薄板坯连铸

第一章薄板坯连铸连轧技术概述§1.1钢铁在二十一世纪的地位及作用二十一世纪，工业界对材料的性能提出了更高的要求，就是材料要有高的强度、长期使用不变形、断裂，具有好的热特性及综合性能；环境好、节能节材，便于实现自动化。§1.2二十一世纪钢铁工业发展的特点一、钢铁工业正在经历激烈的竞争1.发达国家与发展中国家之间的竞争。2.所谓“短流程”钢铁企业与大型钢铁联合企业之间的竞争。3.钢材与钢材代用品之间的竞争。4.同类钢材的质量和成本之间的竞争。世界钢铁工业将以能够适应调整结构并能适应市场竞争的钢厂为主体，全球的钢铁企业分为三大类：发展和新生的一类调整和重组的一类收缩和淘汰的一类因此，提高企业的市场竞争力和适当可持续发展战略的挑战将成为二十一世纪钢铁工业的主要课题。二、钢铁技术革命正在加速、扩展和深化原材料：用蒸汽煤和铁精矿生产铁水的工艺实现工业化生产。转炉炼钢：采用铁水预处理技术，炉外精炼技术等。连铸：由薄板坯连铸机生产具有良好表面质量，无结晶器保护渣夹杂，无轧制铁皮和尺寸精确的板坯。热轧：新热带轧机生产厚度极薄和公差精确的板带，热带厚度约为1.1mm。冷轧：正探索在双机架冷轧机上用厚度较薄的热轧带钢生产满足汽车板质量要求的冷轧带卷。三、产品结构的调整许多发达国家对产品结构进行了调整，主动放弃某些盈利能力差的产品，集中发展高附加值的产品，利用技术上的领先优势，努力扩大高附加值产品的市场份额和开发新品种，以期在国际竞争中处于有利的地位。如美国发展汽车车身用的深冲板，发达国家中高附加值产品占钢材的比例呈上升趋势。§1.3我国的钢铁工业一、现状1.产量：目前，我国拥有年产钢50万吨以上的钢铁企业46家，其产量约占全国总产量的85%，在这46家企业中，宝钢、鞍钢、武钢、本钢年产量在800万吨以上，年产量在100～500万吨的钢铁企业有29家，年产量在50～100万吨的钢铁企业有13家，此外还有产钢量不足50万吨的小型企业98家。2.装备情况：高炉3228座，设备能力12648万吨，炼钢炉3767座，生产能力11467万吨，其中转炉297座，生产能力6892万吨，占60.5%。连铸设备344台，1032流，板坯57台72流。3.竞争力：成本高、高附加值的产品份额低、产品服务跟不上。二、重点开发的技术1.对钢铁工业长期发展具有影响的前沿技术，包括近终形产品连铸，新一代钢铁材料的开发。2.提高冶金产品质量，开发新的钢材品种，包括纯净钢生产，控制轧制与冷却制度，智能化技术。3.优化钢铁制造流程，节能，降低成本的技术。4.节能环保及资源的综合利用§1.4薄板坯连铸技术一、薄板坯连铸技术的出现和发展连铸发展的初期，连铸机只作为模铸能力或初轧能力不足的补充手段，随着钢种的增加，浇铸断面的扩大，多炉连浇的实现，钢液真空处理和保护浇注的采用，以及连铸机拉速的提高，相继建成了大型板坯连铸机和多流方坯连铸机，进而发展成为全连铸车间完全取代了模铸，全连铸车间的建成是连铸技术趋于成熟的标志。薄板坯连铸连轧技术是二十世纪90年代国际钢铁工业中的一项重大新技术，自1989年在美国纽柯厂和1992年在意大利阿维迪厂投产以来，在近10年来得到了迅速的发展，至今已经投产薄板坯连铸连轧生产线达33条，连铸机45流。我国也很重视此项技术，1996年珠江钢厂、邯郸钢铁公司和包头钢铁公司三家企业正式签订了引进该技术的合同，珠钢、邯钢的机组于1999年先后投产，包钢2001年投产。同时，国家已将此技术列为科技攻关课题。