連鑄連軋生產(chǎn)技術(shù)講義(概論-1)（行業(yè)知識(shí)）

1、連鑄連軋生產(chǎn)技術(shù)主講人：張曉明東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1 概論1.1連鑄技術(shù)的發(fā)展概況1.2厚板坯連鑄與軋制的銜接模式1.3連鑄坯熱裝及直接軋制技術(shù)的發(fā)展概況1.4薄板坯連鑄連軋技術(shù)的發(fā)展概況1.5 帶鋼直接連鑄技術(shù)的發(fā)展概況1.1 連鑄技術(shù)的發(fā)展概況 有相對(duì)滑動(dòng)固定振動(dòng)式結(jié)晶器 無(wú)相對(duì)滑動(dòng)移動(dòng)式結(jié)晶器連鑄的概念所謂連鑄是將鋼水連續(xù)注入水冷結(jié)晶器中，凝固成硬殼后從結(jié)晶器出口連續(xù)拉出或送出，經(jīng)噴水冷卻，完全凝固后切成坯料或直送軋制的鑄造工藝。連鑄的方法根據(jù)鑄坯與結(jié)晶器器壁間是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以分為：金屬連續(xù)澆鑄思想的啟蒙階段連鑄技術(shù)發(fā)展的四個(gè)階段第一階段 (18401930年)

2、1840年美國(guó)人塞勒斯（Sellers）獲得連續(xù)鑄鉛的專利； 1856年英國(guó)人貝塞麥(Henry Bessemer)提出了采用雙輥連鑄機(jī)澆鑄出了金屬錫箔、鉛板和玻璃板，并獲專利； 1887年德國(guó)人戴倫（R.M.Daelen）提出了與現(xiàn)代連鑄機(jī)相似的連鑄設(shè)備的建議，在其開(kāi)發(fā)的設(shè)備中已包括了上下敞開(kāi)的結(jié)晶器、液態(tài)金屬注入、二次冷卻段、引錠桿和鑄坯切割裝置等。第二階段 (19401949年)1943年德國(guó)人永漢斯（S.Junghans）建成了第一臺(tái)試驗(yàn)連鑄機(jī)，提出了振動(dòng)水冷結(jié)晶器、浸入式水口、結(jié)晶器保護(hù)劑等技術(shù)，取得工業(yè)規(guī)模的成功，奠定了現(xiàn)代連鑄機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，結(jié)晶器振動(dòng)成為連鑄機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)操作。圖1-2

3、 S.Junghans專利原理1中間包；2保護(hù)劑加入裝置；3進(jìn)水口；4結(jié)晶器；5鑄坯；6拉輥；7出水口；8壓縮機(jī)；9鋼包；10振動(dòng)機(jī)構(gòu)連鑄特征技術(shù)的開(kāi)發(fā)階段第三階段 (19501976年) 傳統(tǒng)連鑄技術(shù)成熟階段應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)5000多項(xiàng)專利代表性的技術(shù)弧形連鑄機(jī)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)浸入式水口澆注結(jié)晶器保護(hù)渣電磁攪拌漸進(jìn)彎曲矯直結(jié)晶器在線調(diào)寬中包塞棒控制特點(diǎn)是連鑄比不斷上升，連鑄生產(chǎn)效率不斷提高（表現(xiàn)為鑄機(jī)作業(yè)率、澆鑄速率、拉坯速度、連澆爐數(shù)等主要指標(biāo)的不斷提高），澆鑄品種逐漸擴(kuò)大，生產(chǎn)成本大大降低。 第四階段 (20世紀(jì)8090年代) 傳統(tǒng)連鑄技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展階段1990年59.5%，2001年85.4%

4、大多數(shù)國(guó)家的連鑄比都在95以上鋼鐵產(chǎn)品總量1900年全球粗鋼產(chǎn)量約30001042001年超過(guò)8108鋼的連鑄比傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程20世紀(jì)90年代以來(lái)近終形連鑄高效連鑄電磁連鑄緊湊化連續(xù)化高度自動(dòng)化通常是指以高拉速為核心，以高質(zhì)量、無(wú)缺陷鑄坯生產(chǎn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)高連澆率、高作業(yè)率的連鑄技術(shù)。高效連鑄概念日本：最高板坯鑄速：3.2m/min;月產(chǎn)量：2045萬(wàn)噸;連澆爐數(shù)：超過(guò)100爐，最高達(dá)10000爐；作業(yè)率達(dá)92。提高拉速措施：結(jié)晶器優(yōu)化技術(shù)；結(jié)晶器液面波動(dòng)檢測(cè)控制技術(shù)；結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)；結(jié)晶器保護(hù)渣技術(shù)；鑄坯出結(jié)晶器后的支撐技術(shù)；二冷強(qiáng)化冷卻技術(shù)；鑄坯矯直技術(shù)；過(guò)程自動(dòng)化控制技術(shù)。如果說(shuō)提高拉速

