薄板坯連鑄連軋技術及其ESP工藝

陳燕才 張?zhí)谜?武鋼研究院 湖北 武漢：430080)

薄板坯連鑄連軋技術及其ESP工藝

陳燕才 張?zhí)谜?br/>(武鋼研究院 湖北 武漢：430080)

介紹了主要薄板坯連鑄連軋工藝流程及其裝備特點，分析了ESP新工藝的技術特性、工藝路線、設備參數(shù)，明確了ESP工藝在極薄帶生產、“以熱代冷”工藝上的顯著優(yōu)勢。

薄板坯連鑄連軋；ESP工藝；連鑄連軋產線；無頭軋制技術；CSP

薄板坯連鑄連軋技術自上世紀八十年末代投入工業(yè)化生產以來，由于其流程大別于此前的連鑄加熱連軋工藝，在不到三十年的時間里，得到了飛速地應用。目前世界范圍內薄板坯連鑄連軋產線已近百條，產能接近2億噸，形成了與傳統(tǒng)連鑄——熱連軋工藝齊頭并進的勢頭。

相比傳統(tǒng)連鑄——熱連軋工藝，薄板坯連鑄連軋技術將連鑄、加(均)熱和熱連軋三大流程有機整合到一條產線內，優(yōu)勢十分明顯：投資省，占地少，能耗低，成材率高，運行成本低，且通過無頭軋制技術可生產傳統(tǒng)熱連軋工藝無法生產的薄材、極薄材，實現(xiàn)部分品種規(guī)格的“以熱代冷”。

隨著生產實踐的積累和技術的不斷成熟，薄板坯連鑄連軋將會覆蓋熱連軋大部分產品規(guī)格，其緊湊型工藝流程符合當今世界對環(huán)保、清潔生產和節(jié)能的要求，必將成為未來鋼鐵冶金的發(fā)展趨勢。

1 主要薄板坯連鑄連軋工藝

設計薄板坯連鑄連軋產線時，各家公司根據(jù)自身技術特點，產線所處實際情況，以及對該工藝的創(chuàng)新研究程度的不同，形成了如表1所示的各類生產工藝。隨著時間的推移，一定還會有新的更先進、更完善、更符合當今鋼鐵生產特點的薄板坯連鑄連軋工藝技術誕生。

中國自上世紀90年代末分別在珠鋼、邯鋼和包鋼引進實施薄板坯連鑄連軋技術以來，迄今已有近20條產線(見表2)，涵蓋薄板坯連鑄連軋的不同工藝，是世界上該技術應用最廣的國家。

表1 主要薄板坯生產工藝技術

1.1 CSP工藝技術

CSP工藝也稱緊湊式熱帶生產工藝。CSP生產工藝流程一般為：電爐或轉爐煉鋼→鋼包精煉爐→薄板坯連鑄機→剪切機→輥底式隧道加熱爐→粗軋機(或沒有)→均熱爐(或沒有)→事故剪→高壓水除鱗機→小立輥軋機(或沒有)→精軋機→輸出輥道和層流冷卻→卷取機。

CSP工藝是迄今為止應用最廣泛的薄板坯連鑄連軋技術。典型CSP工藝和裝備見圖1。

1.2 ISP工藝技術

ISP工藝也稱在線熱帶鋼生產工藝。ISP生產線的工藝流程一般為：電爐或轉爐煉鋼→鋼包精煉→連鑄機→大壓下量初軋機→剪切機→感應加熱爐→熱卷箱→高壓水除鱗機→精軋機→輸出輥道和層流冷卻→卷取機。

1.3 Conroll工藝技術

奧鋼聯(lián)在美國MANSFIELD的ARMCO利用原有的舊軋機改造成了一條CONROLL鑄機的生產線，澆鑄75-125mm的板坯，采用較低的拉速，降低了結晶器的磨損，減少了拉漏幾率，在卷重相同的情況下縮短板坯定尺，輸送輥道、加熱爐長度較短，節(jié)省了投資，平板結晶器的加工、修復也相對容易，有色金屬消耗降低。其工藝生產流程為：鋼包加熱爐→薄板坯連鑄機→步進梁式加熱爐→立輥軋機→可逆式粗軋機→6機架精軋機→地下卷取機。

