薄板坯連鑄連軋的技術(shù)組成

1、薄板坯連鑄連軋的技術(shù)組成唐荻蔡慶伍米振莉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發(fā)展歷史薄板坯連鑄連軋是80年代末出現(xiàn)的新技術(shù),是鋼鐵工業(yè)近年來(lái)最重要的技術(shù)進(jìn)步之一

2、。從1989年第一套采用薄板坯連鑄連軋的熱軋板廠投產(chǎn)以來(lái),至今已有約40條生產(chǎn)線投產(chǎn)或在建。薄板坯連鑄連軋工藝與傳統(tǒng)鋼材生產(chǎn)技術(shù)相比,從原料至產(chǎn)品,噸鋼投資下降19%34%,噸材成本降低80100美元,生產(chǎn)時(shí)間可縮短10倍以至數(shù)10倍,廠房面積、金屬消耗、加熱能耗、電耗分別為常規(guī)流程的24%、66.7%、40%和80%。薄板坯連鑄連軋技術(shù)的發(fā)展分為3個(gè)時(shí)期：開(kāi)發(fā)期,推廣期和提高期。開(kāi)發(fā)期始于1984年,德國(guó)西馬克（SMS）公司首先投資進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作,并于1987年在美國(guó)的紐柯鋼鐵公司建成第一個(gè)薄板坯連鑄連軋（CSP）廠,即紐柯的Crawfordzville廠。推廣期從1989年Crawfordz

3、ville投產(chǎn)開(kāi)始,薄板坯連鑄連軋的技術(shù)優(yōu)勢(shì)為人們所認(rèn)識(shí),并成為世界鋼鐵業(yè)的投資熱點(diǎn)。除SMS的CSP技術(shù)外,還出現(xiàn)了德國(guó)德馬克（MDH）的ISP技術(shù),意大利達(dá)涅利（DANIELI）的FTSR技術(shù),奧地利奧鋼聯(lián)（VAI）的CONROLL技術(shù)等等。提高期從最近12年開(kāi)始,原來(lái)的薄板坯連鑄連軋技術(shù)仍有許多不足之處,需對(duì)其進(jìn)行再開(kāi)發(fā)和提高。代表生產(chǎn)線是西馬克在我國(guó)邯鋼建設(shè)的熱軋廠,達(dá)涅利在加拿大ALGOMA建設(shè)的生產(chǎn)線和德馬克在南非建設(shè)的SALDANHA生產(chǎn)線。2技術(shù)組成薄板坯連鑄連軋技術(shù)與傳統(tǒng)的熱連軋帶鋼生產(chǎn)相比使用了許多新技術(shù),如連鑄新技術(shù),銜接區(qū)新技術(shù),帶鋼熱軋新技術(shù)。2.1連鑄新技術(shù)2.1.

4、1結(jié)晶器技術(shù)結(jié)晶器是薄板坯連鑄技術(shù)的核心,各個(gè)公司的技術(shù)不盡相同。CSP工藝采用上寬下窄的漏斗型結(jié)晶器,結(jié)晶器上部容積大,最大開(kāi)口度170mm,水口與結(jié)晶器之間有足夠的距離,使保護(hù)渣易均勻分布,鋼液液面穩(wěn)定,無(wú)湍流,鋼液不會(huì)在水口與模壁之間搭橋,其形狀見(jiàn)圖1a。達(dá)涅利公司采用透鏡型結(jié)晶器,上下口均為中間寬,兩端窄,比漏斗型結(jié)晶器有更多的優(yōu)點(diǎn),內(nèi)應(yīng)力低,鋼液流動(dòng)性能更好,可以澆包晶鋼,形狀見(jiàn)圖1b。ISP和CONROLL技術(shù)則采用矩形斷面結(jié)晶器。圖1c為ISP的結(jié)晶器。2.1.2浸入式水口在薄板坯連鑄連軋采用異型結(jié)晶器時(shí),使用與常規(guī)板坯連鑄相近的較大尺寸的水口,較薄的矩形結(jié)晶器則使用扁形的超薄水

