ESP无头连铸连轧带钢工艺的创新与展望
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1 ESP 带钢连铸连轧工艺的创新
1. 1 带钢无头连铸连轧工艺的发展现状
目前, 世界上已投入工业化生产的带钢无头 连铸连轧生产线有 2 条, 即意大利阿维迪与西门 子奥钢联合作开发的 ESP 生产线和浦项公司与 达涅利合作开发的带钢无头连铸连轧生产线。
2006 年 9 月 12 日, 阿维迪钢铁集团 公司与 西门子工业服务部奥钢联公司达成协议, 建设一 条新的 ESP 全无头模式的连铸连轧生产线。阿
41
0. 9 1. 0( 0. 9)
1. 2. 2 ESP 工艺技术背景
阿维迪公司克雷莫纳厂 ISP 技术的成熟, 为 ESP 技术奠定了基础, 该公司决定采用 ESP 技术 投资兴建 1 条新的 生产线。ESP 生产线比 已经 运行在克雷莫纳的 ISP 生产线投资成本更低。
ESP 生产线的提出是基于: 1) 阿维迪公司掌 握的炼钢和连铸技术可以生产出无缺陷带坯; 2) 阿维迪 ISP 线 经过连铸连轧 机组和感应加 热器 后, 中间带坯全长温度和形状稳定, 不再需要克雷 莫纳炉或热卷箱; 3) 由于铸机和轧机操作的管理 合理, 不会导致产生非计划停机或故障, 不需较长 辊底式炉; 4) 连浇炉数增加, 连浇期间无头轧制带 钢产生效益足以补偿前述风险[ 6] 。
430
3. 56
100
70. 0
175
2. 20
95
25. 8
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2. 88
81
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轧制
加热
能耗/
能耗/
( k Wh t 1) ( kWh t 1 )
用水量/ ( m3 t 1 )
最小厚度 ( 目标值) /
mm
51
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1. 6 1. 2( 1. 0)
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mm
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( m min 1 )
厚度/ mm
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1 10
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5. 1
0. 8~ 12
图 2 浦项公司光阳厂新一代板带生 产线工艺流程图
1. 2 带钢无头连铸连轧工艺的创新历程 1. 2. 1 紧凑节能的 ISP 工艺开发
意大利阿维迪公司近年来一直致力于 ISP 工 艺的研究和改进, 其 1992 年投产的 ISP 生产线在
2006 年 9 月, 意大利阿维迪公司( A rvedi) 决 定在克雷莫纳厂内新建全球第一个无头连铸连轧 带钢工 艺( ESP) 的电炉钢 厂。该生 产线是其 在 ISP 生产线多年经验积累的基础上, 采用 高度紧 凑式设计, 投资成本、能耗和水耗均比传统的薄板 坯连铸连轧生产线 低。ESP 生产线能生产 各种 产品, 包括低合金高强度钢和多相钢, 最薄可生产 厚0. 8 m m 的产 品, 能 替代部分 冷轧产 品。2010 年 5 月 12 日, 阿维迪公司首批以无头轧制方式生 产的热带钢已达到了 9 炉连浇的较好水平[ 1] 。
Abstract: In t his paper t he inno vatio n co urse, the technolog ies and equipments and ad v ant ag es of t he Endless St rip P roductio n ( ESP) in It alian Arv edi Co mpany are described and compar ison betw een ESP and various t hin st rip cast rol ling pro cesses are discussed, and t he fut ure developm ent o f the ESP is ex pected. Key words: ESP; Endless St rip Product ion; St rip; Continuous Cast ing and Ro lling
