1、近终形连铸近终形连铸主讲教师：闵 义2019.11连铸理论及工艺连铸理论及工艺1 概述概述l近终形连铸：在保证成品钢材质量的前提下，尽量缩小铸坯断面来取代压力加工。l近终形连铸技术的出现和高速发展基于近代冶金学的研究成果，其中，金属凝固理论的深入研究、钢水炉外精炼机理、功能及各种精炼装置的问世和纯净钢生产技术、压力加工的进步等是推动近终形连铸技术加速开发、完善的根本，而能源危机的冲击、市场需求的扩大则是企业普遍看好它的外因。近终形连铸技术的前景是非常广阔的。模模 铸铸热热 轧轧开开 坯坯冷冷 轧轧加加 热热热热 轧轧连连 铸铸冷冷 轧轧加加 热热热热 轧轧冷冷 轧轧薄板坯连铸薄板坯连铸冷冷 轧
2、轧薄带连铸薄带连铸技术进步技术进步l近终形连铸的种类l薄板坯连铸l薄带连铸l异型坯连铸l其它：空心圆管坯连铸，喷射沉积成形等。2 薄板坯连铸2.1 薄板坯连铸连轧工艺特点整个工艺流程是由炼钢炉整个工艺流程是由炼钢炉(电炉或转炉电炉或转炉)炉外精炼炉外精炼薄板坯连铸机薄板坯连铸机物流的时间节奏与温度衔接装置物流的时间节奏与温度衔接装置热连轧机组等五个单元工序组热连轧机组等五个单元工序组成、将原来意义上的炼钢厂和热轧厂紧凑地压缩，有效地结合在一成、将原来意义上的炼钢厂和热轧厂紧凑地压缩，有效地结合在一起。起。在薄板坯连铸连轧工艺中，热连轧机是决定规模和投资的主要因素。在薄板坯连铸连轧工艺中，热连轧
3、机是决定规模和投资的主要因素。就薄板坯连铸机与热连轧机组而言，两者占投资的比例约为就薄板坯连铸机与热连轧机组而言，两者占投资的比例约为30：70所以充分发挥热连轧机组的能力应是整个工程建设的重要因所以充分发挥热连轧机组的能力应是整个工程建设的重要因素。素。2.2 薄板坯连铸连轧生产线配置l连铸连轧生产线的设备配置，主要取决于工艺技术观点。连铸连轧生产线的设备配置，主要取决于工艺技术观点。l西马克公司和达涅利公司基于近终形连铸的观点选择较小供坯厚度，并考虑轧机西马克公司和达涅利公司基于近终形连铸的观点选择较小供坯厚度，并考虑轧机数量和液芯压下工艺的协调条件。而奥钢联则主张选用中等厚度坯料供给连轧
4、机。数量和液芯压下工艺的协调条件。而奥钢联则主张选用中等厚度坯料供给连轧机。l近年来，这两种观点逐渐相互靠拢，确保连铸连轧这一生产方式具有更加显著的近年来，这两种观点逐渐相互靠拢，确保连铸连轧这一生产方式具有更加显著的节能、低投入、低成本和高质量效果。节能、低投入、低成本和高质量效果。1）薄板坯连铸工艺流程钢水钢水中间包中间包结晶器结晶器二冷区二冷区飞剪机飞剪机均热炉均热炉高压水除鳞高压水除鳞保温炉保温炉高压水除鳞高压水除鳞精轧机组精轧机组近距离卷取机近距离卷取机层流冷却层流冷却远距离卷取机远距离卷取机打包入库打包入库2）只有精轧机的薄板坯连铸生产线 这种生产线铸坯厚度约为这种生产线铸坯厚度约
5、为5070mm，设计年产量多在，设计年产量多在150万万t。产品最小厚度。产品最小厚度1.0mm。3）单流铸机与粗精轧机组配置l这种生产线连铸坯厚度大多数为这种生产线连铸坯厚度大多数为7090mm，设计产量多在，设计产量多在150万吨，产品厚度万吨，产品厚度最小最小0.81.2mm。l在此类生产线中，替代辊底式隧道加热炉的是感应加热设备，加热温度控制在在此类生产线中，替代辊底式隧道加热炉的是感应加热设备，加热温度控制在 5，受单流连铸机供坯能力的限制，坯料规格厚度可达，受单流连铸机供坯能力的限制，坯料规格厚度可达90110mm，因此，因此，要求轧机的需用轧制压力和轧机刚度要相对大一些。要求轧机
6、的需用轧制压力和轧机刚度要相对大一些。4）双流连铸机与粗、精轧机组的薄板坯连铸连轧生产线配置l此类配置受到广大用户的欢迎，已经成为薄板坯连铸连轧生产线的主此类配置受到广大用户的欢迎，已经成为薄板坯连铸连轧生产线的主流配置。这是由于此类轧钢设备具有较大的轧制压力，允许采用厚度流配置。这是由于此类轧钢设备具有较大的轧制压力，允许采用厚度较大的铸坯，或者可用于轧制难变形的产品，由于生产线采用双流连较大的铸坯，或者可用于轧制难变形的产品，由于生产线采用双流连铸机配置，其产量可以高达铸机配置，其产量可以高达250万吨。万吨。5）步进式加热炉布置的薄板坯连铸连轧生产线l此类布置的主要优点是利用加热炉大的钢
7、坯存贮量，来增大连铸与连轧此类布置的主要优点是利用加热炉大的钢坯存贮量，来增大连铸与连轧之间的缓冲时间。缓冲时间的大小取决于步进炉内钢坯的存储量，一般之间的缓冲时间。缓冲时间的大小取决于步进炉内钢坯的存储量，一般设计上可以考虑缓冲时间取设计上可以考虑缓冲时间取1.52.0h为宜。为宜。2.3 国内外开发的薄板坯连铸连轧生产线状况l目前，国内外开发的薄板坯连铸连轧技术有多种形式，如目前，国内外开发的薄板坯连铸连轧技术有多种形式，如CSP、ISP、FTSC、CONROLL、TSP、CPR、ECCO-MILL等，而实现等，而实现工业规模的主要为前四种，且各具特色，但也存在自身不足。工业规模的主要为前