5、是小方坯連鑄機(jī)高效化的核心，那么板坯連鑄機(jī)高效化的核心就是提高連鑄機(jī)作業(yè)率。 目前提高連鑄機(jī)作業(yè)率的技術(shù)主要有：（1）多爐連澆技術(shù)：異鋼種多爐連澆；快速更換長(zhǎng)水口；在線調(diào)寬；中間包熱循環(huán)使用技術(shù)；防止浸入式水口堵塞技術(shù)。（2）連鑄機(jī)設(shè)備長(zhǎng)壽命技術(shù)：長(zhǎng)壽命結(jié)晶器，每次鍍層的澆鋼量為2030萬(wàn)t；長(zhǎng)壽命的扇形段，上部扇形段每次維修的澆鋼量100萬(wàn)t，下部扇形段每次維修的澆鋼量300400萬(wàn)t。（3）防漏鋼的穩(wěn)定化操作技術(shù)：結(jié)晶器防漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)；結(jié)晶器漏鋼報(bào)警系統(tǒng)；結(jié)晶器熱狀態(tài)運(yùn)行檢測(cè)系統(tǒng)。（4）縮短非澆注時(shí)間維護(hù)操作技術(shù)：上裝引錠桿；扇形段自動(dòng)調(diào)寬和調(diào)厚技術(shù)；鑄機(jī)設(shè)備的快速更換技術(shù)；采用各種自動(dòng)檢

6、測(cè)裝置；連鑄機(jī)設(shè)備自動(dòng)控制水平。提高板坯連鑄機(jī)設(shè)備堅(jiān)固性、可靠性和自動(dòng)化水平，達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)故障在線作業(yè)，是提高板坯連鑄機(jī)作業(yè)率水平的關(guān)鍵。連鑄坯的質(zhì)量逐年提高，連鑄坯的質(zhì)量包括：鑄坯潔凈度（鋼中非金屬夾雜物數(shù)量，類型，尺寸，分布，形態(tài)）；鑄坯表面缺陷（縱裂紋，橫裂紋，星形裂紋，夾渣）；鑄坯內(nèi)部缺陷（中間裂紋，角部裂紋，中心線裂紋，疏松，縮孔，偏析）。連鑄坯質(zhì)量控制戰(zhàn)略是：鑄坯潔凈度決定于鋼水進(jìn)入結(jié)晶器之前的各工序；鑄坯表面質(zhì)量決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過(guò)程；鑄坯內(nèi)部質(zhì)量決定于鋼水在二冷區(qū)的凝固過(guò)程。連鑄過(guò)程控制鋼潔凈度主要對(duì)策有：保護(hù)澆注；中間包冶金技術(shù)，鋼水流動(dòng)控制；中間包材質(zhì)堿性化（堿性復(fù)

7、蓋劑，堿性包襯）；中間包電磁離心分離技術(shù)；中間包熱循環(huán)操作技術(shù)；中間包的穩(wěn)定澆注技術(shù)；防止下渣和卷渣技術(shù)；結(jié)晶器流動(dòng)控制技術(shù)；結(jié)晶器EMBR技術(shù)。 鑄坯表面質(zhì)量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生主要決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過(guò)程。要清除鑄坯表面缺陷，應(yīng)采用以下技術(shù)：結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定性控制；結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)；結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼生長(zhǎng)均勻性控制技術(shù)；結(jié)晶器鋼液流動(dòng)狀況合理控制技術(shù)；結(jié)晶器保護(hù)渣技術(shù)。 鑄坯內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區(qū)的凝固過(guò)程。要消除鑄坯內(nèi)部缺陷，可采用以下技術(shù)措施：低溫澆注技術(shù)；鑄坯均勻冷卻技術(shù)；防止鑄坯鼓肚變形技術(shù)；輕壓下技術(shù)；電磁攪拌技術(shù)；凝固末端強(qiáng)

