（冶金工程专业论文）鞍钢asp降低冷轧用连铸坯夹杂的研究.pdf

辽宁科技大学q - 程硕士论文 摘要 鞍钢a s p 降低冷轧用连铸坯夹杂的研究 摘要 本文论述了连续铸钢工艺在国内外的发展概况，针对鞍山钢铁集团公司a s p 中薄板坯连铸连轧技术进行分析研究，着重研究中薄板坯的夹杂问题，找出连铸坯 缺陷存在的主要原因和防止方法。由电子显微镜对夹杂物的定性分析得出，夹杂物 的主要组成元素为c a 、s i 、a 1 、n a 、k 、m g 等。这些夹杂物主要来自保护渣卷渣 和中间包卷渣等。因此，对l f 炉精炼渣系、钢水处理、中间包钢水流场等进行改 进，并应用于工业生产，取得良好效果。将连铸坯综合质量合格率由2 0 0 3 年的9 3 7 提高到目前的9 9 8 以上。 关键词：中薄板坯，夹杂物，l f 炉精炼，结晶器，中问包 辽宁科技大学工程硕士论文 t h es t u d yo nc o n t r o l l i n gi n c l u s i o ni ns l a bf o rc o l d r o l l i n g a b s t r a c t t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ed e v e l o p m e n to fc o n t i n u o u sc a s t i n gp r o c e s sh o m ea n d a b r o a d t h ea s pc o n t i n u o u sc a s t i n gt e c h n o l o g yo fa n s h a ni r o na n ds t e e lc o r p o r a t i o n w a sr e s e r c h e d ，e s p e c i a l l yt h ei n c l u s i o np r o b l e m m a i nr e a s o na n ds o l u t i o no fd e f e c t si n s l a bw e r ef o t m d q u a l i t a t i v ea n a l y s i sw a sg i v e nb yf l y i n ge l e c t r o nm i s c r o s c o p e ，c a 、s i 、 a 1 、n a 、k 、m ge t ca r et h em a i ne l e m e n t so f t h ei n c l u s i o n a n dt h e s ei n c l u s i o n sa r em a i l y f r o mf l u xa n dz h es l a go fz h et u n d i s h l fr e f i n i n gp r o c e s ss l a g ，p r o c e s so fm o l t e ns t e e l a n df l u i df i e l do fs t e e li nt u n d i s hw e r ei n p r o v e da n da p p l i e di no p e r a t i o n a lp r a c t i c e ， w h i c hg o ta g o o dr e s n k t h es t a n d a r dp e r c e n t a g eo fo v e r a l lq u a l i t yo fs l a bi sr a i s e df r o m 9 3 7 i n2 0 0 3t om o r et h a n9 98 a tp r e s e n t k e yw o r d s ：m e d i u mt h i c k n e s sc cs l a b ，n o n - m e t a l l i