武钢CSP工艺和设备特点

第34卷第4期2012年8月山东冶金ShandongMetallurgyVol.34No.4August2012􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘􀥘􀧘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀥘􀧘􀥘􀧘生产技术生产技术摘要：CSP是薄板坯连铸连轧技术之一，介绍了新建的武钢CSP厂，简述了其工艺方案、设备组成、主要设备参数和主要特点等。该厂厚度＜2.0mm的产品比例达45%以上，轧制产品最薄厚度达0.8mm，并能进行铁素体轧制及硅钢生产，预留半无头轧制工艺。关键词：CSP；工艺方案；技术参数；设备特点中中图分类号号：TG335.5文献标识码：B文章编号：1004-4620（2012）04-0023-03收稿日期：2012-04-25作者简介：昌先文，男，1974年生，2005年毕业于东北大学材料加工工程专业，工学硕士。现为中冶南方工程技术有限公司高级工程师，从事轧钢工艺设计与研究。1前言CSP是薄板坯连铸连轧技术之一，是当今冶金界的一项前沿技术，具有流程紧凑、投资少、能耗低等优势［1］。武钢CSP是武钢“十一五”重点项目，主要生产硅钢、优碳钢、耐候结构钢、汽车结构钢和集装箱钢等“双高”产品，与武钢常规热轧线产品合理分工，相互补充，极大提升武钢产品市场竞争力。武钢CSP2007年9月8日开始施工，2009年3月7日热负荷试车一次成功，工程建设期仅18个月。2009年10月提前实现月达产，是武钢热轧线达产最快的生产线。到2011年底，武钢CSP成功轧制厚度为0.8mm的薄板，成功轧制了硅钢。2工艺方案2.1生产规模武钢CSP生产热轧酸洗镀锌原料卷、硅钢原料卷及热轧直供卷，设计产量为250万t/a热轧卷。其中：供热轧酸洗镀锌卷54.2万t/a，硅钢原料卷97.8万t/a，热轧直供卷98万t/a。2.2生产品种及规格板坯、产品品种及规格如下：1）坯料为连铸坯，厚度50～90mm，宽度900～1600mm，单块轧制长度为27.4～49.3m，半无头轧制长度为105.7～189.7m（预留），坯料的最短长度为10m；坯料最大质量30t。2）产品品种为碳素结构钢、优质碳素钢、低合金高强度钢、耐候结构钢、汽车结构钢、管线钢、超低碳钢、无取向硅钢等；带钢厚度0.8～12.7mm，带钢宽度900～1600mm；钢卷内径φ762mm，钢卷外径φ1100～φ2150mm；钢卷最大质量30t；单位宽度最大质量23kg/mm。武钢CSP以生产高附加值产品为主，其中无取向硅钢占总产量的比例达40%，薄规格比例较大，厚度＜1.8mm的产品占总产量的45%，厚度＜3.0mm的产品占总产量的69%。2.3工艺流程武钢CSP工艺流程为：立弯式薄板坯连铸机→旋转式除鳞机→摆动剪→辊底式均热炉→高压水除鳞机→立辊轧机→7机架精轧→层流冷却→地下卷取机→钢卷运输线→入库。2.4设备组成及布置武钢CSP由连铸机、辊底式均热炉和热连轧3部分组成。主要设备：2台单流连铸机，2套旋转除鳞装置，2台摆动剪，2座辊底式均热炉，1台事故剪、1套高压水除鳞机，1架立辊轧机，7机架精轧机，1套带钢层流冷却系统，2台地下卷取机以及1套钢卷运输系统。预留1台用于半无头轧制的高速飞剪。主要设备布置示意图见图1。武钢CSP工艺和设备特点昌先文（中冶南方工程技术有限公司，湖北武汉430223）26000260652607001360033000940504304159000图1武钢CSP主要设备布置示意图2.5主要设备技术参数1）连铸机：连铸机为单流立弯式连铸机，流间距26m，基本半径3.25m，铸机冶金长度10305mm，23山东冶金2012年8月第34卷铸机拉速3～6m/min。2）旋转除鳞装置：工作压力34～40MPa，流量79m3/h，喷头上下布置。3）摆动剪：主驱动电机功率为600kW，剪切力12400kN，每分钟最多切8次。