8、冷技術(shù)；多點(diǎn)或連續(xù)矯直技術(shù)；壓縮鑄造技術(shù)。 NNSC（Next Net Shape Casting）接近最終成品形狀的澆注技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是在保證成品鋼材質(zhì)量的前提下，盡量減小鑄坯的斷面尺寸以減少甚至取代壓力加工。近終形連鑄鋼鐵生產(chǎn)的短流程工藝技術(shù)電爐煉鋼直接還原 (DRI)熔融還原 (如Corex）近終形連鑄概念薄板坯連鑄TSCC（Thin Slab Continuous Casting）帶鋼直接連鑄DSC（Direct Strip Casting）噴霧成形技術(shù)Ospray異型坯連鑄近終形連鑄技術(shù)包含的主要內(nèi)容2020年：傳統(tǒng)連鑄40，薄板坯連鑄50，薄帶連鑄10（日本估計(jì)）電磁連鑄技術(shù)電磁技術(shù)

9、應(yīng)用電磁力學(xué)特性電磁熱特性電磁物理特性液面檢測(cè)電磁下渣檢測(cè)中間包感應(yīng)加熱注流約束電磁軟接觸電磁攪拌電磁制動(dòng)已被用于工業(yè)生產(chǎn)強(qiáng)化液芯內(nèi)鋼水的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，均勻鋼液過(guò)熱度，打碎樹(shù)枝晶，促進(jìn)非金屬夾雜物和氣泡上浮，促進(jìn)等軸晶形成，減輕中心偏析、中心疏松和縮孔。電磁制動(dòng)的目的電磁攪拌的目的改變凝固過(guò)程中的流動(dòng)、傳熱和溶質(zhì)分布，改善連鑄坯的凝固組織。電磁制動(dòng)能夠降低結(jié)晶器內(nèi)鋼液向下沖擊的深度，促進(jìn)凝固前沿非金屬夾雜物上浮，穩(wěn)定彎月面的波動(dòng)，促進(jìn)保護(hù)渣的均勻分布。連鑄與軋鋼的銜接模式1.2 厚板坯連鑄與軋制的銜接模式類型1連鑄坯直接軋制工藝，簡(jiǎn)稱CC-DR（Continuous Casting-Direct

10、Rolling）或稱HDR（Hot Direct Rolling）特點(diǎn)：鑄坯溫度在1100以上，鑄坯不需進(jìn)加熱爐加熱，只需在輸送過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)熱和均熱，即直接送入軋機(jī)進(jìn)行軋制。在連鑄機(jī)與軋機(jī)間只有在線補(bǔ)償加熱而無(wú)正式加熱爐緩沖工序。類型2連鑄坯直接熱裝軋制工藝，簡(jiǎn)稱DHCR（Direct Hot Charge Rolling）或稱為高溫?zé)嵫b爐軋制工藝，簡(jiǎn)稱為gHCR（g-Hot Charge Rolling）特點(diǎn)：裝爐溫度在7001000左右，即在A3線以上奧氏體狀態(tài)直接裝爐，加熱到軋制溫度后進(jìn)行軋制。只有加熱爐緩沖工序且能保持連續(xù)高溫裝爐生產(chǎn)節(jié)奏的稱為直接(高溫)熱裝軋制工藝。特點(diǎn)：裝爐溫度一

11、般在400700之間。而低溫?zé)嵫b工藝，則常在加熱爐之前還有保溫坑或保溫箱等，即采用雙重緩沖工序，以解決鑄、軋節(jié)奏匹配與計(jì)劃管理問(wèn)題。類型3、4為鑄坯冷至A3甚至A1線以下溫度裝爐，稱為低溫?zé)嵫b軋制工藝，簡(jiǎn)稱HCR（Hot Charge Rolling）類型5即傳統(tǒng)的連鑄坯冷裝爐軋制工藝，簡(jiǎn)稱CCR（Cold Charge Rolling）特點(diǎn)：連鑄坯冷至常溫后，再裝爐加熱后軋制，一般連鑄坯裝爐的溫度在400以下。類型1和2都屬于鑄坯熱軋前基本無(wú)相變的工藝，其所面臨的技術(shù)難點(diǎn)和問(wèn)題也大體相似，只是DHCR有加熱爐緩沖，對(duì)連鑄坯溫度和生產(chǎn)連續(xù)性的要求有所放寬，但它們都要求從煉鋼、連鑄到軋鋼實(shí)現(xiàn)有節(jié)