ci n c l u s i o n s ，l fr e f m i n gp r o c e s s c r y s t a l l i z e r ，m o l d ，t u n d i s h 1 1 辽宁科技大学工程硕士论文独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：豕亥亮 日期：加叼7 ，3 j 关于论文使用授权的说明 本人完全了解辽宁科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保留论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：悉宏乞翩签名：咿搠同期：唧3 j 、 辽宁科技大学工程硕士论文l 文献综述 1 文献综述 1 1 连铸技术的发展概况 1 1 1 连铸在钢铁生产中的地位和作用 钢铁生产的核心工序是炼铁、炼钢和轧钢。炼钢生产又由冶炼和浇注两部分组 成。冶炼的任务是炼制出化学成分合格、温度及纯净度符合要求的钢水；浇注的任务 则是将钢液铸成表面质量良好、内部纯净、均匀的、致密的固体钢坯。 炼钢生产的成品是固体钢坯。从液态到固态的转变是浇注过程中完成的，因此， 浇注工作的好坏对成品的优劣有决定性的影响。有时炼钢工人辛辛苦苦炼出的钢水却 因浇注失误而出现废品，导致前功尽弃，这种损失比出不合格钢水要大的多。在现场 常有“三分炼铁，七分浇注”的说法。就质量而占，这样强调并不过分。 在钢铁工业史上，钢坯一直是用模铸法生产出钢锭后经开坯而成。就是将钢水注 入一个个独立的、具有一定形状的铁模内，使其冷却凝固后脱模便得到一个个钢锭， 在送到出轧厂开坯成需要的钢坯。这种不连续的生产方式，工序复杂、效率低、金属 浪费大，成了钢铁生产中的一个限制性环节，严重阻碍了钢铁生产的发展。 所谓连铸，就是将钢液连续注入具有一定形状的水冷结晶器中，使之凝固成铸坯 的工艺过程。 连续铸钢技术开发成功后，曰臻成熟、不断发展。其功能已经远远超过传统模铸 系统的范围。它具有凝固器、成形器、冶金器、节能器的作用。目前连铸技术已经被 全世界各产钢国普遍采用。不少发达国家连铸的比例达到了9 0 以上，不少钢厂已实 现全连铸，全连铸钢厂已成为发展方向。 1 8 8 6 至1 9 9 5 年的十年问，世界各国的连铸钢产量累计增长2 2 7 亿吨；连铸比增 长2 8 7 个百分点，到1 9 9 6 年底，全世界共有2 7 个国家实现了全连铸。可见连铸技 术作为钢铁生产发展的必由之路，得到了世界各国的重视，使得连铸产量和连铸比在 近十年间始终保持稳定增长势头。 1 1 2 连铸的历史和发展现状 液体金属连续铸锭的概念早在1 9 世纪中期就已提出。1 8 4 0 年美国塞勒斯( s e l l e r s ) 获连铸铅管专利1 8 4 6 年转炉的发展者贝氏麦( b e s s e m e r ) 使用水冷旋转双辊式连铸 机生产锡箔、铅板和玻璃板。1 8 7 2 年美国戴维尔提出移动结晶器连续浇注的概念。 辽宁科技大学工程硕士论文 1 文献综述 1 8 8 6 年至1 8 8 9 年提出垂直浇注的立式连铸机的设计，1 9 2 1 年皮尔逊提出结晶器振动 概念，使铸坯和结晶器之间做连续相对运动。 在4 0 年代，由容汉斯在德国建成第一台浇注钢水的实验性连铸机( 1 9 4 3 年) 当 时就已提出振动的水冷结晶器、浸入式水臼、结晶器上部加保温剂等技术，这些为现 代连铸机奠定了基础，随后，在美国、英国、奥地利、同本等国相继建成了中间性实 验连铸机，钢水量为1 5 0 k g 至7 5 t 。 1 1 3 国外主要产钢国家连铸发展概况 1 ) 德国 德国是世界上连铸技术发展最早的国家之- - ”，无论从机型、设备还是操作技 术等都处于世界领先行列。德国6 0 年代初就将连铸技术应用于生产，连铸坯产量和 连铸机一直稳步增长，1 9 9 6 年德国的连铸坯产量达到了3 8 1 3 1 万吨，连铸比为9 5 f 8 。 