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1、薄板坯连铸连轧工艺技术发展概况张绍贤摘要：薄板坯连铸连轧工艺问世来发展快速,CSP、ISP、FTSR为代表多种工艺技术发展各具特色。总发展趋势是,提升铸机生产能力充足发挥后部连轧机生产能力;改善品种质量,提升产品市场覆盖率;采取无头轧制工艺、生产超薄规格产品,以替换部分冷轧产品市场;应用范围扩大,越来越多在以高炉铁水为原料大型联合企业中得到应用,为该工艺发展开拓了更宽广前景。关键词：薄板坯连铸连轧发展趋势Survey of Technological Development of Thin SlabContinuous Casting and RollingZhang Shaoxian(Wuh
2、an Iron & Steel Design Research Institute)Abstract：Technology of thin slab continuous casting and rolling has been rapidly developped these ten years since its invention.some typical process technologics,such as CSP,ISP and FISR,etc.have been developped with their own characteristics.The overall dev
3、elopment tendency is:1)to increase concaster capability to make full use of caster;2)to improve product quality to increase product marketability;3)to produce super thin products with endless rolling process technology to take place of some cold-rolled products in market; 4)to enlarge applications i
4、n order to make it widely used in large joint ventures with hot metal as raw material.As a result ,this process will have great expectations in future developmentKeywords：thin slabcontinuous casting and rollingdevelopment tendency1前言自1989年美国纽科格拉福特斯维尔厂第一条CSP薄板坯连铸连轧生产线投产至今中,又相继有CSP、FTSR、CONROOL、TSP等类型
5、生产线相继投入生产。薄板坯连铸连轧技术成功应用和发展,是20世纪最终中在钢铁生产方面最含有重大意义技术革新。薄板连铸连轧工艺和常规工艺相比,因为它含有节能、投资省、生产周期短、劳动成本低及适应性强等优点,故引发了全世界重视。据统计全球各地已建成投产及在建薄板坯连铸共约50流,总生产能力为5228万t/a。2多个关键类型技术特点及其发展2.1CSP工艺技术世界第一条CSP生产线薄板坯连铸连轧生产线已于1989年建成投产,因其工艺开发早,技术成熟,工艺及设备相对较简单可靠,故实际应用也最多。至1997年末,SMS已签定协议已经有27流铸机。CSP技术关键特点是采取立弯式铸机漏斗形结晶器,最初铸坯很