12、奏的均衡連續(xù)化生產(chǎn)。故我國(guó)常統(tǒng)稱類型1和2兩類工藝為連鑄連軋工藝。類型3、4、5需入正式加熱爐加熱，故亦可統(tǒng)稱為連鑄坯熱裝熱送軋制工藝。連鑄連軋工藝，簡(jiǎn)稱CC-CR（Continuous Casting-Continuous Rolling）連鑄坯熱裝熱送軋制工藝CC-DR和HCR工藝的主要優(yōu)點(diǎn)節(jié)約能源消耗節(jié)能量與熱裝或補(bǔ)償加熱入爐溫度有關(guān)，入爐溫度越高，則節(jié)能越多；直接軋制比常規(guī)冷裝爐軋制工藝節(jié)能8085%。提高成材率，節(jié)約金屬消耗 加熱時(shí)間縮短，燒損減少，DHCR或CC-DR工藝，可使成材率提高0.51.5%。簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程 減少?gòu)S房面積和運(yùn)輸設(shè)備，節(jié)約基建投資和生產(chǎn)費(fèi)用。生產(chǎn)周期縮短從

13、投料煉鋼到軋制出成品僅需幾個(gè)小時(shí)；直接軋制時(shí)從鋼水澆注到軋出成品只需十幾分鐘。產(chǎn)品的質(zhì)量提高加熱時(shí)間短，氧化鐵皮少，鋼材表面質(zhì)量好；無(wú)加熱爐滑道痕跡，使產(chǎn)品厚度精度也得到提高；有利于微合金化及控軋控冷技術(shù)的發(fā)揮，使鋼材組織性能有更大的提高。1.3連鑄坯熱裝及直接軋制技術(shù)發(fā)展概況連鑄連軋技術(shù)的起源傳統(tǒng)軋鋼工序能源消耗情況加熱爐57.5%電能38.6%其他3.9%。節(jié)能的潛力 20世紀(jì)50年代初期，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)研究工作，先后建立了一些連鑄連軋?jiān)囼?yàn)性機(jī)組進(jìn)行探討。在線同步軋制帶液芯軋制熱裝爐軋制直接軋制 20世紀(jì)70年代中期以前，工業(yè)性試驗(yàn)研究和初步應(yīng)用階段。所采用的主要實(shí)驗(yàn)研究方案主要方式 20世紀(jì)6

14、0年代后期，出現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的連鑄連軋?jiān)囼?yàn)機(jī)組。連鑄在線同步軋制連鑄與軋制在同一作業(yè)線上，鑄坯出連鑄機(jī)后，不經(jīng)切斷即直接進(jìn)行與鑄速同步的軋制。含義先軋制后切斷，鑄與軋同步，鑄坯一般要進(jìn)行在線加熱均溫或絕熱保溫，每流連鑄需配置專用軋機(jī)（行星軋機(jī)或擺鍛機(jī)和連鍛機(jī)），軋機(jī)數(shù)目113架。特點(diǎn) 操作復(fù)雜，對(duì)工藝裝備和自動(dòng)控制要求高，增大了技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難度； 優(yōu)點(diǎn)生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)頭軋制，增大軋材卷重，提高成材率及大幅度節(jié)能等。缺點(diǎn) 連鑄速度太慢，一般只為軋制速度的10%左右，鑄軋速度不匹配，嚴(yán)重影響軋機(jī)能力的發(fā)揮，在經(jīng)濟(jì)上并不合算； 軋制速度太低使軋輥熱負(fù)荷加大，使輥面灼傷和龜裂，影響了軋輥

15、的使用壽命，增加了換輥的次數(shù)。 20世紀(jì)70年代中期后，在線同步軋制停止發(fā)展。 顯著降低單位軋制力，有利于節(jié)能； 帶液芯鑄坯的直接軋制指鑄坯未經(jīng)切斷的在線軋制，它除了具有上述在線同步軋制的主要優(yōu)缺點(diǎn)外，還有其自己特點(diǎn)。含義優(yōu)點(diǎn) 可減少鑄坯中心部位的偏析，消除內(nèi)部縮裂、中心疏松及縮孔等缺陷； 鑄坯潛熱得到充分利用，通過(guò)液芯復(fù)熱更容易保證連鑄連軋過(guò)程中所需要的較高鑄坯溫度。 20世紀(jì)70年代末期以來(lái)，液芯軋制試驗(yàn)研究報(bào)道很少。 1972年11月在日本鋼管公司京濱廠首次實(shí)現(xiàn)CC-HCR工藝，到1979年日本已有11個(gè)鋼廠實(shí)現(xiàn)了HCR工藝?？s短生產(chǎn)周期，顯著節(jié)能，可通過(guò)加熱均溫使鑄坯塑性改善和變形均勻