2 ) 俄罗斯联邦( 前苏联) 早在4 0 年代前苏联就开始研究连铸，并于1 9 5 1 年在红十月钢厂建成世界第一台 立式板坯连铸机。该国对连铸理论非常重视，并结合工艺、设备和铸坯质量进行了大 量研究。6 0 年代，先后在8 个钢厂投产了1 6 台立式或立弯式连铸机，当时的连铸技 术处于世界领先地位。但是，前苏联冶金界在炼钢技术方面，就采用平炉还是转炉问 题进行了无休止的辫论，使转炉发展缓慢，形成了以平炉为主的炼钢生产结构。因此 阻碍了连铸技术的发展，从7 0 年代开始前苏联的连铸技术逐步落后于日本和欧美。 到1 9 9 6 年，俄罗斯联邦的连铸坯产量仅为2 0 0 5 8 万吨，连铸比仅为4 0 8 t 2 3 】。 3 ) 美国 美国的连铸技术是与瑞士康卡斯特公司和日本厂家合作发展起来的，8 0 年代以 前发展缓慢。1 9 8 0 年连铸比提高到9 3 2 ，连铸坯产量为8 8 2 6 1 万吨，也相继出现 了一些全连铸钢厂。连铸产量居世界第二位，技术水平处于世界领先地位。 4 ) 日本 在1 9 9 6 年日本全国连铸比为9 6 4 ，连铸产量为9 5 2 1 7 万吨，居世界各国之首 【4 l 。 5 ) 韩国 韩国是一个后起的产铜大国。1 9 7 5 年仅产钢约2 0 0 万吨，1 9 9 7 年产钢达4 2 2 0 万吨，居世界第六位。2 0 年间平均年增长率为1 5 6 ，是世界上少有的高速度。韩国 辽宁科技大学工程硕士论文1 文献综述 的连铸技术发展很快，连铸钢产量由1 9 8 6 年的1 0 3 4 9 万吨增加到1 9 9 6 年的3 8 2 4 8 万吨，连铸比由7 1 1 提高到9 8 3 。 1 , 1 4 我国连铸的发展概况 我国从5 0 年代开始研究连铸技术。1 9 5 7 至1 9 5 9 期间先后建成三台立式连铸机。 1 9 6 4 年在重钢三厂建成一台断面为1 8 0 r a m x l 5 0 0 m m 的板坯弧形连铸机，这是世界工 业史上应用最早的弧形连铸机之一。随后又在全国各地相继建成连铸机2 0 多台。在 我国设计的连铸机上，很早就应用了钩头式永久引锭杆，钳式结构拉矫机，和大型机 械液压剪：这些设备在当时都是比较先进的。但是在以后的十余年间，除个别地区外， 连铸生产处于停滞状态。到1 9 7 8 年全国用于生产的连铸机只有2 l 台，连铸坯年产量 1 1 2 7 0 万吨，连铸比3 5 。 1 9 7 9 年以来，国家确定了以经济发展为中心，冶金工业把发展连铸作为重大技 术政策，并在总结我国连铸生产经验的基础上，提出了“以连铸为中心，连钢为基础， 设备为保证”的生产技术路线。从此我国连铸进入新的发展时期，十余年间取得举世 瞩目的成就。 ( 1 )连铸机台数、连铸坯质量、连铸比的逐年上升 在1 9 7 8 年和1 9 9 1 年间，连铸比由3 ，5 提高到2 6 5 3 ；己投产的连铸机台数由 2 l 台增加到1 3 0 台( 其中合金钢连铸机1 3 台) ；连铸坯年产量增加1 6 7 倍，连铸机 台数增加6 2 倍。这一发展速度对于我们这样工业基础薄弱的国家来说，是一个巨大 的进步。 ( 2 )机型齐全、铸机布局和产品结构日趋合理 据1 9 9 2 年5 月统计资料，我国已投产的连铸机共1 3 0 台3 7 0 流。年生产能力2 6 4 1 0 万吨。从现有铸机的机型来看( 表1 1 ) 基本上拥有世界上所有连铸机机型。从铸坯 断面看( 表1 2 ) ，小方坯连铸机台数最多，这是我国钢铁工业具有三小( 小转炉、小 电炉、小轧机) 的特点所决定的。但是大型板坯连铸机的生产能力最大。 从连铸钢种上看，我国连铸机已能浇注高牌号硅钢，含t i 不锈钢、弹簧钢、碳 结构钢、合金结构钢等。1 9 8 9 年重庆特殊钢厂合金钢连铸比达到了8 1 4 7 ，结束了 我过长期以来不能连铸合金钢的历史。 