我国近几年薄板坯连铸连轧发展趋势述评.pdf

我国近几年薄板坯连铸连轧发展趋势述评孙决定(武汉钢铁(集团)公司技术中心,湖北 武汉430081)摘 要:叙述我国近几年薄板坯连铸连轧生产中铸坯厚度,轧机配置方式、产量、新技术应用、冷轧用板开发等5个方面的发展趋势,对发展趋势的因果关系进行评述。关键词:薄板坯;连铸连轧;发展趋势中图分类号:TF777.7 文献标识码:B 文章编号:100824371(2006)0620049204Review on trend of development in thin slab continuous casting-continuous rolling technologySUN Jue2ding(Technology Center of WISCO,Wuhan 430081,China)Abstract:The present paper reviews the trend of development in the thin slab continuouscasting-continuous rolling production in the recent years from five aspects includingslab thickness,pattern of rolling mill layout,productivity and application of new tech2nologies and discusses the cause and effect of the trend of development.Key words:thin slab;continuous casting2continuous rolling;trend of development作者简介:孙决定(1950-)男,浙江温岭市人,教授级高工.薄板坯连铸连轧(以下简称为连铸连轧)技术于20世纪80年代末期开发成功,用于生产热轧板卷的一种全新的短流程工艺,它首次将连铸、温度均匀化和热轧3个工艺阶段连接在一起,实现了流程简化、紧凑,降低了能耗,节约了投资和生产场地,被国际钢铁界公认是继转炉炼钢、连续铸钢之后的又一次革命。从1999年到今年6月,我国已有珠钢、包钢、邯钢、鞍钢(2条)、唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢、济钢、酒钢、唐山国丰等12家企业共13条连铸连轧生产线投入生产,年生产能力达3 500万t左右。生产线的总数量和总产能均占世界同类生产线的1/3左右,是连铸连轧发展速度最快的国家。20052006年建成的本钢、通钢、济钢、酒钢、唐山国丰等生产线目前尚处于吸取、消化、并尽快达产阶段。其余7条生产线则多年来围绕全流程生产工艺的稳定与优化,产品质量与产量的提高,新技术的开发与应用,冷轧用板性能的优化与控制等方面展开工作。经过多年的不懈努力和探索,与4年前相比,近年来我国的连铸连轧生产的发现趋势出现了一些可喜的变化。1 连铸坯厚度和轧机配置方面的变化1.1 铸坯厚度向变厚方向发展20世纪80年代末期,第一代连铸连轧的连铸坯厚度为4050 mm,我国20世纪90年代末期建的珠钢、包钢、邯钢3条生产线总体技术虽属第二代,但其连铸坯的厚度也仅为5070 mm之间。这与当时从“短流程”考虑尽量减少轧机并不设粗轧机有关,也与当时不追求很高的产量、不十分强调品种覆盖面广有关。近几年来,随着连铸生产水平的不断提高,高速度拉坯技术的熟练掌握,连铸连轧生产线已不再追求铸坯的厚度太薄,而是向变厚的方向发展。