中国现有14条薄板坯连铸连轧生产线概况SurveyofTSCRproductionlinesinChina序号钢厂炼钢炉连铸机薄板坯尺寸/mm计算规模/万t·a-1轧机最终产品尺寸/mm均（加）热炉总投资估算/亿元（人民币）投产日期1珠江钢铁厂2×150t电弧炉2流立弯型CSP铸机50×（950~1350）1806机架SMS轧机1.27（最小）辊底式均热炉191.8m×232.01998-112邯郸钢铁厂2×100（公称）/120t（实际出钢）转炉2流立弯型CSP铸机（50~70）×（980~1680）2461+6机架SMS轧机1.2（最小）辊底式均热炉191.8m×23鞍山钢铁厂2×90（公称）/110t（实际出钢）转炉2流直弧型CONROLL铸机（ASP）135（100~150）×（900~1620）2202+6机架SMS轧机1.0（最小）步进式加热炉4包头钢铁厂2×210t转炉2流立弯型CSP铸机（50~70）×（900~1560）2206机架SMS轧机1.2（最小）辊底式均热炉200.8m×2摆动式联接5唐山钢铁厂2×150t转炉2流直弧型铸机（90~70，65）×（850~1680）2502+5机达涅利0.8~6.0辊底式均热炉231m×226.42002-126马鞍山钢铁厂2×100（公称）/120t转炉2流立弯型CSP铸机（90~70，50）×（900~1600）2407机架0.8~8.0辊底式均热炉25.52003-127涟源钢铁厂3×90（公称）/105t转炉2流立弯型CSP铸机（70~55）×（800~1600）2307机架0.8~12.7辊底式均热炉28.02004-38本溪钢铁厂与唐钢类似2流FTSR铸机90~702502+5机架0.8~6.0辊底式均热炉20059通化钢铁公司与唐钢类似FTSR90~702502+5机架0.8~6.0辊底式均热炉200610济南钢铁公司与ASP类似CONROLL120~1501+6机架1.2（最小）步进式加热炉200511唐山钢铁公司与ASP类似CONROLL120~1501+6机架1.2（最小）步进式加热炉200612国丰钢铁公司CONROLL120~1501+6机架1.2（最小）步进式加热炉200613安阳钢铁公司FTSR150×（1600~3250）×（5~18）单机炉中板卷步进式加热炉30~322005-1214南京钢铁公司CONROLL150×（1600~3250）单机炉卷中板卷步进式加热炉32~342004-915韶关钢铁公司预留炉卷机二、薄板坯连铸与传统连铸相比的优点1.工艺简单，投资少，生产线短薄板坯连铸连轧省去了粗轧和部分粗轧机架，生产线一般仅200多米，降低了单位造价，缩短了建设工期，可较快地投产并发挥投资效益。连铸连轧的工艺过程：炼钢---炉外精炼---薄板坯连铸---物流的时间节奏与温度衔接---热连轧五个单元工序组成，将原来的炼钢厂和热轧厂紧凑地压缩，有机地组合在一起。2.生产周期短从冶炼钢水到热轧板卷输出，仅需1.5小时，从而节约了流动资金，降低了生产成本，得到较快的经济效益，从钢水浇入结晶器到热卷用30分钟左右。3.节约能源，提高成材率由于实现了连铸连轧，可直接节省标准煤66公斤/吨，成材率可提高11%～13%。4．连铸浇铸的钢种多连铸机浇注的钢坯有方坯、板坯以及多边形坯，据统计全世界连铸钢总产量中60%的为板坯，浇注的钢种在100多种以上，包括普碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、高速钢、轴承钢、电磁钢、超合金钢等。其中碳素钢占63%以上。三、薄板坯连铸的特点及要求1.板坯厚度薄薄板坯的厚度范围为40～70mm要求：(1)设备方面要求对传统的结晶器，浸入式水口进行改造，使之能对钢水注入较窄的结晶器进行可靠控制，另外拉速快，出结晶器时的坯壳厚度小，在二冷区的导向辊之间容易产生鼓肚，影响铸坯质量，故二冷区只能采用小辊径，小辊距的密辊布置方案。(2)工艺方面薄板坯不适合在加热炉中进行加热，因为若用加热炉，其长度必将远大于常规加热炉，这是不经济的，同时由于比表面积大大增加，加热过程的表面烧损也会增加，因此，薄板坯连铸只适合采用连铸连轧工艺，要求铸坯无缺陷。(3)操作方面A.薄板坯的表面积数倍于普通板坯，加上铸坯温度高，表面氧化严重，要求进行保护浇铸。B.结晶器内的温度分布规律易受操作因素干扰，难于稳定，对操作要求更高。C.为使薄板坯连铸与普通连铸具有相同的生产率，拉坯速度要与板坯厚度的减少成比例提高，要求能对高拉速，变拉速及多炉连浇进行可靠的控制。