薄板坯连铸连轧工艺技术发展的概况

薄板坯连铸连轧工艺技术发展的概况张绍贤摘要：薄板坯连铸连轧工艺问世10年来发展迅速,CSP、ISP、FTSR为代表的各种工艺技术的发展各具特色。总的发展趋势是,提高铸机生产能力充分发挥后部连轧机的生产能力;改进品种质量,提高产品的市场覆盖率;采用无头轧制工艺、生产超薄规格产品,以取代部分冷轧产品的市场;应用范围扩大,越来越多的在以高炉铁水为原料的大型联合企业中得到应用,为该工艺的发展开拓了更广阔的前景。关键词：薄板坯连铸连轧发展趋势SurveyofTechnologicalDevelopmentofThinSlabContinuousCastingandRollingZhangShaoxian(WuhanIron&SteelDesignResearchInstitute)Abstract：Technologyofthinslabcontinuouscastingandrollinghasbeenrapidlydeveloppedthesetenyearssinceitsinvention.sometypicalprocesstechnologics,suchasCSP,ISPandFISR,etc.havebeendeveloppedwiththeirowncharacteristics.Theoveralldevelopmenttendencyis:1)toincreaseconcastercapabilitytomakefulluseofcaster;2)toimproveproductqualitytoincreaseproductmarketability;3)toproducesuperthinproductswithendlessrollingprocesstechnologytotakeplaceofsomecold-rolledproductsinmarket;4)toenlargeapplicationsinordertomakeitwidelyusedinlargejointventureswithhotmetalasrawmaterial.Asaresult,thisprocesswillhavegreatexpectationsinfuturedevelopmentKeywords：thinslabcontinuouscastingandrollingdevelopmenttendency▲1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的10年中,又相继有CSP、FTSR、CONROOL、TSP等类型的生产线相继投入生产。薄板坯连铸连轧技术的成功应用和发展,是20世纪最后10年中在钢铁生产方面最具有重大意义的技术革新。薄板连铸连轧工艺与常规的工艺相比,由于它具有节能、投资省、生产周期短、劳动成本低及适应性强等优点,故引起了全世界的重视。据统计全球各地已建成投产及在建的薄板坯连铸共约50流,总生产能力为5228万t/a。2几种主要类型的技术特点及其发展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已签定的合同已有27流铸机。CSP技术的主要特点是采用立弯式铸机漏斗形结晶器,最初的铸坯很薄,一般为40～50mm,未采用液芯压下,后部设辊底式隧道炉作为铸坯的加热均热及缓冲装置,采用5～6架精轧机,成品带钢最薄为1～2mm。近10年中CSP铸机的单量已从初期的80～90万t/a提高到如美国的纽科厂3号铸机能力150万t/a。为了提高生产能力和改进铸铸坯的质量,铸坯的厚度根据用户情况有所增加,并采用了液芯压下技术。美国Dynamics厂1995年12月投产的一流CSP铸机坯厚度70mm,第一次采用了液芯压下技术。我国正在建设的邯郸钢厂CSP铸坯厚度为60～80mm,因铸坯加厚而采用了1架粗轧和5架精轧的轧机组成。随着铸坯的厚度的增加及拉速的提高,铸坯的冶金长度也相应增加。现SMS对铸坯厚度大于70mm的铸机也设计了直结晶器弧形铸机。由于在工艺技术及装备方面的改进,在墨西哥HYLSA厂的CSP线已成功批量生产了厚度1mm左右的超薄带钢,美国Dynamics等厂也在试生产1mm的超薄带钢。2.2ISP工艺技术ISP工艺由MDH公司开发,采用矩形平板结晶器,并相应采用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段的液芯压下减薄到43mm,在铸机后设有3架在线预轧机架,在不切断铸机的情况下将铸坯轧薄成15～25mm厚度的中间坯,按定尺切断后通过安装在辊道上的感应加热后进入称为Cremona炉的用煤气加热保温的卷取箱,两卷位的中间坯卷交替向4架的精轧机(现已增加了第5机架以生产更薄的产品)喂料。生产能力可达80万t/a,最薄成品为1mm。后建的韩国POSCO光阳厂1号ISP车间,两流铸机的生产能力为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1.2～12.7mm。在这里已将过去的Cremona炉改成了具有两个无芯卷取位(双流铸机)一个开卷位及每流4个中间输送贮存卷位的通道式炉。光阳厂的第2ISP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1.0～12.7mm。它与第一车间不同,铸坯是经定尺剪切后再进入预轧机。南非SALDANHA钢厂新建的ISP铸坯厚芳90mm,液芯压下后75mm,采用辊底式隧道炉,不用预轧机而设有两架粗轧机,精轧机为5架。经粗轧后的中间坯厚20～30mm,成品厚1.0～8.5mm,单流铸机的生产能力140万t/a。MDH于1998年1月接受了荷兰Hoogovens钢厂的ISP铸机订货合同。铸坯厚90mm经液芯压下后70mm,成品厚1.0～25mm。出铸机的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。