8、四种，且各具特色，但也存在自身不足。l据不完全统计全世界建成投产的薄板坯连铸连轧生产线总数已经据不完全统计全世界建成投产的薄板坯连铸连轧生产线总数已经超过超过40套。套。l我国目前已经投产的薄板坯连铸连轧生产线有我国目前已经投产的薄板坯连铸连轧生产线有78套。套。5.4 薄板坯连铸连轧技术的开发与研究l自薄板坏连铸连轧技术间世至今已有多种不同连铸薄板坯的方法，众多生产线均采用了薄板坯连铸连轧工艺流程，显示出不同特色。纵观当今世界各国对该项技术的研究，可以分为以下几个阶段：寻找合理的铸坯厚度，使整个生产线发挥出最大生产率和最佳经济效益；寻找合理的铸坯厚度，使整个生产线发挥出最大生产率和最佳经济效
9、益；不断改进、完善结晶器形状、液芯压下、固相轧制、二冷冷却制度等一系列工艺不断改进、完善结晶器形状、液芯压下、固相轧制、二冷冷却制度等一系列工艺特性技术，确保了工艺的先进性和可靠性；特性技术，确保了工艺的先进性和可靠性；除主体技术外，研究并发许多相关技术，如结晶器材质、浸入式水口、结晶器振除主体技术外，研究并发许多相关技术，如结晶器材质、浸入式水口、结晶器振动装置、连铸保护渣、高压水除鳞、轧辊在线磨辊等；动装置、连铸保护渣、高压水除鳞、轧辊在线磨辊等；1.成功实现了薄板外连铸机与热连轧机组间的有效连接和协调匹配技术。成功实现了薄板外连铸机与热连轧机组间的有效连接和协调匹配技术。薄板坏连铸机平均
10、拉速一般在薄板坏连铸机平均拉速一般在4.56m/min间，最低拉速不能小于间，最低拉速不能小于2.5m/min。为了稳定地连铸，对宽度为。为了稳定地连铸，对宽度为13501600mm的薄板坯连的薄板坯连铸机而言，每小时钢水流量应不少于铸机而言，每小时钢水流量应不少于150t。据此计算，采用电炉应为。据此计算，采用电炉应为150t的超高功率电炉；转炉容量则应不小于的超高功率电炉；转炉容量则应不小于80t，以，以100t以上为宜。以上为宜。生产钢种可包括各类碳钢、低合金板带、不锈钢板带、热轧板带等。生产钢种可包括各类碳钢、低合金板带、不锈钢板带、热轧板带等。2.4.1 连铸坯厚度选择l薄、中、厚板
11、坯厚度分别界定为薄、中、厚板坯厚度分别界定为4060mm、90150mm、200300mm。l铸坯厚度是一个区别各类连铸工艺的特征参数，也是影响铸坯质量的重铸坯厚度是一个区别各类连铸工艺的特征参数，也是影响铸坯质量的重要参数。三种连铸工艺的比较见表要参数。三种连铸工艺的比较见表5.1所示。所示。l究竟薄板坯厚度多少最适合，一直是争论的焦点，不同的技术有不同的究竟薄板坯厚度多少最适合，一直是争论的焦点，不同的技术有不同的结晶器出口坯厚度，如结晶器出口坯厚度，如CSP结晶器下口处厚度为结晶器下口处厚度为4070mm而奥钢联而奥钢联却认为铸坯厚度不必过薄，却认为铸坯厚度不必过薄，70125mm即可。
12、薄板坯的厚度选择不仅要即可。薄板坯的厚度选择不仅要和轧制产品的尺寸相适应，还和整个工艺流程中采用哪些相关技术有关。和轧制产品的尺寸相适应，还和整个工艺流程中采用哪些相关技术有关。此外，还应分析市场情况，确保能提供质量上乘、销路好的产品。此外，还应分析市场情况，确保能提供质量上乘、销路好的产品。连铸工艺连铸工艺薄板坯连铸薄板坯连铸中板坯连铸中板坯连铸厚板坯连铸厚板坯连铸铸坯厚度铸坯厚度/mm407090150200300结晶器形状结晶器形状漏斗形漏斗形平行板形平行板形平行板形平行板形拉速拉速m/min最大最大6.0最大最大5.0最大最大2.5轧制设备轧制设备精轧（精轧（46架）架）粗轧（粗轧（1
13、2架）卷架）卷取精轧（取精轧（46架）架）粗轧（粗轧（1架）精架）精轧（轧（7架）架）品种品种低碳为主低碳为主传统工艺相当传统工艺相当几乎不受限制几乎不受限制质量质量表面质量较差表面质量较差传统工艺相当传统工艺相当质量较高质量较高投资投资少少中中大大表表1 三种连铸工艺特点比较三种连铸工艺特点比较2.4.2 薄板坯连铸对钢水的要求l薄板坯连铸要求钢水质量高，主要指钢水温度薄板坯连铸要求钢水质量高，主要指钢水温度(特别是中间罐内钢水温度特别是中间罐内钢水温度)合适、钢水纯净度高合适、钢水纯净度高(尤其是非金属夹杂物含量少尤其是非金属夹杂物含量少)和钢水成分准确。和钢水成分准确。l对薄板坯连铸而言
