薄板坯連鑄技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用分析

1、薄板坯連鑄技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用分析吳健鵬,余新河(武漢鋼鐵(集團(tuán))公司第一煉鋼廠,湖北武漢)摘要:敘述了薄板坯連鑄技術(shù)的類型、發(fā)展及工藝技術(shù)特點(diǎn),并介紹了各種典型工藝的技術(shù)現(xiàn)狀,討論了薄板坯連鑄工藝的應(yīng)用問(wèn)題。此文是經(jīng)審稿者與作者經(jīng)過(guò)研究討論后，共進(jìn)行了三次修改補(bǔ)充而定稿的。刊于煉鋼2005年第4期，時(shí)間太久，故未找到具體修改的地方。關(guān)鍵詞:薄板坯;連鑄;典型工藝中圖分類號(hào):TF777.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1002-1043(2005)04-0045-08Analysis on Current Status and Application of Thin Slab CC Technology

2、WU Jian-peng,YU Xin-he(No.1Steel-making Plant of WISCO, Wuhan,China)Abstract:The type, development and process characteristics of the thin slab continuouscasting as well as the current status of each technology are described, and the problemsconcerning the application of the thin slab CC technology

3、discussed.Key words:thin slab; continuous casting;typical process薄板坯連鑄連軋技術(shù)是20世紀(jì)90年代以來(lái)世界鋼鐵工業(yè)迅速推廣的一項(xiàng)重大新技術(shù),它的開發(fā)成功是近終形連鑄技術(shù)的重大突破。薄板坯連鑄工藝具有流程短、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化、節(jié)能、減少投資費(fèi)用、降低生產(chǎn)成本和提高鋼材收得率等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)鋼材生產(chǎn)技術(shù)相比,從原料到成品,薄板坯連鑄設(shè)備噸鋼投資降低19%34%,每噸鋼材成本降低80100美元,生產(chǎn)時(shí)間可縮短10倍以上,廠房面積減少24%,金屬消耗減少66.7%,加熱能耗減少40%,電耗減少80%1。自1989年世界上第1套薄板坯連鑄連軋

4、設(shè)備投產(chǎn)以來(lái),該技術(shù)發(fā)展迅速,已有十多種工藝出現(xiàn),比較典型的有:CSP工藝、ISP工藝、FTSR工藝和CONROLL工藝等。這些工藝的開發(fā)成功和實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn),已經(jīng)為許多鋼鐵企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),使一些中小型鋼廠,如美國(guó)的紐柯公司、動(dòng)力鋼公司等,利潤(rùn)大增,成為鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)改革成功的典范,而且一些長(zhǎng)流程鋼廠也競(jìng)相新建或改建成薄板坯連鑄廠。據(jù)統(tǒng)計(jì),截止2001年12月,全球已有包括生產(chǎn)及少數(shù)在建項(xiàng)目共36條作業(yè)線(54流),其年產(chǎn)能約為6 000萬(wàn)t。其中CSP:26條生產(chǎn)線(包括ISP5條),42流(包括ISP7流),其中年產(chǎn)能約為4 200萬(wàn)t(包括ISP765萬(wàn)t);FTSR:

5、4條作業(yè)線,5流,其年產(chǎn)能力為500萬(wàn)t;QSP:3條作業(yè)線,4流,年產(chǎn)能力約為500萬(wàn)t;CONROLL:3條作業(yè)線,3流,年產(chǎn)能力約為315萬(wàn)t。我國(guó)自1999年8月,珠江鋼廠CSP投產(chǎn)以來(lái),至今已有邯鄲、鞍山、包頭、唐山、馬鞍山、漣源7條線投入生產(chǎn);并有本溪、酒泉2條作業(yè)線開始建設(shè)?？梢钥闯?薄板坯熱連軋工藝將在我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)中占有更加重要的地位。1技術(shù)發(fā)展階段薄板坯連鑄連軋技術(shù)的發(fā)展到目前為止大體可分為如下3個(gè)階段:開發(fā)期(1984年1989年):德國(guó)施羅曼-西馬克(SMS)公司于1984年率先投資進(jìn)行薄板坯連鑄連軋技術(shù)的開發(fā)工作,并于1987年在美國(guó)紐柯公司建成了第1代CSP薄板坯連鑄

6、連軋?jiān)O(shè)備,在1989年7月成功投產(chǎn),此階段為該技術(shù)的開發(fā)期。20世紀(jì)80年代,常規(guī)板坯連鑄技術(shù)已日益成熟,把常規(guī)板坯連鑄的成熟技術(shù)應(yīng)用到薄板坯連鑄上,成為研究、開發(fā)的指導(dǎo)思想。對(duì)此,德國(guó)的SMS公司走在了研究和開發(fā)的前列。德國(guó)施羅曼-西馬克(SMS)公司于1985年在1臺(tái)立彎式連鑄機(jī)上開發(fā)了漏斗形結(jié)晶器,并成功地澆注了薄板坯。1986年,SMS公司在Thyssen公司的鑄鋼車間成功地進(jìn)行薄板坯連鑄機(jī)試驗(yàn),使薄板坯連鑄進(jìn)入了新的篇章。薄板坯連鑄機(jī)的成功使薄板坯連鑄連軋成為可能,1989年7月美國(guó)紐柯公司引進(jìn)德國(guó)的SMS型鑄機(jī),建立了世界上第1條把薄板坯連鑄機(jī)和四輥連軋機(jī)組合運(yùn)行的緊湊型帶鋼生產(chǎn)線

