第二章 薄板坯连铸连轧工艺

薄板坯的连铸连轧第二章薄板坯连铸连轧工艺2.1薄板坯连铸连轧工艺特点1.整个工艺流程是由炼钢炉(电炉或转炉)→炉外精炼→薄板坯连铸机→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。2.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。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素。薄板坯连铸连轧生产线配置•连铸连轧生产线的设备配置，主要取决于工艺技术观点。•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机。•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。1）薄板坯连铸工艺流程中间包结晶器二冷区飞剪机均热炉高压水除鳞保温炉高压水除鳞精轧机组近距离卷取机层流冷却远距离卷取机打包入库钢水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50～70mm，设计年产量多在150万t。产品最小厚度1.0mm。3）单流铸机与粗精轧机组配置•这种生产线连铸坯厚度大多数为70～90mm，设计产量多在150万吨，产品厚度最小0.8～1.2mm。•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90～110mm，因此，要求轧机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•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250万吨。5）步进式加热炉布置的薄板坯连铸连轧生产线•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，一般设计上可以考虑缓冲时间取1.5～2.0h为宜。2.2薄板坯连铸连轧技术的开发与研究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：1.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；2.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；3.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；4.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。5.薄板坏连铸机平均拉速一般在4.5～6m/min间，最低拉速不能小于2.5m/min。为了稳定地连铸，对宽度为1350～1600mm的薄板坯连铸机而言，每小时钢水流量应不少于150t。据此计算，采用电炉应为150t的超高功率电炉；转炉容量则应不小于80t，以100t以上为宜。6.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。2.2.1连铸坯厚度选择•薄、中、厚板坯厚度分别界定为40～60mm、90～150mm、200～300mm。•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。•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CSP结晶器下口处厚度为40～70mm．而奥钢联却认为铸坯厚度不必过薄，70～125mm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。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。连铸工艺薄板坯连铸中板坯连铸厚板坯连铸铸坯厚度/mm40～7090～150200～300结晶器形状漏斗形平行板形平行板形拉速m/min最大6.0最大5.0最大2.5轧制设备精轧（4～6架）粗轧（1～2架）＋卷取＋精轧（4～6架）粗轧（1～架）＋精轧（7架）品种低碳为主传统工艺相当几乎不受限制质量表面质量较差传统工艺相当质量较高投资少中大表1三种连铸工艺特点比较2.2.2冶金工艺特性2.2.2.1结晶器结构的选择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。对结晶器的要求•结构简单，便于制造和维护；•良好的导热性和刚性；•重量轻；•内表面具有良好的耐磨性和耐蚀性。结晶器形状特点长度＞1000mm，上口面积增大，漏斗形拉坯受阻，横裂缺陷小振幅,高频率的振动装置（1）平行板式薄板坯结晶器•这是德马克公司ISP工艺的第一代结晶器，立弯式，上部垂直段，下部弧形段，侧板可调．上口断面矩形，尺寸为(60～80)mmx(650～1330)mm。•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10~15mm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。•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（CSP）长1100mm，漏斗长700mm，上部宽170mm，下口宽50mm。下端厚度50~70mm。宽面板之间形成了一个垂直方向带锥度的空间。•形状尺寸•特点：有利于浸入式水口的插入；有利于保护渣的均匀扩散；满足铸坯厚度要求；漏斗形状能尽量减少坯壳的弯曲应变量，保证表面质量。开口度大导致造价高；斜度大导致拉坯阻力大。•西马克公司CSP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。•这种结晶器在形状上满足了长水口插入、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。•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•这是达涅利公司FTSRQ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Highreliabilityandhighflexibilitymold)。•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35～70mm.(4)平行板形中厚板结晶器•这是奥钢联CONROLL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1500x(70~130)mm。•实际上，这类板坯应划在中板坯之列。奥钢联认为，70～90mm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。•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：1.水口的外壁与结晶器内壁距离小，对对中要准(误差小于1.0mm)。2.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1.0～1.5mm。3.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。4.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，以利于形成均匀坯壳厚度，减少拉漏和裂纹。2.2.2.2浸入式水口•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。•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。•浸入式水口形式取决于结晶器的形状。（1）CSP浸入式水口•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。•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。•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性，其寿命可达11～12炉。（2）FTSC浸入式水口•这是意大利达涅利公司开发成功的FTSC薄板坯连铸浸入式水口，由于出口面积大，约为5700mm2，故钢液从水口流出的速度低，加之水口与结晶器距离较大，从而可以防止钢流对坯壳的冲刷，最大限度地减少拉漏事故。（3）ISP浸入式水口•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入式水口。•此种水口为扁平形水口，水口的厚度为30mm，壁厚10mm，宽250mm。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；•此种水口在使用前要均匀预热，避免热应力产生裂纹。•传统板坯连铸：混合型和预熔型保护渣•薄板坯连铸：中空颗粒保护渣作用：结晶器壁与铸坯间的润滑，传热。特点：熔点更低，流动性更强，黏度更低（便于保护渣流入坯壳与铜板之间，快速形成保护渣膜）。2.2.2.3保护渣•当液态保护渣层高度大于结晶器振动幅度时，保护渣才能流入铜板与坯壳之间，形成渣膜并起到良好的润滑和传热作用。•薄板坯表面积大导致保护渣消耗量大，另外，消耗量随着钢水温度的升高和结晶器振幅的下降而增大。连铸保护渣熔化示意图达涅利公司FTSC工艺使用的保护渣性能钢种超低碳与低碳包晶钢中碳钢超高碳与高碳钢浇注速度m/min5.54.35.54.5粘度Pa.s0.120.120.130.125熔点/℃1050109010501050碱度0.91.30.95～1.01.0～1.12.2.2.4液芯压下技术•所谓液芯压下(LiquidCoreReduction)是在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，液芯不断收缩直至薄板坯全部凝固。•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，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。•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容纳的钢水量。2.2.2.5拉坯速度2.2.2.6冷却制度2.2.2.7加热方式2.2.2.8精轧机组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15～20mm，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。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6～7架。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。2.2.2.9铁素体轧制•铁素体轧制，是粗轧仍在全奥氏体状态下完成，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精轧机前降低到A3线以下，完成γ→α转变，即变成完全铁素体系统；•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量，降低了冷却水的消耗；•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。2.2.2