3年前建成的唐钢、马钢、涟钢以及新建成的通钢、酒钢、本钢的铸坯厚度已在90 mm左右,鞍钢、济钢、唐山国丰的中薄板坯连铸连轧生产线的铸坯厚度已达135 mm。各生产厂普遍认为,铸坯厚度的增加给生产带来了明显的优势:(1)进一步满足了结晶器内流场及保护渣的942006年 12月第44卷 第6期武钢技术WISCO TECHNOLOGYDec.2006Vol.44No.6熔化条件;(2)有利于提高连铸机产量、降低成本、减少生产事故;(3)有利于扩大产品品种、提高产品性能;(4)有利于较厚连铸坯实现较大的压缩比,使产品性能更优良。1.2重设粗轧机,实施粗、精轧两个阶段配置生产连铸连轧技术创始之初,从“短流程”意义上考虑,紧凑式生产是不设粗轧机的。有专家认为,铸坯的厚度极限不应超过100 mm,因为厚度太大,轧机总数必然要增加,这有悖于近终形连铸连轧短流程的本来意义。但我国的情况是:除珠钢、包钢仍使用6机架精轧机外,马钢、涟钢已使用7机架精轧机,其余9条生产线均在精轧机前头增设了粗轧机,实施粗轧、精轧两个阶段配置进行生产。这是我国近几年连铸连轧生产中的一个新变化,这种现象可称得上是有中国特色的连铸连轧。实践证明,粗、精轧两个阶段配置可保证比较大的变形量,不仅有利于生产薄规格产品,也有利于控制和优化产品性能,生产出性能要求高的产品。2 热连轧生产能力有新的实破我国19992004年初建成的几条生产线,年设计产能在180250万t之间,而常规的热连轧生产线的年产能在350400万t之间。马钢今年正在新区建设的常规热连轧产能高达500万t,与此相比,连铸连轧的生产能力就显得偏低。究其原因,主要是连铸机的产能偏低,限制了后工序中热连轧生产能力的发挥(即使在第二代连铸连轧生产线上配置双流连铸机,其年产量也仅在220240万t之间)。由于连铸机产能偏低,加上其他各种技术工艺没有达到熟练应用的地步,多年来我国大多数生产线的年产量均未达到设计水平。如何提高连铸机的产能,发挥热连轧的生产能力,使我国绝大多数生产线年产量突破设计能力并达到300万t的目标,已成为各钢铁企业乃至技术开发单位的一个重要研究课题。近年来,在国家有关部门的协调下,各钢铁生产厂加快了掌握和移植及发展国外先进技术的速度,不断地推进“引进、吸收、消化、发展”的进程,2005年的实际产量有了很大的突破:(1)唐钢的年产量首次突破了300万t,已创我国连铸连轧年产量的新记录;(2)包钢、邯钢、涟钢的年产量分别达到255、260、241万t,均超过了年设计能力;而其他几条生产线的年产量也有不同程度的提高;(3)2005年底投产的通钢生产线仅投产一个月,月产量就超过了设计能力;(4)鞍钢、包钢的轧机年作业率均超过80%的高水平;(5)鞍钢、唐钢、马钢、包钢、邯钢都创造过单流或双流连铸月生产无拉漏事故的国际先进水平,其他企业的漏钢率也大幅降低。究其原因,近几年来,产量的提高主要依靠了以下几个方面的技术进步:(1)连铸拉坯技术的发展使拉坯速度得到提高,从而使连铸机的产能大大提高,2005年唐钢的单流连铸机产量达到150万t,跨入世界先进行列;(2)连铸整套工艺技术的熟练掌握,使漏钢率大大下降;(3)电磁搅拌技术的进步,使连铸机在高拉速情况下的生产工艺得到稳定;(4)浸入式水口技术的进步,使连铸机连浇炉数由初期的68炉提高到1520炉(包钢连浇炉数已达28炉)。3 推行半无头轧制技术生产薄规格产品最早半无头轧制工艺技术是在常规热连轧生产线上开发应用的,由于其投资较大,至今未得到广泛应用。对于连铸连轧生产线而言,无需另外再增加加热炉、卷取箱、焊机等设备,实施起来有较大的优势。