連鑄連軋生產(chǎn)技術講義(概論-1)（行業(yè)知識）

1、連鑄連軋生產(chǎn)技術主講人：張曉明東北大學軋制技術及連軋自動化國家重點實驗室1 概論1.1連鑄技術的發(fā)展概況1.2厚板坯連鑄與軋制的銜接模式1.3連鑄坯熱裝及直接軋制技術的發(fā)展概況1.4薄板坯連鑄連軋技術的發(fā)展概況1.5 帶鋼直接連鑄技術的發(fā)展概況1.1 連鑄技術的發(fā)展概況 有相對滑動固定振動式結(jié)晶器 無相對滑動移動式結(jié)晶器連鑄的概念所謂連鑄是將鋼水連續(xù)注入水冷結(jié)晶器中，凝固成硬殼后從結(jié)晶器出口連續(xù)拉出或送出，經(jīng)噴水冷卻，完全凝固后切成坯料或直送軋制的鑄造工藝。連鑄的方法根據(jù)鑄坯與結(jié)晶器器壁間是否有相對運動可以分為：金屬連續(xù)澆鑄思想的啟蒙階段連鑄技術發(fā)展的四個階段第一階段 (18401930年)

2、1840年美國人塞勒斯（Sellers）獲得連續(xù)鑄鉛的專利； 1856年英國人貝塞麥(Henry Bessemer)提出了采用雙輥連鑄機澆鑄出了金屬錫箔、鉛板和玻璃板，并獲專利； 1887年德國人戴倫（R.M.Daelen）提出了與現(xiàn)代連鑄機相似的連鑄設備的建議，在其開發(fā)的設備中已包括了上下敞開的結(jié)晶器、液態(tài)金屬注入、二次冷卻段、引錠桿和鑄坯切割裝置等。第二階段 (19401949年)1943年德國人永漢斯（S.Junghans）建成了第一臺試驗連鑄機，提出了振動水冷結(jié)晶器、浸入式水口、結(jié)晶器保護劑等技術，取得工業(yè)規(guī)模的成功，奠定了現(xiàn)代連鑄機結(jié)構(gòu)的基礎，結(jié)晶器振動成為連鑄機的標準操作。圖1-2

3、 S.Junghans專利原理1中間包；2保護劑加入裝置；3進水口；4結(jié)晶器；5鑄坯；6拉輥；7出水口；8壓縮機；9鋼包；10振動機構(gòu)連鑄特征技術的開發(fā)階段第三階段 (19501976年) 傳統(tǒng)連鑄技術成熟階段應用于工業(yè)生產(chǎn)5000多項專利代表性的技術弧形連鑄機鋼包回轉(zhuǎn)臺浸入式水口澆注結(jié)晶器保護渣電磁攪拌漸進彎曲矯直結(jié)晶器在線調(diào)寬中包塞棒控制特點是連鑄比不斷上升，連鑄生產(chǎn)效率不斷提高（表現(xiàn)為鑄機作業(yè)率、澆鑄速率、拉坯速度、連澆爐數(shù)等主要指標的不斷提高），澆鑄品種逐漸擴大，生產(chǎn)成本大大降低。 第四階段 (20世紀8090年代) 傳統(tǒng)連鑄技術的優(yōu)化發(fā)展階段1990年59.5%，2001年85.4%

4、大多數(shù)國家的連鑄比都在95以上鋼鐵產(chǎn)品總量1900年全球粗鋼產(chǎn)量約30001042001年超過8108鋼的連鑄比傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程20世紀90年代以來近終形連鑄高效連鑄電磁連鑄緊湊化連續(xù)化高度自動化通常是指以高拉速為核心，以高質(zhì)量、無缺陷鑄坯生產(chǎn)為基礎，實現(xiàn)高連澆率、高作業(yè)率的連鑄技術。高效連鑄概念日本：最高板坯鑄速：3.2m/min;月產(chǎn)量：2045萬噸;連澆爐數(shù)：超過100爐，最高達10000爐；作業(yè)率達92。提高拉速措施：結(jié)晶器優(yōu)化技術；結(jié)晶器液面波動檢測控制技術；結(jié)晶器振動技術；結(jié)晶器保護渣技術；鑄坯出結(jié)晶器后的支撐技術；二冷強化冷卻技術；鑄坯矯直技術；過程自動化控制技術。如果說提高拉速