辽宁科技大学工程硕士论文1 文献综述 表1 一l 我国连铸机机型情况 在现有的1 3 0 台连铸机中，与转炉配合使用的9 6 台，与电炉配合使用的2 7 台， 与平炉配合使用的7 台。这些连铸机分布在全国2 5 个省市自治区( 不包括台湾省) 的7 0 个企业。目前除了少数边远地区外，大都有连铸机在生产。形成了以上海宝钢、 武汉钢铁公司、鞍山钢铁公司等企业为代表的板坯连铸系统；以太原钢铁公司、上海 第三钢铁厂等企业为代表的特钢连铸系统。 ( 3 ) 引进、消化、移植国产化成绩斐然 进十余年来，我国在改造发展原有国产连铸机的基础上，先后从国外以多种形式 引进和建成各种连铸机5 0 余台。在此过程中积极消化移植国外连铸新技术，推进国 产化、培养了一支从设计、制造、安装到生产科研的连铸队伍，和南京钢铁厂的超低 头连铸机，国产化率都超过8 0 。由我国北京钢铁研究总院设计，上海东风机械厂制 造的c b 一1 型小方坯连铸机已出口印度尼西亚巴拉瓦加钢厂。该铸机综合了国外新 机型的优点，吸收了国外小方坯连铸机的生产经验，结构合理，性能先进，1 9 9 0 年4 月建成，经过热试证明设备运转良好，至此我国小方坯连铸机从引进消化移植，走向 提高，出口的道路【5 】。 1 1 5 连铸技术的优势 随着转炉炼钢的普遍应用，使得连铸作为一项新技术，在近几十年来得到快速发 辽宁科技大学工程硕士论文 1 文献综述 展。连铸技术之所以飞速发展，在于其独有的经济优越性，作为一项具有重大经济效 益的成型工艺，具有以下优点： ( 1 ) 金属收得率高： ( 2 ) 简化生产工序，提高生产效率； ( 3 ) 改善产品质量，节约能源消耗； ( 4 ) 为实现钢铁生产的连续化、自动化创造条件； ( 5 ) 改善作业环境，降低劳动强度。 因此，近年一些工业发达的国家均投入大量的人力和财力应用和开发连铸技术1 6 。 1 2 薄板坯连铸的发展概况 1 2 1 薄板坯连铸的发展 连铸技术发展的基本趋势之一，是力求浇注可能接近最终产品尺寸的铸坯，即所 谓的“近终形连铸技术”。其目的就是在保证一定的产量规模和产品质量的前提下，尽 量减少连铸坯的断面规格，以最大限度地取代压力加工手段，简化生产工艺流程。薄 板坯连铸是近终形连铸中目前发展较成熟的工艺。其发展如下【7 】： 1c s p 技术 由德国西马克公司提供的第一条紧凑式带钢生产线( c o m p a c ts t r i pp r o d u c t i o n 缩 写c s p ) 。采用漏斗结晶器、浸入式水口、保护渣技术来浇注5 0 m m 厚的薄板坯。有 关的浸入式水口设计、保护渣性能的选择、稳定的钢水流量控制和结晶器液面控制都 是核心技术。c s p 技术的工艺特色主要是采用立弯式铸机，漏斗形结晶器，液压振动 装置，电磁闸技术，高压水除磷装置，液心压下钢性引锭杆及连续矫直技术。漏斗型 结晶器是c s p 技术的核心，主要特征：上口为漏斗形，在7 0 0 m m 处转变为平行板形， 而过渡不是圆滑过渡。由于其上部空间大，可以增大浸入式水口的厚度。其优点： 1 ) 增加结晶器容钢量，利于保护渣熔化； 2 ) 空腔尺寸放大，利于合理的设计浸入式水口，优化流场，避免保护渣凝固搭 桥； 3 ) 减轻液面波动，防止卷渣； 4 ) 延长了钢水在结晶器内时间，利于夹杂物上浮； 5 ) 利于产量提高，达到1 0 0 1 5 0 万吨年； 6 ) 裂纹导致拉漏及相关缺陷下降。但是结晶器的漏斗形状造成铸坯壳在结晶器 辽宁科技大学工程硕士论文 1 文献综述 中所受应力较大，使浇注包晶钢困难。 2i s p 技术 它是由德国德马克公司和意大利阿维迪公司合作，于1 9 9 2 年在意大利投入热试， 1 9 9 3 年3 月正式投产的。这种方式通常叫做在线生产带钢( i ns t r i pp r o d u c t i o n 缩写 为i s p ) 。i s p 技术的工艺特点主要是采用直弧形连铸机，平行板结晶器，并采用扁平 薄水口。