该工艺技术与单尺坯轧制工艺相比,主要有以下优点:(1)使带钢实现了状态稳定的全长轧制,从而提高了产品的几何尺寸精度,切头切尾量减少,节约了生产成本;(2)减少了换辊时间和轧辊的消耗;(3)对于较硬钢种,通过无头轧制和工艺润滑,可减小轧机负荷,降低了硬钢种产品厚度的下限,并有利于减少轧机震动;(4)完全避免了单尺坯轧制所带来的频繁穿带和甩尾以及因此而带来的卡钢,折印等事故,提高了生产率;(5)很适合轧制超薄带和宽薄带产品。由于掌握运用此项半无头轧制工艺技术有一05 武钢技术第44卷定难度,不少钢厂在投产之初经过一定的摸索阶段,也走了一些弯路。经过多年的技术实践和探索,目前此技术工艺在大多数连铸连轧生产线上得到应用,已生产出合格的薄带产品,完全可替代价格昂贵的冷轧薄带产品,为“以热代冷”做出了贡献。目前,珠钢、邯钢、包钢运用此技术可生产1.2 mm的 热 轧 卷;唐 钢、马 钢、涟 钢 能 生 产0.8 mm的热轧卷。涟钢在批量生产时采用此工艺,用269 m长坯(切 分 成7块)已 生 产出0.78 mm的产品,实现了历史性突破;唐钢曾运用此工艺进行了5块钢带分割轧制,在对140 m长板坯进行不间断动态减薄轧制的情况下,高速飞剪成功地将成品带钢连续分割成不同厚度、不同重量的5个带卷,并保证了设计厚度和产品质量,跨进了世界先进行列。4 重视铁素体轧制技术的研究与应用现代控制轧制技术已经从仅在奥氏体区轧制发展到铁素体区轧制,此工艺技术在20世纪90年代由比利时开发成功后,21世纪初开始引入我国,如唐钢、马钢、涟钢、包钢、邯钢、珠钢以及近期建成的酒钢、通钢、本钢等企业引进的第二代连铸连轧生产线的装备中大都应用该项技术工艺。铁素体轧制技术是指带钢在进入精轧机前就完成了相变过程,变成了铁素体状态。特别适合于轧制薄规格的低碳钢和超低碳钢。此技术的主要优点如下:(1)在较低的加热温度下轧制,使加热炉节约能源;(2)可减少氧化铁皮的生成,使产品有利于酸洗;(3)能够获得较软的产品特性,有利于冷轧阶段的轧制;(4)对超低碳IF钢而言,运用此技术能改善钢带的冲压性能,提高r值。从近几年的实际情况看,唐钢、马钢、涟钢在实施铁素体轧制技术工艺方面积累了不少经验,尤其是将半无头轧制和铁素体轧制相结合的经验值得借鉴。唐钢采用了2架4辊粗轧机和5架4辊精轧机的布置方式,在末架粗轧机R2和首架精轧机F1之间留有20 m以上的距离,布置了水冷装置和切头飞剪,以适应铁素体轧制的需要,轧件通过该区由奥氏体向铁素体的转变后,再进入精轧机进行铁素体轧制。由于实施该项技术工艺有较大的难度,所以此项技术仍未得到普遍。即使是唐钢等企业也只在生产冷轧用板时,才采用该技术工艺。但近两年来,在装备上有条件实施铁素体轧制工艺的所有钢厂,均对铁素体轧制理论与机理以及为实施该技术工艺而制定的温度制度、变形制度、轧制速度制度等方案一直在进行着不断的研究和实际试验,并取得了不少的成绩,这无疑也是应用新技术的一大进步。5 冷轧用板比例大幅提高在3年前所建成的几条生产线的产品大纲中,所占比例较大的产品均为冷轧用板,例如:包钢、马钢、唐钢、邯钢等钢厂便是如此。与传统工艺流程相比,由于物理冶金过程的差别,连铸连轧的产品具有晶粒细小、强度高的特性,这给生产追求晶粒较粗、韧性好、屈强低的冷轧用板带来较大的难度。5.1 生产之初,合格率偏低我国几条连铸连轧生产线在生产冷轧用板时,都经过了一个曲折的摸索过程,生产之初产品合格率较低。尽管各钢厂的情况有所不同,但归纳起来,主要有以下几点:(1)屈服强度偏高,不能满足冷轧用板的需要。一 般 来 说,冷 轧 用 板 的 屈 服 强 度 应 为270 MPa,才能保证在一个冷轧轧程中,可达到目标厚度,使冷轧最终产品具有较好的成形性。在生产初期,珠钢产品平均屈服强度达387.6MPa,唐钢产品平均屈服强度达310 MPa,包钢产品平均屈服强度在300350 MPa之间,显然不符合要求。