2.生产过程连续（1）设备方面：要求出坯温度高，能满足直接轧制的要求，并使薄板坯在整个断面上温度分布均匀。（2）铸坯质量方面：考虑到直接装炉，要求铸坯无缺陷。（3）机组衔接方面：注意机组的衔接与匹配，能对联合机组进行可靠的控制。3.薄板坯连铸的金属学特点薄板坯浇铸时必然出现下列两种情况：一是从钢水到凝固的冷却速度快，可使凝固组织细化，合金元素固溶量增大，细小析出物增多；二是铸坯薄，不能在后续轧制工序中施加大的压下率，这使浇铸的残存组织粗大化，造成轧制退火后的力学性能和表面质量恶化。4.薄板坯凝固速度快薄板坯连铸在冶金上的突出优点就是铸坯很薄，凝固速度快，导致内部组织晶粒细化，提高了板坯的致密度，对下一步轧制加工很有利。5.薄板坯的比表面积大所谓比表面积，是指单位重量钢坯的表面积，比表面积增大后，在工艺上带来的影响：A.由于生产同样吨位的铸坯与结晶器的接触面积增大了若干倍，因此，为保证其经济的寿命周期，薄板坯结晶器铜壁的抗磨性能要求大大的提高了。B.在结晶器内，凝固初期任何可能引起铸坯表面质量的病灶都必须严格杜绝，为此，保护渣的供给，结晶器内流股的行为，液面的控制，振动的参数将成为薄板坯连铸工艺的基本技术，要求此技术要加以完善。C.由于比表面积大，热量容易散失，所以生产高温铸坯的保温技术就变得更为重要和困难。四、薄板坯连铸的关键（1）炼－铸－轧产量节奏匹配及生产管理技术（计划，物流，技术管理，节奏匹配，在多品种少批量时尤然）（2）铸坯轧制温度保证技术：i高温均温出坯，ii保温输送，iii加热补热技术，（3）柔性生产技术：包括铸坯品种变换（在线调宽），自由规程轧制，快速变规格规程，快速换辊换孔换机架及平辊轧制等；（4）铸坯及产品质量保证技术：包括高温无缺陷铸坯，产品质量保证，控轧控冷技术等。(5)实现薄板坯连铸机与热连轧机组的有效连接和协调匹配技术。第二章薄板坯连铸设备§2.1本钢薄板坯铸机的技术数据转炉的出钢时间：36min铸机的台数：一期一台，二期一台铸机的机型：一期一机一流的直弧型连铸机铸机的弧形半径：5000mm铸机的总垂直高度：7.765m铸机的总水平长度：8.643m年产量：153万吨（70mm）166万吨（85mm）最大拉坯速度：6m/min，7.3m/min最大机械拉速：8m/min最小浇铸速度：2.5m/min事故时最小浇铸速度：1.5m/min§2.2连铸设备一.中间包1.中间包:为了使中包内残钢最小,采用带鞋跟的中间包包底。2.包盖3.水口控制方式:液压塞棒,可自动和手动控制.塞棒由结晶器液位控制系统自动控制。为了防止浸入水口结瘤中断浇铸,一般采取向塞棒中间通入氩气,同时冷却塞棒。4.浸入水口的类型：本钢采用的是鸭嘴式四孔型，使用寿命可达12～14小时。5.鸭嘴型浸入水口的特点：(1)改善钢水的流动轨迹,有利于结晶器液面的稳定,有利于夹杂物的充分上浮,有利于提高结晶器的寿命。(2)浸入水口的寿命优化在正常浇铸时期，浸入水口和塞棒的侵蚀集中在较窄的区域，通过长期改变结晶器液位的定点，将侵蚀分配在更宽的位置，中间包高度的定位系统，它可生成不同的参考位，替代结晶器液位的设置点。二.结晶器1.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，上口断面比较大，这个漏斗形状在结晶器内保持到700mm，结晶器出口处坯壳厚度达50～70mm，上口的漏斗形状有利于浸入水口的伸入，并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，此形状满足长水口的插入，保护渣熔化和薄板坯厚度的要求。但结晶器内钢液注入后凝固时产生变形，注意过渡的弯曲半径，减小变形率。2.特点（1）由于具有平滑的漏斗在铜板和坯壳之间无间隙。（2）具有更大的液态钢水面积用于保护渣的熔化。（3）液面波动小，产生正常的振痕，无保护渣卷入，渣层均匀、完整。（4）结晶器内无钢水对坯壳的冲刷和重熔现象。（5）实施动