7、(CSP工藝),設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)80萬(wàn)t,生產(chǎn)鋼種為普碳鋼、結(jié)構(gòu)鋼和深沖鋼等;薄板坯厚度為50mm,寬度1 0001 350mm,成品厚度為2.512.7mm,寬度1 0001 300mm。推廣期(1989年1997年):1989年美國(guó)紐柯公司克勞福茲維爾廠的CSP工藝投產(chǎn)以后,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20世紀(jì)90年代世界鋼鐵工業(yè)的投資熱點(diǎn)。除了SMS公司的CSP工藝外,還出現(xiàn)了德國(guó)德馬克公司(MDH)的ISP、意大利達(dá)涅利公司(DANIE-LI)的FTSR、奧地利奧鋼聯(lián)公司(VAI)的CON-ROLL和日本住友金屬公司的QSP等第2代薄板坯連鑄工藝,這段時(shí)期為薄板坯連鑄連軋

8、技術(shù)的推廣階段。在推廣期,各種工藝作了許多改進(jìn),體現(xiàn)在:(1)具有了改變連鑄板坯寬度和厚度的調(diào)整裝置(也稱可調(diào)薄板坯連鑄機(jī)),允許在4080mm厚度范圍內(nèi)澆鑄板坯。(2)采用液芯壓下工藝,減少甚至消除了板坯中央疏松,改善了晶粒結(jié)構(gòu),改進(jìn)了板坯表面質(zhì)量,從而提高了板坯質(zhì)量。(3)優(yōu)化連鑄振動(dòng)控制,從而提高澆速和產(chǎn)量。同時(shí)還對(duì)板坯的下游設(shè)備進(jìn)行了一些改變,如改善板坯冷卻和除鱗設(shè)備、加強(qiáng)軋制控制提高表面質(zhì)量和板型控制精度,還使用了人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)強(qiáng)化過(guò)程控制。提高期(1997年至今):從1997年開始,各國(guó)對(duì)原來(lái)的薄板坯連鑄機(jī)技術(shù)存在的不足之處進(jìn)行了不斷的改進(jìn),并建造和投產(chǎn)了第3代薄板坯連鑄機(jī)。代

9、表生產(chǎn)線如加拿大阿爾戈馬和中國(guó)唐鋼的FTSR生產(chǎn)線,南非薩爾達(dá)尼亞的ISP生產(chǎn)線,我國(guó)包鋼、邯鋼、漣鋼和馬鋼的CSP生產(chǎn)線等。在提高期,通過(guò)應(yīng)用軟件技術(shù)的開發(fā),使生產(chǎn)更加穩(wěn)定,同時(shí)在生產(chǎn)線上成功地運(yùn)用了半無(wú)頭軋制技術(shù)和鐵素體軋制技術(shù),使該生產(chǎn)線在生產(chǎn)低碳鋼、薄規(guī)格產(chǎn)品上更具優(yōu)勢(shì),另外,在此階段還開發(fā)出硅鋼、多相鋼等品種鋼生產(chǎn)技術(shù),使該工藝生產(chǎn)的品種在覆蓋面上更接近傳統(tǒng)工藝。2工藝技術(shù)特點(diǎn)2薄板坯連鑄連軋的工藝技術(shù)特點(diǎn)為:(1)通過(guò)一系列有別于傳統(tǒng)板坯連鑄機(jī)的工藝裝備,將鑄出的板坯厚度減薄到某一合理的臨界區(qū)間,以至可以省去傳統(tǒng)熱軋板生產(chǎn)機(jī)組中的粗軋機(jī)架,而只用5架以上精軋機(jī)架軋成熱軋薄帶卷。(2

10、)通過(guò)一系列精確的工藝控制,使生產(chǎn)過(guò)程中各工序點(diǎn)的溫度控制在某一合理范圍內(nèi),且只需連鑄機(jī)和熱軋機(jī)之間予以較小的熱量補(bǔ)充,從而在充分節(jié)能的條件下實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的連鑄連軋工藝運(yùn)作,達(dá)到能量充分利用的目的。(3)通過(guò)一系列調(diào)控措施,使生產(chǎn)過(guò)程的物流維持在1個(gè)合理范圍內(nèi)(如拉速36m/min),使之在保持一定流量的前提下,控制1個(gè)合理的時(shí)間節(jié)奏。(4)通過(guò)一系列的技術(shù)措施,使從鋼水進(jìn)入結(jié)晶器至熱軋卷取完畢的時(shí)間節(jié)奏縮短到2540min。(5)鑄坯厚度盡量減薄到熱帶軋機(jī)可以取消粗軋機(jī)組,從而使板坯直接進(jìn)入精軋機(jī)組軋成成品帶,以達(dá)到減少工序和設(shè)備,降低投資和生產(chǎn)成本的目標(biāo)。(6)實(shí)現(xiàn)快速澆鑄,提高連鑄機(jī)生產(chǎn)能

