同一作业线上，铸坯出连铸机后，不经切断即直接进行与铸速同步的轧制。含义先轧制后切断，铸与轧同步，铸坯一般要进行在线加热均温或绝热保温，每流连铸需配置专用轧机（行星轧机或摆锻机和连锻机），轧机数目113架。特点 操作复杂，对工艺装备和自动控制要求高，增大了技术实现的难度； 优点生产过程连续化程度高，可实现无头轧制，增大轧材卷重，提高成材率及大幅度节能等。缺点 连铸速度太慢，一般只为轧制速度的10%左右，铸轧速度不匹配，严重影响轧机能力的发挥，在经济上并不合算； 轧制速度太低使轧辊热负荷加大，使辊面灼伤和龟裂，影响了轧辊

15、的使用寿命，增加了换辊的次数。 20世纪70年代中期后，在线同步轧制停止发展。 显著降低单位轧制力，有利于节能； 带液芯铸坯的直接轧制指铸坯未经切断的在线轧制，它除了具有上述在线同步轧制的主要优缺点外，还有其自己特点。含义优点 可减少铸坯中心部位的偏析，消除内部缩裂、中心疏松及缩孔等缺陷； 铸坯潜热得到充分利用，通过液芯复热更容易保证连铸连轧过程中所需要的较高铸坯温度。 20世纪70年代末期以来，液芯轧制试验研究报道很少。 1972年11月在日本钢管公司京滨厂首次实现CC-HCR工艺，到1979年日本已有11个钢厂实现了HCR工艺。缩短生产周期，显著节能，可通过加热均温使铸坯塑性改善和变形均匀

16、，有利于钢材质量提高。CC-HCR工艺的优点在连铸机和轧机之间不存在同步要求，并且可利用加热炉进行中间缓冲，大大减少了两个工序之间互相牵连制约的程度，增大了灵活性，提高了作业率； 可实现多流连铸共轧机，使轧机能力得到充分发挥；CC-HCR工艺适合于以下情况 钢种特性本身要求进行均热以提高铸坯塑性及物理机械性能。 连铸机与轧机相距较远，无法直接快速传送； 连铸机流数较多，管理较复杂，需要用加热炉作缓冲； 轧制产品规格多，需经常换辊和交换及变换规程或轧制宽度大于1500mm宽带钢产品；新日铁于1981年6月在世界上首次实现了宽带钢CC-DR工艺，同年底日本的室兰厂、新日铁大分厂、君津厂和八幡厂，日

17、本钢管公司福山厂等都相继实现了连铸坯热装和直接轧制工艺。 美国纽克公司达林顿厂和诺福克厂于20世纪70年代末，采用2流小方坯连铸机配置感应补偿加热炉和13架连轧机，实现了小型材的CC-DR工艺。小型材的CC-DR宽带钢的CC-DR CCDR工艺在欧洲，发展比日本晚一些，80年代中期开始德国不莱梅钢厂装炉温度500，热装率30；德国蒂森钢铁公司的布鲁克豪森厂平均装炉温度为400；比利时的考克里尔公司彻它尔（Chertal）厂；法国的索拉克公司佛曼伦季厂；奥地利的林茨厂。20世纪80年代中后期，最值得注意的重大新进展主要有远距离连铸直接轧制工艺。1987年6月新日铁八幡厂实现了远距离CC-DR工艺

18、、随后川崎制铁水岛厂也开发成功了远距离CC-DR工艺。宝钢2050mm热带轧机于1995达到热装率为60，平均热装温度为500550。本钢1700mm热连轧厂铸坯平均装炉温度为500，热装率80左右。 我国CC-DR和 HCR工艺的研究和应用情况20世纪80年代中期开始“锡兴钢铁公司连铸坯直接热装轧制窄带钢试验生产线”“沈阳钢厂连铸坯直接轧制小型材生产试验线”武钢1985年4月实现了HCR工艺，热装温度在400左右，热装率可达60以上，平均热装温度达550以上。上钢五厂及济南钢铁总厂的远距离HCR工艺在20世纪80年代末1)连铸坯及轧材质量的保证技术；2)连铸坯及轧材温度的保证技术；3)板坯宽度的调节技术和自由程序轧制技术；4)炼钢连铸轧钢一体化生产管理技术；5)保证工艺与设备的稳定性和可靠性的技术等多项综合技术。实现连铸连轧，即CC-DR和DHCR工艺的主要技术关键图1-5 连铸直接轧制(CC-DR)工艺与采用的关键技术A 保证温度的技术1钢包输送；2恒高