5、口,CSP技術(shù)使用水口的平均壽命達(dá)到每周期1012次,最高達(dá)1819次,為了使結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)狀態(tài)更加優(yōu)化,CSP已經(jīng)發(fā)展了4代水口,見(jiàn)圖2。圖1各種型式的結(jié)晶器aCSP漏斗型結(jié)晶器；b達(dá)涅利透鏡型結(jié)晶器；cISP平板結(jié)晶器圖2CSP水口發(fā)展的歷史2.1.3新型連鑄保護(hù)渣由于薄板坯的高拉速,流入結(jié)晶器和坯殼間的保護(hù)渣量相對(duì)減少,因而使?jié)櫥Ч儾?粘滯性拉漏可能性增加。為改善鑄坯與結(jié)晶器間的潤(rùn)滑,保護(hù)渣要有合適的粘度和凝固溫度,以便與高拉速相適應(yīng)。2.1.4電磁制動(dòng)技術(shù)在薄板坯連鑄中由于結(jié)晶器的容積相對(duì)較小,板坯拉速較高,通常結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流速較快,容易對(duì)鑄坯的凝固外殼形成沖刷,造成卷渣和鋼液

6、液面的波動(dòng),電磁制動(dòng)（EMBR）打碎了集中的高速鋼液流,大大提高了鑄坯質(zhì)量,圖3為采用和不采用電磁制動(dòng)技術(shù)連鑄質(zhì)量的比較。2.1.5液壓振動(dòng)技術(shù)結(jié)晶器的液壓振動(dòng)采用高頻率,小振幅的振動(dòng),并且可以根據(jù)鑄坯拉速調(diào)節(jié)頻率和振動(dòng)的波形,使鑄坯的表面質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)。2.1.6液芯壓下技術(shù)圖3電磁制動(dòng)對(duì)連鑄質(zhì)量的影響在結(jié)晶器出口,利用鑄坯液芯狀態(tài),進(jìn)行壓下變形,液芯壓下,可以減少中心偏析,特別是減少錳引起的偏析,減少中心疏松和細(xì)化晶粒,并且液芯壓下可以提高軋機(jī)的生產(chǎn)效率,提高產(chǎn)量。2.2銜接區(qū)技術(shù)2.2.1銜接緩沖區(qū)的工藝設(shè)計(jì)與控制技術(shù)薄板坯連鑄連軋是將兩個(gè)成熟的,各自成為體系的技術(shù)連鑄和連軋,通過(guò)銜接區(qū)連

7、在一起,而這兩項(xiàng)技術(shù)存在著諸多不協(xié)調(diào),不匹配因素：如連軋作業(yè)率高,可達(dá)80%90%;而連鑄作業(yè)率僅為60%70%。生產(chǎn)節(jié)奏不匹配,連軋生產(chǎn)節(jié)奏較快。板坯的溫度場(chǎng)不同,出連鑄機(jī)鑄坯斷面溫度分布的最大溫差為200左右,而軋鋼要求有較高和穩(wěn)定的開(kāi)軋溫度,最大溫差小于10。對(duì)鑄坯的尺寸要求不同。軋鋼和連鑄不同工序所需要的維修和停機(jī)的周期時(shí)間不同。為此,薄板坯連鑄連軋技術(shù)的一個(gè)重要的特點(diǎn)是出現(xiàn)了銜接緩沖區(qū)的概念,以及相應(yīng)的技術(shù)和裝備,來(lái)協(xié)調(diào)工序間的連接和匹配,它集加熱,均熱,保溫,輸送,緩沖等功能為一體,較好地解決了眾多的不匹配。成功地將兩個(gè)生產(chǎn)工序連在一起,且基本保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。2.2.2輥底式