11、力,達(dá)到與冶煉和軋機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配的目標(biāo),進(jìn)而取得最佳的規(guī)模效應(yīng)和良好的經(jīng)濟(jì)效益。(7)實(shí)現(xiàn)連鑄連軋,從冶煉到軋制產(chǎn)品一次成材,充分利用冶煉能力,降低能耗,降低成本,縮短生產(chǎn)周期,加快資金周轉(zhuǎn)。(8)生產(chǎn)無(wú)缺陷坯,取消軋制前的板坯檢查、清理并能保證產(chǎn)品質(zhì)量。(9)連鑄和連軋間的中間銜接技術(shù)能在熱量輸入很少的條件下滿足鑄坯加熱/均熱和緩沖的要求。(10)實(shí)現(xiàn)自由軋制,增加二次換輥間同寬度帶鋼軋制長(zhǎng)度,減少換輥次數(shù)。(11)強(qiáng)化帶鋼厚度、板型和平直控制,提高帶鋼尺寸精度。3技術(shù)現(xiàn)狀自第1條薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線問(wèn)世至今,在短短十余年間,全世界已建及在建各種形式的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線已超過(guò)40條、6

12、0多流,產(chǎn)能約6 000萬(wàn)t,2002年薄板坯連鑄連軋產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率達(dá)17%。在技術(shù)開發(fā)方面,已形成各具特色的薄板坯連鑄連軋工藝十余種3。從全世界已建成投產(chǎn)的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線來(lái)看, CSP工藝、ISP工藝、FTSR工藝以及CONROLL工藝在工業(yè)化應(yīng)用方面更為成熟,并普遍在最近新建的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線中被采用。以下主要圍繞上述4種成熟工藝展開詳細(xì)論述,其它工藝則由于應(yīng)用較少或尚處于實(shí)驗(yàn)階段,一般不會(huì)作為工藝選型的對(duì)象,故不作介紹。3.1CSP工藝(Compact Strip Produc-tion)3.1.1工藝布置及特點(diǎn)CSP工藝是由施羅曼西馬克公司(SMS)開發(fā)的,第1套工業(yè)化CS

13、P生產(chǎn)線在美國(guó)紐柯公司投產(chǎn)后取得了滿意的生產(chǎn)效果和良好的經(jīng)濟(jì)效益,因而得到廣泛應(yīng)用,是目前世界上處于主流地位的薄板坯連鑄連軋工藝。其典型工藝流程為:冶煉爐鋼包精煉爐鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)中間包浸入式水口漏斗形結(jié)晶器均熱(保溫)爐熱連軋機(jī)層流冷卻地下卷取。典型工藝布置見(jiàn)圖1。圖1CSP典型工藝布置圖CSP技術(shù)的主要工藝特點(diǎn)如下:(1) 首創(chuàng)漏斗形結(jié)晶器,其示意圖如圖2所示。結(jié)晶器具有較厚的上口尺寸,便于浸入式水口的插入,水口和結(jié)晶器壁間的距離不少于25mm,有利于保護(hù)渣的熔化。圖2CSP漏斗形結(jié)晶器(2)典型鑄坯厚度為70/50mm,最高鑄速可達(dá)7m/min,從鋼水的冶煉到成品的離線僅需1.5h,能生產(chǎn)11

14、.25mm厚的熱軋帶卷。(3)鑄機(jī)與軋機(jī)之間采用輥底式均熱爐連接,爐子長(zhǎng)度200 300m;薄板坯入爐溫度約1 080,出爐溫度1 150,升溫較少,均熱爐能耗少。(4)精軋機(jī)列一般由57機(jī)架組成。(5)鑄坯保溫后直接進(jìn)精軋機(jī)軋制成卷,單流產(chǎn)能力80150萬(wàn)t ;雙流最高年產(chǎn)能力可達(dá)250300萬(wàn)t,雙流配置時(shí),結(jié)晶器-卷取機(jī)的生產(chǎn)線總長(zhǎng)為310340m,單流配置時(shí)可縮短50m。3.1.2生產(chǎn)鋼種CSP工藝經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐改進(jìn),可生產(chǎn)的品種范圍不斷擴(kuò)大。目前在采用CSP工藝的工廠中可以批量生產(chǎn)10個(gè)鋼種組,尚有2個(gè)鋼種組正在試驗(yàn)之中。這批鋼種組分別是4:第1組:建筑用的可焊接非合金鋼,即一般建筑