2007 年 9 月 20 日, 浦项公司与达 涅利公司 签订合作协议, 在光阳厂对原有的 ISP 生产线进 行改造, 共同开发新一代板带产品生产设备。该 生产线 改造投资 2 300 亿韩元( 约 11. 5 亿 人民 币) , 年产量约 180 万 t 。该生产线将连铸与热轧 直接连接, 进行 连续无头轧制, 以生产 不锈钢为 主, 2009 年已试生产了少量碳钢, 下一 步将试生 产不锈钢。具体工艺流程见图 2[ 4] 。
Innovation and expectation of endless strip production
ZH ANG Z hi qin, GAO Zhen feng, H E L i bo ( T echno logy Cent er o f A ng ang St eel Co. , Lt d. , A nshan 114009, China)
阿维迪公司为保护其带钢无头连铸连轧工艺 技术, 先后在全球主要 工业国家申请了 20 多项 ISP 和 ESP 专利, 仅在中国就已申报了 3 件 ESP 专利[ 7 12] 。
2 ESP 工艺装备概况及优势
阿维迪公司的 ESP 生产线在 2009 年 6 月开 始工业化生产, 2010 年 5 月 12 日, 阿维迪公司将 最终验收合格证( FAC) 颁发 给西门子奥钢 联技 术公司。其首批以无头轧制方式生产的热带钢, 已达到了 9 炉连浇 2 250 t , 其中 55 % ( 1 250 t) 的 产品厚度为1. 0~ 1. 2 mm , 铸坯厚 80 mm , 拉速大 于 6 m/ min, 最小产品厚度为0. 8 m m。所生产的
当时是欧洲第 1 条、世界第 2 条薄板坯连铸连轧 生产线, 且只生产碳素带钢, 年产量达 110 万 t 。 该生产线高度紧凑、灵活, 代表当代先 进的低成 本、节能型热轧薄带钢生产水平。自从 1992 年投 产以来, ISP 生产线经过多次成功改造, 开发出了 薄板坯连铸与直接轧制的链接技术, 实现了无间 断连铸, 成为生产优质热轧带钢的成熟生产线。 经过多年实践, 目前该 ISP 生产线已达到世界先 进水平, 与传统工艺相比, 更加节能与环保。
阿维迪公司 克雷莫纳 厂的 ISP 工 艺路线为 连铸 !粗轧机组( 3 架) ! 感应加热装置 ! 精轧 机组( 5 架) , 生产线长约 175 m。而传统带有隧 道式加热炉的薄板坯 连铸连轧生产线 ( OT S) 长 约为 430 m 。表 2 为 3 种薄 板坯连铸 连轧工艺 对比[ 5] 。
2010 年 12 月 70 第 26 卷 第 6 期
炼钢 St eelm aking
Dec. 2010 V ol. 26 新与展望
张志勤, 高真凤, 何立波
( 鞍钢股份有限公司 技术 中心, 辽宁 鞍山 114009)
摘 要: 对意大利阿维迪公司( A rvedi) ESP 无头连铸连轧带钢工艺的创新历程、工艺装备概况及其优势 进行了论述, 对 ESP 工艺与各类薄带铸轧生产工艺进行了对比, 并对 ESP 工艺的未来发展进行了展望 。 关键词: ESP; 无头轧制; 带钢; 连铸连轧 中图分类号: T F 777. 7 文献标识码: B 文章编号: 1002 1043( 2010) 06 0070 04
72
炼钢
第 26 卷
品种为碳钢和高强度低合金钢, 用于汽车、家电和 建筑行业[ 1] 。
2. 1 ESP 工艺技术优势
1) ESP 生产线是第 1 条能够在 7 m in 内完成 从钢水直至 地下卷取机的带 卷热轧全连续 生产
线, 而原有的 ISP 薄板坯连铸连轧生产线从钢水 浇铸到产出成品带钢需要 15 min。
ESP 设备可以生产出达到冷轧表 面质量( A 级) 的热轧产 品( 可以 直接 用于 汽车裸 露部 件的 制 造) ; 还可以使用转炉钢水生产出具有 IF 钢特点 的热轧产品。
