连铸连轧综述

薄板坯连铸连轧综述

1.前言

连铸连轧技术作为钢铁生产工业近年来最重要的技术进步之一，具有节约能源、流程短、设备少、成材率高、生产成本低、产品质量好、品种开发潜力大等突出优点[1~5]。而在薄板坯在生产过程中应用该技术时获得的组织晶粒细小、二次枝晶间距小、偏析程度低，应用该技术进行生产优势更加明显[6]。因此，全世界各大钢铁生产企业纷纷引进投建薄板坯连铸连轧生产线。近些年来，随着薄板坯连铸连轧技术日益成熟和广泛，使人们认识到原来的薄板坯连铸连轧技术仍有许多不足之处，开始进行技术的再开发和提高，使技术更臻于成熟和完善。

2.薄板坯连铸连轧技术简介

2.1连铸连轧技术

连铸连轧全称连续铸造连续轧制，是将液态金属连续通过水冷结晶器凝固后直接进入轧机进行塑性变形的工艺方法。传统生产工艺是用熔炼炉将炼好的钢液铸成铸锭，经过保温、锻造制成锻坯，之后再通过均热炉加热到高温并保温一段时间后才进行热轧。这一过程需要多次加热保温，既浪费了能源，也使生产周期过长。而连铸连轧技术则是把熔炼好的液态钢倒入连铸机中轧制出钢坯（称为连铸坯），然后不经冷却，在均热炉中保温一定时间后直接进入热连轧机组中轧制成型的钢铁轧制工艺。这种工艺巧妙地把铸造和轧制两种工艺结合起来，相比于传统的先铸造出钢坯后经加热炉加热再进行轧制的工艺具有简化工艺、改善劳动条件、增加金属收得率、节约能源、提高连铸坯质量、便于实现机械化和自动化的优点[1~5]。

2.2薄板坯连铸连轧

连铸坯在轧制之前依据板坯厚度可以分为厚板坯连铸、中厚板坯连铸和薄板坯连铸。随着连铸坯厚度的减小，板坯中部的冷却速度增大。冷却速度增大之后，铸坯中部的晶粒变得细小、缺陷减少、偏析减轻、二次枝晶的间距也随之减小。

表1为文献[7]中根据钢研院提供的报告资料所做的统计。因此，连铸连轧技术应用于薄板坯后的优势更加明显。

3.薄板坯连铸连轧技术的发展历史

根据产品生命周期理论和薄板坯连铸连轧技术各个不同发展阶段的具体特征，特别是市场特征，可将薄板坯连铸连轧技术的发展分为下列四个阶段[8~12]：

1、研发期（1985~1989）1986年德国施罗曼—西马克公司（SMS）建造了一台采用“漏斗型”结晶器的立弯式薄板坯连铸机，并以6 m/min的拉速成功地生产出50 mm×1600 mm的薄板坯，该技术被称为CSP。几乎同时，德国曼内斯曼德马克公司（MDH）采用改进的超薄型扁形水口和平板直弧形结晶器以4.5 m/min的拉速成功地生产出60 mm×900 mm和70 mm×1200 mm的薄板坯，该技术被称为ISP。1988年奥钢联（VAI）采用薄平板型结晶器及薄型浸入式水口浇出第一块厚度为70 mm的不锈钢薄板坯，该技术被称为CONROLL。此外，意大利达涅利（DANIELI）、日本住友等公司也开展了研究、开发薄板坯连铸连轧技术的工作。

2、引入期（1989~1994）。1989年6月世界上第一条薄板坯连铸连轧生产线在美国纽柯公司的克劳福兹维尔厂建成投产，该生产线采用了SMS的CSP技术，年产80万t。1992年，一条年产50万t的ISP生产线在意大利的阿维迪建成投产，并于1993年9月达到设计产量。与此同时，意大利达涅利的FTSR技术、日本住友金属的QSP技术及奥地利奥钢联（VAI）的CONROLL

技术等处于半工业试

验阶段。

3、成长期（1994~1999）。针对最先投产的几条生产线所遇到的产量和质量问题，各供货商采取了相应的改进措施。使机构配置得到了优化，衔接段工艺不断简化、适用，并优化了整个生产流程，最终产品的质量也得到了提升。

4、成熟期（1999至今）。薄板坯连铸连轧技术经过近二十年的不断发展，工艺、设备、自动化系统等日趋完善，产品质量和产量也不断提高，足以与常规热轧流程相媲美。因此可以说薄板坯连铸连轧技术已步入了成熟期。

4.薄板坯连铸连轧技术的优势

4.1薄板坯连铸连轧技术的经济优势

连铸连轧技术由于整个生产流程较传统工艺简化许多，并且不用反复加热，因此可以节省投资成本和生产成本，生产效率也大为提升。另外，生产过程中由于加热时间减少，工期工艺缩短，使得原料损耗减少，成材率得到提高。所以薄板坯连铸连轧技术相比于传统生产技术显现出巨大的经济优势。