表2 中國薄板坯生產線狀況

圖1 武鋼CSP連鑄連軋產線

圖2 典型ISP連鑄連軋產線

圖3 奧鋼聯(lián)Conroll連鑄連軋產線

1.4 FTSR工藝技術

FTSR稱為靈活性薄板坯軋制，為保證產品的質量及內部組織的要求，相應提高了薄板坯的厚度，增加了軋機機架，提高壓下率，確保產品質量，并采用三點除鱗、鐵素體軋制和半無頭軋制技術。FTSR工藝生產流程一般為：薄板坯連鑄機→旋轉式除鱗機→隧道式加熱爐→二次除鱗機→立輥軋機→粗軋機→保溫輥道→精軋機→層流冷卻→地下卷取機。

圖4 典型FTSR連鑄連軋產線

1.5 QSP工藝技術

QSP技術是日本住友金屬開發(fā)出的生產中厚板坯的技術，開發(fā)目的是在提高鑄機生產能力的同時生產高質量的冷軋薄板。QSP工藝生產流程一般為：電爐或轉爐煉鋼→鋼包精煉爐→薄板坯連鑄機→剪切機→輥底式隧道加熱爐→立輥軋邊機→粗軋機→高壓水除鱗機→精軋機→卷取機。

圖5 典型QSP連鑄連軋產線

2 ESP無頭軋制技術

ESP無頭軋制工藝是新一代薄板坯連鑄連軋技術，其主要優(yōu)勢在于穩(wěn)定生產極薄帶，實現(xiàn)部分品種的“以熱代冷”。其主要設備包括：連鑄機、大壓下粗軋機、擺剪、轉鼓剪、感應式加熱爐、高壓除鱗、精軋機、層流冷卻、高速飛剪和地下卷取機。

圖6 典型ESP連鑄連軋產線

2.1 主要生產工藝

ESP工藝技術被稱為鋼鐵工業(yè)的第三次技術革命，代表了當今世界熱軋帶鋼技術的最高水平。該技術與傳統(tǒng)的薄板坯鑄軋相比，可軋制較厚的板坯厚度、更高的拉坯速度和產量、更薄的成品厚度。與傳統(tǒng)熱連軋比較，ESP工藝節(jié)能50%、節(jié)水70%、節(jié)約空間2/3、成材率高達98%以上，具有高附加值、低消耗、低排放的優(yōu)勢。

ESP工藝采用液芯式壓下、高溫粗軋及鑄坯特殊的溫度分布技術，通過電磁感應加熱靈活調節(jié)帶坯溫度，實現(xiàn)全無頭軋制，達到高效節(jié)能生產超薄寬帶鋼目的，其環(huán)保、節(jié)水、節(jié)能、省地效果顯著，是對鋼鐵行業(yè)高能耗、高污染的傳統(tǒng)印象的顛覆。

2.2 主要設備參數(shù)及裝備特點

2.2.1 連鑄機設備關鍵參數(shù)

ESP連鑄主要設備技術包括蝶形鋼包回轉臺，鋼包底部安裝電磁型下渣檢測；使用電動伺服控制裝置的中包；半龍門式中包車設計，液壓升降、橫移和調整；以天然氣為燃料的進口中包預熱站；帶結晶器專家系統(tǒng)的AFM漏斗形智能結晶器；使用ABB電磁制動技術及設備；具備液芯大壓下功能的彎曲段；扇形段動態(tài)輥逢控制；下裝鏈式設計的引錠桿。其連鑄關鍵設備參數(shù)如表3，軋線設備關鍵參數(shù)見表4。

表3 ESP連鑄裝備關鍵參數(shù)

表4 ESP軋線設備關鍵參數(shù)

ESP產線連鑄板坯與傳統(tǒng)薄板坯相比有較厚的鑄坯厚度，因此可以獲得更高的單機產量。鑄機設計拉速達到7.0m/min，以確保高產量及進粗軋的反向溫度場；大包回轉臺配有下渣檢測，減少鋼渣對中間包內鋼水的污染，從而提高鋼水純凈度；結晶器配有智能專家系統(tǒng)，擁有動態(tài)調寬及漏鋼預報功能，進一步提高了鑄機作業(yè)率及生產安全性；同時，結晶器還配有電磁制動，在提高鋼水純凈度的同時適當提高拉速；鑄機彎曲段配有液芯壓下功能，可以優(yōu)化結晶器流場，提高鑄坯內部質量；扇形段配有輕壓下功能，減輕中心疏松和中心偏析，進一步提高鑄坯內部質量；二次冷卻具有動態(tài)配水功能，實時監(jiān)測在線鑄坯的熱履歷，精確控制鑄坯溫度，滿足后續(xù)軋機對鑄坯溫度的要求。