5、是小方坯連鑄機高效化的核心，那么板坯連鑄機高效化的核心就是提高連鑄機作業(yè)率。 目前提高連鑄機作業(yè)率的技術主要有：（1）多爐連澆技術：異鋼種多爐連澆；快速更換長水口；在線調(diào)寬；中間包熱循環(huán)使用技術；防止浸入式水口堵塞技術。（2）連鑄機設備長壽命技術：長壽命結(jié)晶器，每次鍍層的澆鋼量為2030萬t；長壽命的扇形段，上部扇形段每次維修的澆鋼量100萬t，下部扇形段每次維修的澆鋼量300400萬t。（3）防漏鋼的穩(wěn)定化操作技術：結(jié)晶器防漏鋼預報系統(tǒng)；結(jié)晶器漏鋼報警系統(tǒng)；結(jié)晶器熱狀態(tài)運行檢測系統(tǒng)。（4）縮短非澆注時間維護操作技術：上裝引錠桿；扇形段自動調(diào)寬和調(diào)厚技術；鑄機設備的快速更換技術；采用各種自動檢

6、測裝置；連鑄機設備自動控制水平。提高板坯連鑄機設備堅固性、可靠性和自動化水平，達到長時間的無故障在線作業(yè)，是提高板坯連鑄機作業(yè)率水平的關鍵。連鑄坯的質(zhì)量逐年提高，連鑄坯的質(zhì)量包括：鑄坯潔凈度（鋼中非金屬夾雜物數(shù)量，類型，尺寸，分布，形態(tài)）；鑄坯表面缺陷（縱裂紋，橫裂紋，星形裂紋，夾渣）；鑄坯內(nèi)部缺陷（中間裂紋，角部裂紋，中心線裂紋，疏松，縮孔，偏析）。連鑄坯質(zhì)量控制戰(zhàn)略是：鑄坯潔凈度決定于鋼水進入結(jié)晶器之前的各工序；鑄坯表面質(zhì)量決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程；鑄坯內(nèi)部質(zhì)量決定于鋼水在二冷區(qū)的凝固過程。連鑄過程控制鋼潔凈度主要對策有：保護澆注；中間包冶金技術，鋼水流動控制；中間包材質(zhì)堿性化（堿性復

7、蓋劑，堿性包襯）；中間包電磁離心分離技術；中間包熱循環(huán)操作技術；中間包的穩(wěn)定澆注技術；防止下渣和卷渣技術；結(jié)晶器流動控制技術；結(jié)晶器EMBR技術。 鑄坯表面質(zhì)量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生主要決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程。要清除鑄坯表面缺陷，應采用以下技術：結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定性控制；結(jié)晶器振動技術；結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼生長均勻性控制技術；結(jié)晶器鋼液流動狀況合理控制技術；結(jié)晶器保護渣技術。 鑄坯內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區(qū)的凝固過程。要消除鑄坯內(nèi)部缺陷，可采用以下技術措施：低溫澆注技術；鑄坯均勻冷卻技術；防止鑄坯鼓肚變形技術；輕壓下技術；電磁攪拌技術；凝固末端強

8、冷技術；多點或連續(xù)矯直技術；壓縮鑄造技術。 NNSC（Next Net Shape Casting）接近最終成品形狀的澆注技術，其實質(zhì)是在保證成品鋼材質(zhì)量的前提下，盡量減小鑄坯的斷面尺寸以減少甚至取代壓力加工。近終形連鑄鋼鐵生產(chǎn)的短流程工藝技術電爐煉鋼直接還原 (DRI)熔融還原 (如Corex）近終形連鑄概念薄板坯連鑄TSCC（Thin Slab Continuous Casting）帶鋼直接連鑄DSC（Direct Strip Casting）噴霧成形技術Ospray異型坯連鑄近終形連鑄技術包含的主要內(nèi)容2020年：傳統(tǒng)連鑄40，薄板坯連鑄50，薄帶連鑄10（日本估計）電磁連鑄技術電磁技術

9、應用電磁力學特性電磁熱特性電磁物理特性液面檢測電磁下渣檢測中間包感應加熱注流約束電磁軟接觸電磁攪拌電磁制動已被用于工業(yè)生產(chǎn)強化液芯內(nèi)鋼水的對流運動，均勻鋼液過熱度，打碎樹枝晶，促進非金屬夾雜物和氣泡上浮，促進等軸晶形成，減輕中心偏析、中心疏松和縮孔。電磁制動的目的電磁攪拌的目的改變凝固過程中的流動、傳熱和溶質(zhì)分布，改善連鑄坯的凝固組織。電磁制動能夠降低結(jié)晶器內(nèi)鋼液向下沖擊的深度，促進凝固前沿非金屬夾雜物上浮，穩(wěn)定彎月面的波動，促進保護渣的均勻分布。連鑄與軋鋼的銜接模式1.2 厚板坯連鑄與軋制的銜接模式類型1連鑄坯直接軋制工藝，簡稱CC-DR（Continuous Casting-Direct

