薄板坯連鑄技術(shù)的最新進展

馮士超，丁瑞鋒，王艷紅（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

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薄板坯連鑄技術(shù)的最新進展

馮士超，丁瑞鋒，王艷紅
（鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

摘要：闡述了國內(nèi)外薄板坯連鑄技術(shù)的最新進展，列舉了近年來典型的新建或改造的薄板坯連鑄機的技術(shù)裝備和生產(chǎn)現(xiàn)狀，指出了薄板坯連鑄將向高拉速、穩(wěn)定化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：薄板坯；連鑄；結(jié)晶器

馮士超，碩士，高級工程師，2006年畢業(yè)于東北大學(xué)冶金物理化學(xué)專業(yè)。E-mail：maxfsc@163.com

薄板坯連鑄連軋的優(yōu)越性是簡化了生產(chǎn)工藝流程，降低了基建投資，節(jié)省了能源和生產(chǎn)成本［1］。在經(jīng)歷20多年的發(fā)展以后，各種形式的薄板坯連鑄技術(shù)之間不斷融合、滲透和借鑒，新建或改造的薄板坯連鑄生產(chǎn)線裝備了當今先進的技術(shù)［2-3］，擴大了品種范圍［4］。我國的薄板坯連鑄生產(chǎn)線在數(shù)量、產(chǎn)能以及年產(chǎn)量方面都位居世界前列，并且在關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)等方面也取得了長足的進步［5-6］。

世界薄板坯連鑄工藝主要包括：德國西馬克公司的CSP、德馬格公司的ISP（現(xiàn)與德馬克公司合并）、意大利達涅利公司的FTSC、奧鋼聯(lián)的CONROLL、日本住友與三菱公司開發(fā)的QSP、美國蒂平斯公司的TSP和鞍鋼的ASP技術(shù)等。自美國紐柯公司投產(chǎn)世界第一條薄板坯連鑄生產(chǎn)線以來，目前薄板坯連鑄已進入新的發(fā)展階段［7］，工藝上更加注重連鑄新技術(shù)的應(yīng)用，這些技術(shù)包括：結(jié)晶器內(nèi)腔形狀與冷卻結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電磁制動技術(shù)、大通量浸入式水口、保護渣技術(shù)以及結(jié)晶器振動優(yōu)化技術(shù)等。這些技術(shù)的應(yīng)用提高了連鑄機的拉速，滿足了鋼廠對薄板坯連鑄機產(chǎn)能的需求。薄板坯連鑄從最初只能生產(chǎn)簡單的幾個品種發(fā)展為可以生產(chǎn)合金鋼、微合金鋼、特殊鋼、雙相鋼、TRIP鋼和硅鋼等。

1　國外薄板坯連鑄技術(shù)的最新進展

薄板坯連鑄技術(shù)發(fā)展至今，鋼廠對薄板坯連鑄機的產(chǎn)能、品種和板坯質(zhì)量要求不斷提高，這就促進了該技術(shù)的開發(fā)和進步，其中發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的是CSP技術(shù)和FTSC技術(shù)。

1.1CSP連鑄技術(shù)的發(fā)展

1.1.1主要工藝技術(shù)

CSP技術(shù)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展目前已經(jīng)進入第三代，與第一、二代相比，工藝流程沒有發(fā)生本質(zhì)變化，主要是開發(fā)和應(yīng)用了部分技術(shù)。第三代CSP連鑄機的核心技術(shù)是優(yōu)化了漏斗形結(jié)晶器，從根本上解決了浸入式水口的使用壽命問題，使得高效連續(xù)澆鑄薄規(guī)格鑄坯成為現(xiàn)實。圖1是CSP工藝采用的漏斗形結(jié)晶器。

圖1　CSP工藝的漏斗形結(jié)晶器

漏斗形結(jié)晶器在形狀上滿足了浸入式水口插入、保護渣熔化和板坯厚度的要求，提高了薄板坯連鑄機連澆爐數(shù)和生產(chǎn)率，可減少耐火材料消耗，降低生產(chǎn)成本。

