金属材料短流程、近终形的生产工艺

金属材料短流程、近终形的生产工艺

金属材料短流程、近终形的生产工艺连铸近终形连铸（Near-Net-Shape Continuous Casting）是指使连铸坯的断面

尺寸在保证钢材性能、质量的前提下，尽量接近最终钢材断面的形状、尺寸。

近终形生产工艺打破了传统的材料成形与加工模式，缩短了生产工艺流程，简化了工艺环节，实现近终形、短流程的连续化生产，提高生产效率。近终型、短流程的成形加工技术具有高效、节能等特点，在技术上突出的特点是缩短加工周期，尽量减少变形量或者后续加工环节，由金属熔体直接得到所需的制品或近似的制品，同时，这些制品还具有现有加工方法所生产制品的性能和组织，这可大大减少后续挤压、轧制和压铸等耗能大、投资大、用工多的加工过程。近终形连铸技术是金属材料研究领域里的一项前沿技术,它的出现为冶金业带来了革命性的变化,改变了传统冶金工业中薄型钢材的生产过程。它主要包括薄板坯连铸技术、薄带连铸技、喷雾沉积技术等。目前，薄板坯连铸技术已经进入工业化生产，而大多数薄带坯连铸技术仍主要处于实验室研究阶段，一些技术难点和缺陷还有待进一步解决。日本预测，到2020年，在连铸技术领域，传统连铸占40％，薄板坯连铸占50％，薄带坯连铸占10％。

1 薄板坯连铸技术

薄板坯连铸是介于传统连铸和薄带连铸之间的一种工艺。世界上第一台薄板

坯连铸机于1989年在美国Nucor公司的Crawfordsville工厂投产。

薄板坯的厚度通常为40-50mm，是传统连铸板坯厚度的1/3-l/6。因此，生产

过程中可取消粗轧机而直接进入精轧机。普通连铸的吨钢投资为800-1200美元，

而薄板坯连铸的吨钢投资只有300-500美元，经济效益十分巨大。1984年，原联

邦德国sehloemansiemagsMS公司在高度保密的情况下，着手开始研究薄板坯连

铸技术，1986年取得重大进展，1989年第一条薄板坯连铸生产线在美国Nucor

公司正式投产。几年内，薄板坯连铸技术席卷全世界，有几十条薄板连铸生产线

已投入工业化生产。就北美而言，就有11条生产线于1995年和1996年正式投

入工业生产。其中，NorthSta:steel/BHP于1995联合企业投资4亿美元，建一条

年产150万吨钢的生产线；IPSCO公司将投资3.6亿美元，建一条年产100万吨

钢的生产线，于1996年投产。

目前世界上已开展的薄板坯连铸连轧工艺有：①由德国西马克公司开发的CSP工艺；②由德国德马克公司开发的ISP工艺；③由德国西马克公司、蒂森公

司和法国的于齐诺尔公司一起开发的CPR工艺；④意大利达涅利公司开发的薄

板坯连铸连轧工艺等。此外，美国蒂平斯公司和韩国三星重工公司共同开发的TSP技术都陆续被采用，各种技术在竞争中发展迅速。

薄板坯连铸连轧工艺今年来在中国也有很大的发展，北京钢铁研究总院也研

制了我国第一台薄板坯连铸机，安装在兰州钢铁集团公司。1999年8月26日，

我国引进的第一条薄板坯连铸连轧生产线（CSP）在广州珠江钢铁有限责任公司投产。整个生产过程采用计算机控制，从废钢入炉到热轧成板只需2.5h，与需要28h的传统工艺相比，具有明显的竞争优势。薄板坯连铸连轧工艺生产带钢的成本（从钢水到热带）较传统工艺约低50美元/吨。

薄板坯连铸连轧工艺因总多单位参与研究与开发，形成了各具特色的生产工艺，如：CSP技术、ISP技术、CONROLL技术、FTSR技术、QSP技术、TSP 技术、CPR技术等。其中应用推广最多的是CSP工艺技术，由西马克.德马格公司开发。

1.1CSP(CompaetstripProduetion)工艺

CSP工艺又称为紧凑式热带生产工艺，是由德国施罗曼-西马克公司开发成功的，是目前应用最广泛的薄板坯连铸连轧工艺。

这是目前应用最广泛的薄板坯连铸技术。1989年7月世界上第一座CSP工厂在Nucor开始投产，经过22个月完全达到设计要求。由于CSP生产线投产后取得了显著的经济效益，Nucor公司于1990年开始建立第二条CSP生产线。因为有了第一条CSP生产线的操作经验，Nucor的第二条CSP生产线在投产后8个月就达产了。1994年4月这两台新建的CSP连铸机也投产。目前Nucor公司已具有年产热轧卷3-4百万吨的能力。Nucor公司使用CSP技术成功的经验，促进了CSP技术的推广，1993年美国、墨西哥、韩国的许多钢厂分别与SMS公司签订了购买CSP技术的合同。目前已有22条生产线32流铸机(包括我国在内)