其优点： 1 ) 可以随时停浇，利于改变钢种和更换中间包； 2 ) 坯壳变形小； 3 ) 润滑更均匀稳定。 其缺点是：容钢少，化渣难，易卷渣，水口薄，使用寿命低。该公司的i s p 在投 产后两年半产量达到5 0 万妇的设计能力，且已浇注了深冲钢、合金结构、钢管线用 钢和高合金奥氏体和铁素体钢等。 3c o n r o l l 技术 c o n r o l l 工艺是奥地利v a i 开发的中等厚度板坯连铸技术，为美国阿姆科公司提供 一台中厚度薄板坯连铸连扎生产线，铸坯厚度较大( 7 5 1 2 5 m m ) ，通常为1 0 0r a i n ， 成品最薄为1 7 m m 。c o n r o l l 技术的工艺特点主要是采用直弧形连铸机，平行板结晶 器，结晶器液压振动、浸入式水口和多点矫直技术。与c s p 铸机相比，其厂房低， 冶金长度较长，但拆卸、安装和维修不方便。1 9 9 6 年该机产量已达到4 万吨，月，而 且生产的a i s i l 4 0 9 不锈钢的产品指标好，由表面质量造成的退废率低于o 2 8 】。 4f t s r 技术 f t s r 工艺技术的开发是在c s p 和i s p 之后，它借鉴前者的技术，开发具有自 己特色的技术。其技术特点是采用直弧型连铸机，双凸透镜型结晶器，漏钢预报与热 像图，独立的冷却系统，动态软压下，多点矫直及旋转除磷技术。它具有如下优点： 1 ) 表面质量优于c s p 和i s p ，且能浇注其它薄板坯铸机所不能浇注的包晶钢； 2 ) 容钢量大，比其它增加6 0 ； 3 ) 坯壳在结晶器内受应力小，裂纹倾向小； 4 ) 保护渣能充分熔化，允许使用传统的圆水口，结晶器窄面设计为多锥度，且可 在线自动调节； 5 ) 液面波动在+ l n 耻n ，不需电磁振动。这条生产线的投产在钢铁工业技术领域内 辽宁科技大学工程硕士论文 1 文献综述 掀起一次实现工序简化和彼此间紧凑连接的热潮，它投产后很快达到8 0 万怕 的设计能力，生产成本比传统低6 0 美元吨。 1 2 2 薄板坯连铸应用技术 薄板坯连铸连轧生产线目前采用的工艺技术与传统工艺流程相比，最大的进步与 特点在于铸坯的大幅减薄，使轧钢减轻负荷，减少轧制道次。采用近终型连铸与轧制 可使连铸与连轧生产一体化，更经济、高效地生产热轧薄板。采用近终型薄板坯浇铸 对生产操作要求更严，最终产品的质量在很大程度上取决于连铸坯的质量，近年来薄 板坯连铸技术的进步对品种结构的进步发挥着巨大的推动作用。这些技术7 卅的主要 内容有： 1 结晶器技术对结晶器形状与尺寸参数的确定十分重要。关于形状，c s p 技术 选用漏斗型，其他技术采用扁平板型，各有自己的设计与特点。有关尺寸参数，变化 比较大的是结晶器厚度( 即薄板坯厚度) 正向中厚方向发展。c s p 技术，最初结晶器 设计厚度为5 0 m m ，中国包头钢厂为7 0 m m ，邯郸钢厂为8 0 m m 。i s p 技术，最初结晶 器设计厚度为6 0 m m ，之后韩国光阳钢厂1 号线改为7 0 r a m ，光阳钢厂2 号线为1 0 0 m m 。 其他薄板坯技术如c o n r o l l 、t s p 、q s p 等，最初设计的结晶器厚度即为中厚板，在 7 5 1 5 0 m m 范围。为能正常浇铸，将结晶器设计成上口正中部位厚度加大，下部出 口为平行断面的漏斗形状，以利保护渣熔化与浸入式水口插入等操作。但漏斗结晶器 由于形状复杂，钢水均匀冷却欠佳，初生坯壳厚度不均、产生热应力，结晶器内坯壳 在下移过程中产生挤压变形等现象，影响铸坯表面质量。加厚结晶器在技术上可带来 以下好处1 n 1 4 】： 1 ) 增加结晶器钢水存量，即增加了钢水热容量，有利保护渣熔化； 2 ) 增加结晶器空腔体积，有利于浸入式水口的插入与合理设计，避免钢水在浸 入式水口周围凝结架桥： 3 ) 结晶器钢水存量增加，可以减少液面波动，稳定弯月面状态，减少卷渣缺陷； 4 ) 改善结晶器内热流分布均匀性，使冷却较为均匀，减少坯壳热应力并促进坯 壳均匀生长； 5 ) 延长钢水在结晶器内的滞留时间，以利夹杂物上浮； 6 ) 有利设计铸坯断面更宽的薄板坯连铸机； 7 ) 有利薄板坯产量的提高，更好与热轧机生产能力相匹配。 