中国连铸技术发展

中国连铸技术发展

卢军辉

北京科技大学冶金与生态工程学院

Email：Junhui0929@

摘 要：本论文简要评述了我国连铸技术的发展概况和传统连铸技术的发展，对提高连铸机生产率和连铸坯质量的技术措施进行了讨论。

关键词：连铸技术 生产率 连铸坯质量

前言

自1997年以来，世界粗钢产量迅速增长。2000年全世界粗钢产量首次突破8亿吨，2003年又突破9亿吨，而今年有望突破10亿吨。显然，连铸设备和工艺技术的完善和发展在其中起到了关键性的作用。今天，发展中国家钢和连铸坯的增长已经成为世界钢铁生产发展的主流，中国钢铁生产持续高速增长，也为这一发展做出了自己的贡献。

中国1996年钢产量首次超过1亿吨，2003年超过2亿吨，2004年可能达到2.8亿吨。连铸坯产量则从2000年超过1亿吨，发展到2003年超过2亿吨，2004年可能接近2.5亿吨，连铸比将达到96%[1]。而且今后几年，仍将保持较高的发展速度。

毫无疑问，七年来钢产量和连铸坯产量的高速增长是以科技创新来保证的，尤其是连铸科技创新仍是最为活跃的，并继续在钢铁工业流程优化，产品结构优化当中发挥着核心的作用。今天，代表钢铁生产水平档次的薄（中厚）板坯连铸连轧紧凑流程，已经形成了超过5000万吨/年的生产能力（七年来仅发展中国家就建成投产了11条紧凑流程生产线，其中中国占了7条，生产能力超过1400万吨/年），品种扩大，质量提高的进展引人瞩目，已经成为优质薄带材生产新的发展方向。七年来，因电磁连铸技术，结晶器非正弦振动技术，动态轻压下技术，二冷动态控制技术，低过热度高均匀凝固的浇铸工艺技术，铸坯质量在线监控技术，连铸生产过程在线检测和计算机自动化控制技术，无缺陷铸坯热装和直轧技术及中间包冶金、耐火材料功能化，保护渣性能优化等系列技术（及相应的设备）的进步，连铸生产效率及铸坯质量不断提高，钢铁生产更加稳定顺行，这就是人们更加关注连铸科技发展的原因。

本文拟从以下几个方面介绍钢铁生产中的连铸进展和存在的问题。

1我国连铸技术的发展现状

1.1连铸比迅速增长

统计数字显示,2001年我国连铸比为92.8%[2]，2002年我国连铸比为93.7%,2003年上半年全国连铸比达到94.65%[3],已超过了世界89.70%平均连铸比的水平;我国连铸比已达到发达国家的水平,连铸比将要达到饱和状态，此值不会是100%,大约在98%[4]。

1.2连铸机数量增长较快

我国连铸机的数量如表1所示(统计到2002年12月)[5]。

由表1可知:与工业发达国家相比,我国连铸机的台数最多;现有连铸机年生产能力可达2.9亿ｔ,实际连铸机产能还大有潜力。

表1 国内连铸机统计

机型 台数/台 流数/流 年产能/万ｔ 说 明

小方坯 211 783 8983.50 ≤150ｍｍ×150ｍｍ 方、矩坯 218 781 9902 >150ｍｍ×150ｍｍ 板坯 91 120 8383 板方兼用者按板坯计 薄板坯 10 10 1262 薄板坯连铸连轧

圆坯 20 52 511.25 以生产圆坯为主者按圆

坯

异型坯 1 3 63

合计 551 1749 29204.75 有几家方案未确定者尚

未计入

1.3高效连铸技术普遍应用

采用了高拉速、高作业率、高连铸炉数、高质量的连铸技术,40%～50%小方坯连铸机进行了高效化改造,流产量达到15～20万ｔ/ａ,7～10天连浇生产,铸坯无清理率达95%以上,做到了产量与质量的统一和炉机匹配统一。

1.4薄板坯连铸-连轧流程应用(TSCR)

全球已建成54流连铸-连轧生产线,年生产能力为5500万ｔ;我国已建和在建13流生产线,年生产能力达到1400万ｔ(见表2),占全球总产量的1/4;中国CSP钢产量(1050万ｔ)与美国CSP产量(1000万ｔ)相当。

表2 我国薄板坯连铸连轧生产装备一览[6]

2传统连铸技术的发展

2.1提高连铸机生产率的途径

提高连铸机产量,主要是从提高连铸机拉速和提高连铸机作业率两方面着手。

2.1.1提高连铸机拉速

连铸机拉速的提高受出结晶器坯壳厚度、冶金长度、二次冷却强度等因素的限制。要针对连铸机的不同情况,对连铸机进行高效化改造。

小方坯连铸机高效化改造的核心就是提高拉速。拉速提高后,为了保证出结晶器坯壳不漏钢,其核心技术就是优化结晶器锥度,开发新型结晶器,包括:Concast的凸模结晶器(CONVEXMOLD);Danieli自适应结晶器(DANAM);VAI的钻石结晶器(DIAMOND);PaulWurth的多锥度结晶器。虽然结晶器名称不相同,但其实质就是使结晶器锥度与坯壳收缩相一致,不至于产生气隙而减慢传热,影响坯壳均匀性生长。

目前,国际上小方坯铸机拉速达到的水平见表3。

表3 小方坯铸机拉速[7,8]

小方坯铸机拉速的提高,表现为单流产量的提高。从世界连铸发展的历程来看,20世纪70、80、90年代连铸机的单流年产量分别为5～6、8～10和15～16万ｔ。

我国钢材生产结构是长型材较多,板材比较低(约40%),反映在连铸机建设上是中小型钢厂建设小方坯连铸机较多。据统计,我国共建小方坯连铸机280台978流,年产量近6000万ｔ,平均单流年产量约为6万ｔ。与国外比较,连铸机生产率还较低。为提高连铸机生产率,从20世纪90年代以来,我国对旧有小方坯连铸机进行了高效化改造,如120mm×120mm方坯拉速由 2.0m/min提高到 3.0～4.0m/min,150mm×150mm方坯拉速由 1.5m/min提高到 2.5～3.0m/min。目前,我国不少钢厂的小方坯连铸机经过高效化改造后,单流年产量已达到15～20万ｔ的国际水平[9，10]。

板坯连铸机拉速的水平如表4所示。目前板坯厚度为200～250mm的拉速在 1.6～2.0/min左右,单流年产量达到200万ｔ。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。这是因为板坯连铸机的拉速受炉机匹配条件及铸机本身冶金长度的限制不可能有较大的变化,以及由于过高拉速所造成的漏钢危害,对板坯连铸机的影响远远高于小方坯连铸机。从原则上讲,连铸机提高拉速措施有: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掌技术;二冷强化冷却技术;铸坯矫直技术;过程自动化控制技术。

拉速提高了,铸坯内部疏松、偏析缺陷加重,夹杂物增加。高拉速与高质量是相互矛盾的,因此应根据钢种和产品用途,采取相应的技术措施,把高拉速和高质量的矛盾统一起来,以获得最佳经济效益。

表4 高效板坯连铸技术经济指标[11]