薄板坯连铸连轧技术的进步与发展方向

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表3 世界各国薄板坯连铸-连轧生产线和年产能统计(截止到2009年底)
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表4 世界各种形式薄板坯连铸-连轧生产线统计(截至2009年底)
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10 9 8 7
生产线条数
6 5 4 3 2 1 0 1989 1992 1995 1998 2001 2004 2007 2010
年份
图1 薄板坯连铸-连轧生产线投产过程
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工程改造分为两个阶段。第一阶段仅将双流 ISP 连铸机改为单流 FTSC 超高速连铸机“ Ultra High speed casting”,保留原有粗轧机、感应加 热和热卷箱、精轧机。
该生产线的水平是: 2010 年 3 月月产已达 13.0万吨;平均连浇炉数8炉/次(最高18炉/次); 连 铸 机 最 高 拉 速 已 达 7.2m/min , 在 7.0 - 7.2m/min 铸速条件下,曾连续浇铸 5 炉。按照结 晶器出口 100mm厚度铸坯经液芯压下到 80mm厚, 在1260mm铸坯宽度时,通钢量达到5.5吨/分。在 产品质量方面,按照韩国钢材质量平级分为 6 级。
主要内容: 1 新形势下国际薄板坯连铸连轧(TSCR)生产 线发展状况
2 国际单流薄板坯无头连铸-连轧技术、高速 连铸技术的发展 3 国内薄板坯连铸连轧生产技术的发展与进步
4 展望
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1 新形势下国际薄板坯连铸连轧(TSCR)生产 线发展状况
1.1国际薄板坯连铸连轧技术的发展及特点 截止到2009年底,世界上共建设薄板坯连 铸连轧生产线 63 条 97 流(包括在建和已投产 的),年产能力 10618 万吨,自 2009 年以后世 界上新建薄板坯连铸连轧生产线 9 台,其中印 度 4 条、中国、韩国、伊朗、意大利、特立尼 达各1条;另外,还拆除1条,改造一条。在前 期的研究报告中曾指出:从发展趋势上看,亚 洲新兴经济体可能成为继美国、中国之后发展 薄板坯连铸连轧生产线的主要地区。
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图3 ESP生产线的装备示意图
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ESP技术的主要优势: ①低能耗,低排放 具体的能耗平均比传统板带钢轧机少 40%,比ISP生产线少20%。 对于“以热代冷”的薄带钢来说,取 消了冷轧和退火周期的大量能耗,相对于传 统生产周期,估计节能65%。 ②生产热轧超薄规格带钢更经济 因为采用无头轧制避免了轧机上每条 板带必须做的穿带,大批量的薄规格产品 (包括0.8mm及以上)能实现无“废品”生 产。并提高成材率和包装质量。
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3 )早期开发的多种薄板坯连铸连轧工艺 的发展势头出现了分化。在2009年以来新建和 改造的10条薄板坯连铸连轧生产线中,单流薄 板坯无头连铸-连轧生产线2条、CSP生产线6 条、 FTSC 生产线 2 条(包括韩国 POSCO 钢铁 公司的改造项目应该是3条),另外ISP生产线 被改造 1 条。可以看出在现有的薄板坯连铸连 轧生产工艺中, CSP 工艺和 FTSC 工艺以其较 高的可靠性、成熟性在不断的完善发展,而其 它工艺的工业化应用则出现了停滞。 ISP 工艺 由于投产后在产品质量和达产规模等方面出现 了较多的问题,因此已经开始被改造。
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4 )据报道意大利 AST 特尔尼厂的 CSP 生 产线由于不锈钢质量无法满足欧洲市场的需 求,该厂已将CSP生产线拆除,改由传统大板 坯连铸流程生产不锈钢。该生产线的拆除是 否说明薄板坯连铸连轧工艺在生产不锈钢薄 板方面还达不到商业化竞争的目标,值得注 意。
5)利用薄板坯连铸连轧技术商业化生产 无取向电工钢有了初露端倪的迹象,国内外 一些企业已经开始了规模化生产,这也值得 引起我们关注。
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2 )薄板坯连铸的拉速不断提高。随着薄板 坯连铸连轧技术对产能需求的提高,尤其是仅采 用单台连铸机的无头连铸-连轧生产技术对产能 的需求更为迫切,世界各薄板坯连铸连轧技术的 开发商以及冶金企业非常注重以提高薄板坯连铸 机拉速为目标的连铸结晶器系统技术的开发,这 些技术包括:漏斗型结晶器内腔形状与冷却结构 优化、电磁制动技术、大通量浸入式水口、保护 渣技术以及结晶器振动优化技术等,目前应用于 工业生产的连铸机在不增加漏钢次数的情况下, 最大拉速已达到了7.2m/min,结晶器单位时间的 通钢量最大可以达到 6.0t/min 。这为薄板坯连铸 连轧生产线经济效益的发挥提供了基础性支撑。