6、薄,通常为4050mm,未采取液芯压下,后部设辊底式隧道炉作为铸坯加热均热及缓冲装置,采取56架精轧机,成品带钢最薄为12mm。近中CSP铸机单量已从早期8090万t/a提升到如美国纽科厂3号铸机能力150万t/a。为了提升生产能力和改善铸铸坯质量,铸坯厚度依据用户情况有所增加,并采取了液芯压下技术。美国Dynamics厂1995年12月投产一流CSP铸机坯厚度70mm,第一次采取了液芯压下技术。中国正在建设邯郸钢厂CSP铸坯厚度为6080mm,因铸坯加厚而采取了1架粗轧和5架精轧轧机组成。伴随铸坯厚度增加及拉速提升,铸坯冶金长度也对应增加。现SMS对铸坯厚度大于70mm铸机也设计了直结晶器弧
7、形铸机。因为在工艺技术及装备方面改善,在墨西哥HYLSA厂CSP线已成功批量生产了厚度1mm左右超薄带钢,美国Dynamics等厂也在试生产1mm超薄带钢。2.2ISP工艺技术ISP工艺由MDH企业开发,采取矩形平板结晶器,并对应采取扁平薄形浸入式水口、直结晶器弧形铸机。1992年在意大利Arvedi厂最初建成投产ISP铸机铸坯厚度60mm,经0段液芯压下减薄到43mm,在铸机后设有3架在线预轧机架,在不切断铸机情况下将铸坯轧薄成1525mm厚度中间坯,按定尺切断后经过安装在辊道上感应加热后进入称为Cremona炉用煤气加热保温卷取箱,两卷位中间坯卷交替向4架精轧机(现已增加了第5机架以生产更
8、薄产品)喂料。生产能力可达80万t/a,最薄成品为1mm。后建韩国POSCO光阳厂1号ISP车间,两流铸机生产能力为180万t/a,铸坯厚度已加大到85mm,经液芯压下后为67.5mm,成品厚1.212.7mm。在这里已将过去Cremona炉改成了含有两个无芯卷取位(双流铸机)一个开卷位及每流4个中间输送贮存卷位通道式炉。光阳厂第2 ISP车间,两流铸机生产能力为200万t/a,铸坯厚度100mm,经液芯压下后为80mm,成品厚1.012.7mm。它和第一车间不一样,铸坯是经定尺剪切后再进入预轧机。南非SALDANHA钢厂新建ISP铸坯厚芳90mm,液芯压下后75mm,采取辊底式隧道炉,不用预
9、轧机而设有两架粗轧机,精轧机为5架。经粗轧后中间坯厚2030mm,成品厚1.08.5mm,单流铸机生产能力140万t/a。MDH于1998年1月接收了荷兰Hoogovens钢厂ISP铸机订货协议。铸坯厚90mm经液芯压下后70mm,成品厚1.025mm。出铸机铸坯经剪切后进入辊底式隧道炉,再经2架粗轧机及温度控制段进入5架精轧机组。该生产线特点是按半无头轧制生产超薄带钢设计,成品厚度最薄约0.8mm。铸坯长度因为辊底长度(312mm),相当于通常4根坯长度中间不切断连续经过轧机。这可能使多带钢是在有一定卷取张力情况下进行轧制,避免了超薄带钢在离开轧机自由状态经层流冷却辊道通向卷取机过程中产生漂
10、浮和不稳定状态;同时也降低了单卷轧时头尾超差,这么可提升成品收得率。在粗轧和精轧之间设有强冷却温度控制段,其目标是为了生产低碳和超低碳超薄带钢时在精轧机组中进行全铁素体轧制,以避免超薄带钢在精轧过程中因为温降产生奥氏体向铁素体相变,以致因流变应力突变影响轧制过程,造成带钢机械性能不均、产品厚度波动及板形缺点。为此在中间坯进入精轧机组前就使其在强冷段内将温度从Ar3线以上降到Ar3以下再进入精轧机组。该机组为单流铸机生产线,生产能力为150t/a,计划将于1999年10月投产,它代表了ISP最新技术结果。2.3FTSR工艺技术 FSTR由达湟利企业开发,采取透镜形结晶器,在铜板结晶下口宽面仍含有
