连铸连轧生产技术讲义(概论)

20世纪70年代中期后，在线同步轧制停止发展。
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带液芯铸坯的直接轧制 含义 指铸坯未经切断的在线轧制，它除了具有上述在 线同步轧制的主要优缺点外，还有其自己特点。 优点
可减少铸坯中心部位的偏析，消除内部缩裂、
中心疏松及缩孔等缺陷；
显著降低单位轧制力，有利于节能；
铸坯潜热得到充分利用，通过液芯复热更容易 保证连铸连轧过程中所需要的较高铸坯温度。
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连铸连轧生产技术
主讲人：张晓明
东北大学
轧制技术及连轧自动化国家重点实验室
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1 概论
• 1.1连铸技术的发展概况 • 1.2厚板坯连铸与轧制的衔接模式 • 1.3连铸坯热装及直接轧制技术的发展概况
1.4薄板坯连铸连轧技术的发展概况
1.5
带钢直接连铸技术的发展概况
连铸连轧生产技术
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连铸过程控制钢洁净度主要对策有：
•保护浇注； •中间包冶金技术，钢水流动控制； •中间包材质碱性化（碱性复盖剂，碱性包衬）； •中间包电磁离心分离技术；
•中间包热循环操作技术；
•中间包的稳定浇注技术；
•防止下渣和卷渣技术；
•结晶器流动控制技术； •结晶器EMBR技术。
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1.1 连铸技术的发展概况
连铸的概念
所谓连铸是将钢水连续注入水冷结晶器中，凝固成 硬壳后从结晶器出口连续拉出或送出，经喷水冷却， 完全凝固后切成坯料或直送轧制的铸造工艺。 连铸的方法
根据铸坯与结晶器器壁间是否有相对运动可以分为：
有相对滑动－固定振动式结晶器 无相对滑动－移动式结晶器
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•结晶器优化技术； •结晶器液面波动检测控制技术； •结晶器振动技术； •结晶器保护渣技术； •铸坯出结晶器后的支撑技术；
•二冷强化冷却技术；
•铸坯矫直技术； •过程自动化控制技术。 如果说提高拉速是小方坯连铸机高效化的核心，那么板坯连 铸机高效化的核心就是提高连铸机作业率。
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模的连铸连轧试验机组。 20世纪70年代中期以前，工业性试验研 究和初步应用阶段。
在线同步轧制
所采用 的主要 实验研 究方案 带液芯轧制 热装炉轧制 直接轧制
主要方式连铸连轧生产技术 Nhomakorabea RAL
连铸－在线同步轧制 含义 连铸与轧制在同一作业线上，铸坯出连铸机后，
不经切断即直接进行与铸速同步的轧制。
特点 先轧制后切断，铸与轧同步，铸坯一般要进行 在线加热均温或绝热保温，每流连铸需配置专 用轧机（行星轧机或摆锻机和连锻机），轧机 数目1～13架。
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连铸技术发展的四个阶段
第一阶段 (1840～1930年) 金属连续浇铸思想的启蒙阶段
1840年美国人塞勒斯（Sellers）获得连续铸铅的专利；
1856年英国人贝塞麦(Henry Bessemer)提出了采用双辊
连铸机浇铸出了金属锡箔、铅板和玻璃板，并获专利； 1887年德国人戴伦（R.M.Daelen）提出了与现代连铸机
相似的连铸设备的建议，在其开发的设备中已包括了上下敞
开的结晶器、液态金属注入、二次冷却段、引锭杆和铸坯切 割装置等。
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第二阶段 (1940～1949年) 连铸特征技术的开发阶段
1943年德国人永汉斯 （S.Junghans）建成了 第一台试验连铸机，提出 了振动水冷结晶器、浸入 式水口、结晶器保护剂等
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高效连铸
概念 通常是指以高拉速为核心，以高质量、无缺陷铸坯生 产为基础，实现高连浇率、高作业率的连铸技术。
日本： • 最高板坯铸速：3.2m/min;月产量：20~45万吨; • 连浇炉数：超过100炉，最高达10000炉； • 作业率达92％。
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提高拉速措施：
NNSC（Next Net Shape Casting）接近最终成品形状的 浇注技术，其实质是在保证成品钢材质量的前提下，尽量 减小铸坯的断面尺寸以减少甚至取代压力加工。