15、用結(jié)構(gòu)鋼;第2組:中碳鋼,相當(dāng)于我國(guó)Q345;第3組:冷軋用的低碳鋼,相當(dāng)于Stl4;第4組:冷加工和冷軋用的高強(qiáng)度微合金鋼,該鋼種用于汽車和機(jī)器制造工業(yè)中的沖壓部件,其顯微組織的均勻性比傳統(tǒng)的熱軋板帶略勝一籌;第5組:高強(qiáng)度含磷合金鋼,這組鋼種也稱“烘烤硬化鋼”,大部分用于汽車工業(yè);第6組:改善后的耐大氣腐蝕的低合金高強(qiáng)度鋼,這組鋼也稱“CORTEN”,相當(dāng)于我國(guó)的耐候鋼和JIS標(biāo)準(zhǔn)的SPA-H;第7組:微合金高強(qiáng)度鋼,這組鋼種具有高抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、大型廠房結(jié)構(gòu)、橋梁以及大梁等結(jié)構(gòu)件的制造;第8組:電工用硅鋼,生產(chǎn)的熱軋硅鋼帶在縱向和橫向上機(jī)械性能都很均勻,物理性能良好

16、,可與傳統(tǒng)方法生產(chǎn)出的冷軋硅鋼片相媲美;第9組:熱處理合金鋼,CSP工藝可以確保低的偏析率,顯微組織在厚度上非常均勻;第10組:鉻不銹鋼,即鐵素體不銹鋼AISI409,CSP工藝能生產(chǎn)鐵素體不銹鋼。目前,正在試驗(yàn)的2組鋼種是:鉻鎳不銹鋼和高碳鋼(w(C)0.60%)。3.1.3應(yīng)用現(xiàn)狀CSP工藝自1989年7月首次在美國(guó)紐柯公司克拉夫茲維爾廠建成投產(chǎn)以來(lái),世界范圍內(nèi)已訂購(gòu)了26套CSP工廠,其中21套已投產(chǎn),有8套是所謂的整體CSP工廠,即全套的煉鋼和CSP工廠設(shè)備。所有已訂購(gòu)的CSP工廠的總年產(chǎn)能力為4 000萬(wàn)t左右。最近建成投產(chǎn)的代表著當(dāng)前CSP先進(jìn)水平的生產(chǎn)線有德國(guó)蒂森克虜伯公司、我國(guó)

17、包鋼、邯鋼、馬鋼和漣鋼的生產(chǎn)線。這些新建的生產(chǎn)線中普遍采用了高壓水除鱗、電磁制動(dòng)、液芯壓下、結(jié)晶器液壓振動(dòng)、第1架精軋機(jī)架前加立輥軋機(jī)、板型和平整度控制、新型旋轉(zhuǎn)式卷取機(jī)等多項(xiàng)新技術(shù),使CSP生產(chǎn)線更優(yōu)于傳統(tǒng)長(zhǎng)流程工藝來(lái)生產(chǎn)更多的熱軋帶鋼。3.2ISP工藝(Inline Strip Production)3.2.1ISP工藝布置及特點(diǎn)ISP工藝由德國(guó)曼內(nèi)斯曼德馬克公司(MDH)開發(fā),是最先采用液芯壓下技術(shù)的薄板坯連鑄連軋工藝。其典型工藝流程為:冶煉爐鋼包精煉爐鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)中間包薄片狀浸入式水口平行板形結(jié)晶器鑄軋區(qū)段大壓下量初軋機(jī)剪切機(jī)感應(yīng)加熱爐卷取箱精軋機(jī)層流冷卻地下卷取。其典型工藝布置見(jiàn)圖3。

18、圖3ISP典型工藝布置圖ISP生產(chǎn)線的特點(diǎn)為2:(1)早期采用的平行板型結(jié)晶器限制了浸入式水口的形狀,導(dǎo)致水口鋼流量有限且壽命低。近年來(lái)已將結(jié)晶器改為小漏斗形,這使得其采用的薄片型浸入式水口壁厚隨之增大,出鋼孔也改為底部出鋼,壽命得到顯著提高。(2)生產(chǎn)線更短,設(shè)備布置更為緊湊。該工藝采用了中間卷取箱,不使用長(zhǎng)的均熱爐,因此生產(chǎn)線總長(zhǎng)度僅180m,從鋼水變成熱軋帶卷僅需2030min。(3)為了使鑄坯厚度能夠減薄到可以卷取的程度,在卷取箱和鑄機(jī)之間增加了23架大壓下粗軋機(jī),可將鑄坯從40mm軋到15mm?？缮a(chǎn)厚度為1525mm、寬度為6501 330mm的薄板坯,如不進(jìn)精軋機(jī),可作為中板直接