根据SMS公司的资料，薄板坯连铸连轧工艺的优势主要在于：投资低，约为传统热连轧的58%。从整个生产流程来看，电炉-薄板坯连铸-连轧的热轧卷的吨材投资量将降至300美元左右；而高炉-转炉-薄板坯连铸-连轧的热轧卷的吨材投资量将降至600~800美元，甚至更低些[13]，薄板坯连铸连轧工艺能耗低，约低50%；生产成本约为常规轧机的78%；成材率比常规轧机高1.8%左右；而维修费用约为常规轧机的39%。

4.2薄板坯连铸连轧技术的技术优势

4.2.1细晶高强

由于薄板坯连铸浇铸的铸坯薄（一般为50～90mm），在结晶器及二冷区的快速冷却过程中，柱状晶短，等轴晶区宽，晶粒细化；而在随后的直接轧制中取消了γ→α相变区的中间冷却而使产品组织得到弥散硬化，从而使产品的机械性能强化，十分有利于生产高强度钢材。

珠钢目前已大批量生产高强度钢板，其屈服强度345 MPa的集装箱板极限厚

度为1.4 mm，屈服强550 MPa的高强度汽车结构板极限厚度达1.8 mm，屈服强度大于700 MPa的高强度集装箱板极限厚度为2 mm。在稍加微合金元素V，Ti的情况下便可开发出晶粒尺寸为3～4μm的超细晶粒高成形性结构钢[7]。

4.2.2降低缺陷

连铸连轧技术在生产过程中铸坯的冷却速度加快。快速凝固有利于夹杂物的形成，使它们成为细小的球状。长条夹杂物的减少有利于获得各向同性的弯曲性能。另外，铸坯的宏观中心偏析情况也大为改善。

4.2.3产品薄规格化

在常规热连轧机上由于坯厚（200～250 mm），变形量大、道次多、轧辊热膨胀大、轧制不稳定等原因，在生产薄规格产品（≤2 mm以下）时对产量影响较大，而薄板坯连铸连轧工艺的产量主要取决于连铸，板坯进轧机时尾部在炉内保温，不需升速轧制，而且开轧温度较高，因而较适宜生产薄规格带钢。

传统热轧带钢产品的厚度主要分布情况是：2.00~2.99mm，约占47.5%；3.00~4.99mm约占25.7%；1.50~1.99mm，约占14.3%；而小于1.50mm仅占0.3%。二十世纪90年代以来，由于薄板坯连铸连轧工艺的发展，使得热轧薄板的最小厚度已经有可能达到1mm以下，而其产品主要厚度范围将主要分布在1.0~3.0mm之间。对于传统冷轧带钢轧机的产品而言，其厚度分布情况是：约有60%分布在0.6~1.2mm之间，约有15%分布在1.2~1.6mm之间。因此，薄板坯连铸连轧作业线的热轧产品将部分挤占1.0~2.2mm之间冷轧产品的市场[14]。

4.2.4生产特种钢

薄板坯连铸连轧技术在设计和投产的开始阶段主要是为了提高生产效率、降低生产成本。因此该技术更多的被大型钢铁企业所应用，用于大规模生产使用量大的普通板材、带材。对于生产工艺要求高的较为特殊钢种，薄板坯连铸连轧技术在开始阶段并未涉及。薄板坯连铸连轧技术经过十多年的发展、完善，已从开发初期的以低成本、生产中低档次产品，帮助中小企业进入扁平材生产领域并取得良好的经济效益，发展到目前与传统的钢铁联合企业的转炉工艺有机结合，生产双相钢和TRIP钢及电工钢、奥氏体不锈钢等品种，充分利用了薄板坯连铸连轧技术工艺优越性的另一方面，表明薄板坯连铸连轧技术在高端产品的应用方面

仍有很大的潜力。以高附加值的薄和超薄规格热轧板卷为主导产品，与常规热轧工艺争夺市场，而且大有替代之势。

5.薄板坯连铸连轧技术的种类

5.1 CSP工艺技术 [15，16]

世界第一条CSP生产线薄板坯连铸连轧生产线已于1989年建成投产，因其工艺开发早，技术成熟，工艺及设备相对较简单可靠，故实际应用也最多。CSP技术的主要特点是采用立弯式铸机漏斗形结晶器，最初的铸坯很薄，一般为40~50mm，未采用液芯压下，后部设辊底式隧道炉作为铸坯的加热均热及缓冲装置，采用5~6架精轧机，成品带钢最薄为1~2mm。

