摘要：与传统连铸相比，薄板坯连铸在铸坯厚度、浇铸速度、铸态组织、在线连轧等方面都发生了很大变化，既具有冷却强度大、生产线占地少、能耗低等优点，也具有表面质量不高、产品适应范围较小等缺点。文中就薄板坯连铸连轧的现状，技术特点，局限性，板坯特点等方面的优缺点进行了分析比较，客观实际地薄板坯连铸连轧生产技术进行了评价。 关键词：薄板连铸连轧 发展 技术 铸坯质量
前言：进入新世纪后中国处于钢铁生产高速增长的新时期 ,同时也加快了工艺流程结构优化的步伐 ,特别是一批中型钢铁企业和大型钢铁企业进行了产品结构转型或流程优化 ,这使薄板坯连铸连轧这一新工艺在中国得到了快速发展。
1. 发展现状：
薄板坯连铸连轧生产工艺是20世纪 90 年代世界钢铁工业发展的一项重大新技术 ,以其投资省、成本低、节能降耗、高效的优势 ,得到迅速的发展。近年来 ,随着对薄板坯连铸连轧技术研究的深入 ,其工艺、 设备和自动控制等方面技术不断发展。薄板坯连铸连轧技术由最初的
与电炉匹配发展为与高炉— 转炉流程匹配生产 ,不再受废钢和电力的限制。过去几年 ,中国薄板坯连铸连轧生产取得了长足的进展 ,不但生产效率循序提高 ,而且产品开发形成了各厂特点 ,生产细晶与超细晶钢 ,铌、钒、钛微合金高强度钢板 ,提高冷轧坯料质量 ,加大薄规格产品比例 ,进行铁素体轧制等方面都有进步 ,还对纳米析出物沉淀强化机理等问题作了深入研究。中国薄板坯连铸连轧工艺装备和相关技术的国产化水平都有提高。中国钢厂将继续就流程配置对工艺制度优化、生产效率提高、产品质量改进和产品
结构优化的关系等问题进行研究 ,进一步提高薄板坯连铸连轧生产线的竞争能力。
2.薄板坯连铸连轧在我国的实践应用：
2. 1 薄板坯连铸连轧技术在我国的发展
自从 1999 低温导电银胶年 8 月广州珠江钢厂第 1 台 CSP生产线建成投产以来 ,我国的薄板坯连铸连轧技术发展愈来愈快。到 2007 人脸识别巡更系统年 ,我国已有珠钢、 邯钢、 包钢、 鞍钢、 唐钢、 马钢、 涟钢、 本钢、 通钢、 济钢、 酒钢、 唐山国丰 12 家钢铁企业 13 条薄板坯(包括中薄板坯)连铸连轧线相继投产 ,年产能约3 500 万 t。在今后的 5 年内 ,我国的薄板坯连铸连轧生产线可
能达到 15 条 ,年产能将突破 4 000万t ,其产能将占我国热轧板卷的30 %以上 ,薄板坯连铸连轧生产线将占世界的近 30 %。近 2 年来 ,我国已建成的薄板坯连铸连轧生产线围绕着全流程的生产工艺稳定、 产品质量稳定、 新产品开发、 冷轧基板性能控制和充分发挥流程潜能实现高效化生产等方面展开;另一方面 ,陆续建成投产的生产线迅速达产、 增效 ,我国薄板坯连铸连轧领域不断创造新的纪录。
2.2 我国薄板坯连铸连轧生产中存在的问题及今后的工作方向
(1)充分发挥流程技术优势,扩大薄规格比例,实现以热代冷。近年来,技术的发展使薄规格热轧钢板生产更经济和更具有吸引力,薄规格热轧钢板对冷轧市场日益形成挑战。薄规格热轧带钢的目标市场主要为对于表面质量、 尺寸精度、 力学性能要求低的领域知识竞赛系统,如汽车、 建筑业、 管材和金属构件等。另外,热轧薄规格带钢除直接应用外,还用于薄规格冷轧带钢的原料。目前,我国 “以热代冷” 的工作才刚刚起步,充分发挥薄板坯连铸连轧流程优
势,扩大薄规格比例,实现以热代冷,是今后薄板坯连铸连轧产品市场发展的一个主要方向。
(2)加强关键装备及消耗品制造技术的研发力争全面实现国产化。实现薄板坯连铸连轧关键