新一代CSP流程短、拉速快、鑄坯薄、鑄坯凝固速度快，降低了元素偏析程度，提高了等軸晶率，從而有利于無取向硅鋼降低鐵損和減小硅含量高時產(chǎn)品出現(xiàn)的缺陷。采用液芯輕壓下細化了晶粒，使得在相同溫度下鑄坯的韌性更好。均熱工藝使板坯縱向溫度更均勻，從而保證產(chǎn)品性能穩(wěn)定。省去鑄坯冷卻和再加熱的過程，避免了可能發(fā)生的內(nèi)部裂紋和斷坯造成的質(zhì)量問題。新一代CSP廠的生產(chǎn)成本降低，能源消耗和環(huán)境排放減少，產(chǎn)品范圍拓寬，產(chǎn)品質(zhì)量提升，可替代部分冷軋帶鋼。

1.1.2國外新一代CSP廠主要指標

美國Severstal鋼廠的單流CSP薄板坯連鑄機投產(chǎn)后1年內(nèi)統(tǒng)計的主要數(shù)據(jù)指標見表1［8］。

表1　Severstal鋼廠的CSP連鑄機主要數(shù)據(jù)指標

Severstal廠CSP薄板坯連鑄機的特點是：連澆時間長，優(yōu)化了鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的控制，連鑄坯合格率98.6％，帶鋼公差范圍達到冷軋帶鋼公差的水平。

印度ESSAR Steel Hazira公司新一代CSP廠優(yōu)化了結(jié)晶器設(shè)計，鑄機連澆爐數(shù)最高18爐，能夠生產(chǎn)超薄熱帶鋼，以最低修整率軋制成最終1.0mm的厚度，經(jīng)飛剪后可達0.8mm。該廠投產(chǎn)以后滿足了印度熱軋薄帶鋼市場的需求。

1.2FTSC連鑄技術(shù)的發(fā)展

1.2.1主要技術(shù)裝備

達涅利FTSC技術(shù)是CSP技術(shù)強有力的競爭對手，達涅利最新的第四代薄板坯連鑄技術(shù)特點如表2所示［9-10］，適合生產(chǎn)較大厚度的鑄坯。

H2長漏斗形結(jié)晶器是FTSC工藝薄板坯連鑄機的核心設(shè)備，如圖2所示。其優(yōu)點是內(nèi)部容積大，有很好的鋼液自然減速作用。據(jù)達涅利公司稱，F(xiàn)TSC工藝的鑄機在澆鑄35mm厚薄板坯時，拉速可達到10m/min，甚至12m/min。在澆鑄50～70mm厚薄板坯時，最大拉速可達8m/min，而且能夠確保設(shè)備生產(chǎn)運行安全和穩(wěn)定。

1.2.2典型FTSC廠主要技術(shù)指標

（1）浦項公司

浦項與達涅利合作開發(fā)的新一代高速薄板坯連鑄機，采用單流連鑄機取代原有的兩臺薄板坯連鑄機。鑄機水平段由五部分組成，整個冶金長度為20m，每年可生產(chǎn)180萬t優(yōu)質(zhì)帶卷。使用結(jié)晶器液面控制器，在一個澆次中，結(jié)晶器液面波動穩(wěn)定在±3mm以內(nèi)。4孔浸入式水口可適應(yīng)較大的鋼水流量。板坯角部采用一個獨立的二冷控制系統(tǒng)，可獲得合適的板坯角部溫度，整個二冷設(shè)計可以確保在高速連鑄條件下，鑄坯的溫度足以進行直接軋制。采用動態(tài)輕壓下技術(shù)，縱向裂紋和邊部/角部裂紋等缺陷均低于1.0％。連續(xù)操作時正常的澆鑄速度都在7.0m/min以上，板坯平均厚度110mm，不同鋼種的澆鑄速度如表3所示。

