连铸连轧综述

薄板坯连铸连轧综述

1.前言

连铸连轧技术作为钢铁生产工业近年来最重要的技术进步之一，具有节约能源、流程短、设备少、成材率高、生产成本低、产品质量好、品种开发潜力大等突出优点[1~5]。而在薄板坯在生产过程中应用该技术时获得的组织晶粒细小、二次枝晶间距小、偏析程度低，应用该技术进行生产优势更加明显[6]。因此，全世界各大钢铁生产企业纷纷引进投建薄板坯连铸连轧生产线。近些年来，随着薄板坯连铸连轧技术日益成熟和广泛，使人们认识到原来的薄板坯连铸连轧技术仍有许多不足之处，开始进行技术的再开发和提高，使技术更臻于成熟和完善。2.薄板坯连铸连轧技术简介

2.1连铸连轧技术

连铸连轧全称连续铸造连续轧制，是将液态金属连续通过水冷结晶器凝固后直接进入轧机进行塑性变形的工艺方法。传统生产工艺是用熔炼炉将炼好的钢液铸成铸锭，经过保温、锻造制成锻坯，之后再通过均热炉加热到高温并保温一段时间后才进行热轧。这一过程需要多次加热保温，既浪费了能源，也使生产周期过长。而连铸连轧技术则是把熔炼好的液态钢倒入连铸机中轧制出钢坯（称为连铸坯），然后不经冷却，在均热炉中保温一定时间后直接进入热连轧机组中轧制成型的钢铁轧制工艺。这种工艺巧妙地把铸造和轧制两种工艺结合起来，相比于传统的先铸造出钢坯后经加热炉加热再进行轧制的工艺具有简化工艺、改善劳动条件、增加金属收得率、节约能源、提高连铸坯质量、便于实现机械化和自动化的优点[1~5]。

2.2薄板坯连铸连轧

连铸坯在轧制之前依据板坯厚度可以分为厚板坯连铸、中厚板坯连铸和薄板坯连铸。随着连铸坯厚度的减小，板坯中部的冷却速度增大。冷却速度增大之后，铸坯中部的晶粒变得细小、缺陷减少、偏析减轻、二次枝晶的间距也随之减小。

表1为文献[7]中根据钢研院提供的报告资料所做的统计。因此，连铸连轧技术应用于薄板坯后的优势更加明显。

3.薄板坯连铸连轧技术的发展历史

根据产品生命周期理论和薄板坯连铸连轧技术各个不同发展阶段的具体特征，特别是市场特征，可将薄板坯连铸连轧技术的发展分为下列四个阶段[8~12]：

1、研发期（1985~1989）1986年德国施罗曼—西马克公司（SMS）建造了一台采用“漏斗型”结晶器的立弯式薄板坯连铸机，并以6 m/min的拉速成功地生产出50 mm×1600 mm的薄板坯，该技术被称为CSP。几乎同时，德国曼内斯曼德马克公司（MDH）采用改进的超薄型扁形水口和平板直弧形结晶器以4.5 m/min的拉速成功地生产出60 mm×900 mm和70 mm×1200 mm的薄板坯，该技术被称为ISP。1988年奥钢联（VAI）采用薄平板型结晶器及薄型浸入式水口浇出第一块厚度为70 mm的不锈钢薄板坯，该技术被称为CONROLL。此外，意大利达涅利（DANIELI）、日本住友等公司也开展了研究、开发薄板坯连铸连轧技术的工作。

2、引入期（1989~1994）。1989年6月世界上第一条薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司的克劳福兹维尔厂建成投产，该生产线采用了SMS的CSP技术，年产80万t。1992年，一条年产50万t的ISP生产线在意大利的阿维迪建成投产，并于1993年9月达到设计产量。与此同时，意大利达涅利的FTSR技术、日本住友金属的QSP技术及奥地利奥钢联（VAI）的CONROLL技术等处于半工业试

验阶段。

3、成长期（1994~1999）。针对最先投产的几条生产线所遇到的产量和质量问题，各供货商采取了相应的改进措施。使机构配置得到了优化，衔接段工艺不断简化、适用，并优化了整个生产流程，最终产品的质量也得到了提升。

4、成熟期（1999至今）。薄板坯连铸连轧技术经过近二十年的不断发展，工艺、设备、自动化系统等日趋完善，产品质量和产量也不断提高，足以与常规热轧流程相媲美。因此可以说薄板坯连铸连轧技术已步入了成熟期。