14、，结晶器内容积较小，钢水温度对保护渣的熔化影响对薄板坯连铸而言，结晶器内容积较小，钢水温度对保护渣的熔化影响很大，一旦温度控制不当，水口和铜板间钢渣搭桥，往往促成铸坯粘结很大，一旦温度控制不当，水口和铜板间钢渣搭桥，往往促成铸坯粘结而漏钢；对薄板坯连铸合适的钢水温度应控制在中间罐内钢水的过热度而漏钢；对薄板坯连铸合适的钢水温度应控制在中间罐内钢水的过热度为为3045，波动值为，波动值为15。钢水成分要求钢水洁净度要求l 薄板坯连铸连轧的最终产品是生产供深冲用的冷轧板薄板坯连铸连轧的最终产品是生产供深冲用的冷轧板(如汽车板、如汽车板、食品包装食品包装DI罐等罐等)，它要求钢材具有较高的冷弯性能。
15、为此，薄板，它要求钢材具有较高的冷弯性能。为此，薄板坯必须均匀且无表面缺陷钢中最大夹杂物尺寸限制在坯必须均匀且无表面缺陷钢中最大夹杂物尺寸限制在50m以下，以下，这就要求炼钢工作者必须把薄板坯中的夹杂物控制在这就要求炼钢工作者必须把薄板坯中的夹杂物控制在0.0010.002，因而要求炼钢厂提供纯净的钢水。，因而要求炼钢厂提供纯净的钢水。钢水洁净度要求l 钢水纯净度取决于脱氧操作、精炼效果和二次氧化的程度。从冶炼入手，钢水纯净度取决于脱氧操作、精炼效果和二次氧化的程度。从冶炼入手，精心完成脱氧、脱硫任务；减少固体夹杂物的形成，如可采用碱性耐火精心完成脱氧、脱硫任务；减少固体夹杂物的形成，如可采用
16、碱性耐火材料，以减少炉衬和钢中铝反应产生新的氧化铝夹杂，也可以采用保护材料，以减少炉衬和钢中铝反应产生新的氧化铝夹杂，也可以采用保护浇铸，大大减少钢水二次氧化的几率；在钢包和中间罐内加强夹杂物上浇铸，大大减少钢水二次氧化的几率；在钢包和中间罐内加强夹杂物上浮的措施，如加强搅拌操作，中间罐内设置合理的挡坝、墙等。浮的措施，如加强搅拌操作，中间罐内设置合理的挡坝、墙等。l非金属夹杂物的降低可缓解其在较小的浸入式水口中的聚集，有利于控非金属夹杂物的降低可缓解其在较小的浸入式水口中的聚集，有利于控制液面、降低拉漏率和防止表面卷渣；而有效的夹杂物形态控制也能带制液面、降低拉漏率和防止表面卷渣；而有效的夹
17、杂物形态控制也能带来钢质量的改善。来钢质量的改善。2.4.3 结晶器结构的选择l薄板坯连铸机的出现并顺利实现工业化生产，结晶器的设计是其薄板坯连铸机的出现并顺利实现工业化生产，结晶器的设计是其中关键技术。纵观当今各种薄板坯连铸连轧工艺，结晶器形状出中关键技术。纵观当今各种薄板坯连铸连轧工艺，结晶器形状出现了相同趋势，即上口面积加大，目的的是利于浸入式水口的插现了相同趋势，即上口面积加大，目的的是利于浸入式水口的插入及保护渣的熔化，以改善铸坯表面质量。入及保护渣的熔化，以改善铸坯表面质量。（1）平行板式薄板坯结晶器l这是德马克公司ISP工艺工艺的第一代结晶器，立弯式，上部垂直段，下部弧形段，侧板
18、可调上口断面矩形，尺寸为(6080)mmx(6501330)mm。l这种结晶器只能使用薄片形浸入式水口，水口很薄，其与器壁只能保持1015mm间隙，造成水口插入处宽面侧保护渣熔化不好，影响了铸坯表面质量。l为此，德马克重新设计了上口断面形状，由原平行板型改为小漏斗型，其形状一直保持到结晶器下口仍有(1.5-2)mm的小鼓肚。近年来，其结晶器的小鼓肚越改越加大。（2）漏斗形结晶器l西马克公司CSP工艺工艺所用的漏斗型结晶器，上口宽边两侧均有一段平行段。然后和一圆弧相连接，上口断面较大。上口的漏斗形状有利于浸入式水口的伸入，在结晶器的两宽面板间形成了一个垂直方向带锥度的空间。l这种结晶器在形状上满
19、足了长水口插入、保护渣熔化和薄板铸坯厚度的要求，经在多条生产线上使用，均收到较好的效果。l此结晶器在钢液注入后凝固时要产生变形，于是设计这种漏斗的形状以及从漏斗向平行段过渡区的形状是很关键的技术。(3)透镜形结晶器l这是达涅利公司FTSRQ工艺工艺开发出的全鼓肚型(又称凸透镜型)结晶器，又称双高（H2)结晶器High reliability and high flexibility mold)。l该公司认为平行板型和漏斗型结晶器有浸入式水口插入不便和铸坯易出现表面裂纹、疤痕等缺陷的不足，而这种全鼓肚型结晶器的主要特点是其鼓肚形状贯穿整个铜板自上至下，并一直延续到扇形段中部。结晶器出口处为将铸坯
20、鼓肚形状辗平而特别设计了一组带孔型辊子，在这段矫直辊区内，铸坯经过液芯压下加工后，离开结晶器时的板坯厚度减至3570mm.(4)平行板形中厚板结晶器l这是奥钢联CONROLL工艺工艺中的平行板型结晶器，浸入式水口也是扁平状，钢水从两侧壁孔流出。结晶器断面尺寸是1500 x(70130)mm。l实际上，这类板坯应划在中板坯之列。奥钢联认为，7090mm厚的铸坯生产能耗最省、加工成本也较低，所以不必追求铸坯厚度太薄。l从结晶器形状来看，奥钢联强调只有钢水在结晶器内凝固时不变形，且保持液面平稳，才有利于消除铸坯表面裂纹促使结晶器内钢水中夹杂物上浮和防止卷渣，所以主张使用平行板型结晶器。薄板坯结晶器形