10、Rolling）或稱HDR（Hot Direct Rolling）特點：鑄坯溫度在1100以上，鑄坯不需進加熱爐加熱，只需在輸送過程中進行補熱和均熱，即直接送入軋機進行軋制。在連鑄機與軋機間只有在線補償加熱而無正式加熱爐緩沖工序。類型2連鑄坯直接熱裝軋制工藝，簡稱DHCR（Direct Hot Charge Rolling）或稱為高溫熱裝爐軋制工藝，簡稱為gHCR（g-Hot Charge Rolling）特點：裝爐溫度在7001000左右，即在A3線以上奧氏體狀態(tài)直接裝爐，加熱到軋制溫度后進行軋制。只有加熱爐緩沖工序且能保持連續(xù)高溫裝爐生產(chǎn)節(jié)奏的稱為直接(高溫)熱裝軋制工藝。特點：裝爐溫度一

11、般在400700之間。而低溫熱裝工藝，則常在加熱爐之前還有保溫坑或保溫箱等，即采用雙重緩沖工序，以解決鑄、軋節(jié)奏匹配與計劃管理問題。類型3、4為鑄坯冷至A3甚至A1線以下溫度裝爐，稱為低溫熱裝軋制工藝，簡稱HCR（Hot Charge Rolling）類型5即傳統(tǒng)的連鑄坯冷裝爐軋制工藝，簡稱CCR（Cold Charge Rolling）特點：連鑄坯冷至常溫后，再裝爐加熱后軋制，一般連鑄坯裝爐的溫度在400以下。類型1和2都屬于鑄坯熱軋前基本無相變的工藝，其所面臨的技術難點和問題也大體相似，只是DHCR有加熱爐緩沖，對連鑄坯溫度和生產(chǎn)連續(xù)性的要求有所放寬，但它們都要求從煉鋼、連鑄到軋鋼實現(xiàn)有節(jié)

12、奏的均衡連續(xù)化生產(chǎn)。故我國常統(tǒng)稱類型1和2兩類工藝為連鑄連軋工藝。類型3、4、5需入正式加熱爐加熱，故亦可統(tǒng)稱為連鑄坯熱裝熱送軋制工藝。連鑄連軋工藝，簡稱CC-CR（Continuous Casting-Continuous Rolling）連鑄坯熱裝熱送軋制工藝CC-DR和HCR工藝的主要優(yōu)點節(jié)約能源消耗節(jié)能量與熱裝或補償加熱入爐溫度有關，入爐溫度越高，則節(jié)能越多；直接軋制比常規(guī)冷裝爐軋制工藝節(jié)能8085%。提高成材率，節(jié)約金屬消耗 加熱時間縮短，燒損減少，DHCR或CC-DR工藝，可使成材率提高0.51.5%。簡化生產(chǎn)工藝流程 減少廠房面積和運輸設備，節(jié)約基建投資和生產(chǎn)費用。生產(chǎn)周期縮短從

13、投料煉鋼到軋制出成品僅需幾個小時；直接軋制時從鋼水澆注到軋出成品只需十幾分鐘。產(chǎn)品的質(zhì)量提高加熱時間短，氧化鐵皮少，鋼材表面質(zhì)量好；無加熱爐滑道痕跡，使產(chǎn)品厚度精度也得到提高；有利于微合金化及控軋控冷技術的發(fā)揮，使鋼材組織性能有更大的提高。1.3連鑄坯熱裝及直接軋制技術發(fā)展概況連鑄連軋技術的起源傳統(tǒng)軋鋼工序能源消耗情況加熱爐57.5%電能38.6%其他3.9%。節(jié)能的潛力 20世紀50年代初期，開始實驗研究工作，先后建立了一些連鑄連軋試驗性機組進行探討。在線同步軋制帶液芯軋制熱裝爐軋制直接軋制 20世紀70年代中期以前，工業(yè)性試驗研究和初步應用階段。所采用的主要實驗研究方案主要方式 20世紀6

14、0年代后期，出現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的連鑄連軋試驗機組。連鑄在線同步軋制連鑄與軋制在同一作業(yè)線上，鑄坯出連鑄機后，不經(jīng)切斷即直接進行與鑄速同步的軋制。含義先軋制后切斷，鑄與軋同步，鑄坯一般要進行在線加熱均溫或絕熱保溫，每流連鑄需配置專用軋機（行星軋機或擺鍛機和連鍛機），軋機數(shù)目113架。特點 操作復雜，對工藝裝備和自動控制要求高，增大了技術實現(xiàn)的難度； 優(yōu)點生產(chǎn)過程連續(xù)化程度高，可實現(xiàn)無頭軋制，增大軋材卷重，提高成材率及大幅度節(jié)能等。缺點 連鑄速度太慢，一般只為軋制速度的10%左右，鑄軋速度不匹配，嚴重影響軋機能力的發(fā)揮，在經(jīng)濟上并不合算； 軋制速度太低使軋輥熱負荷加大，使輥面灼傷和龜裂，影響了軋輥