19、外售。(4)為了保證中間卷取時(shí)鑄坯的溫度,在大壓下軋機(jī)與卷取箱之間采用了大功率感應(yīng)加熱爐,所以ISP的電耗相對(duì)較高。(5)鑄坯在長(zhǎng)18m的感應(yīng)加熱爐中加熱和均勻溫度,操作較為靈活且升溫有效。克日莫那爐實(shí)際是一雙卷取機(jī),通過(guò)氣體來(lái)加熱鑄坯,同時(shí)將長(zhǎng)鑄坯卷取送至精軋機(jī),可提供9min的緩沖時(shí)間,但其設(shè)備較復(fù)雜,維修困難。(6)鑄坯的二次冷卻采用氣霧冷卻或空冷,有助于生產(chǎn)較薄斷面且表面質(zhì)量要求高的產(chǎn)品。(7)因?yàn)榻?jīng)粗軋后的中間坯比較薄,所以精軋機(jī)僅需4個(gè)機(jī)架就可以將中間坯軋至最小厚度1.2mm。3.2.2應(yīng)用現(xiàn)狀目前ISP工藝可以生產(chǎn)深沖鋼、結(jié)構(gòu)鋼、高碳鋼、管線鋼及不銹鋼,其技術(shù)含量較高,該工藝采用

20、的液芯壓下、大壓下粗軋機(jī)、感應(yīng)加熱等技術(shù)都很有特色,但是設(shè)備復(fù)雜,對(duì)管理水平和技術(shù)水平要求較高?，F(xiàn)采用ISP工藝的廠家主要有意大利克雷莫納阿維迪廠、韓國(guó)浦項(xiàng)光陽(yáng)廠、美國(guó)ISP-CO蒙彼利埃廠、南非薩爾達(dá)尼亞廠以及荷蘭霍高文艾莫伊登廠,國(guó)內(nèi)尚無(wú)鋼廠采用。3.3FTSR工藝(Flexible Thin Slab Roll-ing)3.3.1工藝布置及特點(diǎn)FTSR由達(dá)涅利公司開發(fā),該技術(shù)的最大特色是采用了H2結(jié)晶器。該工藝按不同工藝要求有兩套可供選擇方案:第1種方案是澆鑄5075mm厚的鑄坯,其后接67架精軋機(jī),用于生產(chǎn)碳素鋼和低合金鋼;第2種方案是澆鑄8090mm厚的鑄坯,其后接二機(jī)架粗軋機(jī)和四、

21、五機(jī)架精軋機(jī),可生產(chǎn)各種不同鋼種的帶鋼。其典型工藝流程為:煉鋼爐爐外精煉爐薄板坯連鑄機(jī)旋轉(zhuǎn)式除鱗機(jī)隧道式加熱爐二次除鱗機(jī)立輥軋機(jī)粗軋機(jī)保溫輥道三次除鱗裝置精軋機(jī)輸出輥道和帶鋼冷卻段地下卷取機(jī)。FTSR工藝主要的技術(shù)特點(diǎn)是2:(1)采用H2結(jié)晶器。結(jié)晶器為漏斗形,長(zhǎng)1.2m,在結(jié)晶器的下口寬面仍具有凸出的形狀,一直延伸到二冷零段末鑄坯才逐步從凸形變成矩形,結(jié)晶器連帶零段一起被稱為長(zhǎng)漏斗形結(jié)晶器,或稱H2結(jié)晶器。它具有CSP漏斗形結(jié)晶器的優(yōu)點(diǎn),但又減小了鑄坯的變形率,有利于生產(chǎn)包晶鋼在內(nèi)的一些裂紋敏感性鋼種并有利于提高拉速。FTSR工藝采用的結(jié)晶器如圖4所示。圖4FTSR工藝采用的結(jié)晶器示意圖(2

22、)采用動(dòng)態(tài)液芯壓下技術(shù)(DSR),但它不同于CSP只在零段完成液芯壓下,而是應(yīng)用一套液相穴長(zhǎng)度控制軟件系統(tǒng),通過(guò)所澆鋼種、鑄坯斷面、中間包溫度、拉速、結(jié)晶器冷卻及二冷條件等參數(shù)來(lái)測(cè)算和控制鑄坯液相穴長(zhǎng)度,并合理分配各扇形段的壓下量,使最終的壓下點(diǎn)接近液穴的末端,以獲得中心偏析和疏松均小、晶粒細(xì)小的內(nèi)部質(zhì)量。(3)按不同的要求,結(jié)晶器出口鑄坯厚度為5090mm,經(jīng)動(dòng)態(tài)液芯壓下后為3570mm。(4)采用輥底式均熱爐作為鑄機(jī)與軋機(jī)之間的連接,精軋機(jī)一般由67機(jī)架組成。(5)在采取半無(wú)頭軋制的情況下最薄的產(chǎn)品可達(dá)到0.81.0mm,單流鑄機(jī)生產(chǎn)線年生產(chǎn)能力可達(dá)160萬(wàn)t。(6)綜合吸取了CSP漏斗型