21、状的设计原则 薄板坯连铸结晶器的以下特点决定了结晶器形状的设计：薄板坯连铸结晶器的以下特点决定了结晶器形状的设计：水口的外壁与结晶器内壁距离小，对对中要准水口的外壁与结晶器内壁距离小，对对中要准(误差小于误差小于1.0mm)。液面以下维持稳定熔池的钢水量不多、液面波动大，需控制在液面以下维持稳定熔池的钢水量不多、液面波动大，需控制在1.01.5mm。形状上：易于容纳浸入式水口，且保证浸入式水口具有较长的寿命；保证有足够的形状上：易于容纳浸入式水口，且保证浸入式水口具有较长的寿命；保证有足够的化渣面积；器壁不对凝固坯壳产生过大压力，减少坯壳裂纹缺陷；化渣面积；器壁不对凝固坯壳产生过大压力，减少坯
22、壳裂纹缺陷；1.流场上：能容纳较大量钢液，减少湍流，使窄边侧附近的涡旋不太强烈，减少卷渣；流场上：能容纳较大量钢液，减少湍流，使窄边侧附近的涡旋不太强烈，减少卷渣；有一定的上回流，有助于均匀化渣均匀覆盖钢液，润滑坯壳；减少对坯壳的冲刷，有一定的上回流，有助于均匀化渣均匀覆盖钢液，润滑坯壳；减少对坯壳的冲刷，以利于形成均匀坯壳厚度，减少拉漏和裂纹。以利于形成均匀坯壳厚度，减少拉漏和裂纹。2.4.4、薄板坯浸入式水口l结晶器内钢液流动状况对生产高质量铸坯影响很大，选择合理的结晶器内钢液流动状况对生产高质量铸坯影响很大，选择合理的浸入式水口具有重要意义。浸入式水口具有重要意义。l为适应坯宽和拉速的变
23、化，可通过控制浸入式水口浸入深度或塞为适应坯宽和拉速的变化，可通过控制浸入式水口浸入深度或塞棒来控制结晶器内钢水流动。棒来控制结晶器内钢水流动。l浸入式水口形式取决于结晶器的形状。浸入式水口形式取决于结晶器的形状。（1）CSP浸入式水口l 图示出了CSP工艺漏斗型结晶器使用的浸入式水口形状及其在结晶器内的位置。l浸入式水口和结晶器是一整体，漏斗型结晶器的上口开口度保证了水口有足够的伸入空间，为使用厚壁长水口提供了有利条件。l水口外形决定了钢水在结晶器内上部流动通道；而内部形状，特别是出口形状则决定了钢水流态和注入时的动能分布。这种大十字状出口可增加钢水流量，稳定拉速，对拉速高的情况更能显示优越
24、性，其寿命可达1112炉。（2）FTSC浸入式水口l这是意大利达涅利公司开发成这是意大利达涅利公司开发成功的功的FTSC薄板坯连铸浸入式水薄板坯连铸浸入式水口，由于出口面积大，约为口，由于出口面积大，约为5700mm2，故钢液从水口流出，故钢液从水口流出的速度低，加之水口与结晶器的速度低，加之水口与结晶器距离较大，从而可以防止钢流距离较大，从而可以防止钢流对坯壳的冲刷，最大限度地减对坯壳的冲刷，最大限度地减少拉漏事故。少拉漏事故。（3）ISP浸入式水口l德国德马克和意大利阿尔维迪集团合德国德马克和意大利阿尔维迪集团合作开发的一种适合薄板坯连铸用的浸作开发的一种适合薄板坯连铸用的浸入式水口。入式
25、水口。l此种水口为扁平形水口，水口的厚度此种水口为扁平形水口，水口的厚度为为30mm，壁厚，壁厚10mm，宽，宽250mm。由于断面呈扁形，为了保证一定的注由于断面呈扁形，为了保证一定的注速，出口面积要相应增加；速，出口面积要相应增加；l此种水口在使用前要均匀预热，避免此种水口在使用前要均匀预热，避免热应力产生裂纹。热应力产生裂纹。2.4.5 薄板坯连铸结晶器保护渣l由于薄板坯拉速快，结晶器内钢液更新速度快，决定了其所用的保护渣由于薄板坯拉速快，结晶器内钢液更新速度快，决定了其所用的保护渣的性质颇为重要再加上结晶器上口空间的限制，在结晶器内保持良好的性质颇为重要再加上结晶器上口空间的限制，在结
26、晶器内保持良好的保护渣层是很难做到的。的保护渣层是很难做到的。l为此一般连铸机上常用的混合型和预熔型颗粒渣己不合适，必须改用为此一般连铸机上常用的混合型和预熔型颗粒渣己不合适，必须改用熔点、粘度更低及流动性更好的渣系。薄板坯连铸机所用的保护渣是中熔点、粘度更低及流动性更好的渣系。薄板坯连铸机所用的保护渣是中空颗粒状，加入后可在结晶器器壁与铸坯坯壳间迅速地形成稳定可控的空颗粒状，加入后可在结晶器器壁与铸坯坯壳间迅速地形成稳定可控的渣膜，起到良好的润滑和吸附作用。渣膜，起到良好的润滑和吸附作用。达涅利公司FTSC工艺使用的保护渣性能钢种钢种超低碳与低碳超低碳与低碳包晶钢包晶钢中碳钢中碳钢超高碳与高