4.薄板坯连铸连轧技术的优势

4.1薄板坯连铸连轧技术的经济优势

连铸连轧技术由于整个生产流程较传统工艺简化许多，并且不用反复加热，因此可以节省投资成本和生产成本，生产效率也大为提升。另外，生产过程中由于加热时间减少，工期工艺缩短，使得原料损耗减少，成材率得到提高。所以薄板坯连铸连轧技术相比于传统生产技术显现出巨大的经济优势。

根据SMS公司的资料，薄板坯连铸连轧工艺的优势主要在于：投资低，约为传统热连轧的58%。从整个生产流程来看，电炉-薄板坯连铸-连轧的热轧卷的吨材投资量将降至300美元左右；而高炉-转炉-薄板坯连铸-连轧的热轧卷的吨材投资量将降至600~800美元，甚至更低些[13]，薄板坯连铸连轧工艺能耗低，约低50%；生产成本约为常规轧机的78%；成材率比常规轧机高1.8%左右；而维修费用约为常规轧机的39%。

4.2薄板坯连铸连轧技术的技术优势

4.2.1细晶高强

由于薄板坯连铸浇铸的铸坯薄（一般为50～90mm），在结晶器及二冷区的快速冷却过程中，柱状晶短，等轴晶区宽，晶粒细化；而在随后的直接轧制中取消了γ→α相变区的中间冷却而使产品组织得到弥散硬化，从而使产品的机械性能强化，十分有利于生产高强度钢材。

珠钢目前已大批量生产高强度钢板，其屈服强度345 MPa的集装箱板极限厚

度为1.4 mm，屈服强550 MPa的高强度汽车结构板极限厚度达1.8 mm，屈服强度大于700 MPa的高强度集装箱板极限厚度为2 mm。在稍加微合金元素V，Ti 的情况下便可开发出晶粒尺寸为3～4μm的超细晶粒高成形性结构钢[7]。

4.2.2降低缺陷

连铸连轧技术在生产过程中铸坯的冷却速度加快。快速凝固有利于夹杂物的形成，使它们成为细小的球状。长条夹杂物的减少有利于获得各向同性的弯曲性能。另外，铸坯的宏观中心偏析情况也大为改善。

4.2.3产品薄规格化

在常规热连轧机上由于坯厚（200～250 mm），变形量大、道次多、轧辊热膨胀大、轧制不稳定等原因，在生产薄规格产品（≤2 mm以下）时对产量影响较大，而薄板坯连铸连轧工艺的产量主要取决于连铸，板坯进轧机时尾部在炉内保温，不需升速轧制，而且开轧温度较高，因而较适宜生产薄规格带钢。

传统热轧带钢产品的厚度主要分布情况是：2.00~2.99mm，约占47.5%；

3.00~

4.99mm约占2

5.7%；1.50~1.99mm，约占14.3%；而小于1.50mm仅占0.3%。二十世纪90年代以来，由于薄板坯连铸连轧工艺的发展，使得热轧薄板的最小厚度已经有可能达到1mm以下，而其产品主要厚度范围将主要分布在1.0~3.0mm 之间。对于传统冷轧带钢轧机的产品而言，其厚度分布情况是：约有60%分布在0.6~1.2mm之间，约有15%分布在1.2~1.6mm之间。因此，薄板坯连铸连轧作业线的热轧产品将部分挤占1.0~2.2mm之间冷轧产品的市场[14]。

4.2.4生产特种钢

薄板坯连铸连轧技术在设计和投产的开始阶段主要是为了提高生产效率、降低生产成本。因此该技术更多的被大型钢铁企业所应用，用于大规模生产使用量大的普通板材、带材。对于生产工艺要求高的较为特殊钢种，薄板坯连铸连轧技术在开始阶段并未涉及。薄板坯连铸连轧技术经过十多年的发展、完善，已从开发初期的以低成本、生产中低档次产品，帮助中小企业进入扁平材生产领域并取得良好的经济效益，发展到目前与传统的钢铁联合企业的转炉工艺有机结合，生产双相钢和TRIP钢及电工钢、奥氏体不锈钢等品种，充分利用了薄板坯连铸连轧技术工艺优越性的另一方面，表明薄板坯连铸连轧技术在高端产品的应用方面