近终形连铸技术的最新进展

近终形连铸技术的最新进展
潘秀兰 李 震 王艳红 梁慧智
(鞍钢股份有限公司技术中心 鞍山 114009)
摘 要:重点介绍并分析了世界薄板坯、薄带、异形坯和空心管坯连铸的工艺特点、存在的问题及其关键技术。

认为薄板坯连铸和异形坯连铸技术近年取得了重大进展,但薄带连铸和空心管坯连铸目前还不够成熟。

指出我国在此领域的研究与国外还有较大差距,为了降低成本、提高产品的市场竞争力,应加快研究步伐。

关键词:近终形连铸 薄板坯连铸 薄带连铸 异形坯连铸 空心管坯连铸
LATEST PROGRESS OF NEAR NET SHAPE
CONTINUOUS CASTING TECHNOLOGY
Pan Xiulan Li Zhen Wang Yanhong Liang Huizhi
(Technology Center of Angang Steel Company Limi ted Anshan 114009)
Abstract :The process characteristics,existing problems and key technical know-how of thin slab,strip,shaped blank and hollow billet continuous casting technologies in the world have been i ntroduced and discussed.Although key progresses have been made in thin slab and shaped blank continuous casting technologies in recen t years,the continuous casting technologies of strip and hollow tube blank are still under pared wi th the foreign researches in this field,a large gap exists in China.To reduce production cost and enhance competi tive power,the study in this field should be strengthened.
Key words :near net shape continuous casting thin slab continuous casti ng strip continuous casting shaped blank continu -ous casti ng hollow tube blank con tinuous casting
第一作者:潘秀兰,女,50岁,教授级高工。

收稿日期:2006-12-19
0 前 言
连铸工序是现代钢铁生产流程不可缺少的重要环节。

随着连铸技术的发展,采用方(圆)坯连铸机生产长线产品和采用厚150~250mm 板坯连铸机生产扁平产品的技术已经成熟112
,但能耗和设备投资较大,主要原因是生产流程长,钢水浇铸成铸坯后,还要经多道中间工序才能接近最终产品的规格和质量。

为了降低能耗和生产成本,对材料的成形及其加工技术提出了更高要求,直接浇铸形状、尺寸及质量尽可能接近最终产品的铸坯成为连铸领域的研究重点。

近终形连铸恰好是能解决上述问题的前沿技术。

近终形连铸技术将连铸、轧制,甚至热处理融为一体。

还可利用快速凝固的特点,生产出传统轧制工
艺难以生产且具有特殊性能的新材料122。

近终形连
铸主要包括薄板坯连铸、薄带连铸、异形坯连铸和中空圆坯连铸等。

1 薄板坯连铸
薄板坯连铸工艺的发展主要分为两代,第一代以紧凑式带钢生产线为主,其代表工艺技术主要有德国西马克公司的CSP 技术、德国德马克公司的ISP 技术、意大利达涅利公司的FTSR 技术及奥地利奥钢联公司的C ONROLL 技术等。

第二代超薄带生产线是在原紧凑式生产线上开发出半无头轧制工艺和铁素体轧制工艺,主要是轧制1.4mm 以下的产品。

1.1 C SP
目前,世界上有25条CSP 生产线,见表1
13-102
可
见该技术在美国和中国发展迅速。

CSP 产量已占世界各类薄板坯连铸工艺的60%,产品质量也迅速提高,铸坯厚度一般为50~70m m,设备相对简单,流程顺畅,其连铸主要采用立弯式连铸机、漏斗形结晶器
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和液芯压下等。