27、碳钢超高碳与高碳钢浇注速度浇注速度m/min5.54.35.54.5粘度粘度Pa.s0.120.120.130.125熔点熔点/1050109010501050碱度碱度0.91.30.951.01.01.12.4.6 薄板坯连铸的二次冷却系统l 薄板坯连铸的拉速一般为薄板坯连铸的拉速一般为4.55.5m/min，最大拉速可达，最大拉速可达78m/min，而其铸坯凝固时，而其铸坯凝固时间不足间不足2min，也即出结晶器下口后，铸坯必须在极短的时间内完全凝固。为此，薄板，也即出结晶器下口后，铸坯必须在极短的时间内完全凝固。为此，薄板坯连铸机的二冷强度比传统板坯连铸机要大得多。下表示出了四种薄板坯连
28、铸机的二次坯连铸机的二冷强度比传统板坯连铸机要大得多。下表示出了四种薄板坯连铸机的二次冷却系统中的冷却介质和二冷控制方式。冷却系统中的冷却介质和二冷控制方式。2.4.7 薄板坯电磁制动和电磁搅拌l高速连铸的结果必然伴随凝固坯壳的强烈高速连铸的结果必然伴随凝固坯壳的强烈冲刷，同时造成卷渣及液面波动；冲刷，同时造成卷渣及液面波动；l电磁制动电磁制动(Electro-magnetic Brake)可在结可在结晶器上部产生一个强度可变的磁场，钢水晶器上部产生一个强度可变的磁场，钢水穿过磁场产生电位差，在钢水中形成一个穿过磁场产生电位差，在钢水中形成一个小回路电流，小回路电流，会对钢水的流动产生一个运会
29、对钢水的流动产生一个运动阻力，钢水的流速变低，流动速率更均动阻力，钢水的流速变低，流动速率更均匀，匀，从而达到稳定液面以及保证保护渣的从而达到稳定液面以及保证保护渣的均匀分布。均匀分布。电磁制动电磁制动薄板坯连铸电磁搅拌l设置在结晶器中的电磁搅拌设置在结晶器中的电磁搅拌(Electromagnetic Agitation)装装置能显著提高铸坯质量。置能显著提高铸坯质量。l主要功能是改善凝固晶体机构，主要功能是改善凝固晶体机构，增强等轴晶率增强等轴晶率40以上，中心以上，中心碳偏析明显减少。左图是德国碳偏析明显减少。左图是德国Ispat Ruhrort 钢厂的电磁搅拌钢厂的电磁搅拌装置。装置。2
30、.4.8 铸坯的液芯压下技术l所谓液芯压下所谓液芯压下(Liquid Core Reduction)是在是在铸坯出结晶器下口后，对其坯壳施加挤压，铸坯出结晶器下口后，对其坯壳施加挤压，液芯仍保留在其中，经二冷扇形段，液芯不液芯仍保留在其中，经二冷扇形段，液芯不断收缩直至薄板坯全部凝固。断收缩直至薄板坯全部凝固。l提出此技术的目的是为了节能和提高生产率。提出此技术的目的是为了节能和提高生产率。实践证明，软压下不仅可以将铸坯厚度减薄，实践证明，软压下不仅可以将铸坯厚度减薄，表面质量和平整度均好，而且可以明显减轻表面质量和平整度均好，而且可以明显减轻铸坯的中心偏析。铸坯的中心偏析。l液芯压下技术是薄
31、板坯采用最多的一种技术，液芯压下技术是薄板坯采用最多的一种技术，其另外一个初衷是为了尽可能提高结晶器内其另外一个初衷是为了尽可能提高结晶器内容纳的钢水量。容纳的钢水量。2.4.9 高压水除鳞技术l 薄板坯表面积大易出现二次氧化，生成氧化铁皮，如不及时清除，会与轧辊在高薄板坯表面积大易出现二次氧化，生成氧化铁皮，如不及时清除，会与轧辊在高温下接触，不仅损坏轧辊，也常因轧制速度远高于浇铸速度而将氧化铁皮轧入。温下接触，不仅损坏轧辊，也常因轧制速度远高于浇铸速度而将氧化铁皮轧入。l为此，各种薄板坯连铸机的设计方案都对除鳞给予了相当重视，新的结构都将除鳞为此，各种薄板坯连铸机的设计方案都对除鳞给予了相
32、当重视，新的结构都将除鳞机布置在粗轧机前进而在进入加热炉前、精轧前再次除鳞。机布置在粗轧机前进而在进入加热炉前、精轧前再次除鳞。l除鳞装置有高压水、旋转高压水多种类型，其水压从除鳞装置有高压水、旋转高压水多种类型，其水压从1020MPa提高至提高至40MPa。奥。奥钢联还开发了圆环形和网状旋转式高压水除鳞装置，均是想利用高压水以一定角度钢联还开发了圆环形和网状旋转式高压水除鳞装置，均是想利用高压水以一定角度打到铸坯上更有效地清除氧化铁皮。打到铸坯上更有效地清除氧化铁皮。2.4.10 薄板坯连铸连轧加热方式l 薄板坯连铸连轧工艺中除薄板坯连铸连轧工艺中除ISP工艺外其他工艺均沿袭均热炉的加热方式
33、，也称工艺外其他工艺均沿袭均热炉的加热方式，也称隧道式辊底加热炉隧道式辊底加热炉，均热炉一般长，均热炉一般长160200m，炉内布置的辊子系耐热材质，炉内布置的辊子系耐热材质，内芯冷却，均热炉由天然气加热，保温效果好。内芯冷却，均热炉由天然气加热，保温效果好。l如薄板铸坯温度入炉前达如薄板铸坯温度入炉前达1100，就不需加热，仅在拉速较慢时，才通过设置，就不需加热，仅在拉速较慢时，才通过设置在均热炉上部的烧嘴加热：均热炉内各段温差很小，通过多个测量点由计算机来在均热炉上部的烧嘴加热：均热炉内各段温差很小，通过多个测量点由计算机来控制炉内温度的均衡。控制炉内温度的均衡。薄板坯隧道式辊底加热炉2.