辽宁科技大学工程硕士论文 1 文献综述 2 液芯轻压下技术 为有利提高薄板坯质量，结晶器要加厚：为有利轧钢操作，铸坯需减薄；液心轻 压下技术即为能同时满足上述不同要求而开发的技术；将出结晶器带液：醢的薄板坯在 尚未完全凝固前进行1 5 2 0 m m 的轻压下。生产实际表明，该技术还可以减轻薄板坯 偏析，改善铸坯内部质量。采用液芯轻压下技术要求严格控制液芯长度、坯壳厚度、 铸坯表面温度，以保持轻压下时铸坯形变抗力在允许范围内，目前已开发了在线测定 液相穴终端位置进行动态液芯轻压下的控制技术，并在一些厂家投入工业应用。 3 结晶器钢水电磁制动( e m b r ) 技术 采用电磁制动技术可有效减少结晶器钢液紊流并能稳定液面，控制结晶器内钢水 的流向与流速，促进浇铸过程中钢水平稳、匀速流动。以利夹杂物上浮与减少液面卷 渣，现已广泛采用。 4 结晶器液面控制技术 最初，当薄板坯连铸的拉坯速度为5 m r a i n 时，结晶器钢水液面波动可控制在 + 3 m m 以内，1 9 9 3 年美国c r a w f o r d s v i l l e 钢厂通过技术进步己可稳定在a ：2 m m 以 内。最新报导，在今后铸机拉坯速度继续提高的条件下，液面控制水平达到土1 m m 的 新装置不久将投入工业使用，可进一步改善薄板坯的表面质量。 5 浸入式水口技术 关键是形状设计，外部形状决定结晶器上部区域钢流流向，内部形状尤其是开口 的布置和夹角配置决定结晶器内钢流上下分配和此后引起的动能分布，优良的材料和 设计，有利延长使用寿命，促进保护渣熔化、夹杂物上浮。 6 结晶器保护渣的改进 薄板坯连铸的生产条件和浇铸特征与传统连铸相比差别很大，为使生产稳定，漏 钢率降低并生产无缺陷铸坯，保护渣的技术进步是关键。按不同钢种与不同拉速改进 渣的熔化速度，熔融结构与熔化特征曲线，才能适应薄板坯连铸高拉速生产特性的要 求。 1 3 我国薄板坯连铸连轧技术的发展 我国薄板坯连铸连轧技术发展很快，自1 9 9 9 年8 月我国第一套薄板坯连铸连轧 在广卅i 珠江钢厂投产以来，目前已有邯钢、包钢、唐钢4 套相继投产：马钢、涟钢、 8 辽宁科技大学工程硕士论文1 文献综述 本钢3 套正在建设。七套共1 3 流的生产能力为1 4 2 6 万吨，占我国已有和在建的热轧 宽带钢生产能力的3 2 1 。 1 3 1 我国薄板坯连铸连轧发展动向 ( 1 ) 与炼钢炉型的匹配 早期的薄板坯连铸连轧生产线绝大多数和电炉匹配，形成常说的短流程。我国除 珠钢是电炉外，其余6 套均是和转炉匹配，其优点是钢水更为纯净，成本也比较低。 由于我国多数转炉车间尚有其它连铸机共存而且薄板坯连铸连轧故障率大大降低，因 此与转炉匹配的难题已不难解决。可以预见未来将有更多的转炉炼钢厂建设薄板坯连 铸连轧机。 ( 2 ) 品种进一步扩大 珠钢开发了电炉薄板坯连铸连轧大量生产集装箱板和低碳细晶粒高强度钢的技 术； ( 3 ) 产品规格范围进一步拓宽 带钢最大宽度已由早期的1 3 5 0 m m 发展至邯钢的1 6 8 0 n m a ，本钢更把最大宽度定 为1 7 5 0 m m 。但大多数产品仍然在1 5 0 0 m m 以上。 ( 4 ) 轧机机架数量越来越多 轧制速度及主电机容量越来越大，机架已由丌始的四架增至六架。新建的几套都 已增至七架，被取消了的粗轧机在某些薄板坯连铸连轧生产线上又被“请”了回来。轧 制速度由最高1 2 m s 提升至马钢的2 3 m s ，由恒速轧制变为升速轧制，主电机容量由 4 0 0 0 k w 增至1 0 0 0 0 k w ，主要参数己向常规热连轧机靠拢。 ( 5 ) 设计年产量越来越高 设计产量已出现单流1 5 0 万吨，二流2 5 0 万吨。主生产线长度，珠钢为3 3 4 9 5 m ， 而邯钢，因有粗轧机加长至4 1 4 m 。