16、，有利于鋼材質(zhì)量提高。CC-HCR工藝的優(yōu)點(diǎn)在連鑄機(jī)和軋機(jī)之間不存在同步要求，并且可利用加熱爐進(jìn)行中間緩沖，大大減少了兩個(gè)工序之間互相牽連制約的程度，增大了靈活性，提高了作業(yè)率； 可實(shí)現(xiàn)多流連鑄共軋機(jī)，使軋機(jī)能力得到充分發(fā)揮；CC-HCR工藝適合于以下情況 鋼種特性本身要求進(jìn)行均熱以提高鑄坯塑性及物理機(jī)械性能。 連鑄機(jī)與軋機(jī)相距較遠(yuǎn)，無(wú)法直接快速傳送； 連鑄機(jī)流數(shù)較多，管理較復(fù)雜，需要用加熱爐作緩沖； 軋制產(chǎn)品規(guī)格多，需經(jīng)常換輥和交換及變換規(guī)程或軋制寬度大于1500mm寬帶鋼產(chǎn)品；新日鐵于1981年6月在世界上首次實(shí)現(xiàn)了寬帶鋼CC-DR工藝，同年底日本的室蘭廠、新日鐵大分廠、君津廠和八幡廠，日

17、本鋼管公司福山廠等都相繼實(shí)現(xiàn)了連鑄坯熱裝和直接軋制工藝。 美國(guó)紐克公司達(dá)林頓廠和諾福克廠于20世紀(jì)70年代末，采用2流小方坯連鑄機(jī)配置感應(yīng)補(bǔ)償加熱爐和13架連軋機(jī)，實(shí)現(xiàn)了小型材的CC-DR工藝。小型材的CC-DR寬帶鋼的CC-DR CCDR工藝在歐洲，發(fā)展比日本晚一些，80年代中期開(kāi)始德國(guó)不萊梅鋼廠裝爐溫度500，熱裝率30；德國(guó)蒂森鋼鐵公司的布魯克豪森廠平均裝爐溫度為400；比利時(shí)的考克里爾公司徹它爾（Chertal）廠；法國(guó)的索拉克公司佛曼倫季廠；奧地利的林茨廠。20世紀(jì)80年代中后期，最值得注意的重大新進(jìn)展主要有遠(yuǎn)距離連鑄直接軋制工藝。1987年6月新日鐵八幡廠實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離CC-DR工藝

18、、隨后川崎制鐵水島廠也開(kāi)發(fā)成功了遠(yuǎn)距離CC-DR工藝。寶鋼2050mm熱帶軋機(jī)于1995達(dá)到熱裝率為60，平均熱裝溫度為500550。本鋼1700mm熱連軋廠鑄坯平均裝爐溫度為500，熱裝率80左右。 我國(guó)CC-DR和 HCR工藝的研究和應(yīng)用情況20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始“錫興鋼鐵公司連鑄坯直接熱裝軋制窄帶鋼試驗(yàn)生產(chǎn)線”“沈陽(yáng)鋼廠連鑄坯直接軋制小型材生產(chǎn)試驗(yàn)線”武鋼1985年4月實(shí)現(xiàn)了HCR工藝，熱裝溫度在400左右，熱裝率可達(dá)60以上，平均熱裝溫度達(dá)550以上。上鋼五廠及濟(jì)南鋼鐵總廠的遠(yuǎn)距離HCR工藝在20世紀(jì)80年代末1)連鑄坯及軋材質(zhì)量的保證技術(shù)；2)連鑄坯及軋材溫度的保證技術(shù)；3)板坯寬度的調(diào)節(jié)技術(shù)和自由程序軋制技術(shù)；4)煉鋼連鑄軋鋼一體化生產(chǎn)管理技術(shù)；5)保證工藝與設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性的技術(shù)等多項(xiàng)綜合技術(shù)。實(shí)現(xiàn)連鑄連軋，即CC-DR和DHCR工藝的主要技術(shù)關(guān)鍵圖1-5 連鑄直接軋制(CC-DR)工藝與采用的關(guān)鍵技術(shù)A 保證溫度的技術(shù)1鋼包輸送；2恒高