5.2 ISP工艺技术

ISP工艺由MDH公司开发，采用矩形平板结晶器，并相应采用扁平薄形浸入式水口、直结晶器弧形铸机。1992年在意大利Arvedi厂最初建成投产ISP铸机铸坯厚度60mm，经0段的液芯压下减薄到43mm，在铸机后设有3架在线预轧机架，在不切断铸机的情况下将铸坯轧薄成15~25mm厚度的中间坯，按定尺切断后通过安装在辊道上的感应加热后进入称为Cremona炉的用煤气加热保温的卷取箱，两卷位的中间坯卷交替向4架的精轧机（现已增加了第5机架以生产更薄的产品）喂料。生产能力可达80万t/a，最薄成品为1mm。

5.3 FTSR工艺技术

FSTR由达湟利公司开发，采用透镜形结器，在铜板结晶的下口宽面仍具有凸出的形状，直延伸到二冷0段末铸坯才逐步就矩形，铜板晶器连带0段一起被称为长漏斗形结晶器，或H2结晶器。它具有CSP漏斗形结晶器的优点，又减少了铸坯的变形率，有利于生产包晶在内一些裂纹敏感性钢种并有利于提高拉速。采用结晶器弧形铸机及液芯压下，但它不同于ISP在0段完成液芯压下，而是应用一套液穴长度制软件系统，通过所浇钢种、铸坯断面、中包温度、拉速、结晶器冷却及二冷等参数来测算和控制坯液穴长度，并合理分配各扇形段的压下，使最的压下点接近液穴的末端，以获得最佳的减少析及中心疏松而提高铸坯质量的

效果。

FTST工艺按不同的要求，铸坯出结晶器厚50~90mm，经液芯压下后为35~70mm，在采取无头轧制的情况下最薄的产品可达到0.7~0.8mm，单流铸机生产线生产能力可达160万t/a。

5.4 CONROLL工艺技术

CONROLL技术由奥钢联（VAI）开发，其流程为：弧形连铸机-辊底式加热炉-除鳞机-连轧机组（带AGC、窜辊及弯辊装置） -层流冷却-卷取机。

CONROLL技术的主要特点是采用平行板直结晶器，结晶器出口处板坯厚70mm，由于铸坯在结晶器内未变形，因此具有良好的表面质量。该铸机浇铸板坯厚75~125mm。另外，由于板坯断面积大，故可采用较低的拉速，降低结晶器的磨损，减少了拉漏几率；在卷重相同的情况下，板坯定尺短，输送辊道、加热炉长度均较短。

6.薄板坯连铸连轧技术的发展趋势

近年来，随着对薄板坯连铸连轧技术的深入研究，其工艺、设备和自动控制等方面新的技术不断开发，使其得到迅速发展和完善。今后技术的发展主要在于薄板坯连铸连轧工艺与高炉-转炉匹配生产；进一步提高产品质量，扩大产品范围；进一步减小产品厚度，实现“以热代冷”，提高产品的竞争能力等。

6.1 薄板坯连铸连轧生产线与高炉-转炉流程匹配生产

利用高炉-转炉来匹配薄板坯连铸连轧，不仅不受废钢和电力等因素的限制，而且前后工序顺畅，从而降低了投资成本和生产成本，提高了生产效率，增强了市场竞争力。目前，北美、欧洲已有多家钢铁联合企业进行结构性调整，使用高炉、氧气转炉与薄板坯连铸机、连轧机匹配生产。

6.2增加铸机产量，提高产品质量

早期单流薄板坯连铸机的生产能力为50~80万t/a，不利于热连轧机能力的发挥。合理的薄板坯连铸机单流年产量应大于100万t，新建的单流产量都在120~160万t/a。通过适当增加铸坯厚度、宽度，提高拉速来提高铸机流产量，

从而实现一台铸机（单流）与一台热连轧机匹配生产，可达到200万t/a以上的生产能力。同时，由于冶炼及连铸、轧制工艺技术的不断改进，成品带钢质量不断提高，其内在和表面质量、机械性能、板形等已达到甚至超过常规热轧带标准，有的达到了冷轧板质量。

6.3“以热代冷”

尽管对于许多应用领域冷轧工艺仍将是必要的、不可少的，但由热轧带钢取代的比例在不断增加。有资料表明，预计的增长速度是大约每年6%，成本节约是大约20美元/t。由CSP工艺生产的厚度小于1.2 mm超薄规格热轧带钢正在开创新的、经济效益好的市场，这使得热轧带钢在某些特殊应用方面能够取代传统的冷轧材料，这种替代产品有较大的市场潜力。

6.4板坯向中厚方向发展

美国冶金专家在总结薄板坯连铸连轧发展时指出有4个重要变化。其中最重要的变化是不再追求铸坯越薄越好，趋势应当是加厚。铸坯太薄，虽然可以减少轧制压力，但整条生产线的产量和产品质量都受到影响。适当增加铸坯厚度，有利于结晶器内钢水中夹杂物的上浮，增大了热轧压缩比。同时，铸坯凝固时间延长，冶金长度增加，这样立弯式铸机可以改为直弧型，更易避免发生鼓肚，从而有利于提高带钢质量。

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