2.2.2 大壓下量粗軋機

粗軋機選用三機架四輥不可逆式軋機，軋機速度在R3出口為0.3-0.6m/s，帶坯在粗軋出口時厚度為10-20mm；帶鋼芯部相比于采用傳統(tǒng)軋制工藝更加致密，獲得了更好的材料性能；大壓下軋機區(qū)域采用反向溫度分布模式，由于鑄坯芯部溫度高且較軟，在軋制過程中節(jié)省了大量能量；反向溫度分布，中心溫度相對較高，可以獲得更好的凸度和楔形調節(jié)。

2.2.3 擺式剪和推廢輥道

粗軋機后的擺式剪用以處理粗軋及精軋事故，剪切厚度為10-110mm，最大剪切速度為0.6m/s；其主要功能包括：引錠桿及頭坯尾坯切除(無頭軋制時為頭尾產生的楔形坯)；半無頭模式下連鑄坯的切分；精軋換輥或精軋及后續(xù)機架故障時，用于中板和板坯的切分。

擺式剪設備下游為推廢輥道，輥道主要功能一是為引錠桿安裝及下線；二是設計為快速下線特點，生產靈活，為下游工序提供有效緩沖。

2.2.4 感應加熱爐

帶鋼送入精軋機組前進入12組感應加熱爐，每組功率為3MW，帶坯溫度最大提升量為300℃。感應加熱爐的主要功能就是精確控制帶坯進入精軋入口溫度，為薄規(guī)格的軋制提供工藝基礎；其次，感應加熱爐可根據(jù)終軋溫度進行適當?shù)臏囟乳]環(huán)控制，滿足終軋溫度的需求；感應加熱爐全程長度只有10m，帶坯在傳輸過程中氧化鐵皮生成量少，從而減少金屬損失；并且，感應爐在空載和維護期沒有能量消耗 ，提高能源利用效率，降低生產能耗。

2.2.5 帶夾送輥的除鱗箱

除鱗機除鱗壓力為40MPa，特點是低流量、高壓力，可減少中間坯溫降；其功能為清除帶鋼表面氧化鐵皮，設計時除鱗箱前后帶有夾送輥，封水，減少中間坯表面積水，同時防止水汽進入感應加熱爐。

2.2.6 精軋機

精軋機系統(tǒng)采用5機架四輥不可逆式軋機，最大軋制力為35000kN，各機架主電機功率約為8000kW。軋機采用長行程液壓AGC，以適合快速響應，便于動態(tài)換規(guī)格實現(xiàn)。工作輥裝有正彎輥系統(tǒng)、帶負荷動態(tài)竄輥系統(tǒng)以及動態(tài)冷卻系統(tǒng)，配備低慣量快速響應活套以及軋制潤滑功能。

2.2.7 層流冷卻

軋機后層流冷卻系統(tǒng)采用帶高位水箱的冷卻裝置，流量閥精確控制集管流量；整套系統(tǒng)采用不同的冷卻策略：前段冷卻、后段冷卻、雙相鋼冷卻策略，可精確控制帶鋼的冷卻速度；配備力學性能預測模型，可有效控制帶鋼的力學性能；正常流量為10980m3/h。

2.2.8 高速飛剪

高速飛剪的功能是在無頭生產模式下，對厚度0.8-4.0mm帶鋼進行分卷剪切，最大剪切力為3000kN，剪切力矩325Nm，最大剪切速度17m/s。高速飛剪前后配備夾送輥，保證剪切過程中帶鋼的穩(wěn)定，同時在剪切和卷取建張前與精軋和卷取夾送輥建張，保證帶鋼張力的穩(wěn)定。

2.2.9 地下卷取機

地下卷取機系統(tǒng)采用全液壓4助卷輥式卷取機，卷取帶鋼厚度范圍為0.8-12.0mm，最大卷取速度為17.5m/s，鋼卷最大外徑1980mm，卷取帶鋼溫度在185-800℃之間，最大卷重33t。卷取時將帶鋼頭部引入卷取機，建張卷?。粖A送輥下輥采用移動式設計，在卷取時作為活門使用，閑置時作為過渡輥道使用；卷取機采用四助卷輥系統(tǒng)，有壓力控制和踏步控制功能，為便于頭部穩(wěn)定穿帶，在過渡輥道上配備壓帶風機，防止帶鋼頭部漂浮。

2.3 ESP生產模式

從前述工藝流程和裝備配置可以看出，ESP技術因其無頭軋制功能而具有其獨特優(yōu)勢，ESP技術是取得了更快和更高適應性并且獲得更高質量的生產工藝，較傳統(tǒng)連鑄和連軋技術具有流程短、投資少、節(jié)能降耗、生產操作成本低、品種廣泛、質量高等優(yōu)點，見圖7。