C SP工艺流程为:电炉或转炉y精炼炉y薄板坯连铸机y加热或均热炉y热连轧机y层流冷却y卷取机。

国内外几家典型的CSP厂产品开发情况见表21112。

表1国内外CSP生产线统计
序号厂家连铸机流数轧机机架数铸坯厚度P mm产品规格(厚@宽)P mm年产量P万t投产时间1美国纽柯克劳福兹厂1P24P640~50(1.43~12.7)@(900~1350)80P1801989P1994 2美国纽柯希克曼厂2650(1.5~12.7)@(1176~1560)100P2001994.5 3墨西哥希尔萨厂1650(0.91~12.7)@(790~1350)1801995.2 4美国戈拉廷厂1-50~70(1.7~12.7)@(1000~1560)1001995.2 5韩国韩宝钢厂2650(1.7~12.7)@(900~1560)2001995.12 6美国动态钢公司2650~80(1.2~12.7)@(990~1560)1801995
7西班牙斯卡亚厂1653(5~12.7)@(790~1560)911996.7 8印度德罗依斯帕特厂1650(1.2~12.7)@(900~1560)1201996.8 9美国阿克梅厂1750(1.25~12.7)@(900~1560)901996.10 10马来西亚联合厂2650(1.6~12.7)@(900~1560)2001996.10 11美国ordclas s厂1650(1.3~12.7)@(1220~1676)1361997.1 12泰国乔恩布日厂1640~70(1.2~12.7)@(1200~1600)1201997.8 13马来西亚Maga钢厂2650~70-2001998.6 14德国蒂森克虏伯公司2745~60(1.0~6.4)@(800~1600)2001999.4 15埃及亚历山大厂1552-1002000 16印度伊斯帕特钢厂1655~60(1.2~12.7)@(900~1560)1202000 17美国纽柯伯克利厂1653-1202000.7 18意大利AST厂1750~70(1.2~12.7)@(1000~1500)802001.8 19美国SeverCorr厂16-100P3002007 20中国珠钢2650~60(1.2~12.7)@(1000~1380)1801999.8 21中国邯钢21+650~70(1.2~21.0)@(900~1680)2601999.12 22中国包钢2650~70(1.2~20.0)@(1020~1530)2702001.6 23中国马钢2790~70(3.0~9.5)@(900~1600)2602003.10 24中国涟钢2770~55(0.8~12.7)@(900~1600)2602004.1 25中国酒钢2670~52(0.8~12.7)@(850~1680)2002006.6
表2国内外几家CSP厂家产品开发情况
生产厂家产品
中国珠钢(电炉)集装箱用钢、气瓶用钢、低碳高强钢、管线钢、高强耐候钢及超薄规格钢板等
中国包钢(转炉)热轧低碳钢、焊接结构钢、汽车结构钢、高强度低合金钢、船用钢、焊接气瓶钢、管线钢、细晶高强度结构钢等中国邯钢(转炉)普碳钢、低碳高强钢、集装箱用钢,正在研发冷轧板用钢
中国马钢(转炉)普碳钢、低碳高强钢、400MPa级集装箱用钢、电工钢、高强耐候钢,正在研发冷轧板用钢
中国涟钢(转炉)普碳钢、低碳高强钢、集装箱用钢,用半无头轧制试轧出0.78mm热带,正在研发冷轧板用钢
德国蒂森克虏伯公司(转炉)低碳钢、结构钢、含微量合金元素铌钒的细晶结构钢、高强度低合金(HSLA钢)、可热处理钢、双相钢、无取向硅钢、IF钢等
美国纽柯希克曼厂(电炉)结构钢、低合金钢、焊接钢管用钢、深冲钢、汽车用钢、镀层钢板原料等
西班牙公司(电炉)碳素钢、硅钢和高强度低合金钢
意大利AST特尔尼厂(电炉)奥氏体不锈钢AISI300系列、铁素体不锈钢AISI400系列、无取向硅钢P取向硅钢墨西哥希尔萨厂(电炉)汽车用钢、镀锌板原料、电工钢和管线钢等
1.2ISP
I SP铸坯厚度一般为60m m,产品最薄1.0mm。

该工艺技术复杂,感应加热炉庞大,生产、管理和技术要求高。

生产线存在温度下降过快,缓冲时间短等矛盾。

连铸机主要采用小漏斗形结晶器。

ISP流程为:电炉或转炉y精炼炉y薄板坯连铸机y23架大压下量初轧机y剪切机y感应加热炉y卷取箱y4~5机架精轧机y层流冷却y卷取机。

1.3FTSR
FTSR铸坯厚度一般为90mm,经连铸液芯压下至
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70mm,在进入粗轧机后轧至25~30mm,通过精轧机轧至0.8~12.7m m,卷重最大为30t。