34、4.11 薄板坯精轧机组l 薄板坏连铸连轧生产线由连铸机和连轧机两部分组成，薄板坯连铸机给轧机提供的坯料温度高且分布均匀，一般厚度为1520mm，这就为精轧机轧制较薄的热轧带卷创造了良好的条什。根据产品规格不同和铸坯生产过程中有无铸轧(软压下)配置数目不等的精轧机架。l设置软压下的生产线，精轧机架可为4架，无软压下的生产线需要67架。l精轧机组数量与要求的轧材厚度有关，薄板坯连铸连轧生产线生产厚度为1.0mm的热轧带卷已成为现实，而未来的方向是如何生产出0.8mm的热轧带卷，以逐步部分取代等厚度的冷轧板。1）轧制速度l考虑到板坯与轧机的衔接关系，薄板坯轧制速度在考虑到板坯与轧机的衔接关系，薄板
35、坯轧制速度在12m/s应该说是应该说是比较合理的。在此条件下，轧件的自然温降与轧制温升刚好相抵，比较合理的。在此条件下，轧件的自然温降与轧制温升刚好相抵，而尾部又在炉内，正好满足恒温轧制的要求；而尾部又在炉内，正好满足恒温轧制的要求；l尽管达涅利声称已经可以将薄板坯连铸连轧速度提高至尽管达涅利声称已经可以将薄板坯连铸连轧速度提高至20m/s，但，但各厂还是根据轧制过程中保持轧件的恒温轧制来制定合理的轧制各厂还是根据轧制过程中保持轧件的恒温轧制来制定合理的轧制速度。速度。2）半无头轧制l半无头轧制工艺半无头轧制工艺是将几块中间坯焊接在一起，然后通过精轧机轧制，是将几块中间坯焊接在一起，然后通过精
36、轧机轧制，在在进入卷取机前，用一台高速飞剪将其分切到要求的卷重；进入卷取机前，用一台高速飞剪将其分切到要求的卷重；l半无头轧制被认为克服了成批轧制或单卷轧制的通病，尤其是当轧制超半无头轧制被认为克服了成批轧制或单卷轧制的通病，尤其是当轧制超薄带材时可以获得下列目标：薄带材时可以获得下列目标：l（1 1）稳定轧制条件以利于产品质量；）稳定轧制条件以利于产品质量；l（2 2）消除了穿带和甩尾有关的麻烦；）消除了穿带和甩尾有关的麻烦；l（3 3）显著提高了轧机的作业率和金属收得率）显著提高了轧机的作业率和金属收得率3、铁素体轧制l铁素体轧制，铁素体轧制，是粗轧仍在全奥氏体状态下是粗轧仍在全奥氏体状态
37、下完成，然后通过精轧机和粗轧机之间的超完成，然后通过精轧机和粗轧机之间的超快速冷却系统，使带钢温度在进入第一架快速冷却系统，使带钢温度在进入第一架精轧机前降低到精轧机前降低到A3线以下，完成线以下，完成 转变，转变，即变成完全铁素体系统；即变成完全铁素体系统；l铁素体轧制的优点：减少了氧化铁皮的产铁素体轧制的优点：减少了氧化铁皮的产生和工作辊的磨损，提高了带钢的表面质生和工作辊的磨损，提高了带钢的表面质量，降低了冷却水的消耗；量，降低了冷却水的消耗；l铁素体轧制生产的热轧薄带钢或超薄带钢铁素体轧制生产的热轧薄带钢或超薄带钢可替代传统的冷轧退火板。可替代传统的冷轧退火板。2.5 薄板坯连铸连轧分
38、类l国内外开发常用的薄板坯连铸连轧技术形式有国内外开发常用的薄板坯连铸连轧技术形式有CSP、ISP、FTSC、CONROLL，下面将分别介绍上述，下面将分别介绍上述各工艺特点各工艺特点。2.5.1 CSP工艺lCSP(Compact Strip Production)工艺工艺是德国西马克公司成功开发的，也称紧是德国西马克公司成功开发的，也称紧凑式热带生产工艺。凑式热带生产工艺。l先后在美国的约柯公司的克拉福兹维莱先后在美国的约柯公司的克拉福兹维莱厂、黑可曼厂、戈拉廷厂、韩国的韩宝厂、黑可曼厂、戈拉廷厂、韩国的韩宝厂、墨西哥的希尔沙厂、西班牙的比斯厂、墨西哥的希尔沙厂、西班牙的比斯卡亚厂建成工业
39、化的生产线，取得了很卡亚厂建成工业化的生产线，取得了很大成功。大成功。l我国珠江钢厂、邯郸钢厂、包钢的薄板我国珠江钢厂、邯郸钢厂、包钢的薄板坯生产线均属坯生产线均属CSP工艺。工艺。1）工艺特点CSP工艺具有流程短、生产稳定，产品质最好、成本低，等一系列突出持点。其工艺生产流程一般均为：电炉：电炉钢包精炼炉钢包精炼炉薄板坯连铸机薄板坯连铸机均热均热(保温保温)热连轧机热连轧机层流冷却层流冷却地下卷取。地下卷取。薄板坯从铸机拉出，厚50mm，使用用天然气的均热炉加热保温，薄板坯经由高压水除鳞后，通过46架精轧机轧成12.5mm热轧带卷，冷却后成卷，卷重约20吨。CBFEAFCSP配置流程图从钢水