15、的使用壽命，增加了換輥的次數(shù)。 20世紀70年代中期后，在線同步軋制停止發(fā)展。 顯著降低單位軋制力，有利于節(jié)能； 帶液芯鑄坯的直接軋制指鑄坯未經(jīng)切斷的在線軋制，它除了具有上述在線同步軋制的主要優(yōu)缺點外，還有其自己特點。含義優(yōu)點 可減少鑄坯中心部位的偏析，消除內(nèi)部縮裂、中心疏松及縮孔等缺陷； 鑄坯潛熱得到充分利用，通過液芯復熱更容易保證連鑄連軋過程中所需要的較高鑄坯溫度。 20世紀70年代末期以來，液芯軋制試驗研究報道很少。 1972年11月在日本鋼管公司京濱廠首次實現(xiàn)CC-HCR工藝，到1979年日本已有11個鋼廠實現(xiàn)了HCR工藝。縮短生產(chǎn)周期，顯著節(jié)能，可通過加熱均溫使鑄坯塑性改善和變形均勻

16、，有利于鋼材質(zhì)量提高。CC-HCR工藝的優(yōu)點在連鑄機和軋機之間不存在同步要求，并且可利用加熱爐進行中間緩沖，大大減少了兩個工序之間互相牽連制約的程度，增大了靈活性，提高了作業(yè)率； 可實現(xiàn)多流連鑄共軋機，使軋機能力得到充分發(fā)揮；CC-HCR工藝適合于以下情況 鋼種特性本身要求進行均熱以提高鑄坯塑性及物理機械性能。 連鑄機與軋機相距較遠，無法直接快速傳送； 連鑄機流數(shù)較多，管理較復雜，需要用加熱爐作緩沖； 軋制產(chǎn)品規(guī)格多，需經(jīng)常換輥和交換及變換規(guī)程或軋制寬度大于1500mm寬帶鋼產(chǎn)品；新日鐵于1981年6月在世界上首次實現(xiàn)了寬帶鋼CC-DR工藝，同年底日本的室蘭廠、新日鐵大分廠、君津廠和八幡廠，日

17、本鋼管公司福山廠等都相繼實現(xiàn)了連鑄坯熱裝和直接軋制工藝。 美國紐克公司達林頓廠和諾福克廠于20世紀70年代末，采用2流小方坯連鑄機配置感應補償加熱爐和13架連軋機，實現(xiàn)了小型材的CC-DR工藝。小型材的CC-DR寬帶鋼的CC-DR CCDR工藝在歐洲，發(fā)展比日本晚一些，80年代中期開始德國不萊梅鋼廠裝爐溫度500，熱裝率30；德國蒂森鋼鐵公司的布魯克豪森廠平均裝爐溫度為400；比利時的考克里爾公司徹它爾（Chertal）廠；法國的索拉克公司佛曼倫季廠；奧地利的林茨廠。20世紀80年代中后期，最值得注意的重大新進展主要有遠距離連鑄直接軋制工藝。1987年6月新日鐵八幡廠實現(xiàn)了遠距離CC-DR工藝

18、、隨后川崎制鐵水島廠也開發(fā)成功了遠距離CC-DR工藝。寶鋼2050mm熱帶軋機于1995達到熱裝率為60，平均熱裝溫度為500550。本鋼1700mm熱連軋廠鑄坯平均裝爐溫度為500，熱裝率80左右。 我國CC-DR和 HCR工藝的研究和應用情況20世紀80年代中期開始“錫興鋼鐵公司連鑄坯直接熱裝軋制窄帶鋼試驗生產(chǎn)線”“沈陽鋼廠連鑄坯直接軋制小型材生產(chǎn)試驗線”武鋼1985年4月實現(xiàn)了HCR工藝，熱裝溫度在400左右，熱裝率可達60以上，平均熱裝溫度達550以上。上鋼五廠及濟南鋼鐵總廠的遠距離HCR工藝在20世紀80年代末1)連鑄坯及軋材質(zhì)量的保證技術；2)連鑄坯及軋材溫度的保證技術；3)板坯寬度的調(diào)節(jié)技術和自由程序軋制技術；4)煉鋼連鑄軋鋼一體化生產(chǎn)管理技術；5)保證工藝與設備的穩(wěn)定性和可靠性的技術等多項綜合技術。實現(xiàn)連鑄連軋，即CC-DR和DHCR工藝的主要技術關鍵圖1-5 連鑄直接軋制(CC-DR)工藝與采用的關鍵技術A 保證溫度的技術1鋼包輸送；2恒高