该工艺生产比较灵活,钢种范围广,能够生产高质量的带卷;FTSR 技术连铸机主要采用漏斗形结晶器、液芯压下等。

FTSR流程为:炼钢炉y精炼炉y薄板坯连铸机y旋转式除鳞机y隧道式加热炉y二次除鳞机y立辊轧机y粗轧机y保温辊道y三次除鳞装置y精轧机y 输出辊道和冷却段y卷取机。

1.4C ONROLL
CONROLL技术特点是全部采用成熟技术,设备可靠,铸坯厚度一般为75~125mm,铸坯在粗轧机进行可逆轧制,精轧最终厚度为1.8~12.7mm,年产量最高为180万t。

连铸机主要采用平行板式结晶器和液芯压下等技术。

CONROLL流程为:常规连铸机y 板坯热装(或直接)入步进式加热炉y带立辊可逆粗轧机y6~7机架精轧机y输出辊道和层流冷却y卷取机。

另外,还有中国鞍钢的ASP工艺,美国Tippins公司的TSP工艺,法国和德国合作开发的CPR工艺,日本住友的Sumitomo工艺等。

1.5中国薄板坯连铸技术的发展
中国是世界薄板坯连铸连轧技术发展最快的国家1102。

2002年以后,薄板坯连铸连轧生产的热轧卷产量分别以每年63%、71%和40%递增,三年增加2.88倍。

2005年薄板坯连铸连轧生产线生产的热轧带卷产量达到1896万t,其中冷轧坯料328.9万t,占17.3%,热轧商品卷中宽带1567万t,占中国热轧商品宽带产量3399万t的46.1%,占全部热轧商品板材产量6649万t的23.6%。

中国除6条CSP生产线外,还有唐钢、本钢、通钢的3条FTSR生产线和济钢、鞍钢的3条ASP生产线,我国现有的12条薄板坯连铸连轧生产线占世界薄板坯连铸连轧生产能力的1P3。

2薄带连铸
薄带连铸设备投资成本低,改造费用少,产品周期短。

研究中的薄带连铸工艺方案众多,主要区别在结晶器。

按结晶器的不同可分为带式、辊式和辊带式三大类。

带式还可分为单带式、双带式;辊式又可分为单辊式、双辊式等。

其中研究最多、发展最快的是双辊式薄带连铸工艺。

2.1国外薄带连铸技术
双辊式薄带连铸也称薄带连续铸轧,以两个转动方向相反的铸辊为结晶器,用钢水直接生产薄带钢的新技术。

主要技术有Eurostrip、Castrip和新日铁/三菱重工开发的双辊薄带连铸等。

国内外开发的双辊铸机的主要技术指标参见表3。

目前已有多条试验线和接近工业化水平的半工业生产线,其中工业化水平最高的是Castrip生产线。

表3国内外研究开发的双辊铸机的主要技术指标
研究厂家项目铸机
类型
钢包P
t
辊直径P
mm
铸速P
(m#min-1)
带厚P
mm
带宽P
mm
卷重P
t
产能P
万t
投产
时间
试验钢种
蒂森Eurostri p同径90150035~70 2.3~3.2145020401999不锈钢碳钢电工钢浦项Pos trip同径12001302~4130025602006不锈钢
新日铁DSC同径10120020~130 1.6~51330101993不锈钢
澳大利亚BHP B HP P IHI同径6030~402190018301995不锈钢低碳钢
英钢联英钢联同径37508~212~640031990不锈钢碳钢硅钢克虏伯日本金属P克虏伯异径 4.530~601~51050 4.51990高合金钢
新日铁CSM P(liva)同径3~5133020461996不锈钢电工钢
美国纽柯CASTRIP同径11080~5001500.7~2200025502002不锈钢碳钢电工钢宝钢Baostrip同径1880060~1001~61200182003碳钢不锈钢
2000年,美国的纽柯钢铁公司与IHI、B HP合作开发了薄带工艺,并将该生产线命名为Castrip,世界上第一套Castrip双辊薄带生产流程建在纽柯公司克劳福兹维尔厂。

福兹维尔厂厂房宽135m、长155m,薄带钢生产线总长度为60m。

配置的单机架四辊热轧机采用液压AGC,工作辊直径为475mm,支持辊直径为1550mm,辊身长度均为2050mm,最大轧制力为30MN,并预留了第2架热轧机的位置。