40、到轧制成板卷的时间不到从钢水到轧制成板卷的时间不到30min。2）CSP技术改进和完善l CSP工艺采用了许多关键技术，从而保证了自身特点的实现，具体为：工艺采用了许多关键技术，从而保证了自身特点的实现，具体为：使用漏斗型结晶器，它有较厚的上口尺寸使用漏斗型结晶器，它有较厚的上口尺寸(70130mm)，便于浸入式长水，便于浸入式长水口的插入，水口和器壁间的间距不少于口的插入，水口和器壁间的间距不少于25mm，有利于保护渣的熔化。，有利于保护渣的熔化。严格控制钢水质量，提高纯净度。对严格控制钢水质量，提高纯净度。对CSP工艺而言，采用优质原材料、工艺而言，采用优质原材料、控制废钢杂质、配加直接还
41、原铁等都是必要的，钢水控制废钢杂质、配加直接还原铁等都是必要的，钢水100经钙处理，经钙处理，加铝仅为脱氧，这些措施保证了钢板的高质量和生产线的顺行。加铝仅为脱氧，这些措施保证了钢板的高质量和生产线的顺行。1.针对热连轧机在板形控制方而开发应用了一系列新技术，如轧辐可轴向针对热连轧机在板形控制方而开发应用了一系列新技术，如轧辐可轴向移动、轧辐热凸度轧制、板厚及平整度的在线控制等措施，保证了生产移动、轧辐热凸度轧制、板厚及平整度的在线控制等措施，保证了生产1.0mm厚度的热轧带卷。厚度的热轧带卷。3）CSP生产线举例德国蒂森钢厂项目项目钢包容量钢包容量/吨吨结晶器出结晶器出口厚度口厚度/mm铸坯
42、厚度铸坯厚度/mm铸坯宽度铸坯宽度/mm拉速拉速m/min铸坯出炉铸坯出炉温度温度/产品厚度产品厚度/mm板卷单重板卷单重kg/min年产量年产量参数参数38040064486390016005.56.011501.06.251821240万万主要工艺参数主要工艺参数2.5.2 ISP工艺lISP工艺工艺(Inline Strip Production)，即德马克公司开发的在线热带工艺。，即德马克公司开发的在线热带工艺。该技术已于该技术已于1992午午1月在意大利阿维迪钢厂建成投产，设计能力为月在意大利阿维迪钢厂建成投产，设计能力为50万万ta。lISP生产线的工艺流程可简述为：生产线的工艺流
43、程可简述为：钢包车钢包车中间罐中间罐薄片状浸入式水门薄片状浸入式水门结晶器结晶器铸轧铸轧区段区段大压下量初轧机大压下量初轧机剪切剪切感应加热炉感应加热炉克日莫克日莫纳炉纳炉精轧机架精轧机架层流冷却层流冷却地下卷取地下卷取1）ISP工艺特点生产线布置紧凑，不使用长的均热炉，总长度仅生产线布置紧凑，不使用长的均热炉，总长度仅180 m，从钢水变成热轧带卷，从钢水变成热轧带卷仅需仅需2030min；采用了液芯压下和固相铸轧技术，可生产厚度为采用了液芯压下和固相铸轧技术，可生产厚度为1525mm、宽度为、宽度为6501330mm的薄板坯，如不进入精轧机，可作为中板直接外售；的薄板坯，如不进入精轧机，可
44、作为中板直接外售；二次冷却采用气雾冷却，有助于生产较薄且表面质量高的铸坯；二次冷却采用气雾冷却，有助于生产较薄且表面质量高的铸坯；克日莫纳炉实际是一双卷取机，通过气体加热铸坯，同时将铸坯卷取，送至精克日莫纳炉实际是一双卷取机，通过气体加热铸坯，同时将铸坯卷取，送至精轧机；轧机；结晶器已经由过去的平行板式改为带有小鼓肚的橄榄球状，水口壁厚也随之增结晶器已经由过去的平行板式改为带有小鼓肚的橄榄球状，水口壁厚也随之增加；加；为配合不锈钢生产，该生产线上需配置为配合不锈钢生产，该生产线上需配置AOD炉，完成去碳保铬的任务。炉，完成去碳保铬的任务。2）ISP生产线举例意大利阿维迪厂长度最短的长度最短的薄