11、凸出形状,一直延伸到二冷0段末铸坯才逐步就矩形,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。它含有CSP漏斗形结晶器优点,但又降低了铸坯变形率,有利于生产包晶在内部分裂纹敏感性钢种并有利于提升拉速。采取直结晶器弧形铸机及液芯压下,但它不一样于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,经过所浇钢种、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压下,使最终压下点靠近液穴末端,以取得最好降低偏析及中心疏松而提升铸坯质量效果。FTST工艺按不一样要求,铸坯出结晶器厚为5090mm,经液芯压下后为3570mm,在采取半无
12、头轧制情况下最薄产品可达成0.70.8mm,单流铸机生产线生产能力可达160万t/a。美国纽科企业希克曼厂原按CSP技术建成一流铸机后按FTSR技术进行了改造并于1995年5月顺利投产。加拿大阿尔戈马钢厂双流铸机年产200万tFTSR生产已于1997年建成投产,并取得了良好效果。埃及阿达比亚ALEZZ重工业企业带钢直接生产厂(DSRP)单流铸机生产线一期规模120万t/a。它最能代表FTSR优异技术水平,计划于下六个月投产。该生产线特点是按铁素体轧制和半无头轧制设计,成品厚0.720mm,宽8001600mm。铸机配有70mm及90mm两种不一样厚度长漏斗形结晶器,经动态液芯压下后铸坯厚度为7
13、0mm或50mm。在铸坯剪切机和辊底式隧道炉之间设有一台高压低流量旋转式除鳞机。辊底式隧道炉,当进行单卷轧制时可储存46块铸坯;若进行半无头轧制,可储存一块长坯。另设有一架带立辊不可逆四辊粗轧机,精轧机组为5架四辊轧机组成,精轧机前设有强力冷却控温段。为了实现超薄带钢无头轧制,在精轧机后设有带钢强力冷却系统、高速滚筒式飞剪及近距离轮盘卷取机。为了进行厚规格产品单卷轧制,在后面还设有层流冷却及一台地下卷取机。这将是一条装备最完备增头轧制生产线。该厂第二期工程将增加第二台电炉和精炼炉,在R1前增加一台二辊不可逆转粗轧机R0扩增加第二台卷取机,使生产能从120万t/a增加到160万t/a。达湟利FT
14、ST工艺技术开发经CSP及ISP晚,它是前二者基础上开发和发展了有自己特色专有技术,在技术颇有以后居上之势。3薄板坯连铸连轧工艺技术发展趋势3.1提升生产能力早期单流薄板坯连铸机生产能力为5080万t/a,和相配一条装备完善热连轧线生产能力可达280300t/a。但轧制部分投资约占全部三分之二,所以应经过提升拉速及增加铸坯厚度等方法尽可能提升连铸部分生产能力,方便充足发挥投资效益。经过改善保护渣性能,采取高频率小振幅振动曲线可调液压振动机构,优化浸入水口设计及采取结晶器电磁闸等关键方法,使拉速能深入提升。在生产低碳钢时CSP浇铸速度可达6.0m/min(最大确保5.5m/min),FTSR可达
15、6.6m/min(最高设计为7.5m/min)。铸坯厚度依据用户具体要求可在一个比较大范围内改变,CSP早期坯厚为4050mm。正在建设中国邯郸CSP坯厚为6080mm。ArvediISP坯厚为60mm,正在建Hoogovens ISP坯厚为90mm,韩国POSCO光阳2号ISP坯厚为100mm。加拿大阿尔戈马FTSR坯厚为70mm,正在建设埃及ALEZZ厂FTSR坯厚70mm及90mm,由上述可见铸坯厚度有增加趋势。坯厚增加则需要增加后面轧机架数,通常是在56架精轧架前增加12架不可逆转粗轧机前或1架可逆初轧机或不增加粗轧机而设7架精轧机。近期新建生产线通常全部是含有更高生产能力,如蒂森CS
16、P 2流铸机,铸坯4560mm9001600mm生产能力240万t/a。Hoogovens ISP单流铸机,铸坯70mm7501560mm,其能力为150万t/a。埃及ALEZZFTSR单流铸机铸坯7090mm9001600mm,生产能力为160万t/a。3.2扩大品种提升质量薄板坯连铸连轧工艺最初关键是以满足小钢厂生产大路货产品为目标,其生产厂是以低成本参与市场竞争。伴随工艺技术和装备改善,不仅在生产能力上而且在品种方面全部有很大改善和提升。在生产钢种方面,SMS将热轧带钢产品分为12大类,其中CSP进入工业化生产有10大类,另一类乃是高碳钢品种。在美国ACME厂已对含碳1.00%品种试生产