Castrip生产线投产以来,产量在稳步提高,投产至2005年3季度,总产量达到21万t。

发货之前根据产品要求增加了相应工序:1)平整或酸洗、涂油;2)冷轧:有少部分带钢通过可逆冷轧机处理,并作为冷轧板直销;3)镀锌:厚1.5mm以下的
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产品,镀锌后可替代冷轧镀锌板。

Castrip设备投产以来,尽管已对不锈钢(409铁素体)、电工钢和高碳钢等进行了大量中间试验,但主要品种是建筑业、农业、制造业和包装材料等用钢,将来产品范围将扩大到易切削钢种。

Castrip流程可以高残余元素废钢为原料。

Castrip 工艺带钢冷却速度快,残余元素(如:铜)在未形成偏析之前已经凝固,目前Castrip生产线已浇注成功含铜0.6%的钢水。

Castrip流程生产的带钢越来越薄,目前发货的最薄带钢厚0.84mm,主要替代农业用冷轧薄板。

与常规连铸和轧钢技术相比,Castrip设备占地少、工艺投资省、节能环保、废气排放少,可生产高附加值薄规格产品,生产更灵活。

因此,美国纽柯公司计划斥资1.1~ 1.2亿美元,在阿肯色州布里兹维里新建第二条带钢连铸(castrip)生产线(包括新建真空处理装置)。

新建生产线由纽柯公司独资筹建,年产能为50~60万t。

已于2006年3月底开始筹建。

预计2007年中期投产。

2.2国内薄带连铸技术
中国研究双辊薄带连铸技术始于20世纪80年代中期,主要集中在宝钢、东北大学和重庆大学。

/十五0宝钢薄带连铸项目由研究院牵头,工程技术公司、宝信软件、五钢等多家单位参与设计、制造出具有工业试验规模的1200m m双辊薄带连铸机组。

到2006年9月底,由上钢五厂的18t电炉提供钢水,卷成重18t碳钢和不锈钢带卷70多卷。

薄带铸坯边部质量和表面质量明显提高,带钢表面横、纵裂纹明显减少。

其不锈钢带卷成功地冷轧至0.25mm 厚,该中间试验设备还新增了飞剪设备。

目前,宝钢薄带连铸项目(命名为Baostrip)已申请专利和技术秘密30多项。

另外,新日铁、B HP公司等的薄带连铸技术均已在我国申请了专利。

2.3薄带工艺特点及存在的问题
尽管在近十几年双辊薄带技术取得了很大进展,但要达到工业规模生产,还有许多需要解决的问题: 1)需要采用保护性气氛解决钢水氧化带来的产品质量问题;2)采用先进的控制技术解决钢水的注入系统及浇铸过程存在的控制问题,保证连铸过程的稳定性和连续性;3)侧封问题:侧封板耐热材料大都采用石英类、氧化铝等,其寿命低、成本高,不适于工业化生产;4)薄带厚度不均匀,不利于冷轧;5)质量较差、成品率低:主要缺陷有裂纹、边部缺陷、夹渣和偏析等;6)生产率低,难以满足工业化大生产的要求;7)薄带宽度较窄,如果想与热轧带材相抗衡,宽度至少应达到2m以上;8)目前使用的铸辊大都是内部水冷的钢辊、铜辊或镀镍的铜辊,造价高,并且寿命低;9)二次冷却控制不当,易出现晶粒的再生长和在边界沉积析出,影响快速凝固效应。

3异形坯连铸
异形坯连铸技术将炼钢、精炼、异形坯连铸机和轧机紧凑式布置,形成紧凑式钢梁生产新工艺(CBP)。

该工艺将异形坯直接热装入加热炉,与传统方坯冷装炉相比1132:1)投资减少约30%;2)能耗降低50%~60%;3)从废钢到成品钢梁生产总时间减少90%;4)生产率提高15%;5)金属收得率提高1.5%;
6)不需要中间仓库;7)节约人工费用;8)降低操作和维修费用。