4）辊底式均热炉：2座辊底式均热炉长度分别为260.7m和245.9m，摆动段长度53m；缓冲时间12～40min；薄板坯入炉温度815～1105℃，出炉温度1100～1250℃。5）事故剪：事故剪为液压驱动，剪刃长度1800mm，剪切时板坯最低温度760℃，剪切应力145MPa，剪切力12000kN。6）高压水除鳞机：除鳞压力最大为38MPa，最大流量为415m3/h。7）立辊轧机：压下方式为液压压下，轧辊直径φ750/700mm，轧制压力2500kN，总压下量最大为40mm，轧制速度1.0m/s，驱动电机为AC375kW，转速为0～600/800r/min，传动比为30。8）精轧机：武钢CSP精轧机组选择7机架连轧，以满足生产更高比例的薄板和超薄板。精轧机机型均为四辊式，弯辊力均为1100kN，工作辊窜辊量均为±100mm，其他工艺参数见表1。机架号F1F2F3F4F5F6F7工作辊直径/mmΦ950/Φ820Φ950/Φ820Φ750/Φ660Φ750/Φ660Φ620/Φ540Φ620/Φ540Φ620/Φ540支撑辊直径/mmΦ1500/Φ1370Φ1500/Φ1370Φ1500/Φ1350Φ1500/Φ1350Φ1500/Φ1350Φ1500/Φ1350Φ1500/Φ1350主电机功率/kW870087001000010000100001000010000主电机转速/（r·min-1）0～130/3800～130/3800～220/6600～220/6600～220/6600～220/7100～220/710传动比5.435.434.472.851.471.001.00轧制速度/（m·s-1）1.19/3.481.19/3.481.93/5.803.00/9.094.86/14.587.13/23.057.13/23.05轧制力/kN46000460004200042000320003200032000额定力矩/kN·m32683268182911666014124129）带钢层流冷却系统：层流冷却流量为6300m3/h，水压约0.07MPa，8组精调区段，2组微调区段。10）地下卷取机：卷取机均为全液压式卷取机，整体可移出式；3个助卷辊；卷筒直径Φ762/Φ745/Φ732mm，卷筒最大速度23.8m/s；卷筒主电机AC1100kW，转速0～300/910r/min；主传动减速比1.5/3.3；助卷辊直径Φ380mm，助卷辊传动电机功率为90kW，3台，转速为0～1220r/min。3主要特点及分析武钢CSP系紧凑式短流程热轧带钢生产线，轧制产品最薄厚度0.8mm，并能进行铁素体轧制，预留半无头轧制工艺。主要工艺和设备特点如下：1）厚度＜2.0mm的产品比例高达45%以上，实现“以热代冷”。在常规热连轧上由于坯厚为150～250mm，变形量大、道次多、轧辊热膨胀大、轧制不稳定等原因，在生产薄规格产品（厚度＜2.0mm）时对产量影响较大。而CSP的产量主要取决于连铸，板坯进轧机时尾部尚在炉内保温，不会产生头尾温差的问题，不需升速轧制，而且开轧温度较高，因而较适应生产薄规格热轧带钢。不采用升速轧制，就不必考虑同步升速所需的动力矩，在一定程度上可以降低轧钢负荷。因此，CSP轧制薄规格产品具有明显优势。2）硅钢生产比例高达40%。在激烈的市场竞争条件下，武钢CSP的产品定位于高附加值的硅钢产品。与常规热连轧相比，CSP采用短流程，省去了粗轧工序，具备如下特点：铸坯薄且冷却速度快，细化了晶粒，降低了元素偏析程度，等轴晶率提高，从而有利于无取向硅钢降低铁损和减弱Si高时产品出现的瓦楞状缺陷；均热工艺使板坯纵向温度更均匀，从而保证产品性能稳定；该工艺省去了铸坯冷却和再加热的过程，避免连铸坯冷却和加热过程中可能发生的内部裂纹和断坯造成的质量问题，既节约了能源，还提高金属收得率（实践证明成材率提高2%），而且易于实现低温加热和高温卷取。所以CSP具有生产硅钢的天然优势［2］。3）连铸坯最大厚度增加到90mm，提高了带钢的总压缩比，可提高产品的性能质量。