(2)晶粒太细。为了保证冷轧产品有良好的冲压性能,一般来说,冷轧用板的晶粒度应该在6、7、8级之间,而唐钢、包钢、珠钢、涟钢当初冷轧用板的晶粒度均为9、10级。(3)冷轧用板表面氧化铁皮和压痕较严重,不利于生产表面质量合格的冷轧产品。5.2 近几年合格率大幅上升针对以上情况,各生产厂根据自身的装备和工艺特点,经过多年的探索,扭转了被动局面,合格率大幅提高,主要采取以下几种措施:(1)在冶炼过程中,根据对冷轧用板的成分要求,采用优化脱氧与喂线工艺以及快速成渣技术,15第6期孙决定:我国近几年薄板坯连铸连轧发展趋势述评严格控制化学成分,尤其是控制C、Si成分;利用先进 合 理 的 精 炼 工 艺,以 将w(Si)控 制 在0.03%;(2)改进了连铸下渣检测装置及加强保护浇注,能防止增O增N,提高钢水纯净度;(3)在轧制工艺中,优化了加热、卷取、变形和终轧等制度,采用精轧机辊缝润滑及边部遮挡等多项新工艺和技术,使晶粒度控制在目标范围内;(4)唐钢采用的是铁素体轧制法,使精轧前的钢带温度低于Ar3且处于两相区轧制的条件下,可获得较大的晶粒和较低的屈服强度。这是一种被认为有价值并可行选择的轧制法;(5)有些钢厂还应用美国纽柯公司的技术,在钢中添加硼调整冶金成分,并配以控轧控冷工艺来降低屈强比并粗化晶粒;(6)对表面氧化铁皮难以消除等问题,有些钢厂对铸坯入炉温度、均热时间等工艺制度进行了调整,以保证炉内为弱氧化气氛,从而改变了氧化铁皮结构,使之易于酸洗清除。邯钢还自主研发了表面除鳞装置并获得国家实用新型专利,取得良好效果。总之,经过多年的努力,3年前开始生产的几条连铸连轧生产线,到2005年为止,都能生产合格的冷轧用板,产量约占各条生产线的6070%左右,如果以CQ级产品为标准,合格率约在95%左右。5.3 冷轧硅钢片用板开发成功马钢充分利用连铸连轧工艺所具有的诸如薄板坯因快速凝固而柱状晶粒细小、无需电磁搅拌便可消除硅钢轧材的瓦楞状缺陷与非常轻微的硫、磷偏析以及生产线紧凑可实现较低的开轧温度和较高的终轧温度等优点,不仅于2005年3月成功地生产出生产出高磁感的MG2W600无取向硅钢热轧卷硅钢片,而且还解决了其它许多工艺难题。马钢是我国第一家利用连铸连轧工艺生产冷轧硅钢片用板的钢厂。这就是马钢于2006年5月开工建设年产40万t硅钢片工程的原因所在。需要指出的是,所生产的冷轧用板大都以CQ级为主,能批量生产再高一级的如DQ产品的厂家还不多,大都处于小批量生产或试验中。对于DDQ、EDDQ等更高深冲级别的产品还需要作进一步开发和探索。6 结 论(1)近几年,由于生产的需要,我国连铸连轧生产中连铸坯的厚度得到优化,呈现了向变厚方向发展的趋势,其原因是为了改善连铸机结晶器的浇注条件,以达到改善产品质量、提高生产率的目的。与此同时,生产线上的轧机配置也发生了变化,大多数生产线采用粗、精轧两个阶段进行生产;(2)随着连铸整套工艺技术的掌握和优化,尤其是电磁搅拌技术,浸入式水口技术的进步,使连铸机的产能不断增大,从而带动了整条连铸连轧生产线生产能力的提高;(3)半无头轧制技术的熟练应用及对铁素体轧制技术的深入研究和尝试,为生产薄规格产品提供了工艺技术上的保障,我国连铸连轧生产线的薄规格产品将在“以热代冷”的过程中发生“质”和“量”的飞跃;(4)我国3年前投入生产的8条生产线,通过多年的努力,积累了丰富的经验,开发了一些独创的技术,这将会给近两年投产的5条新生产线提供有价值的借鉴。参考文献1 贺东风,田乃媛.两种类型薄板坯连铸连轧生产线研究J.钢铁,2005(3):122(收稿日期:2006208231)欢迎订阅 武钢技术 杂志25 武钢技术第44卷