45、板坯流程薄板坯流程项目项目参数参数炼钢厂炼钢厂一台一台100t电炉电炉LF精炼炉精炼炉ISP铸机铸机生产能力生产能力70万万t/a 热轧带钢热轧带钢宽度宽度6501300mm厚度厚度薄板坯薄板坯43mm条钢条钢1525mm热轧带钢热轧带钢1.012.0钢种钢种低碳、高碳、不锈钢低碳、高碳、不锈钢ISP铸机铸机单流、立弯式、多辊矫直、冶金长度单流、立弯式、多辊矫直、冶金长度6.5m结晶器类型结晶器类型弧形结晶器，变弧度弧形结晶器，变弧度意大利阿维迪厂意大利阿维迪厂ISP生产线技术参数生产线技术参数3）ISP生产线举例韩国浦项2.5.3 FTSR工艺l FTSR工艺工艺(Flexible Thin
46、 Slab Rolling for Quality)，称之为生产高质量，称之为生产高质量产品的灵活性薄板坯轧制，是由意大利达涅利公司开发出的又一种薄板产品的灵活性薄板坯轧制，是由意大利达涅利公司开发出的又一种薄板坯连铸连轧工艺，工艺参数见下表。坯连铸连轧工艺，工艺参数见下表。l 达涅利公司认为达涅利公司认为PTSR技术可提供表面和内部质量、力学性能、化学成技术可提供表面和内部质量、力学性能、化学成分均优的汽车工业用的热轧带卷。该技术具有相当的灵活性，浇铸钢种分均优的汽车工业用的热轧带卷。该技术具有相当的灵活性，浇铸钢种范围较宽，包括包晶钢；板坯厚度、宽度变化范围也较大；直接轧制过范围较宽，包括
47、包晶钢；板坯厚度、宽度变化范围也较大；直接轧制过程中操作灵活，出现故障时调整速度容易。程中操作灵活，出现故障时调整速度容易。1）FTSR工艺流程l炼钢炉炼钢炉炉外精炼炉炉外精炼炉薄板坯连铸机薄板坯连铸机旋转式旋转式除鳞机除鳞机隧道式加热炉隧道式加热炉二次除鳞机二次除鳞机立辊轧立辊轧机机粗轧机粗轧机保温辊道保温辊道三次除鳞装置三次除鳞装置精轧精轧机机输出辊道和带钢冷却段输出辊道和带钢冷却段地下卷取机。地下卷取机。2）FTSC技术特点技术特点l使用使用H2结晶器结晶器 达涅利公司于达涅利公司于1990年设计制造了用于薄板坯连铸工艺的年设计制造了用于薄板坯连铸工艺的H2高速高质高速高质量长漏斗型结晶
48、器，目的在于减小凝固壳的应力。此外，结晶器内量长漏斗型结晶器，目的在于减小凝固壳的应力。此外，结晶器内较大的容量和轻压下技术的运用增大了结晶器内弯月面的面积，会较大的容量和轻压下技术的运用增大了结晶器内弯月面的面积，会对钢水流动产生制动作用从而改善保护渣的工作条件，为提高拉对钢水流动产生制动作用从而改善保护渣的工作条件，为提高拉速和铸坯表面质量创造了条件。同时，速和铸坯表面质量创造了条件。同时，H2结晶器长漏斗型的内部空结晶器长漏斗型的内部空间较大可使用厚壁浸入式水口，延长了其使用寿命。间较大可使用厚壁浸入式水口，延长了其使用寿命。FTSR附加特性结晶器液面和保护渣厚度自动控制l使用新型浸入式
49、水口使用新型浸入式水口l达涅利技术采用的厚壁浸入式水口，有较大的钢水通过速度达涅利技术采用的厚壁浸入式水口，有较大的钢水通过速度(1.05.1t/min)，能防止钢水散流，使其缓慢流入弯月面，从而使结晶器，能防止钢水散流，使其缓慢流入弯月面，从而使结晶器内液面波动最小。浸入式水口的特殊形状可保证在任何拉速条件下内液面波动最小。浸入式水口的特殊形状可保证在任何拉速条件下都能提供与之相适应的润滑作用，基本消除了坯壳再熔化和搭桥的都能提供与之相适应的润滑作用，基本消除了坯壳再熔化和搭桥的可能，夹渣现象也可避免；该水口可适应各种各样的工作位置，加可能，夹渣现象也可避免；该水口可适应各种各样的工作位置，
50、加之最优化的磨损分布，延长了使用寿命；与之最优化的磨损分布，延长了使用寿命；与H2结晶器配合，使得浇结晶器配合，使得浇铸时间可连续铸时间可连续12h极大地节省了投资和生产成本。极大地节省了投资和生产成本。3）常规热带钢连轧技术与FTSR比较4）FTSR生产率l达涅利由于浸入式水口尺寸进行了优化设计，可浇注达涅利由于浸入式水口尺寸进行了优化设计，可浇注810h，按结，按结晶器出口坯厚晶器出口坯厚8090mm计算，每流年产量为计算，每流年产量为140160万吨，关于拉万吨，关于拉坯速度与年产量的关系如上图所示。坯速度与年产量的关系如上图所示。2.5.4 CONROLL技术技术l奥钢联工程技术公司奥