厂房面积，珠钢为3 3 3 8 2 m 2 ，邯钢为1 1 6 7 8 0 m 2 。 这会渐渐失去了薄板坯连铸连轧紧凑精干的特点。 ( 6 ) 采用新技术越来越多 时下被誉为第二代薄板坯连铸连轧标志的半无头轧制、铁素体轧制、超薄带生产 等新技术已成为“时髦”，受到新建生产线竞相采用。但在二流铸机一套轧机的情况下， 用半无头轧制的几率很小，目前水平约为3 5 ，其效果尚待验证。 ( 7 ) 交流传动和自动化控制技术的同新月异”】。 9 辽宁科技大学工程硕士论文 1 文献综述 1 3 2 薄板坯连铸连轧在中国存在的问题与发展前景 总结各厂的实践经验，我们发现如下不足： ( 1 )由于精炼炉手段简单，铁水处理方法粗放，使钢水质量控制精度较低； ( 2 ) 产品品种较少，满足不了市场需求； ( 3 ) 保护渣性能与工艺匹配性差，铸坯表面缺陷有时较严重； ( 4 ) 炉机匹配有待加强； ( 5 )出坯厚度有待优化，进而选择更合宜的结晶器形式； ( 6 ) 工艺技术与产品质量的基础性研究薄弱，尚未大面积、系统地开展有关研究， 且关键技术的国产化程度较低。 随着中国经济发展需要更高的板带比，企业产品结构需要进一步调整，中国的板 带材生产将进一步的大发展，已有的7 套薄板坯连铸连轧生产线将为我们提供更多、 更好的经验，薄板坯连铸连轧技术由于其独特优势，在我国有广阔的发展前景。 1 4 世界薄板坯连铸连轧技术的发展现状 薄板坯连铸连轧因其具有流程短、工序紧凑、装备简单、投资省、能耗低、环境 污染小、生产率高和成本低等优点，自问世以来，已受到各国钢铁界的密切关注。 预计薄板坯连铸连轧技术在今后1 0 年内将对传统的钢铁企业造成大的冲击，到 2 0 1 0 2 0 2 0 年全球有可能建成7 5 个薄板坯连铸连轧工厂总生产能力可达1 ，9 亿t ，即 全球4 5 6 0 左右的热轧板卷将由薄板坯连铸连轧技术来生产。被认为是板材生产 发展的新方向2 0 世纪8 0 年代是世界上薄板坯连铸连轧技术经历长期试验研究后开始 步入工业生产的时代，许多工业发达国家都建立了不同规模，不同类型的试验装置， 研究出各种不同类型的工艺，并处于竞争态势。据不完全统计，目前已有1 4 种工艺 在工业性生产机组或半工业性生产机组进行生产实验。在薄板坯连铸连轧技术取得成 功的众多公司和研究单位中，最具代表性的是德马克( d m h ) 、西马克( s m s ) 、 意大利的达涅利( d a n i e l ) 公司、奥地利的奥钢联( v a i ) 公司等。尽管各公司 的工艺路线不同，设备也各具特点，但最终的目标是一致的，即通过结构紧凑、热送 热装、连铸连轧的薄板坯连铸连轧技术来实现高的经济效益。多条生产线投产后取得 成功，又促使各公司的技术相互渗透、借鉴、不断完善和改进、以期改善产品质量扩 大品种和提高生产率。这些技术将使钢铁工业的工艺技术和设备组成发生突破性变 革，使2 1 世纪初的钢铁工业出现新的面貌【1 6 1 。 l o 辽宁科技大学工程硕士论文 1 文献综述 1 5 薄板坯连铸工艺的特点 目前应用于工业生产的薄板坯连铸工艺尚属于固定结晶器式连铸工艺，作为近终 形浇注，它与传统板坯连铸相比，具有下述特点： 1 ) 板坯厚度小薄板坯的坯厚为2 0 8 0 m m ，坯宽一般为8 0 01 6 0 0 m m ，最宽 可达2 0 0 0 m m 。典型薄板坯的厚度为5 0 m m ，而厚板坯厚度为2 5 0 m m 。奥 钢联的薄板坯最佳厚度为7 0 m m 。 2 )拉坯速度大目前几种典型薄板坯连铸设计拉速均在5 m m i n 左右，高于传 统板坯连铸速度。 3 ) 凝固速度快对于5 0 m m 厚的薄板坯，全凝固时间为o ，9 m i n ，而2 5 0 m m 的 厚板坯全部凝固需2 3 1 m i n 。薄板坯的凝固过程处于快速凝固区，内部组织 晶粒细化，柱状晶区较大，中心偏析少，板坯致密度高。 