装备以及关键消耗品技术的全面国产化是降低产品成本的一个关键 ,也是提高工艺技术水平的一个标志。目前在某些方面如连铸保护渣、 漏斗型结晶器等方面做了大量的工作 ,也取得了一定的成绩 ,但还要在产品质量、蛋托 性能稳定性方面做更多更细致的研发工作。实现薄板坯连铸连轧关键技术的国产化还应加强漏钢预报技术、 动态轻压下技术、 电磁制动技术等以及轧机关键部件的研发和国产化 ,这对提高中国薄板坯连铸连轧生产线的竞争力、 降低生产成本是十分必要的。
(3)进一步加强工艺技术研究 ,提高生产效率和产能。制约薄板坯连铸连轧生产线生产效率提高、 产能进一步扩大的原因除轧机事故外 ,主要原因还在连铸工序。轧机故障对作业时间的影响可以在加热炉的有效缓冲时间内得到解决 ,而连铸事故则不然。连铸的主要问题有 3 个:拉速不够快;漏钢事故;喷气式飞行器铸坯纵裂及横裂等缺陷。国内现有薄板坯铸机的拉速与设计拉速还有一定差距 ,这一差距应该迅速补上。在铸机现有的条件下 ,提高连铸机的拉速、 作业率和连铸坯的合格率是实现薄板坯连铸连轧生产线高效化生产目标的可靠保证 ,因此 ,要加强薄板坯连铸生产工艺技术的开发工作 ,雷米迪维切实提高连铸的各项生产指标。
3.薄板坯连铸连轧的技术特点：
典型薄板坯连铸连轧生产流程示意图
3.1薄板坯连铸连轧最突出特点是流程短，能耗低，高效率，生产周期短，省去了粗轧和减少了精轧，缩减了加热炉，投资仅为常规板带厂投资额的 58%，生产能耗为常规板带生产的50%，成材率提高12%左右，生产成本降低不小于10%。
3.2高拉坯速度是薄板坯连铸连轧的一个技术特点，前提是改善结晶器的传热加大冷却强度 减小结晶器铜板厚度 控制保护渣呈薄膜状 。
3.3薄板坯连铸机的出现并顺利实现工业化生产,是薄板坯连铸连轧工艺成功的突破口,而其结晶器的设计则是其中关键技术。浸入式水口的内部和外部形状,尤其是开口的布置和配置, 决定了结晶器内钢水的流向和钢流的形状以及注入结晶器后引起的动能分布。
3.4铸坯冷却制度冷却方式有喷水冷却，气水混合冷却，干式冷却(空冷)三种。CSP 工艺采用的是喷水冷却,其优点是既可冷却板坯, 又可冷却导辊,而且水可将导辊和板坯上的残留保护渣冲掉, 但铸坯经喷水冷却后表面温度低, 轻压下技术难以使用。ISP、 FT SC、 CONROLL 工艺均采用气_水混合冷却,可根据薄板坯的宽度、 厚度、 铸速等来控制水流速度,改变压缩空气和水压以及气水比, 达到有效地调节水流量的目的,沿铸坯拉坯方向和宽度方向按不同冷却强度要求进行自动控制。
3.5除ISP 采用感应加热和克日莫那炉外, 其它工艺均采用辊底式均热炉。一般辊底式均热炉长度为160~ 300 m,炉内辊子为耐热材质、 内冷,均热炉采用煤气加热。辊底式均热炉的主要作用是均热而不是加热带坯,在铸机和轧机间起一个缓冲衔接作用。均热炉可以使同带坯温度差为10摄氏度 ! 以内, 且整条带钢温度均匀。但是因受炉内辊子耐火材料限制的影响,均热炉最高加热温度只能控制在1 150摄氏度左右。
3.6 精轧机组的设备配置和控制系统基本上和传统热轧设备差不多, 主要区别有:
( 1)为了减小轧制力和更好地控制板形,最后两架轧机工作辊辊径配置小; 而为了在大压下时
增加咬入角,则将前几架轧机工作辊辊径配置较大。
( 2)为了满足铁素体轧制的需要,在前几架轧机间配置了快冷装置。
( 3)为了解决薄板坯氧化铁皮难于去除的难题,在精轧机组前配置了40 MPa 的高压水除鳞