23、結(jié)晶器和ISP液芯壓下技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),減輕了坯殼的變形率,具有相當(dāng)?shù)撵`活性,能澆鑄范圍較寬的鋼種,可提供表面和內(nèi)部質(zhì)量良好、力學(xué)性能和化學(xué)成分均勻的汽車工業(yè)用板。3.3.2應(yīng)用現(xiàn)狀FTSR工藝可滿足大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的要求,按大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)鑄造和軋制所有鋼種,是比較靈活的生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的薄板坯連鑄連軋工藝,其產(chǎn)品能夠達(dá)到比過(guò)去更好的尺寸公差5,6?，F(xiàn)已被加拿大阿爾戈馬蘇圣瑪麗廠、美國(guó)紐柯赫特福德廠以及我國(guó)唐鋼等廠家采用。值得指出的是,從加拿大阿爾戈馬蘇圣瑪麗廠的生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看, FTSR工藝具有生產(chǎn)能力和質(zhì)量要求均令人滿意的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。這種技術(shù)優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)之一就是能夠澆注包晶鋼。由包晶鋼軋制的

24、板卷97%以上沒(méi)有缺陷,產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到北美汽車工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。目前,其按商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的包晶鋼板帶已經(jīng)得到用戶的認(rèn)可并逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)板坯連鑄工藝產(chǎn)品。3.4CONROLL工藝(Continuous ThinSlab Casting and Rolling Technology)3.4.1工藝布置及特點(diǎn)CONROLL工藝是20世紀(jì)80年代中期由奧鋼聯(lián)與瑞典阿維斯塔謝菲爾德(AVESTASHEFFIELD)AB廠共同開發(fā)和推廣的,該工藝用于生產(chǎn)特殊鋼、不銹鋼。后來(lái)在奧鋼聯(lián)林茨廠的試驗(yàn)過(guò)程中證實(shí)了其生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)碳素鋼種的靈活性。CONROLL工藝實(shí)際上是由常規(guī)板坯連鑄和熱軋發(fā)展而來(lái)的,因此其工藝布置與傳統(tǒng)工藝也十

25、分類似,只不過(guò)更為緊湊和連續(xù)。該工藝的主要特點(diǎn)是:(1)采用平行板式結(jié)晶器(見(jiàn)圖5),鑄坯厚度為80150mm,典型鑄坯厚度90mm。圖5CONROLL工藝采用的結(jié)晶器示意圖(2)新的設(shè)計(jì)方案中推薦使用液芯壓下技術(shù),可將鑄坯從90mm壓縮到70mm。(3)采用了步進(jìn)式加熱爐作為鑄機(jī)與軋機(jī)之間的聯(lián)接。(4)軋機(jī)與傳統(tǒng)板帶生產(chǎn)線一樣,分為粗軋和精軋兩部分,粗軋機(jī)架一般為2架,精軋機(jī)架為56架,粗軋與精軋之間設(shè)卷取機(jī)。3.4.2應(yīng)用現(xiàn)狀該技術(shù)可生產(chǎn)的品種比較寬,包括低碳鋼、包晶鋼、高碳鋼、管線鋼、硅鋼、合金鋼、鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼。目前已被美國(guó)阿姆科公司曼斯菲爾德廠、捷克的NovaBut廠和我

26、國(guó)的鞍鋼等鋼廠采用。CONROLL雖然也提供薄板坯(小于90mm)的生產(chǎn)技術(shù),但從已投產(chǎn)的CONROLL生產(chǎn)線來(lái)看,主要還是采用了其中等厚度鑄坯的配置模式7。4應(yīng)用選型分析4.1工藝對(duì)比分析4.1.1CONROLL工藝和ISP工藝CONROLL基本上沿用了傳統(tǒng)連鑄技術(shù)的特點(diǎn)。從某種角度來(lái)看,可以認(rèn)為該技術(shù)是傳統(tǒng)連鑄連軋技術(shù)和薄板坯連鑄連軋技術(shù)的折衷方案,在生產(chǎn)的鋼種范圍方面似乎沒(méi)有什么問(wèn)題,但在生產(chǎn)超薄規(guī)格產(chǎn)品方面的能力明顯不足?，F(xiàn)有的幾個(gè)采用CONROLL工藝的廠家均是用于對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)線的改造,采用中等厚度(大于100mm)配置方案,成功軋制的最薄規(guī)格為1.2mm,而奧鋼聯(lián)聲稱可提供的薄板坯(