圖7 ESP、CSP與傳統(tǒng)工藝能耗對比

在無頭生產模式下(見圖8)，連鑄坯直接進入大壓下量軋機，軋至8-20mm中間坯，經感應加熱爐加熱至1100-1200℃后進入5架精軋機軋制，層流冷卻后進行卷取。整個過程中，連鑄機到卷取機有帶鋼直接相連，通過卷取機前高速飛剪進行分卷。生產過程中沒有頻繁穿帶和拋鋼過程，主要產品為0.8-4.0mm帶鋼。整個軋程中，首先采用單塊(半無頭)生產模式由厚規(guī)格向薄規(guī)格進行過渡軋制，跨度比例<20%；之后再對4.0mm以下厚度規(guī)格生產時，逐步實現(xiàn)無頭軋制，最薄可軋制0.8mm規(guī)格帶鋼；再由薄規(guī)格向厚規(guī)格逐步過渡，厚度跨度比例<30%。全軋程約150km，總計約80卷帶鋼，極薄材產量約60%。

圖8 ESP無頭軋制模式

半無頭或單塊模式生產與其他薄板坯連鑄連軋工藝類似，連鑄坯經大壓下量軋機后，通過擺剪或轉鼓剪進行分切，經精軋、層冷、卷取成卷。整個過程中，有75%的時間連鑄和卷取直接相連，每卷帶鋼需要穿帶和拋鋼，主要產品為4.0-6.0mm帶鋼。

3 小結

ESP無頭軋制薄帶產品特點是超薄規(guī)格帶鋼比重大、帶寬大、效率高；在對設備運行要求度高的同時，帶來的是超薄規(guī)格帶鋼板型和平直度良好、帶鋼力學性能良好、晶粒尺寸均勻、內部質量良好等高產品性能；同時由于ESP節(jié)能、節(jié)水、省地，每噸成本較傳統(tǒng)工藝降低400元左右，產品附加值高。因此：

(1)ESP連鑄連軋工藝因其優(yōu)點將會占據(jù)熱連軋主導地位；

(2)ESP穩(wěn)定軋制極薄帶，還必須對工藝、裝備進行深入研究改進和完善；

(3)ESP工藝隨著無頭軋制技術和裝備的不斷完善，在薄材生產和“以熱代冷”上，對比傳統(tǒng)熱連軋和其他薄板坯連鑄連軋工藝，有著其無可比擬的優(yōu)越性。

[1] 殷瑞鈺.薄板坯連鑄連軋的進步及其在中國的發(fā)展[C]∥2009年薄板坯連鑄連軋國際研討會論文集，2009.

[2] 田乃媛.薄板坯連鑄連軋(第二版)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[3] 伍仲華.薄板坯連鑄連軋的最新發(fā)展[J].鋼鐵技術，2008，(4):17-18.

[4] 毛新平.中國薄板坯連鑄連軋技術的發(fā)展[J].鋼鐵，2014，(7)：68-79.

[5] 王定武.特薄規(guī)格熱軋帶鋼生產現(xiàn)狀和前景[J].軋鋼，2007，17(5):29-32.

[6] 程建龍.薄板坯連鑄連軋的研發(fā)狀況[C].第十三屆鑄造技術大會論文集，2012.

[7] 劉晶志.無頭軋制技術及其經濟性分析[C].2007中國鋼鐵年會論文集，2007.

[8] 雷廣州.ESP超薄帶鋼無頭軋制設備及工藝流程分析[J].一重技術，2016，(4):27-29.

[9] 張策.本鋼薄板坯連鑄連軋生產線半無頭軋制的應用[J].山東工業(yè)技術，2014，(20):6-6.

[10] RG Santos. Thin-slab casting, Ironmaking & Steelmaking[J].1994,30(5):412-416.

[11] G.Arvedi. Arvedi ESP First Thin Slab Endless Casting and Rolling Results[J]. Ironmaking & Steelmaking, 2010.37(4):271-275.

(責任編輯：李文英)

Thin Slab Casting-Rolling and ESP Technology

Chen Yancai Zhang Tangzheng

(Research and Development center of WISCO, Wuhan 430080,Hubei)

Introducing process and equipment of the main thin slab casting-rolling, the paper analyzes the technical characteristics, process route and equipment parameters of the ESP process. The advantages of the ESP process in very thin slab production and "replacing cold with heat" technology are also discussed.

thin slab casting-rolling (TSCR); ESP technology; continuous casting and rollong production line; CSP

2017-03-01

2017-03-05

陳燕才(1965～)，男，碩士，教授級高級工程師.E-mail：chenyancai@hotmail.com

TG162.8

A

1671-3524(2017)01-0001-05