2) 薄规格产品。ESP 工艺采 用无头轧制 技 术, 减少了穿带次数, 因而可以通 过阿维迪 ESP 工艺大量生产能够在诸多领域中替代冷轧产品的 薄规格( 厚度0. 8~ 1. 0 m m) 并具有阿维迪专利权 的热轧产品, 包括屈服极限 315 M Pa、厚 1 m m 的 钢种; 屈服极限 420 M Pa、厚1. 25 m m的钢种; 厚 度在 2 m m 以 下的高强 度钢种 ( 强度 700~ 800 M Pa) ; 厚1. 2~ 1. 5 m m的 DP 600~ DP 1000 钢种, 可以替代部分冷轧产品, 提高了产品的附加值。
2) ESP 技术在高温下轧制, 提高了产品微观 组织的均匀性, 使产品的性能提高。
3) 整个生产线从连铸开始到成品卷取机不超 过 190 m , 非常紧凑, 属于超短流程, 设备投资和 厂房投资均降低, 收得率相对提高。无头带钢生 产工艺避免了新带卷在精轧机中的穿带, 因此可 安全、可靠地大量生产薄规格( 0. 8~ 1. 0 mm ) 带 卷。预计从钢 水到 带卷, 钢 的收 得率 可 以达 到 98. 0 % ~ 98. 5 % , 而 ISP 工艺仅有96. 5 % 。
与能耗降低相关的是直接或间接的温室气体
和有害气体的排放减少, 生产一般规格带卷时降 低 40 % ~ 50 % , 而生产较薄规格时降低 65 % ~ 70 % 。水消耗方面, 其耗水量比最好的传统生产 带卷方式降低 80 % 。
2. 2 ESP 工艺品种结构优势
1) 全系列钢种范围。ESP 线设 计产品大 纲 为从低碳钢到高碳钢, 以及合金钢的完整产品系 列, 包括高等级优质钢种( 如取向和无取向硅钢, 用于制造汽车车 身面板的 IF 钢) 。利用阿维 迪
工艺
板坯规格
设计 年产量/
万t
OTS
55 mm ∀ 1 600 m m 170
克雷莫纳厂 ISP55 mm ∀ 1 350 m m 110
普通 ISP 55 mm ∀ 1 600 m m 170
表 2 3 种薄板坯连铸连轧工艺对比
生产线 长度/
m
投资 ( 在欧洲) /
亿欧元
单位 投资比/
%
装机 功率/ MW
4) 可以生产高品质超薄带钢, 部分可以代替 冷轧产品, 直接进行酸洗和镀锌。
5) 在节能环保方面, ESP 技术可以在高温下 充分利用连铸坯高温能量, 即使实施较大的压下 量, 产生的轧制力也较低。与常规热连轧机比较 减少 2~ 3 座加热炉; 同 CSP 薄板坯连铸连轧比, 也减少 200 多米长隧道加热炉。并且在高温下轧 制又大大降低了轧机的功率, 电耗降低。ESP 与 ISP 工艺相比, 取消了克雷莫纳炉, 但其感应加热 炉的功率增加了, ISP 感应加热炉的最大 功率为 20 M W[ 2] , ESP 感 应 加 热 炉 的最 大 功 率 为 36 M W[ 6] 。此外, ESP 与其它薄板坯连铸连轧工艺 不同, 在提高生产线能 力和效率时, ESP 只 需要 很少的能量。在极限拉速下, 即7. 6 m/ m in( 坯料 为 70 m m ∀ 1 250 mm ) 和 8. 3 m/ min( 坯料为 55 m m ∀ 1 250 m m) 时, 感应加热器能量输入将降为 零。ESP 的能耗比 ISP 减少约 25 % ~ 30 % , 比 传统热带钢轧机减少约 40 % [ 6] 。
作者简介: 张志勤( 1964- ) , 男, 鞍山钢铁股份公司技术中心, 高级工程师, 从事钢铁前沿技术跟踪与研究。
第6期
张志勤, 等: ESP 无头连铸连轧带钢工艺的创新与展望
71
图 1 ESP 1 570 mm 生产 线示意图
表 1 ESP 1 570 mm 无头连铸连轧生产线的 技术参数
结晶器厚度/ 板坯厚度/ 最大拉速/ 出精轧机带钢
维迪公司与西门子奥钢联各持股 50 % , 共同投资 兴建总部位于意大利克雷莫纳的合资公司 克雷
莫纳工程有限公司, 该合资公司负责这项耗资 3 亿欧元的新生产线的开发与设计。西门子奥钢联
公司成为克雷莫纳厂工艺和设备制造安装的总承
包商。 该 ESP 采用单条连铸线, 目前产能为 200 万
t / a, 如果提高铸机的拉速, 在 1 850 m m ESP 生 产线上 ( 单 流) 以 7. 5 m/ min 的拉速 进行 无头 轧 制, 设计产 能可 达 250~ 300 万 t / a[ 2] 。图 1 为 ESP 生产线示意图, 表 1 为 ESP 生产线的技术参 数[ 3 ] 。