4）连铸机采用漏斗形结晶器，扩大了浸入式水口的操作空间，延长了水口寿命，提高了薄板坯连铸机连浇炉数。可提高生产率，减少耐火材料消耗，降低生产成本。5）采用了液芯软压下技术，灵活满足轧钢品种规格需求的同时，降低能耗，提高产品质量。实践证明，液芯压下铸轧对细化晶粒的作用比减薄相应尺寸铸坯的作用大。由于晶粒细化，使得在相同温度下铸坯获得的韧性更好。当浇铸厚度为60～100mm时，采用液芯压下技术后最终成品质量比减薄结晶器厚度的效果更佳。6）结晶器振动采用液压驱动和伺服控制系统，可实现小振幅、高频率非正弦和正弦波形平稳振表1精轧机工艺参数24动，在浇铸中易于调整振幅、频率、振动曲线，对较高拉速的连铸机提高铸坯表面质量有显著作用。7）设置立辊轧机能自动调节薄板坯宽度，从而提高了薄板坯宽度精度，减少薄板坯边部裂纹，提高薄板坯边部质量。另外对破除薄板坯边部氧化铁皮也有一定作用。8）除鳞系统采用2次除鳞，除鳞压力高达38MPa，除鳞效果好，提高带钢表面质量。9）连轧机组采用7机架精轧机，这是兼顾到最大铸坯厚度为90mm，以及轧制成品最小厚度为0.8mm的综合结果。这种配置的最大优点是能够适应提高压缩比和进一步开发铁素体钢轧制的要求。CSP的精轧机压下率比常规热轧工艺大，大压下量、高刚度轧机成为CSP的特点之一。大压下量加大了板形控制的难度，因此武钢CSP采用了CVCPlus技术。由于这种轧机的工作辊可以轴向移动，并设有工作辊液压弯辊技术以及板形测差反馈控制系统，板形控制效果极好。10）在F1和F2、F2和F3轧机间设置快速冷却系统，可实现铁素体轧制，使带钢内在质量稳定，降低轧制力，并节省轧制能耗。铁素体轧制技术可用来轧制超薄带钢（超低碳钢、铝镇静ULC和极低碳钢、无间隙原子钢ULC-IF），这类钢在奥氏体温度和铁素体温度范围内的轧制变形阻力几乎相同。常规的热带轧制生产中，为了获得良好的力学性能，热轧工艺要求精轧温度在Ar3以上。随着精轧厚度的变薄，尤其是当轧制厚度1.4mm以下的低碳钢时，要想实现完全奥氏体状态下轧制下将变得更加困难，于是提出了铁素体轧制的方法。轧件在进入精轧机F3前，就完成γ→α的相变，即完成铁素体的转变过程，避免γ→α相变时的两相区轧制。相变时会出现流变应力的突变，尤其是当带材薄而轧制速度快时，末架精轧机产生的非均匀变形可能会导致带材的跑偏和板形缺陷。此外，两相区轧制会引起带钢力学性能不均匀和最终产品厚度的波动。铁素体轧制技术还有其他一些优点，如通过低温加工可以使钢材的性能提高，减少了氧化铁皮的产生和工作辊的磨损，提高了带钢表面质量，降低了输出辊道上冷却水的消耗。11）CSP半无头轧制工艺是将连铸坯定尺长定为规定卷重所需坯长的数倍，通常为4～6倍，这样就可以连续轧制一块很长的薄板坯，然后由1台与卷取机连在一起的高速飞剪将带钢切分成规定重量的钢卷。考虑到国外已不追求半无头轧制以及武钢CSP的产品定位，武钢CSP预留了高速飞剪设备和半无头轧制的工艺。12）设备国产化比例高。CSP技术属国外专利，尚需引进国外技术，武钢CSP系引进SMS技术，但绝大部分设备为国外设计、国内合作制造，除均热炉（国外设计）和水处理设施是国内供货外，连铸设备引进比为20%，轧线设备国外供货的重量只占7%。相比同类项目，设备国产化程度最高，最大程度节省了投资成本和生产成本。4结语武钢CSP在总结国内外薄板坯连铸连轧技术和生产实践的基础上，采用世界一流的技术和装备，向“优质、高产、低耗、多品种”方向发展。该生产线大量生产无取向硅钢原料卷，直接供冷轧硅钢厂，以满足硅钢进一步降低成本和提高质量的需要，同时兼顾生产有发展前景的热轧薄板和超薄板代替部分冷轧板，以低成本、高质量的优势占领市场，增强武钢产品市场竞争力。参考文献：［1］田乃媛.薄板坯连铸连轧［M］.2版.北京：冶金工业出版社，2004：1-3.［2］施雄梁.基于CSP流程的冷轧无取向电工钢生产工艺开发［J］.安徽冶金科技职业学院学报，2008，18（3）：1.Processin