8、隧道爐技術(shù)德國(guó)SMS公司的薄板坯連鑄連軋CSP技術(shù)最先采用直通式輥底隧道爐作為銜接區(qū)設(shè)備,該爐將連接連鑄機(jī)和連軋機(jī)的輸送輥道和加熱爐合為一體,爐體為直通隧道,內(nèi)裝耐熱輥道,鑄坯出連鑄機(jī)后一面以鑄機(jī)拉速前進(jìn)一面加熱,達(dá)到軋制溫度后,加速運(yùn)行到爐尾,以軋機(jī)的咬入速度出爐,直接進(jìn)入軋機(jī),爐子長(zhǎng)約200m左右,內(nèi)有150160個(gè)耐熱輥道輥,輥內(nèi)通水冷卻,輥上安裝有耐熱材料做的輥環(huán),相鄰輥上的輥環(huán)交錯(cuò)布置,以避免不同輥?zhàn)拥妮伃h(huán)總是與鑄坯的同一位置接觸,造成鑄坯局部溫度過(guò)低,產(chǎn)生“水印”,爐子分為加熱段,均熱段,緩沖段和出料段,加熱段長(zhǎng)40m,緩沖段長(zhǎng)約100m,緩沖段用于當(dāng)軋機(jī)換輥或事故時(shí),儲(chǔ)存從連鑄機(jī)

9、繼續(xù)鑄出的鋼坯,一般允許鑄機(jī)連續(xù)拉坯20min以上,該爐保證將表面溫度在950以上的鑄坯,加熱到11001150的開(kāi)軋溫度,由于實(shí)際生產(chǎn)中比較合理的布置是2臺(tái)連鑄機(jī)配1套軋機(jī),所以每臺(tái)鑄機(jī)均需1座加熱爐,兩線之間有平移式渡口或擺動(dòng)式渡口進(jìn)行鑄坯的過(guò)渡,德馬克公司1997年在南非Saldanha廠也采用了這種加熱方式。2.2.3感應(yīng)加熱和熱卷箱德馬克公司的薄板坯連鑄連軋ISP技術(shù)采用了感應(yīng)加熱與熱卷箱均熱的銜接技術(shù),該生產(chǎn)線的設(shè)備由感應(yīng)加熱爐和無(wú)芯卷取的熱卷箱式均熱爐組成。前者是排列在輥道上的一組感應(yīng)線圈,鑄坯在輥道上運(yùn)行的同時(shí)也在線圈中通過(guò),改變線圈的電流強(qiáng)度可以調(diào)整加熱溫度,改變頻率可以調(diào)整

10、對(duì)鑄坯加熱的深度,經(jīng)過(guò)加熱的鑄坯由無(wú)芯卷取設(shè)備卷成帶卷,進(jìn)入熱卷箱中均熱,熱卷箱有儲(chǔ)存多個(gè)帶卷的位置,因而也有緩沖的功能。2.3軋鋼新技術(shù)2.3.1大壓下軋制技術(shù)由于薄板坯連鑄連軋技術(shù)所采用的坯料與傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的坯料有較大不同,因此軋機(jī)的布置也不同,因而壓下規(guī)程的安排也與傳統(tǒng)生產(chǎn)方法有一定區(qū)別。特別是西馬克的CSP技術(shù)采用50mm厚的薄板坯,通過(guò)6機(jī)架軋制成2.0mm厚的薄板,每一架軋機(jī)的壓下量和負(fù)荷都遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的熱連軋機(jī)?，F(xiàn)試制1.0mm的熱軋帶鋼,使這一特點(diǎn)更加突出,大壓下和高剛度軋制是現(xiàn)代薄板坯連鑄連軋的工藝特點(diǎn)之一。表1是某薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線軋機(jī)的壓下規(guī)程,最大道次壓下率接近60%,