机。另外,在前两架轧机后也配备了除鳞集管。
( 4)为了轧制薄带钢,各机架还配备了润滑轧制设备。
4.薄板坯连铸连轧的局限性：
4.1 规模受连铸机产能限制，轧机产能不能充分发挥，生产规模仅适合于年产 250 万吨左右的中等规模的钢铁厂。
4.2 由于铸坯薄，结晶器空间较小，夹杂物在结晶器内不易上浮。冷却速度快，易产生卷渣、粘结、裂纹、偏钢等事故，氧化铁皮较难清除，因此表面质量尚不如常规工艺。汽车面板高牌号硅钢，镀锡板，高档不锈钢等尚难以生产。
4.3 产品屈服强度比高：一般为 0.8 左右。冷轧处理时变形抗力增大，易断带，不受冷轧欢迎。马钢、邯钢等采用加 B 或降低含碳量，供冷轧料可基本满足酸洗—冷连轧机组的要
求。
4.4 薄板坯连铸机技术属国外专利，国内尚未完全开发成功。因此尚需引进国外技术。
4.5 薄板坯连铸连轧对钢水纯净度、过热度要求严格，操作水平及管理水平要求高。
5板坯质量
薄板坯连铸连轧具有凝固组织致密，中心疏松小，中心偏析轻微柱状晶细小及二次枝晶臂间距小，头尾温差小等特点。所以从理论上分析：薄板坯连铸连轧生产薄规格的热带具有独特的优势，但薄板坯连铸连轧也存在铸坯表面质量不高，产品覆盖范围较小。
5.1表面质量
对薄板坯连铸连轧而言：表面质量是影响其产品质量档次的主要原因之一，在生产中常见的缺陷有表面夹渣，表面纵向裂纹等对于薄板坯而言，由于铸坯厚度薄，宽厚比大，铸坯表面积大，需用的保护渣量大。如果保护渣选用不当，熔点高的保护渣来不及熔化可能导致夹渣 结晶器开口度小，固态保护渣熔化的空间小，增大了液面紊流，易于把保护渣卷入
钢液薄板坯的纵裂纹一方面与凝固坯壳表面受到的各种应力有关，如初始坯壳在结晶器内受到温差引起的热应力，钢水的静压力，静压力与凝固坯壳收缩应力产生的动摩擦力及液面波动产生的弯曲应力，以及连铸过程的拉应力另一方面，薄板坯纵裂纹的形成与铸坯凝固组织有关 在薄板坯连铸过程中，通常在铸坯皮下处。由于凝固速度快，杂质元素来不及析出便发生凝固 而当凝固前沿推进到柱状晶区域时，出现杂质元素的富集析出，使该区域的熔点降低从而形成低塑性区。在极小的外力作用下也会成为裂纹源进而发展为皮下裂纹，皮下裂纹延伸到铸坯表面形成细小的纵裂纹缺陷，纵裂纹开始于树枝晶。结束于柱状晶与树枝晶之间，沿树枝晶生长方向出现扩展薄板坯的氧化铁皮在板坯表面很薄并且很粘。氧化铁皮很难去除因而用薄板坯生产热带的表面质量一直是个比较大的问题。
5.2产品范围
薄板坯连铸连轧生产线虽然可以覆盖大多数的热轧带钢的品种范围，但是一些高性能要求和高附加值的品种还不能生产。薄板坯连铸连轧可以较好地控制轧制过程中氮化铝的析出，这对生产深冲板是有利的，但是薄板坯连铸连轧生产的薄板表面质量较差。这对生产深冲板则是不利的。
结语：薄板坯连铸连轧生产工艺经过近 20 年的发展 ,得到了较为广泛的应用。近年来 ,我国一些薄板坯连铸连轧生产企业在高效化生产和新线达产、 新产品开发、 轧制过程控制工艺技术的开发以及钢组织性能的研究及控制等方面取得了一些新成果 ,但同时也要看到 ,我们还存在着一些不足。薄板坯连铸连轧工艺在冶金工艺过程机理方面有其独特的一面 ,因此 ,在工艺过程控制方法和技术上需要根据流程的特点充分挖掘和发挥流程的潜力 ,进行较为系统的、 创新性的研究和开发 ,才能创造更高的水平和效益。
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