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ESP工艺的实现以及生产效益的取得,关键 技术在于:
①连铸的高拉速。为此,阿维迪公司将长 期研究的重点放在漏斗型结晶器内腔形状、浸 入式水口优化设计以及电磁制动方面,以期进 一步提高拉速、扩大生产产能。 ②铸坯平均温度在 1200℃ 以上就在线压缩 变形。ESP工艺铸机后部的三机架大压下量粗轧 机可将铸坯厚度由 80mm 减小到 12 - 19mm ,轧 制过程铸坯平均温度在 1200℃ 以上(心部温度 约 1350℃ ,表面温度 1100℃ 以上)。这就大大 减少变形抗力,充分利用了铸坯的余热。
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表6 ESP生产线参数
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2.2 韩国POSCO钢铁公司的“HIGH MILL”生产 线 鉴于韩国 POSCO 钢铁公司引进的 ISP 生产 线长期生产不正常,2007年韩国 POSCO 钢铁 公司与意大利Danieli公司签约,对现有ISP生 产线(电炉-薄板坯连铸-连轧)进行改造。 改造后的目标为整条生产线以单流薄板坯铸 机年生产180万吨热带卷。
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3500 3000
产能或产量,万吨
3280 产能 产量 1827 1327 1127 710 510 260
5 118 265 487 794 1360
2907 2657
3027 3027
3073 2927 2661
2500 2000 1500 1000 500 0
2436 1896
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 年份
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表5 中国薄板坯连铸-连轧生产线建设状况
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2)薄板坯连铸连轧生产线产量出现萎缩。 历年来中国薄板坯连铸连轧产能及产量增长 情况见图2(其中2009年未包括新投产的武钢 CSP生产线产量)。如同中国的钢铁工业一样, 受国际金融危机和矿石、废钢、电力价格影 响, 2009 年薄板坯连铸连轧生产线的产能不 能充分发挥,产量为 2661 万吨,比 2008 年减 少266万吨。
节能降耗、降低生产成本、提高薄板坯连 铸连轧生产线的产能与生产效率、结合流程特 点开发高附加值产品、进一步完善系统技术实 现关键技术的国产化等等,这些始终都是国内 广大冶金工作者研究开发的目标,而且都取得 了显著的成绩。面对现有严峻的市场竞争形势, 这些成绩不仅为薄板坯连铸连轧的生存与发展 拓展了空间,同时也对整个行业的技术进步起 到了积极的推动作用。
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3.1 生产技术进步与漏钢预报系统的应用使得 漏钢率大幅降低 国内在薄板坯连铸连轧生产技术方面的 进步是十分显著的。这些技术进步不仅表现 在浸入式水口、保护渣、关键机械装备等的 国产化方面,还表现在品种钢不断扩大、各 项生产指标进一步提高。这其中薄板坯连铸 漏钢率持续下降就是一个典型实例。随着国 内薄板坯连铸连轧生产工艺技术进步,漏钢 率的平均值不断下降。不同的薄板坯连铸生 产工艺之间,随着铸坯厚度的变厚、生产拉 速的降低,CSP、FTSC、ASP工艺的漏钢率 依次降低(见图6)。
图2 中国薄板坯连铸连轧产能及产量增长情况
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2 国际单流薄源自文库坯无头连铸-连轧技术、高 速连铸技术的发展 2.1 意大利Arvedi公司ESP生产线
意大利Arvedi公司克莱蒙纳厂现有ISP、 ESP 生产线各一条。 ISP 生产线于 1992 年 1 月 建成投产,设计生产能力70万吨/年,2009年 虽然受世界经济危机的影响,但该ISP生产线 的产能还是达到了100万吨/年。
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③在线感应均热技术。它不仅使得整条 生产线更加紧凑高效(生产线全长仅125 米),而且具有加热时间短、加热制度快速 灵活、钢种适应性强、坯料两个表面加热均 匀等特点。 ④铸机-轧机的动态协同运行技术。因 为没有了加热炉的缓冲,铸机与轧机采用了 刚性衔接,必须要求全线实行高精度的自动 控制。