（2）東部制鋼公司

韓國東部制鋼公司的薄板坯連鑄機采用達涅利第四代FTSC技術(shù)，裝備了鋼水液位控制系統(tǒng)、鑄坯鼓肚抑制系統(tǒng)以及漏鋼預(yù)報系統(tǒng)等自動控制系統(tǒng)，使生產(chǎn)過程更容易控制，大幅度提高了連鑄機生產(chǎn)能力。采用H2形結(jié)晶器設(shè)計，改善結(jié)晶器鋼水流場。厚度為70mm，不同寬度鑄坯的澆鑄速度見表4所示。

表2　達涅利最新第四代薄板坯連鑄技術(shù)特點

圖2　FTSC工藝的H2形結(jié)晶器

表3　不同鋼種的澆鑄速度*

表4　厚度為70mm、不同寬度鑄坯的澆鑄速度m/min

在高速澆鑄過程中，沒有出現(xiàn)漏鋼現(xiàn)象。鑄坯在設(shè)備出口處的溫度曲線顯示，鑄坯溫度變化穩(wěn)定，溫度分布均勻。鑄坯內(nèi)部沒有出現(xiàn)裂紋，中心偏析可忽略不計。

（3）俄羅斯OMK公司

俄羅斯OMK公司是世界上第一個采用薄板坯連鑄工藝生產(chǎn)北極高寒地區(qū)用API石油管線鋼的生產(chǎn)廠。采用的H2結(jié)晶器在彎月面處的截面尺寸很大，可確保彎月面具有良好的穩(wěn)定性，使流場獲得最佳動力學(xué)條件，從而減少產(chǎn)生橫向和縱向裂紋的危險。浸入式水口和銅板之間的距離明顯加大，因此可最大限度地減少產(chǎn)生縱向中心裂紋的危險。建立在液芯控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上的動態(tài)輕壓下技術(shù)能細化晶粒尺寸，中心偏析程度降至最低。

（4）Severstal Lucchini公司

Severstal Lucchini公司設(shè)在意大利Piombino鋼廠的新鑄機采用H2結(jié)晶器，設(shè)有11個扇形段，冶金長度為15.78m。采用高效噴嘴，可實現(xiàn)動態(tài)控制的氣水霧化二次冷卻系統(tǒng)，所有的扇形段都具備動態(tài)輕壓下功能，可實現(xiàn)最大拉速6m/min。主要產(chǎn)品是高強度低合金鋼、雙相鋼和包晶鋼。

1.3西門子奧鋼聯(lián)中薄板坯連鑄CONROLL

CONROLL工藝中采用平行板形直結(jié)晶器，如圖3所示。

圖3　CONROLL工藝的平行板形直結(jié)晶器

奧鋼聯(lián)（SVAI）認為，只有鋼水在其內(nèi)部凝固時不變形，且保持液面平穩(wěn)，才有利于消除鑄坯表面裂紋，促使結(jié)晶器內(nèi)鋼中夾雜物上浮和防止卷渣。結(jié)晶器斷面尺寸是1500mm×（70～125）mm，采用扁平狀浸入式水口，鋼水從兩側(cè)壁孔流出。SVAI從節(jié)能降耗的角度認為，70～90mm厚的鑄坯生產(chǎn)能耗和加工成本最低，不必追求太薄的鑄坯厚度，而是趨向中等厚度［11］，從而確立在薄板坯和傳統(tǒng)板坯厚度之間的領(lǐng)先地位。SVAI認為，中薄板坯生產(chǎn)工藝將薄板坯和傳統(tǒng)厚板坯生產(chǎn)工藝的優(yōu)點相結(jié)合并充分發(fā)揮，總投資低，生態(tài)環(huán)境影響小，操作經(jīng)濟，應(yīng)對市場變化更靈活，產(chǎn)品范圍寬，中薄板坯連鑄工藝將備受關(guān)注。