1. 1 带钢无头连铸连轧工艺的发展现状
目前, 世界上已投入工业化生产的带钢无头 连铸连轧生产线有 2 条, 即意大利阿维迪与西门 子奥钢联合作开发的 ESP 生产线和浦项公司与 达涅利合作开发的带钢无头连铸连轧生产线。
2006 年 9 月 12 日, 阿维迪钢铁集团 公司与 西门子工业服务部奥钢联公司达成协议, 建设一 条新的 ESP 全无头模式的连铸连轧生产线。阿
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1. 2. 2 ESP 工艺技术背景
阿维迪公司克雷莫纳厂 ISP 技术的成熟, 为 ESP 技术奠定了基础, 该公司决定采用 ESP 技术 投资兴建 1 条新的 生产线。ESP 生产线比 已经 运行在克雷莫纳的 ISP 生产线投资成本更低。
ESP 生产线的提出是基于: 1) 阿维迪公司掌 握的炼钢和连铸技术可以生产出无缺陷带坯; 2) 阿维迪 ISP 线 经过连铸连轧 机组和感应加 热器 后, 中间带坯全长温度和形状稳定, 不再需要克雷 莫纳炉或热卷箱; 3) 由于铸机和轧机操作的管理 合理, 不会导致产生非计划停机或故障, 不需较长 辊底式炉; 4) 连浇炉数增加, 连浇期间无头轧制带 钢产生效益足以补偿前述风险[ 6] 。
430
3. 56
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25. 8
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轧制
加热
能耗/
能耗/
( k Wh t 1) ( kWh t 1 )
用水量/ ( m3 t 1 )
最小厚度 ( 目标值) /
mm
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1. 6 1. 2( 1. 0)
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mm
mm
( m min 1 )
厚度/ mm
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0. 8~ 12
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0. 8~ 12
1 10
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0. 8~ 12
图 2 浦项公司光阳厂新一代板带生 产线工艺流程图
1. 2 带钢无头连铸连轧工艺的创新历程 1. 2. 1 紧凑节能的 ISP 工艺开发
意大利阿维迪公司近年来一直致力于 ISP 工 艺的研究和改进, 其 1992 年投产的 ISP 生产线在
2006 年 9 月, 意大利阿维迪公司( A rvedi) 决 定在克雷莫纳厂内新建全球第一个无头连铸连轧 带钢工 艺( ESP) 的电炉钢 厂。该生 产线是其 在 ISP 生产线多年经验积累的基础上, 采用 高度紧 凑式设计, 投资成本、能耗和水耗均比传统的薄板 坯连铸连轧生产线 低。ESP 生产线能生产 各种 产品, 包括低合金高强度钢和多相钢, 最薄可生产 厚0. 8 m m 的产 品, 能 替代部分 冷轧产 品。2010 年 5 月 12 日, 阿维迪公司首批以无头轧制方式生 产的热带钢已达到了 9 炉连浇的较好水平[ 1] 。
Abstract: In t his paper t he inno vatio n co urse, the technolog ies and equipments and ad v ant ag es of t he Endless St rip P roductio n ( ESP) in It alian Arv edi Co mpany are described and compar ison betw een ESP and various t hin st rip cast rol ling pro cesses are discussed, and t he fut ure developm ent o f the ESP is ex pected. Key words: ESP; Endless St rip Product ion; St rip; Continuous Cast ing and Ro lling