11、終軋壓下率為20%。表1薄板坯連鑄連軋的典型壓下規(guī)程機(jī)架號(hào)輥縫/mm壓下率/%130.0040.00213.2755.7635.5158.4842.8348.5651.8833.6661.5020.222.3.2熱軋薄帶生產(chǎn)技術(shù)薄板坯連鑄連軋中,板坯在隧道爐內(nèi)保溫,頭部出爐后馬上進(jìn)行軋制,而板坯其他部分仍在爐內(nèi),幾乎不存在頭尾溫差問(wèn)題。從理論上分析,薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)薄規(guī)格的熱帶具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。近年,由于熱軋技術(shù)的進(jìn)步,使熱軋帶鋼的表面質(zhì)量,產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量,尺寸精度,板型精度有了較大的提高,甚至接近部分結(jié)構(gòu)用冷軋鋼板的要求。因此,用戶以熱軋板代替部分冷軋板的呼聲也日益強(qiáng)烈,為生產(chǎn)小于1.2mm

12、厚的熱軋薄帶鋼,設(shè)計(jì)時(shí)采取了以下措施：（1）為降低軋制力和軋制過(guò)程中軋輥造成的板坯熱損失,在4#6#機(jī)架采用小直徑工作輥；（2）為便于穿帶,減小了4#6#機(jī)架的間距；（3）為便于帶鋼從軋機(jī)輸送到卷取機(jī),輸出輥道輥的間距較小；（4）為防止軋后帶鋼的頭部在輸送過(guò)程中飛離輸出輥道,在6#機(jī)架后增設(shè)高速風(fēng)機(jī),用空氣壓住運(yùn)行的帶鋼；（5）在輸出輥道的入口端增設(shè)噴霧冷卻裝置,以使帶鋼在受到層流冷卻水沖擊之前頭部具有一定的強(qiáng)度；（6）層流冷卻水的噴嘴準(zhǔn)確地安裝在帶鋼輸出輥道輥的正上方,防止由于冷卻水沖擊在帶鋼上的重量造成帶鋼彎曲；（7）對(duì)薄規(guī)格帶鋼使用短的冷卻線,增設(shè)專(zhuān)用卷取機(jī)。2.3.3高效除鱗技術(shù)在整個(gè)

13、軋制過(guò)程中板坯始終處于很高的溫度下,沒(méi)有傳統(tǒng)板坯溫度下降到室溫的過(guò)程,并且加熱時(shí)間和板坯出加熱爐到進(jìn)入除鱗機(jī)時(shí)間很短,薄板坯溫降很小,氧化鐵皮在板坯表面薄且粘,很難去除,因而用薄板坯生產(chǎn)熱帶,表面質(zhì)量一直是個(gè)較難解決的問(wèn)題。初期只有依靠提高除鱗水壓來(lái)消除表面的氧化鐵皮,最高的水壓曾經(jīng)達(dá)到55MPa(奧鋼聯(lián)實(shí)驗(yàn)機(jī)組。另外,傳統(tǒng)的除鱗設(shè)備用水量大,流量為400500m3/h,對(duì)于薄板坯,大的水量易造成大的溫降,所以與薄板坯連鑄連軋配套,開(kāi)發(fā)了各種高壓小流量的高效除鱗設(shè)備（達(dá)涅利設(shè)備為24MPa,30m3/h,西馬克為3545MPa）。2.3.4性能控制技術(shù)由于在薄板坯連鑄連軋過(guò)程中鋼坯始終處于高溫下,所以一些元素的添加,析出物的控制與傳統(tǒng)方法不同,國(guó)外出現(xiàn)了一門(mén)新的學(xué)問(wèn)直接軋制冶金學(xué),專(zhuān)門(mén)研究在連鑄連軋條件下產(chǎn)品的性能控制,以使在直接軋制條件下熱軋帶鋼的產(chǎn)品性能可以和傳統(tǒng)生產(chǎn)方法的產(chǎn)品媲美。作者簡(jiǎn)介：唐荻,男,43,教授,國(guó)家軋制中心副主任,（010）62332598。作者單位：唐荻蔡慶伍米振莉北京科技大學(xué)高效軋制國(guó)家工程研究中心.100083參考文獻(xiàn)1FauldsT.,BlevinsD.CSP Plant Startup at Steel Dynamics Inc.,IS