27、小于90mm)連鑄連軋方案還沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用的報(bào)道。ISP工藝的工業(yè)化應(yīng)用較早,最初因采用液芯壓下技術(shù)而獨(dú)具特色,但隨著液芯壓下技術(shù)的普遍應(yīng)用,其技術(shù)優(yōu)勢(shì)已不復(fù)存在。目前建設(shè)使用的ISP生產(chǎn)線為了滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要,幾乎都要進(jìn)行一些改進(jìn)才能達(dá)到要求。2000年投產(chǎn)的荷蘭霍戈文公司的ISP生產(chǎn)線并非全部采用了ISP技術(shù),而是多種技術(shù)的組合,以致在有些報(bào)道中將其稱為DSP工藝。從ISP產(chǎn)能和產(chǎn)品品種規(guī)格來(lái)看,該技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用前景非常有限。隨著西馬克(SMS)和德馬克(MDH)的合并,該工藝很可能完全被CSP所取代,因此不必過(guò)多考慮該工藝。4.1.2CSP工藝和FTSR工藝2,8,9CSP工藝是目前技術(shù)

28、最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的薄板坯連鑄連軋工藝,其生產(chǎn)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富、操作可靠、維護(hù)方便,通常也是優(yōu)先考慮采用的技術(shù)。FTSR工藝的開發(fā)在CSP工藝之后,它充分借鑒了其它薄板坯連鑄連軋技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),雖然目前應(yīng)用的廠家只有兩三家,但均取得了成功,該工藝代表了當(dāng)代薄板坯連鑄連軋技術(shù)的先進(jìn)水平,應(yīng)用前景廣闊1。以下分幾個(gè)方面對(duì)這兩種工藝進(jìn)行比較。(1)生產(chǎn)鋼種及產(chǎn)能CSP工藝可生產(chǎn)超低碳鋼、低、中、高碳鋼和高強(qiáng)度合金鋼,雖然西馬克公司聲稱CSP工藝可在適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件生產(chǎn)包晶鋼,但目前沒(méi)有應(yīng)用CSP工藝成功生產(chǎn)包晶鋼的實(shí)例。CSP采用立彎型鑄機(jī),受廠房高度的限制其冶金長(zhǎng)度一般都較短,通常小于10m,目前最大只

29、能達(dá)到9 705mm,拉速進(jìn)一步提高的潛力有限,單流年產(chǎn)能一般在120萬(wàn)t以下,極限年產(chǎn)能不超過(guò)140萬(wàn)t。FTSR工藝可生產(chǎn)包括包晶鋼在內(nèi)的許多鋼種,且90%的鑄坯內(nèi)裂及中心偏析等級(jí)均可達(dá)到曼內(nèi)斯曼評(píng)級(jí)等級(jí)的一級(jí)水平,100%的鑄坯可達(dá)二級(jí)水平。在加拿大阿爾戈馬的FTSR生產(chǎn)線上已大量生產(chǎn)包晶鋼。FTSR采用直弧型鑄機(jī),單流產(chǎn)能可達(dá)150萬(wàn)t,由于冶金長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)不受廠房高度的限制,鑄機(jī)的冶金長(zhǎng)度為14.240m,因此具有通過(guò)提高拉速或增加鑄坯厚度來(lái)進(jìn)一步提高產(chǎn)能的潛力。(2)鋼水保護(hù)及中間包冶金技術(shù)FTSR工藝及CSP工藝在大包到中間包之間均采用了長(zhǎng)水口保護(hù)澆鑄,在水口連接處均采用氬氣保護(hù)。

30、但在中間包設(shè)計(jì)方面,FTSR工藝采用了雙效沖擊板(DEP)技術(shù),可以在中間包鋼流沖擊區(qū)直接獲得向上流動(dòng)的流場(chǎng),有利于夾雜物上浮,同時(shí)還可以減少開澆時(shí)的飛濺。其中間包中特有的“鞋跟”結(jié)構(gòu),如圖6所示,可在保證中間包鋼流不出現(xiàn)渦流的前提下,減少停澆時(shí)的殘鋼量(一般為5t,而CSP工藝中間包殘鋼量一般為8t),從而使得其金屬收得率要高于CSP。在浸入式水口設(shè)計(jì)方面, FTSR工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的4孔圓柱形浸入式水口是達(dá)涅利公司的又一專利技術(shù)。采用該水口澆注時(shí),可以獲得非常理想的結(jié)晶器流場(chǎng),減輕液面擾動(dòng),且化渣效果好。其水口壁厚可達(dá)28mm,水口壽命可達(dá)12h。而CSP采用2孔扁形水口,水口壁厚在15mm左

31、右,水口壽命較短,一般在9h左右。圖6FTSR工藝的中間包示意圖 (3)結(jié)晶器及振動(dòng)裝置FTSR工藝采用長(zhǎng)漏斗形的H2結(jié)晶器,橫斷面為透鏡形,使結(jié)晶器內(nèi)液面更寬,與優(yōu)化的4孔浸入式水口配合使用,使結(jié)晶器液面波動(dòng)減小。當(dāng)拉速為5.5m/min時(shí),液面起伏僅為1mm,所以FTSR沒(méi)有必要配備昂貴的電磁制動(dòng)(EM-BR)設(shè)備。由于結(jié)晶器形狀的優(yōu)化及鑄坯變形長(zhǎng)度的增加,結(jié)晶器中鑄坯坯殼所受的機(jī)械應(yīng)力很小,鋼種適應(yīng)能力強(qiáng),因而可順利澆鑄包晶鋼等裂紋敏感性鋼。而CSP工藝的結(jié)晶器,漏斗長(zhǎng)度比H2結(jié)晶器短了100mm,鑄坯變形速度比FTSR工藝來(lái)得大,坯殼所受的變形應(yīng)力也相對(duì)較大,進(jìn)而導(dǎo)致了澆鑄包晶鋼等裂紋