3.1国外异形坯连铸技术
异形坯连铸技术主要是钢梁异形坯连铸和紧凑式钢梁生产线。

1968年加拿大阿尔戈马公司异形坯连铸机投入商业性生产,美国纽柯#大和公司、日本东京钢公司、共英钢公司、卢森堡Thoringen钢厂等也先后建成CBP生产线。

2002年美国动力钢公司新建电炉炼钢车间(内设一台150t电炉,2台钢包炉,1台三流钢梁异形坯P大方坯连铸机)投产,并与现有钢梁轧机相连接,形成年产能力120万t CBP生产线。

美国纽柯公司最近也投产了一座CBP短流程钢厂。

此外美国AmeriSteel厂和西班牙C ELSA厂最近也投产了多功能组合式连铸机(除钢梁异形坯外、大方坯和小方坯兼用)。

目前,全球已建成CBP生产线约50条。

3.2我国异形坯连铸技术
我国异形坯连铸以H型钢生产线为主,其中马钢和莱钢设备较先进,见表4。

3.2.1马钢
马钢目前拥有大型和中小型异形坯生产线共两条1142,其高附加值H型钢产品研发情况如下:
1)已开发出300mm@150mm和400m m@150m m 两种规格耐火钢,用作高层住宅楼的钢梁。

2)已开发出630mm@200m m火车用耐候H型钢,并批量生产。

3)利用Nb微合金化技术和控制轧制技术开发了美国API标准的SM490YB热轧H型钢,实现了海洋石油平台用热轧H型钢的国产化。

4)正在开发汽车大梁、建筑用抗震以及轻型薄壁等专用H型钢。

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表4我国马钢和莱钢异形坯连铸生产线
机组名称投产年度产能P(万t#a-1)2005年产量P万t主要品种规格
马钢大型H型钢机组1998100132.54腹高100~800mm的全规格H型钢
马钢中小型H型钢机组200550腹高100~400mm、翼高50~200mm的小规格H型钢
莱钢小型型钢生产线200224112.60腹高200mm以下的热轧标准和轻型H型钢、叉车门梁、
滑轨、导轨等多种异形断面型钢
莱钢中型型钢生产线199850中型H型钢、工字钢、矿用U型钢、矿用工字钢等型钢
莱钢大型型钢生产线2005100大型H型钢、工字钢及其他型钢,H型钢最大宽度
400mm,最大腹高1000mm
3.2.2莱钢
莱钢目前拥有小型、中型、大型三条型钢生产线,主要生产轻型、中型和大型系列H型钢及其他型钢产品,主体设备先进。

莱钢的大型H型钢生产线主体设备从德国引进,采用异型坯热送热装技术,轧机采用CCS技术、XH轧制方法及CRS矫直机矫直技术,全线计算机控制,实现从装料到成品发货的全程自动化生产。

品种为碳素结构钢、低合金结构钢、矿用钢和耐候钢。

4结语
综上所述,薄板坯和异形坯连铸技术发展很快,已在全球范围内推广并不断取得新进展。

薄带连铸和空心管坯连铸技术,国内外进行了大量试验室试验,在中试基础上建成了几个商业性规模试验厂,已能生产出合格产品,但还存在一些问题。

据国外统计,近年来薄规格热轧产品以每年60%的比例增长,每吨超薄热带的利润可增加20~40美元,因此发展厚0.7~1.4mm规格热轧超薄带钢成为近期的研究热点。

目前,薄带连铸品种主要有不锈钢、硅钢、碳钢等1152。

其中,不锈钢研究得最为深入。

今后仍将继续以这些材料为研究重点,提高拉速、向更宽(>2 000mm)、更薄(<0.5mm)的方向发展,此外,还应集中进行连铸机设备和工艺研究、产品的组织与性能研究。

双辊薄带技术被认为是最有前途的一种近终形连铸技术,其主要优点是通过简化工序能够大幅度降低设备投资和能耗,并能通过快速凝固改善材料性能,工业化后经济效益巨大。

与传统工艺相比,空心管坯连铸技术生产率和金属利用率高,可减少生产费用13%。

垂直连铸法空心管坯工艺与传统连铸工艺较为接近,进一步研发后有希望实现工业化生产。

近终形连铸技术是连铸领域的前沿技术,我国在此领域的研究与国外有较大差距,为了降低生产成本,提高产品竞争力,应借鉴国外先进经验,加快研究步伐。

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