双辊薄带连铸技术状况的调查分析

项目
Eu rost rip, Euros tri p, 新日铁/ 三 Cast rip,
K ref eld
Terni 菱, H ikari Craw fords vil le
辊径/ mm 1500
1 500
1 200
带厚/ mm 1. 5~ 4. 5 2. 5~ 3. 5
2~ 5
坯宽/ mm 1 100, 1 450 1 130
1 双辊连铸钢带的技术开发状况
1. 1 Nucor 的薄带钢连铸连轧线 在美国印第安纳州 Craw f ordsville 的纽柯钢厂
因在 20 世纪 90 年代初期开拓薄板坯连铸工艺而赢 得声誉。就在 此处将建起第一 套工业化薄带 铸机 ( M C 铸机) [ 1] 。Cr aw f ordsville 的薄带线 ( Cast rip) 利用 M D 厂的一些关键机械部件并加以提高和改 进, 增加了新的设备。钢水由现有的电炉( 110 t ) 提
铸辊是薄带连铸机的关键部件。浇铸过程中铸 辊一直处于强烈热交换状态。钢水的全部潜热或部 分显热都由铸辊传出。铸辊的传热比例比一般板坯 连铸中结晶器的传热比例大得多。铸辊与固定结晶 器传热的另一个差别也很重要, 正常浇铸过程中固 定结晶器铜板上的任一点温度基本处于稳定状态; 铸辊辊面任一点的温度一直在周期性变化。这对铸 辊材料提出了较高的耐热疲劳性能。
新日铁和三菱重工的双辊薄带连铸机, 钢包容 量 10 t , 中间包容量 1. 6 t , 带宽 800 mm 和1 330 mm ,
图 1 Castrip 的钢带 Fig. 1 Strip of Castrip
铸辊直 径1 200 mm; 浇铸速度 20~ 130m / min。铸 机的自动控制系统包括浸入式水口位置控制、钢水 液位控制、自动开浇、铸辊的间距、压力、线速度控制 等。该线试制出宽1 330 mm、厚 1. 6 mm 的 304 不 锈钢带卷。
第 45 卷 第 3 期 2010年3 月
钢
铁
Iron and St eel
Vo l. 45, N o. 3 M ar ch 2010
双辊薄带连铸技术状况的调查分析
张兴中, 廖 鹏, 王明林
( 中国钢研科技集团有限公司先进钢铁流程及材料国家重点实验室, 北京 100081)
摘 要: 调查了双辊薄带铸轧生产线的运行状况 。整理出 其工业化应用 所需要的基 础数据, 如用于 相关设计和 决 策的连浇时间、作业率等。给出了生产能力的算例。利用经典的传 热凝固理论和经验对双 辊连铸的 关键参数进 行 界定, 导出了辊缝 d( 铸带厚度) 和辊径 D 、液位 h 和最大浇 铸速度 V cm 的关系。分析了 铁辊和铜辊 的差异。总结 分 析了双辊铸带宏观偏析有别于连铸坯的现象和机制。 关键词: 双辊连铸; 薄带钢; 凝固; 宏观偏析 中图分类号: T F 777 文献标志码 : A 文章编号: 0449- 749X( 2010) 03-0013- 05
Castr ip 特点是产品瞄准碳钢, 工艺装备的区别 是铸辊较小( 见表 2) 。铸辊小引出的特点是侧封板 较小, 消耗低; 熔池浅, 铸带薄, 铸速大, 控制难; 熔池 浅小, 布流器空间紧张寿命短。
表 2 3 钢厂薄带连铸的对比 Table 2 Comparison of three strip companies
Abstract: T he status o f twin r oll cast str ip product line was inv est igat ed and the basic data fo r its industr ialization was indicated, such as co nt inuo us casting time used for desig n and decision, operating r ate etc. T he ex ample fo r ca-l culating thro ug hput w as pr esented. T he key pa rameters for twin r oll cast str ip w ere defined acco rding to the class-i cal t heo ry of heat transfer and so lidification and deduced the relat ionship of r oll g ap, r oll diameter, liquid level and maxima l casting speed. D ifferent phenomena and mechanism o f macro- segr eg atio n bet ween tw in r oll cast st rip and traditio na l continuous casting slab were also summa rized. Key words: t win r oll casting; strip; so lidif ication; macr o- segr egation
作者简介: 张兴中( 1958 ) ) , 男, 博士, 教授; E- mail : z han gxz@ cis ri. com. cn; 收稿日期: 2009-05-04
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钢铁
第 45 卷
表 1 Castrip 线主要参数 Table 1 Specification of Castrip plant
设计生产能力是以从钢水到热卷收得率 91% 、 浇铸时间率 84% 、连浇 9 炉、更换铸辊 20m in 计算 得来。Cr aw f ordsville 的 Castr ip 最高月产达到过 3 万 t ( 2007 年 12 月) ; 最高连浇 24 炉, 一般连浇 3、4 炉。收得率较低的原因是钢带有微微弯曲的/ 裙边0 ( 见图 1) , 每侧需切掉宽度约 40 mm 。