该生产线的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。铸坯长度由于辊底的长度(312mm),相当于一般4根坯的长度中间不切断连续的通过轧机。这可能使多的带钢是在有一定卷取的张力的情况下进行轧制,避免了超薄带钢在离开轧机的自由状态经层流冷却辊道通向卷取机的过程中产生漂浮和不稳定状态;同时也减少了单卷轧时头尾的超差,这样可提高成品的收得率。在粗轧与精轧之间设有强冷却温度控制段,其目的是为了生产低碳和超低碳的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由于温降产生奥氏体向铁素体的相变,以致因流变应力的突变影响轧制过程,造成带钢机械性能不均、产品厚度波动及板形缺陷。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的最新技术成果。2.3FTSR工艺技术FSTR由达湟利公司开发,采用透镜形结晶器,在铜板结晶的下口宽面仍具有凸出的形状,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。它具有CSP漏斗形结晶器的优点,但又减少了铸坯的变形率,有利于生产包晶在内的一些裂纹敏感性钢种并有利于提高拉速。采用直结晶器弧形铸机及液芯压下,但它不同于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,通过所浇钢种、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的压下,使最终的压下点接近液穴的末端,以获得最佳的减少偏析及中心疏松而提高铸坯质量的效果。FTST工艺按不同的要求,铸坯出结晶器厚为50～90mm,经液芯压下后为35～70mm,在采取半无头轧制的情况下最薄的产品可达到0.7～0.8mm,单流铸机生产线生产能力可达160万t/a。美国纽科公司希克曼厂原按CSP技术建成的一流铸机后按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t的FTSR生产已于1997年建成投产,并取得了良好的效果。埃及阿达比亚AL—EZZ重工业公司的带钢直接生产厂(DSRP)的单流铸机生产线一期规模120万t/a。它最能代表FTSR先进技术水平,计划于2000年下半年投产。该生产线的特点是按铁素体轧制和半无头轧制设计,成品厚0.7～20mm,宽800～1600mm。铸机配有70mm及90mm两种不同厚度的长漏斗形结晶器,经动态液芯压下后铸坯厚度为70mm或50mm。在铸坯剪切机与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4～6块铸坯;若进行半无头轧制,可储存一块长坯。另设有一架带立辊的不可逆四辊粗轧机,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。为了实现超薄带钢的无头轧制,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的单卷轧制,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的增头轧制生产线。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FTST工艺技术的开发经CSP及ISP晚,它是前二者的基础上开发和发展了有自己特色的专有技术,在技术颇有后来居上之势。3薄板坯连铸连轧工艺技术的发展趋势3.1提高生产能力初期的单流薄板坯连铸机的生产能力为50～80万t/a,与相配的一条装备完善的热连轧线的生产能力可达280～300t/a。但轧制部分的投资约占全部的三分之二,因此应通过提高拉速及增加铸坯厚度等措施尽量提高连铸部分的生产能力,以便充分发挥投资效益。通过改进保护渣性能,采用高频率小振幅振动曲线可调的液压振动机构,优化浸入水口的设计及采用结晶器电磁闸等主要措施,使拉速能进一步提高。在生产低碳钢时CSP的浇铸速度可达6.0m/min(最大保证5.5m/min),FTSR可达6.6m/min(最高设计为7.5m/min)。铸坯厚度根据用户具体要求可在一个比较大的范围内变化,CSP初期的坯厚为40～50mm。正在建设的我国邯郸CSP坯厚为60～80mm。Arvedi的ISP坯厚为60mm,正在建的HoogovensISP坯厚为90mm,韩国POSCO光阳2号ISP坯厚为100mm。加拿大阿尔戈马的FTSR坯厚为70mm,正在建设的埃及AL—EZZ厂的FTSR坯厚70mm及90mm,由上述可见铸坯厚度有增加的趋势。坯厚增加则需要增加后面的轧机的架数,一般是在5～6架精轧架前增加1～2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。近期新建的生产线一般都是具有更高的生产能力,如蒂森CSP2流铸机,铸坯45～60mm×900～1600mm生产能力240万t/a。HoogovensISP单流铸机,铸坯70mm×750～1560mm,其能力为150万t/a。埃及AL—EZZFTSR单流铸机铸坯70～90mm×900～1600mm,生产能力为160万t/a。3.2扩大品种提高质量薄板坯连铸连轧工艺最初主要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。随着工艺技术和装备的改进,不仅在生产能力上而且在品种方面都有很大的改进和提高。在生产钢种方面,SMS将热轧带钢产品分为12大类,其中CSP进入工业化生产的有10大类,另一类乃是高碳钢品种。在美国ACME厂已对含碳＜1.00%的品种试生产成功。目前难以满足的品种是奥氏体不锈钢,特别是含钛的不锈钢。纽科1号CSP已生产过铁素体不锈钢。并计划2000年每月生产10000t此类钢种。关于包晶钢,到目前为此SMS认为无论常规板坯还是薄板坯均不能100%的保证。还应指出,CSP采用漏斗型结晶器是不利于包晶钢之类裂纹敏感钢种生产的。管线钢要求轧