2　我國薄板坯連鑄技術(shù)的最新進展

我國薄板坯連鑄技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展以后，各項技術(shù)指標不斷提高，高附加值產(chǎn)品份額逐漸增加。漏鋼預(yù)報系統(tǒng)的應(yīng)用使得漏鋼率大幅度降低，國內(nèi)正常生產(chǎn)的薄板坯連鑄機漏鋼率平均為0.3％左右，如包鋼的雙流薄板坯連鑄機，正常工作拉速4.2～4.5m/min，在產(chǎn)能接近300萬t/a的情況下，2009年全年漏鋼率為0.04％；邯鋼、唐鋼達到了0.18％；濟鋼的ASP中薄板連鑄機，在拉速1.8～2.8m/min的情況下，從2009年到2010年上半年漏鋼率為0。但應(yīng)該指出的是，漏鋼率的降低與連鑄的拉坯速度有很大關(guān)系，目前國際上薄板坯連鑄的最高拉速已經(jīng)接近8m/min，國內(nèi)薄板坯連鑄機的拉速與國際先進水平相比還有很大差距。國內(nèi)一些鋼廠和機構(gòu)在提高連鑄機穩(wěn)定運行方面已經(jīng)開展了自主研發(fā)工作，例如浸入式水口結(jié)構(gòu)、保護渣成分的開發(fā)設(shè)計等。武漢科技大學(xué)提出使用十字出口形浸入式水口［12］、唐鋼采用平頭浸入式水口［13］、珠鋼設(shè)計四孔水口代替原來的二孔水口，通過優(yōu)化浸入式水口出鋼孔端面的形狀和結(jié)晶器內(nèi)的浸入深度，改善了結(jié)晶器流場。本鋼、邯鋼、唐鋼、漣鋼等開發(fā)出適合自身生產(chǎn)要求的結(jié)晶器保護渣，可替代進口，使用效果良好。

近年來我國新建或改造的薄板坯連鑄機裝備了先進的連鑄技術(shù)，目標是進一步拓展品種、改善鑄坯質(zhì)量、節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)線的產(chǎn)能和生產(chǎn)效率。例如我國武鋼新建的CSP連鑄機的主要技術(shù)指標是［14］：①連鑄機冶金長度10305mm，拉速3～6m/min；②采用電磁制動技術(shù)確保結(jié)晶器液面波動在±2mm范圍內(nèi)；③二次冷卻采用高壓噴冷，冷卻更加均勻。武鋼薄板坯連鑄機產(chǎn)品定位在汽車結(jié)構(gòu)鋼、管線鋼、無取向硅鋼、取向硅鋼等高附加值產(chǎn)品。唐鋼2012年對FTSC生產(chǎn)線進行了改造［15］，根據(jù)不同鋼種優(yōu)化結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并增大二次冷卻強度，設(shè)置合理的動態(tài)壓下模式，產(chǎn)品質(zhì)量明顯改善，特別是表面縱裂得到控制，而且擴大了品種范圍。

3　結(jié)語

不同類型薄板坯連鑄技術(shù)的競爭推動了該技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，國內(nèi)外大型鋼鐵企業(yè)新建或改造的連鑄機采用了新一代薄板坯連鑄的先進技術(shù)，以加強高附加值鋼種的開發(fā)并實現(xiàn)批量生產(chǎn)。CSP生產(chǎn)線的產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量都有進一步的提高，生產(chǎn)的鋼種不斷增加，達涅利FTSC薄板坯連鑄機的設(shè)計理念可確保鑄機達到最大生產(chǎn)能力，并保持鑄坯良好的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量?？傊?，新一代薄板坯連鑄生產(chǎn)線的產(chǎn)品開發(fā)正在向傳統(tǒng)厚板坯連鑄生產(chǎn)的所有品種發(fā)展。

參考文獻

［1］廖建云.對薄板坯連鑄連軋技術(shù)的客觀分析［J］.煉鋼，

2009，25（5）：66-69.