成功地投入了工业生产。

CSP的工艺过程为：采用立弯式连铸机生产厚50-60 mm的铸坯，经分段剪切后，送入辊底式均热炉(120-185 m)进行加热、均热。薄板坯经加热炉入口段、加热段和均热段加速到20-30 m/min进入轧制工序。六机架精轧机组将厚50-60 mm的铸坯轧制成1.2-12.7 mm的带材，经层流水帘冷却后卷取。生产线全长约270 m。

优点：流程短、生产简便、稳定、产品质量好、成本低、有很强的市场竞争力等。缺点：对钢水质量要求高、难以生产很宽或较厚的钢板等。

1.2 ISP（InlinestripProduetion）工艺

ISP工艺也称作在线热带钢生产工艺,是由德国曼内斯曼-德马克公司1989年开发成功的，是世界上第一个在工业条件下采用固液铸轧技术的生产工艺，也被称为无头轧制工艺。第一家ArvediISP工厂建在意大利的克雷莫纳(Cremona)。经过两年半的准备和建设，于1992年1月投产。投产后15个月产量就达到40万吨/年。ArvdeiISP工厂的设计能力为50万吨/年，1993年9月产量达到了设计水平。到1994年2月，共生产了55万吨热轧带卷和8万吨厚板。目前,世界上有6条ISP生产线在运行中。

ISP的工艺过程为：钢包车→中间罐→薄片状浸入式水口→结晶器→铸轧段(厚约40 mm)→大压下量粗轧机(厚约20 mm)→剪切机→感应加热炉→克日莫那炉→精轧机→层流冷却→地下卷取。生产线全长约175 m。

优点：生产线布置紧凑、生产能耗少等。缺点：感应加热炉设备较复杂且维修困难、薄片形水口寿命较短等。

1.3 CPR(CastingPressingRolling)工艺

CPR工艺即铸压轧工艺，用于生产厚度小于25mm的合金钢和普碳钢热轧带材。它利用浇铸后的大压下（60%的极限压下量），仅用一组轧机，最终可生产厚度为6mm的薄带卷，也可生产低碳钢、管线钢、铁素体和奥氏体不锈钢及高硅电工钢等。该生产线包括一台连铸机、一台感应炉、除磷机、一台四辊轧机。工艺流程示意为：电炉或转炉炼钢→刚爆精炼炉→薄板坯铸压轧→感应加热炉→旋转式高压水除磷机→精轧机→层流冷却→卷取机。

CPR工艺目前已成功进行了半工业实验生产。第一期半工业实验是1992年12月底前在西马克公司Buschhutten半工业实验工厂进行的，并取得了成功。这期实验进行的是铸压实验。在第二期半工业实验中加上了随后的轧制工序。第二期CSP实验厂从1993年底开始运行，到目前为止已实现了铸、压、轧在线生产，其结果非常令人满意。CPR的生产能力是CSP的生产能力的40-60%。年产50万吨热轧卷，厚度为5-25mm，宽度为1500mm，设备总投资为1.5亿马克，每吨钢投资为300马克。

除了以上所说的工艺以为，还有FTSR工艺技术、QSP工艺技术、TSP工艺技术、CONROLL工艺技术等。

2 薄带连铸技术

作为生产扁平材的近终形连铸技术，带钢连铸工艺生产的钢带较之薄板坯连铸更接近于最终产品的形状，也就是连铸带钢更薄一些。

它可将钢水直接浇铸出1-10mm厚的钢带，不经热轧或稍经热轧（1-2个机架），即可进行冷轧，而产品的性能和质量仍可与常规生产的产品相媲美。薄带连铸能大大降低基建投资和生产成本，是当今钢铁工业令人关注的新工艺，也是最热门的研究课题之一。

薄带连铸技术工艺方案因结晶器的不同分为带式、辊式、辊带式等，其中研究得最多、进展最快、最有发展前途的当属双辊薄带连铸技术。该技术在生产0.7-2 mm厚的薄钢带方面具有独特的优越性，其工艺原理是由两个铸辊和端面侧封板构成钢水池，钢水经浸入式浇铸系统控制，送入辊口，薄带坯厚度通过调节辊缝的大小来控制。双辊铸机依两辊辊径的不同分为同径双辊铸机和异径双辊铸机，其中尤以同径双辊铸机发展最快，已接近工业规模生产的水平。由于双辊连铸实现的是双面冷却，其冷却速率较单辊连铸的大，浇铸的薄带坯厚度可大些。