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1.2中国薄板坯连铸连轧生产线的发展状况
2008年9月份以来,受国际金融危机影响, 钢铁市场需求的萎缩、产品价格大幅下跌、企 业出现亏损等等原因导致一段时间内中国钢铁 生产量出现负增长。随后,为应对国际金融危 机,中国政府实施了进一步扩大内需,增大了 固定资产投资规模,大量新建项目集中启动, 使中国国内钢铁生产开始有所恢复 。但直到 2010 年,建筑用长材价格高于板材价格的局面 始终未得到彻底改善。尤其是近些年来,钢铁 企业不断扩大产能,直接造成钢铁产能的过剩, 钢材市场竞争的加剧。
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新建的 ESP 生产线由 1 台 250 吨 Consteel 电 炉和 2 台 250 吨 LF 炉提供钢水,设计能力为年 产 220 万吨。该生产线于 2009 年 2 月底投产, 2009年产量达到45万吨,2010年预计产能达到 150 万吨。该 ESP 生产线的主要装备包括:单 流70-110mm薄板坯连铸机(TSC)、三机架 大压下量粗轧机、感应加热器、五机架精轧机、 三台地下卷取机。ESP生产线的装备示意图见 图3。
⑤无头轧制技术。无头轧制可以实现带负 荷工作情况下的工作辊串辊,因此可以始终保 持原有的辊形。同时在轧制计划中,从一个厚 度规格变化到另一个厚度规格时,只需在前一 钢卷的尾部几米调整即可,而整个带卷不会超 过公差。这就实现了超薄规格带钢的连续、稳 定、高效化生产。
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ESP 生产线现已实际达到的主要参数见 表 6 。最大拉速为 6.0m/min ,相当于每分钟 5.6t的流量。成品率是工艺优良和运行可靠的 一个指标, 2010 年 3 月生产热轧板卷产量 12.2 万吨,成品率达到 97% 。在薄规格产品生产 方面,三月份在全部生产1540mm宽度带卷的 情况下,大约 50% 的带钢厚度小于等于 2mm , 超过30%产品厚度小于等于1.5mm或以下,其 中21%为小于等于1.2mm的超薄规格产品。
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③实现带钢几何尺寸和冶金性能的全面控制 和稳定 可以避免带钢头和尾出现的典型尺寸超 差。 该工艺特别适合生产多相钢。 ④创单条生产线生产能力的记录 连铸-连轧无头轧制工艺得到了充分的 发挥,有利于投资效益的提高。 ⑤热轧卷、钢水成品率的最佳化 由于废品的减少,高达97%的钢水成为 高质量的带钢。
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该工程改造的第二阶段,准备不再使用 热卷箱,实现全无头轧制。铸机拉速要达到 8m/min,产量提高到180万吨/年。但热卷箱并 不拆除,以便以后在有些产品生产时重新利用 热卷箱。这一点是与ESP不同之处。
28 图4 韩国POSCO钢铁公司的“HIGH MILL”生产线的流程示意图
3 国内薄板坯连铸连轧生产技术的发展与进步
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薄板坯连铸连轧技术在国际上的发展还具 有以下特点: 1 )无头连铸-连轧技术已开始工业化应 用。这是这两年来薄板坯连铸连轧技术发展的 最大亮点。继 2009 年 2 月意大利 Arvedi 公司克 莱蒙纳厂的无头轧制技术的ESP生产线投入工 业化生产之后, 2009年 5 月由意大利 Danieli 公 司 负 责 改 造 的 韩 国 POSCO 钢 铁 公 司 的 “ HIGH MILL” 无头轧制生产线也投入了工 业化生产。 无头轧制技术的工业化应用为高效化、大 规模、低成本生产超薄规格带钢,实现以热代
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2009年以来中国的薄板坯连铸连轧生产建 设与发展呈现出以下特点: 1 )新增薄板坯连铸连轧生产线一条。武 钢以薄板坯连铸连轧生产电工钢为主要方向, 于2009年2月新上CSP生产线一条,生产线设计 产量为253万吨,其中硅钢原料卷为97.8万吨。 中国的薄板坯连铸连轧生产线已达到13条,生 产能力由 3027 万吨增加到 3280 万吨,见表 5 中 国薄板坯连铸-连轧生产线建设状况。
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珠江钢厂薄板坯连铸连轧生产线的产能下 降相对较 大 ,其 由 2008 年 的 176 万吨降低到 2009年的89.6万吨。这一方面是由于受金融危 机的冲击,国际贸易量大幅减少,集装箱板的 需求量下降;另一方面也反映出在中国的现有 状况下,与传统的高炉-转炉流程相比,以废 钢为原料的电炉流程成本还是相对较高。
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