32、敏感性鋼種的難度加大。雖然CSP采用優(yōu)化的浸入式水口也能較好地控制結(jié)晶器液面波動(dòng),但澆鑄質(zhì)量要求較高的鋼種或高拉速操作時(shí),EMBR仍必不可少。兩者的結(jié)晶器調(diào)寬技術(shù)和結(jié)晶器振動(dòng)裝置大體相同。其差別之處在于FTSR的液壓振動(dòng)裝置中的每個(gè)液壓缸有2個(gè)伺服閥,當(dāng)1個(gè)工作閥出現(xiàn)故障時(shí),另1個(gè)閥可自動(dòng)啟用,從而提高了振動(dòng)裝置的可靠性。(4)結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)與熱相圖FTSR工藝的結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)采用了多達(dá)194個(gè)熱電偶檢測(cè)結(jié)晶器銅板溫度,可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器內(nèi)的“冷點(diǎn)”和“熱點(diǎn)”,因此不僅能準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)粘結(jié)性漏鋼,而且能預(yù)報(bào)裂紋漏鋼以及鑄坯裂紋和凹陷缺陷,并將信息收集到質(zhì)量管理系統(tǒng)中,用于判斷帶卷的質(zhì)量。當(dāng)出

33、現(xiàn)漏鋼報(bào)警時(shí),系統(tǒng)能自動(dòng)降低拉速甚至停車,直至警報(bào)解除。CSP技術(shù)只能預(yù)報(bào)粘結(jié)性漏鋼,在出現(xiàn)報(bào)警時(shí)只能降低拉速而不能自動(dòng)停車。FTSR工藝的熱相圖是根據(jù)結(jié)晶器熱電偶檢測(cè)結(jié)果分析繪制出來(lái)的,因此比較準(zhǔn)確,對(duì)實(shí)際操作具有一定的指導(dǎo)意義,也可用于凝固過(guò)程的冶金行為研究,如保護(hù)渣開發(fā)、不同鋼種的凝固傳熱模型研究等。CSP工藝的熱相圖所用的溫度不是結(jié)晶器縱向各點(diǎn)的溫度,而是進(jìn)水溫度和結(jié)晶器冷卻水槽的出水溫度,因此不能準(zhǔn)確地反映結(jié)晶器中的溫度分布。(5)二次冷卻及液芯壓下技術(shù)FTSR工藝二冷采用氣水霧化冷卻,可實(shí)現(xiàn)鑄坯弱冷,并可根據(jù)拉速和鋼種選擇冷卻模型,鋼種適應(yīng)能力強(qiáng)。CSP工藝二冷采用高壓噴水冷卻,冷

34、卻均勻性不如氣水霧化冷卻,且其冷卻水量的調(diào)節(jié)范圍也有限。FTSR工藝采用了動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù),其特點(diǎn)是壓下過(guò)程動(dòng)態(tài)跟蹤鑄坯的凝固終點(diǎn),使最終壓下位置始終保持在凝固終點(diǎn)前,可明顯改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量,并防止壓下所致的裂紋。CSP工藝采用的是靜態(tài)壓下技術(shù),即在第I扇形段規(guī)定的區(qū)域內(nèi)完成鑄坯的減薄,壓下過(guò)程不隨工藝參數(shù)的變化而變化,對(duì)鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的改善效果有限。4.2工藝選型分析從以上工藝技術(shù)比較可知,同CSP工藝相比,FTSR工藝的優(yōu)勢(shì)在于:產(chǎn)品的品種規(guī)格沒(méi)有特別的限制;單流年產(chǎn)能可達(dá)150萬(wàn)t以上,進(jìn)一步提高產(chǎn)能的潛力大;在漏鋼預(yù)報(bào)技術(shù)方面領(lǐng)先,能夠有效地控制薄板坯連鑄的生產(chǎn)事故;動(dòng)態(tài)液芯壓下技術(shù)可靈活適應(yīng)不同鋼種的生產(chǎn)要求,有利于生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品;結(jié)晶器液面控制更加平穩(wěn),不必安裝昂貴的EMBR就能滿足生產(chǎn)要求,減少了投資并降低了工藝復(fù)雜性。當(dāng)然,正如前文所介紹的,FTSR國(guó)內(nèi)工業(yè)也有一些尚存的問(wèn)題,例如:應(yīng)用