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近终形连铸技术包含的主要内容
•薄板坯连铸－TSCC（Thin Slab Continuous Casting） •带钢直接连铸－DSC（Direct Strip Casting）
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铸坯表面质量好坏是热送热装和直接轧制的前提条件。铸坯 表面缺陷的产生主要决定于钢水在结晶器的凝固过程。 要清除铸坯表面缺陷，应采用以下技术： •结晶器钢液面稳定性控制； •结晶器振动技术； •结晶器内凝固坯壳生长均匀性控制技术； •结晶器钢液流动状况合理控制技术； •结晶器保护渣技术。
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1.3连铸坯热装及直接轧制技术发展概况
连铸连轧技术的起源 传统轧 钢工序 能源消 耗情况
加热炉－57.5%
电能－38.6% 其他－3.9%。
节能的潜力
20世纪50年代初期，开始实验研究工作，先
后建立了一些连铸连轧试验性机组进行探讨。
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20世纪60年代后期，出现了工业生产规
（3）防漏钢的稳定化操作技术：结晶器防漏钢预报系统；结晶器漏钢报 警系统；结晶器热状态运行检测系统。
（4）缩短非浇注时间维护操作技术：上装引锭杆；扇形段自动调宽和调
厚技术；铸机设备的快速更换技术；采用各种自动检测装置；连铸机设 备自动控制水平。提高板坯连铸机设备坚固性、可靠性和自动化水平， 达到长时间的无故障在线作业，是提高板坯连铸机作业率水平的关键。
我国常统称类型1和2两类工艺为连铸连轧工艺。
连铸坯热装热送轧制工艺
类型2、3、4需入正式加热炉加热，故亦可统称为连铸 坯热装热送轧制工艺。
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CC-DR和HCR工艺的主要优点
1. 节约能源消耗 节能量与热装或补偿加热入炉温度有关，入炉温度越高， 则节能越多；
直接轧制比常规冷装炉轧制工艺节能80～85%。
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类型3、4为铸坯冷至A3甚至A1线以下温度装炉，称为低
温热装轧制工艺，简称HCR（Hot Charge Rolling）
特点：装炉温度一般在400～700℃之间。而低温热装 工艺，则常在加热炉之前还有保温坑或保温箱等，即 采用双重缓冲工序，以解决铸、轧节奏匹配与计划管 理问题。 类型5即传统的连铸坯冷装炉轧制工艺，简称CCR （Cold Charge Rolling） 特点：连铸坯冷至常温后，再装炉加热后轧制，一般连 铸坯装炉的温度在400℃以下。
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连铸－连轧工艺，简称CC-CR（Continuous Casting-Continuous Rolling）
类型1和2都属于铸坯热轧前基本无相变的工艺，其所面临 的技术难点和问题也大体相似，只是DHCR有加热炉缓冲， 对连铸坯温度和生产连续性的要求有所放宽，但它们都要
求从炼钢、连铸到轧钢实现有节奏的均衡连续化生产。故
传统连铸技 术成熟阶段
应用于工业生产 5000多项专利 代表性的技术
钢包回转台
弧形连铸机 电磁搅拌 结晶器保护渣
结晶器在线调宽
渐进弯曲矫直 浸入式水口浇注 中包塞棒控制
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第四阶段 (20世纪80～90年代) 传统连铸技术的优化发展阶段
特点是连铸比不断上升，连铸生产效率不断提高（表现为 铸机作业率、浇铸速率、拉坯速度、连浇炉数等主要指标 的不断提高），浇铸品种逐渐扩大，生产成本大大降低。
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连铸坯的质量逐年提高，连铸坯的质量包括：铸坯洁净度 （钢中非金属夹杂物数量，类型，尺寸，分布，形态）；铸 坯表面缺陷（纵裂纹，横裂纹，星形裂纹，夹渣）；铸坯内 部缺陷（中间裂纹，角部裂纹，中心线裂纹，疏松，缩孔， 偏析）。 连铸坯质量控制战略是：铸坯洁净度决定于钢水进入结晶器 之前的各工序；铸坯表面质量决定于钢水在结晶器的凝固过 程；铸坯内部质量决定于钢水在二冷区的凝固过程。
技术，取得工业规模的成
功，奠定了现代连铸机结 构的基础，结晶器振动成
为连铸机的标准操作。
图1-2 S.Junghans专利原理
1—中间包；2—保护剂加入装置；3—进水口；4—结晶器； 5—铸坯；6—拉辊；7—出水口；8—压缩机；9—钢包；10—振动机构
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第三阶段 (1950～1976年)