2007 年 9 月 20 日, 浦项公司与达 涅利公司 签订合作协议, 在光阳厂对原有的 ISP 生产线进 行改造, 共同开发新一代板带产品生产设备。该 生产线 改造投资 2 300 亿韩元( 约 11. 5 亿 人民 币) , 年产量约 180 万 t 。该生产线将连铸与热轧 直接连接, 进行 连续无头轧制, 以生产 不锈钢为 主, 2009 年已试生产了少量碳钢, 下一 步将试生 产不锈钢。具体工艺流程见图 2[ 4] 。
Innovation and expectation of endless strip production
ZH ANG Z hi qin, GAO Zhen feng, H E L i bo ( T echno logy Cent er o f A ng ang St eel Co. , Lt d. , A nshan 114009, China)
阿维迪公司为保护其带钢无头连铸连轧工艺 技术, 先后在全球主要 工业国家申请了 20 多项 ISP 和 ESP 专利, 仅在中国就已申报了 3 件 ESP 专利[ 7 12] 。
2 ESP 工艺装备概况及优势
阿维迪公司的 ESP 生产线在 2009 年 6 月开 始工业化生产, 2010 年 5 月 12 日, 阿维迪公司将 最终验收合格证( FAC) 颁发 给西门子奥钢 联技 术公司。其首批以无头轧制方式生产的热带钢, 已达到了 9 炉连浇 2 250 t , 其中 55 % ( 1 250 t) 的 产品厚度为1. 0~ 1. 2 mm , 铸坯厚 80 mm , 拉速大 于 6 m/ min, 最小产品厚度为0. 8 m m。所生产的
当时是欧洲第 1 条、世界第 2 条薄板坯连铸连轧 生产线, 且只生产碳素带钢, 年产量达 110 万 t 。 该生产线高度紧凑、灵活, 代表当代先 进的低成 本、节能型热轧薄带钢生产水平。自从 1992 年投 产以来, ISP 生产线经过多次成功改造, 开发出了 薄板坯连铸与直接轧制的链接技术, 实现了无间 断连铸, 成为生产优质热轧带钢的成熟生产线。 经过多年实践, 目前该 ISP 生产线已达到世界先 进水平, 与传统工艺相比, 更加节能与环保。
阿维迪公司 克雷莫纳 厂的 ISP 工 艺路线为 连铸 !粗轧机组( 3 架) ! 感应加热装置 ! 精轧 机组( 5 架) , 生产线长约 175 m。而传统带有隧 道式加热炉的薄板坯 连铸连轧生产线 ( OT S) 长 约为 430 m 。表 2 为 3 种薄 板坯连铸 连轧工艺 对比[ 5] 。
2010 年 12 月 70 第 26 卷 第 6 期
炼钢 St eelm aking
Dec. 2010 V ol. 26 新与展望
张志勤, 高真凤, 何立波
( 鞍钢股份有限公司 技术 中心, 辽宁 鞍山 114009)
摘 要: 对意大利阿维迪公司( A rvedi) ESP 无头连铸连轧带钢工艺的创新历程、工艺装备概况及其优势 进行了论述, 对 ESP 工艺与各类薄带铸轧生产工艺进行了对比, 并对 ESP 工艺的未来发展进行了展望 。 关键词: ESP; 无头轧制; 带钢; 连铸连轧 中图分类号: T F 777. 7 文献标识码: B 文章编号: 1002 1043( 2010) 06 0070 04
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炼钢
第 26 卷
品种为碳钢和高强度低合金钢, 用于汽车、家电和 建筑行业[ 1] 。
2. 1 ESP 工艺技术优势
1) ESP 生产线是第 1 条能够在 7 m in 内完成 从钢水直至 地下卷取机的带 卷热轧全连续 生产
线, 而原有的 ISP 薄板坯连铸连轧生产线从钢水 浇铸到产出成品带钢需要 15 min。
ESP 设备可以生产出达到冷轧表 面质量( A 级) 的热轧产 品( 可以 直接 用于 汽车裸 露部 件的 制 造) ; 还可以使用转炉钢水生产出具有 IF 钢特点 的热轧产品。