［2］韓立海，鄭淑國，樸峰云.通鋼FTSC薄板坯連鑄中間包控流裝置的優(yōu)化改進［J］.連鑄，2012（2）：18-24.

［3］翟文東，周建軍.動態(tài)軟壓下技術(shù)在薄板坯連鑄中的應(yīng)用［J］.冶金自動化，2008（S1）：64-66.

［4］Gabriele Paulonl，Carlo P．Piemontel，Bruce Kozak，etc.薄板坯連鑄工藝高附加值鋼種生產(chǎn)的發(fā)展［C］∥第六屆中國國際鋼鐵大會論文集.北京：中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會，2010：165-173.

［5］殷瑞鈺.中國薄板坯連鑄連軋的進展［J］.鋼鐵，2008，43（3）：1-9.

［6］鄧陳虹，彭善忠，王立濤.薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)取向電工鋼工藝開發(fā)現(xiàn)狀［J］.連鑄，2012（4）：15-22.

［7］殷瑞鈺，張慧.新形勢下薄板坯連鑄連軋技術(shù)的進步與發(fā)展方向［J］.鋼鐵，2011，46（4）：1-9.

［8］KLEIN Christoph，KLINKENBERG Christian.Novel CSP Concepts for Flexible Production at lower cost［C］∥第九屆中國鋼鐵年會論文集.北京：中國金屬學(xué)會，2013：1-7.

［9］Andrea Carboni.The Evolution of the Thin Slab Caster Concept Latest TSC Technology to Produce Over 330 t Hour Per Strand ［C］∥AISTech 2012 Proceedings，2012：1349-1359.

［10］The Danieli INMO mould concept：an innovative tool for superior quality in slab casting［C］∥第七屆中國鋼鐵年會論文集.北京：中國金屬學(xué)會，2009：895-913.

［11］Wagner Anton F，Reiter Konrad，Watzinger Josef.中薄板坯連鑄一介于傳統(tǒng)連鑄和薄板坯連鑄領(lǐng)域的20年經(jīng)驗［C］∥2009年薄板坯連鑄連軋國際研討會論文集.南京：中國金屬學(xué)會，2009：24-30.

［12］張華，倪紅衛(wèi)，陳光友，等.薄板坯連鑄十字出口形浸入式水口結(jié)構(gòu)優(yōu)化的水模型研究［J］.特殊鋼，2008，29（4）：22-24.

［13］孫彩君，徐海芳，王愛東，等.薄板坯連鑄用平頭浸入式水口的研究開發(fā)［J］.河北冶金，2012（9）：41-44.

［14］吳健鵬，王金平，沈繼勝，等.武鋼薄板坯連鑄連軋工藝特點和品種開發(fā)方案探討［C］∥2009年薄板坯連鑄連軋國際研討會論文集.南京：中國金屬學(xué)會，2009：58-62.

［15］張洪波，楊曉江，李夢英，等.唐鋼薄板坯連鑄工藝技術(shù)及品種開發(fā)的進展［C］∥第十七屆全國煉鋼學(xué)術(shù)會議論文集.北京：中國金屬學(xué)會，2013：989-996.

（編輯許營）

修回日期：2015-10-30

The Latest Progress on Development of Thin Slab Continuous Casting Technology

Feng Shichao，Ding Ruifeng，Wang Yanhong
（Iron & Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation，Anshan 114009，Liaoning，China）

Abstract：The latest progress on development of the thin slab continuous casting technology at home and abroad was discussed.Some typical newly-built thin slab continuous casters in recent years and their situation in operation were cited.It is pointed that the thin slab continuous casting technology will be developed towards the direction of high casting speed and stabilization.

Key words：thin slab；continuous casting；mold

中圖分類號：TF777

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）03-0007-04