17、成功。现在难以满足品种是奥氏体不锈钢,尤其是含钛不锈钢。纽科1号CSP已生产过铁素体不锈钢。并计划每个月生产10 000t这类钢种。相关包晶钢,到现在为此SMS认为不管常规板坯还是薄板坯均不能100%确保。还应指出,CSP采取漏斗型结晶器是不利于包晶钢之类裂纹敏感钢种生产。管线钢要求轧制变形量最少为1:5,所以当铸坯厚度80mm时则可生产。MDH也将热轧带钢产品分为12大类,在ISP生产钢种中,除电工硅钢、包晶钢、不锈钢、轴承钢等尚属试验钢种外,其它均能生产。达湟利称FTSR包含晶钢、电工硅钢、奥氏体不锈钢在内钢种全部生产。实际上通常认为现在铁素体不锈钢可在线进行直接轧制,而奥氏体不锈钢还在试
18、验中;现在最少还需要对头尾坯进行修磨清理,但可望在很快未来得四处理。因为冶炼及连铸工艺技术不停改善,轧制工艺技术也在不停改善,至使成品带钢质量一样也在不停提升。现在薄板坯连铸连轧产品质量已基础相当或靠近一般热连轧产品水平。在考虑最多表面质量及板形方面,有些生产厂已达成了很高水平。如荷兰Hoogovens厂对Arvedi厂ISP生产St23厚1.2mm带卷进行检验后评价认为,相当于S06冷轧板,S06冷轧板相当于05级冷轧汽车面板表面质量标准。并指出板形很好,没有边浪 ,凸度也在40m以下。3.3生产超薄带材替换部分冷轧产品通常见于建筑材料、一般焊管、一般容器及空气管道等,常见0.81.5mm冷
19、轧薄板为材料,这并不是出于对板材性能及表面状态要求,而是受市场供给所限。因为常规热轧带钢工艺不适合生产超薄规格产品。但薄板坯连铸工艺,是更能适合生产超薄规格产品。在市场上冷轧板带比热轧板带价格贵些。据报导在国外市场上相同规格热轧带钢每吨价格比冷轧带钢低100200美元,这对用户有很大吸引力。现在很多薄板坯连铸连轧厂家全部努力多生产薄规格产品。墨西可HYLSA企业CSP目前约有30%产品厚度是0.91.5mm。蒂森CSP关键生产1.21.7mm高强度带及1.0mm左右低碳带钢。为了生产1.0mm及更薄产品,最新设计和采取了低碳及超低碳钢铁素体轧制和半无头轧制工艺生产线。它们可生产带钢最薄可达0.
20、70.8mm。现在相关厂家正在研究开发全无头轧制工艺。3.4技术发展多样化任何工艺技术全部必需适应市场条件和用户具体要求,这些条件和要求多样性决定了技术发展多样化。奥钢联工程技术企业(VAI)开发CONROOL薄板坯连铸及直接轧制工艺,特点是采取类似传统VAI直弧形铸机,铸坯比通常薄板坯稍厚,更适合于高品质特殊钢生产。美国阿姆科企业曼斯菲尔德厂1995年投产了一条CONROOL生产线。由135t电炉供钢水,铸坯厚75130mm,宽6351283mm,后面设有一座步进式加热炉,一架可逆粗轧机及6架精轧机,生产能力为70万t/a。该厂1996年生产钢种百分比为:低碳钢55.6%,包晶钢及中碳钢0.
21、3%,高碳钢6.5%,低合金钢1.2%,合金钢1.2%,不锈钢(铁素体及马氏体)35.1%,无取向硅钢0.1%,全部产品内部质量和表面质量全部达成了满意结果。美国Tippins企业和韩国三星重工业企业联合开发了TSP薄板坯连铸连轧工艺。其特点是将一台中等厚度(100125mm)板坯连铸机和一台单机架炉卷轧机结合起来,含有年产40120万t热轧卷带材能力。它适合于较小规模带材生产,并适合于产品品种及产品宽度及厚度改变较大板带材生产。捷克Nova hut钢厂曾建设一条TSP生产线,单流铸机,一架炉卷轧机,铸坯为125mm8001600mm,产品最小厚度1.5mm年产能力90万t。据报导加拿大IPS