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铸坯内部缺陷的产生主要决定带液芯的铸坯在二冷区的凝 固过程。要消除铸坯内部缺陷，可采用以下技术措施： •低温浇注技术；
•铸坯均匀冷却技术；
•防止铸坯鼓肚变形技术；
•轻压下技术；
•电磁搅拌技术； •凝固末端强冷技术； •多点或连续矫直技术； •压缩铸造技术。
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近终形连铸
钢铁 生产 的短 流程 工艺 技术 概念 电炉炼钢 直接还原 (DRI) 熔融还原 (如Corex） 近终形连铸
目前提高连铸机作业率的技术主要有： （1）多炉连浇技术：异钢种多炉连浇；快速更换长水口；在线调宽；中 间包热循环使用技术；防止浸入式水口堵塞技术。 （2）连铸机设备长寿命技术：长寿命结晶器，每次镀层的浇钢量为20～ 30万t；长寿命的扇形段，上部扇形段每次维修的浇钢量100万t，下部扇
形段每次维修的浇钢量300～400万t。
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优点
生产过程连续化程度高，可实现无头轧制，增大轧材卷重，
提高成材率及大幅度节能等。
缺点
操作复杂，对工艺装备和自动控制要求高，增大了技术实 现的难度；
连铸速度太慢，一般只为轧制速度的10%左右，铸－轧速 度不匹配，严重影响轧机能力的发挥，在经济上并不合算； 轧制速度太低使轧辊热负荷加大，使辊面灼伤和龟裂，影 响了轧辊的使用寿命，增加了换辊的次数。
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1.2 厚板坯连铸与轧制的衔接模式
连铸与轧钢的衔接模式
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类型1－连铸坯直接轧制工艺，简称CC-DR（Continuous Casting-Direct Rolling）或称HDR（Hot Direct Rolling） 特点：铸坯温度在1100℃以上，铸坯不需进加热炉加热， 只需在输送过程中进行补热和均热，即直接送入轧机进 行轧制。在连铸机与轧机间只有在线补偿加热而无正式 加热炉缓冲工序。 类型2－连铸坯直接热装轧制工艺，简称DHCR（Direct Hot Charge Rolling）或称为高温热装炉轧制工艺，简称 为gHCR（g-Hot Charge Rolling） 特点：装炉温度在700～1000℃左右，即在A3线以上奥 氏体状态直接装炉，加热到轧制温度后进行轧制。只有 加热炉缓冲工序且能保持连续高温装炉生产节奏的称为 直接(高温)热装轧制工艺。
电磁物理特性
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电磁制动的目的
改变凝固过程中的流动、传热和溶质分布，改善连铸坯的 凝固组织。电磁制动能够降低结晶器内钢液向下冲击的深 度，促进凝固前沿非金属夹杂物上浮，稳定弯月面的波动， 促进保护渣的均匀分布。
电磁搅拌的目的
强化液芯内钢水的对流运动，均匀钢液过热度，打碎树枝 晶，促进非金属夹杂物和气泡上浮，促进等轴晶形成，减 轻中心偏析、中心疏松和缩孔。
2. 提高成材率，节约金属消耗 加热时间缩短，烧损减少，DHCR或CC-DR工艺，可使成 材率提高0.5～1.5%。 3. 简化生产工艺流程
减少厂房面积和运输设备，节约基建投资和生产费用。
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4. 生产周期缩短
从投料炼钢到轧制出成品仅需几个小时；
直接轧制时从钢水浇注到轧出成品只需十几分钟。 5. 产品的质量提高 加热时间短，氧化铁皮少，钢材表面质量好； 无加热炉滑道痕迹，使产品厚度精度也得到提高； 有利于微合金化及控轧控冷技术的发挥，使钢材组织性能 有更大的提高。
•喷雾成形技术－Ospray
•异型坯连铸 2020年：传统连铸40％，薄板坯连铸50％，薄 带连铸10％（日本估计）
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电磁连铸技术
注流约束 电磁力学特性
电磁制动 电磁搅拌 电磁软接触
电 磁 技 术 应 用
已被用于 工业生产
电磁热特性
中间包感应加热 电磁下渣检测 液面检测
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钢铁产品总量 1900年－全球粗钢产量约3000×104ｔ 2001年－超过8×108ｔ 钢的连铸比 1990年－59.5%，2001年－85.4%
大多数国家的连铸比都在95％以上
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20世纪90年代以来
传 统 钢 铁 生 产 流 程
高效连铸 近终形连铸 电磁连铸
紧凑化
连续化 高度自动化