2) 薄规格产品。ESP 工艺采 用无头轧制 技 术, 减少了穿带次数, 因而可以通 过阿维迪 ESP 工艺大量生产能够在诸多领域中替代冷轧产品的 薄规格( 厚度0. 8~ 1. 0 m m) 并具有阿维迪专利权 的热轧产品, 包括屈服极限 315 M Pa、厚 1 m m 的 钢种; 屈服极限 420 M Pa、厚1. 25 m m的钢种; 厚 度在 2 m m 以 下的高强 度钢种 ( 强度 700~ 800 M Pa) ; 厚1. 2~ 1. 5 m m的 DP 600~ DP 1000 钢种, 可以替代部分冷轧产品, 提高了产品的附加值。
2) ESP 技术在高温下轧制, 提高了产品微观 组织的均匀性, 使产品的性能提高。
3) 整个生产线从连铸开始到成品卷取机不超 过 190 m , 非常紧凑, 属于超短流程, 设备投资和 厂房投资均降低, 收得率相对提高。无头带钢生 产工艺避免了新带卷在精轧机中的穿带, 因此可 安全、可靠地大量生产薄规格( 0. 8~ 1. 0 mm ) 带 卷。预计从钢 水到 带卷, 钢 的收 得率 可 以达 到 98. 0 % ~ 98. 5 % , 而 ISP 工艺仅有96. 5 % 。
与能耗降低相关的是直接或间接的温室气体
和有害气体的排放减少, 生产一般规格带卷时降 低 40 % ~ 50 % , 而生产较薄规格时降低 65 % ~ 70 % 。水消耗方面, 其耗水量比最好的传统生产 带卷方式降低 80 % 。
2. 2 ESP 工艺品种结构优势
1) 全系列钢种范围。ESP 线设 计产品大 纲 为从低碳钢到高碳钢, 以及合金钢的完整产品系 列, 包括高等级优质钢种( 如取向和无取向硅钢, 用于制造汽车车 身面板的 IF 钢) 。利用阿维 迪
工艺
板坯规格
设计 年产量/
万t
OTS
55 mm ∀ 1 600 m m 170
克雷莫纳厂 ISP55 mm ∀ 1 350 m m 110
普通 ISP 55 mm ∀ 1 600 m m 170
表 2 3 种薄板坯连铸连轧工艺对比
生产线 长度/
m
投资 ( 在欧洲) /
亿欧元
单位 投资比/
%
装机 功率/ MW
4) 可以生产高品质超薄带钢, 部分可以代替 冷轧产品, 直接进行酸洗和镀锌。
5) 在节能环保方面, ESP 技术可以在高温下 充分利用连铸坯高温能量, 即使实施较大的压下 量, 产生的轧制力也较低。与常规热连轧机比较 减少 2~ 3 座加热炉; 同 CSP 薄板坯连铸连轧比, 也减少 200 多米长隧道加热炉。并且在高温下轧 制又大大降低了轧机的功率, 电耗降低。ESP 与 ISP 工艺相比, 取消了克雷莫纳炉, 但其感应加热 炉的功率增加了, ISP 感应加热炉的最大 功率为 20 M W[ 2] , ESP 感 应 加 热 炉 的最 大 功 率 为 36 M W[ 6] 。此外, ESP 与其它薄板坯连铸连轧工艺 不同, 在提高生产线能 力和效率时, ESP 只 需要 很少的能量。在极限拉速下, 即7. 6 m/ m in( 坯料 为 70 m m ∀ 1 250 mm ) 和 8. 3 m/ min( 坯料为 55 m m ∀ 1 250 m m) 时, 感应加热器能量输入将降为 零。ESP 的能耗比 ISP 减少约 25 % ~ 30 % , 比 传统热带钢轧机减少约 40 % [ 6] 。
作者简介: 张志勤( 1964- ) , 男, 鞍山钢铁股份公司技术中心, 高级工程师, 从事钢铁前沿技术跟踪与研究。
第6期
张志勤, 等: ESP 无头连铸连轧带钢工艺的创新与展望
71
图 1 ESP 1 570 mm 生产 线示意图
表 1 ESP 1 570 mm 无头连铸连轧生产线的 技术参数
结晶器厚度/ 板坯厚度/ 最大拉速/ 出精轧机带钢
维迪公司与西门子奥钢联各持股 50 % , 共同投资 兴建总部位于意大利克雷莫纳的合资公司 克雷
莫纳工程有限公司, 该合资公司负责这项耗资 3 亿欧元的新生产线的开发与设计。西门子奥钢联
公司成为克雷莫纳厂工艺和设备制造安装的总承
包商。 该 ESP 采用单条连铸线, 目前产能为 200 万
t / a, 如果提高铸机的拉速, 在 1 850 m m ESP 生 产线上 ( 单 流) 以 7. 5 m/ min 的拉速 进行 无头 轧 制, 设计产 能可 达 250~ 300 万 t / a[ 2] 。图 1 为 ESP 生产线示意图, 表 1 为 ESP 生产线的技术参 数[ 3 ] 。