22、CO企业取得TSP技术专利许可证,正在建设一条生产线,它电炉和连铸机由MDH提供。铸坯厚度127152mm,宽12193136mm,铸速最达1.9mm/min,后面设有步进式加热炉及炉卷轧机。生产能力为1 125 000t/a,产品包含带钢卷及热轧板,带卷厚2.2919.0mm,宽12192438mm,4.7838.0mm,其产品规格范围很宽。另外,还在部分各含有特点工艺技术,如CPR、UTHS等工艺还处于研究阶段。3.5应用领域不停扩展薄板坯连铸连轧工艺早期只应用于短步骤小型钢厂。它使这类小钢厂步入了板带材生产领域,并以它特有低投入、低成本及地域市场优势从大型钢铁联合企业里争夺了一份板带产品
23、市场,90年代中、后期,伴随薄板坯连铸连轧技术不停发展,市场竞争力深入加强,促进了部分大型钢铁也开始建设薄板坯连铸连轧生产线。其匹配情况按金属炉料及冶炼方法不一样,计有以下多个关键类型。(1)以高炉铁水及废钢为原料,以电炉冶炼向薄板坯连铸连轧线提供钢水。即高炉铁水+废钢电炉二次精炼连铸连轧成品。韩国POSCO光阳钢厂ISP车间,利用该厂铁前系统能力,在不增建焦炉及烧结相关设施下,只增建一座高炉,向电炉提供铁水,1号ISP车间两座130t双壳直流电弧炉,炉料中铁水40%,粒铁15%,废钢45%。两流铸机ISP生产能力180万t/a,该厂正城建设2号ISP车间情况和1号车间相同,生产能力200万t
24、/a。POSCO将其称为MMIM(Mini Mill in Mill)模式即大钢铁厂中小钢厂模式,特点是充足利用原有铁前系统存量资产,并在有限铁水供给情况下配足部分废钢利用电炉多生产钢和有市场竞争力带材。(2)以高炉铁水为原料,以转炉冶炼提供钢水。即高炉转炉二次精炼连铸连轧成品,适适用于现有大型钢铁联合企业,充足利用原有冶炼系统能力或新增冶炼能力向新建连铸连轧生产线提供钢水。如美国ACME钢铁厂在原有86t复吹转炉车间建一条单流铸机CSP生产线,年产100万t热轧卷。德国蒂森克虏伯厂由原有380t大型转炉提供钢水新建了一条两流铸机CSP生产线,年产200万t热轧卷。荷兰Hoogovens和中国
25、邯钢及包钢全部是正在建设转炉配薄板坯连铸连轧生产线。转炉配薄板坯连铸连轧生产线优点在于生产能力和生产节奏上更易于相匹配,使热轧机组充足发挥能力;同时转炉比电炉更有利于生产低碳钢和超低碳钢种以轧制超薄带钢材。尤其在中国现在情况下,转炉钢通常比电炉钢成本要低150200元/t。这种匹配方法,以后定将有更多发展。(3)新建融熔还原及直接还原装置将向炼钢车间电炉或转炉提供铁水或同时提供DRI(直接还原铁)。即熔融还原(或和直接还原铁)电炉或转炉二次精炼连铸成品。如南非SALDANHA厂由Corex融熔还原装置提供铁水,并由Midrex直接还原装置提供DRI,再由1座容量为170tCONARC电炉向1条
26、单流铸机ISP生产线提供钢水,生产能力为140万t/a。墨西哥HYLSA厂由HYL直接还原装置生产DRI配加废钢作为电炉原料,配单流CSP,生产能力为90万t/a。4结语薄板坯连铸连轧工艺问世来发展快速,最初阶段只是以废钢为原料电炉小钢厂及生产通常板带钢产品得到应用。伴随工艺及装备技术发展,生产能力及品种质量全部有长足提升。多年来已在以高炉铁水为原料,以转炉冶炼为主大型钢铁企业中得到应用。其产品除奥氏体不锈钢等部分品种尚处试验阶段外,几乎能覆盖其它全部常规热轧带钢产品,其产品性能、内部和表面质量也和常规产品基础相当。因为薄板坯连铸连轧工艺更适宜于生产超薄规格板带材,尤其是采取无头轧制工艺后可生产极薄0.70.8mm超薄产品,并可直接或经酸洗,或经热镀锌后替换过去必需使用价格过高冷轧材地方,这在经济效益和市场竞争方面更含有独特优势。为了适应不一样市场和用户不一样要求,在下一世纪初,薄板坯连铸连轧及其它近终形连铸生产工艺技术必将得到愈加快发展。作者单位：张绍贤(武汉钢铁设计研究院)