参数 作业线长/ m 钢包运转 炉容/ t 结晶器类型 浇铸速度/ ( m # m in- 1) 中间包容量/ t 产品厚度/ m m 钢带宽度/ m m 最大卷重/ t 中间包注流控制 分布水口形式
轧制机架
工作辊尺寸/ m m 背辊尺寸/ m m 轧制力/ M N 主驱动功率/ k W 冷却台 卷取机能力 卷取 机 芯 轴 直 径/ mm 设计年产量/ 万 t
Kref eld 薄带铸机于 1999 年底建成, 2001 年续 Βιβλιοθήκη Baidu轧机并增加带宽。这条线铸机的生产能力为年产 量 40 万 t , 90t 钢包。钢液通过中间包进入连铸机, 通过 2 个铸辊进行凝固, 铸辊直径1 500 mm。薄带 通过夹送辊、卷取坑、轧机直至鼓形卷取机。典型的 厚度尺寸是 2. 3~ 3. 2 mm , 带宽1 100 和1 450 mm, 铸造速度能达到 35~ 70 m/ m in, 设计卷重 30 t。
1 330
钢种
不锈钢 不锈钢, 碳钢 不锈钢
Craw f ordsvill e 特性 58. 68 双臂回转台 110 500 mm 直径双辊
正常 80, 最大 120
18 0. 76~ 1. 80 1 345 25 滑动水口 过渡块 单机架 4 辊 液压 AGC <475 @ 2 050 <1 550 @ 2 050 最大 30 3 500 10 上下喷头, 240 t 2 台 @ 40 t
Kref eld 厂集中在不锈钢研究的同时, Eurost rip 的另一条双辊薄带线在意大利的 T erni 厂, 把碳钢 的铸造作为研究重点。T erni 的薄带铸机使用 60 t 的钢包 生 产 宽 1 130 mm 的 不 锈 钢带。曾 试 验 过 1 350 mm 宽的碳钢带。 1. 3 新日铁/ 三菱
铸辊和轧辊 都承担 压轧。铸 辊下 带厚 1. 6~ 11 8m m。这一数值表明凝壳被压薄了相当厚度, 此 问题在下文详细讨论。每浇铸8 000 t ( 大约 45 万 m 长度的带坯) 铸辊需修磨 1 次, 每副铜套可修磨 15 次。一道热连轧的压下量为 15% ~ 50% 。
Cast rip 的 产 品 主 要 是 低 碳 钢 ( 质 量 分 数, 01 04% ~ 0. 06% ) , 大部分用户是建筑业; 带钢厚度 11 1~ 11 6 mm, 最薄 01 84 mm 。可以用 含铜较高( 质
双辊浇铸的基本特征是坯壳与结晶器壁( 辊面) 的同步运动。正是这种同步运动避免了初生坯壳与 结晶器壁的滑动摩擦, 防止了坯壳的撕裂( 形成裂纹
第3期
张兴中等: 双辊薄带连铸技术状况的调查分 析
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和漏钢) ; 也无需振动从而没有振痕。侧封板上形成 的凝结恰恰不具备了这样的特征。此现象可能是限 制双辊浇铸实用的技术瓶颈之一。 2. 2 铸辊材质与传热凝固
供。新建 1 台钢包炉。其他的薄带连铸研究者把注 意力都集中在不锈钢上。Cast rip 的开发主要针对 碳钢, 尽管它的原型试验机组是在做不锈钢方面的 工作。Craw fo rdsville 的 薄 带线 ( Cast rip) 在 2002 年投入运行。
纽柯钢厂正在阿肯色州 Blyt heville 建设其第 2 条 Cast rip 线, 其主要参数如表 1 所示。
Investigation on Development of Twin Roll Cast Strip
ZH AN G Xing- zho ng , L IAO P eng, WANG M ing- lin
( T he Stat e K ey L abor ator y fo r A dv anced St eel Pr ocesses and P ro ducts, CISRI, Beijing 100081, China)
量分数为 0. 5% ) 的低品质废钢生产出适合产品。 1. 2 Eurostrip
由蒂森 克 虏 伯、于 齐 诺 尔 和 奥 钢 联 组 织 的 Eurostr ip 工 程 有 2 台 薄 带 铸 机: 一 台 在 德 国 Kref eld 的克虏伯蒂森 N ir ost a 厂, 集中于不锈钢产 品; 另一台在意大利 T erni 的 A ST 厂, 集中于碳钢 和硅钢产品。
762
54. 0
Bl yt hevill e 特性 49. 0
110 500 mm 直径双辊 正常 80, 最大 120 18 0. 7~ 2. 0 1 680 25
单机架 4 辊 带液压 A GC <560 @ 2 100 <1 350 @ 1 900 最大 27. 5
10 上下喷头 2 台 @ 32t 762 67. 4
开发薄带钢铸轧的还有上海宝钢、浦项公司与 戴维公司等, 浦项已转与新日铁合作。
2 关键问题分析
2. 1 侧封问题 侧封板在铸辊的两端, 与铸辊共同围成金属熔
池。其设计要求见文献[ 2] 。理论上要求侧封板绝 热, 钢不在其上凝固; 与辊端接触面润滑耐磨; 与钢 水不浸润。在1500 e 左右的高温下, 现实中没有什 么材料接近此要求。一般材料的耐磨与绝热往往是 矛盾的性能。侧封板与钢水的接触状态十分关键。 侧封板上如果有钢凝结, 此凝结可能被拉下压平, 也 可能粘住后再撕裂。在钢带边部见到的微微弯曲的 / 裙边0应与这里的状况相关。
双辊薄带连铸是一项 19 世纪中叶发明的金属 成形技术。自从 20 世纪 80 年代开始, 世界主要钢 铁和设备制造企业投入了大量人力和资金开发钢的 双辊薄带连铸技术, 主要的开发商有蒂森等组成的 Euro st rip、BH P/ 纽柯钢等的 Castr ip L LC、新日铁/ 三菱/ 浦项、宝钢集团等。由于其工艺技术本身的困 难和钢铁工业即有模式的技术经济性优越, 钢的双 辊薄带连铸技术的真正商业化 仍遥遥无期。尽管 如此, 仍然有企业希望了解它的发展状况、基本参 数和基础理论。本文正是通过实地 考察交流和深 入的研究, 得到的 工程设 计和 决策需 要的基 础数 据和算例。