4 ) 出坯温度铸坯的全凝固点控制在离铸机出口尽可能短的位置上。有关资料表 明，全凝固点处铸坯表面温度为1 1 5 0 0 c ，边部温度为9 7 0 0 c ，平均温度达 1 3 0 0 。c 。 5 ) 冶金长度短薄板坯坯薄，冶金长度很短，约5 - - 6 m m ，而2 5 0 m m 厚的厚 板坯冶金长度达4 0 m 。薄板坯铸机重量只有相同生产能力厚板坯铸机的 1 3 1 2 。 6 )比表面积大5 0 m m 1 5 0 0 m m 薄板坯的比表面积为5 3 m 2 t ，宽度相同的 2 5 0 m m 厚的厚板坯的比表面积为1 2 m 2 t 。比表面积大，散热速度增大，从 而使连铸坯的缺陷产生几率增加。 1 6 课题的确定 我国的薄板坯技术与其他发达国家相比，发展比较缓慢，并且没有一套真正属 于自己知识产权的薄板坯工艺，在这种情况下，鞍钢人自主研制了1 7 0 0 中薄板坯连 铸连轧生产线。 鞍钢1 7 0 0 中薄板坯连铸连轧( 简称a s p ) 生产线是我国自行设计、自行施工并拥 有自主知识产权的，经过几年的生产实践证明，其生产工艺及技术装备水平都达到世 界先进水平，a s p 生产线是一套由中薄板坯连铸机、带有长行程装钢机的超宽步进式 加热炉、初轧机、热卷箱、飞剪、精轧机、卷取机组成的短流程连铸连轧生产线。它 辽宁科技大学工程硕士论文1 文献综述 有效地解决了中薄板坯和精轧温度的衔接、铸机与轧线生产节奏等许多工艺问题。完 全由国内设计和制造的第四代精轧机。它采用了当代轧制的弯辊技术、串辊技术、工 作辊自动换辊技术及导尺短行程等最新技术，实现了自由轧制。特别是自行研制、设 计和集成的、用于热轧控制的超高速网结构快速计算机控制系统，保证了产品的高质 量。鞍钢a s p 生产线与国内引进的同类生产线相比，预计节省工程投资近5 0 ；与传 统生产工艺相比，生产成本大幅度降低。 由于薄板坯连铸机拉速高，结晶器容量小，液面波动大和表面流速显著高于传统 铸机，因此容易造成漏钢、裂纹、夹杂、凹坑、结疤等一系列缺陷，这些是薄板坯连 铸机生产优质冷轧钢种的主要困难所在，n u c o r 、蒂森一克鲁伯等企业采用薄板坯 连铸连轧工艺生产优质冷轧钢种的生产实践也表明，在表面质量上与传统工艺产品尚 有较大差距。 a s p 生产线自2 0 0 3 年1 1 月开始批量生产s p c c 冷轧用钢以来，s p c c 冷轧后板 卷的封锁率为2 5 以上，最高月份达6 1o , 4 ，已严重威胁到冷轧厂s p c c 钢的正常生 产，对钢厂的经济效益造成了很大的损失，因此对中薄板坯内夹杂物的研究及控制具 有重要意义。 辽宁科技大学工程硕士论文2 连铸坯夹杂物 2 连铸坯夹杂物 2 1 连铸坯夹杂物的演变、类型、特点 2 1 1 连铸坯中夹杂物的演变 为了说明连铸过程中钢包、中间包、结晶器和铸坯内夹杂物的演变，从弧形板坯 连铸机进行的试验表明( 弧形半径1 0 5 m ，铸坯端面2 5 0 x 2 1 0 0 m m ，浇铝镇静钢) ， 各个阶段夹杂物的平均值是( m 1 0 媳钢) ，钢包1 2 2 ；中间包3 0 3 ；结晶器9 8 ，8 ； 铸坯4 7 。即从钢包一中间包一结晶器，由于二次氧化和外来夹杂物的污染，钢水中 央杂物是增加的；而结晶器内钢水央杂物上浮分离，因此铸坯中夹杂物是减少的【1 8 】。 2 1 2 连铸坯中夹杂的类型 1内生夹杂：由于钢液的二次氧化，钢中的脱氧产物形成的夹杂。 2 外来夹杂：耐火材料的脱落、钢液卷渣和保护渣产生的夹杂。 3 夹杂物按其粒度大小的不同可分为：夹杂物粒度小于5 0 微米叫微细夹杂，粒度大 于5 0 微粒叫大型夹杂 1 9 】。 2 , 1 3 连铸坯中夹杂物的分布特点 ( 1 ) 来源复杂和模铸相比，钢水除了经过钢包之外，还要和中间包、浸入式 水口的耐火材料长期接触；同时，钢液裸露在空气中的机会也有所增加，钢液的洁净 度也会降低。 ( 2 ) 上浮困难由于结晶器内钢液的对流，夹杂物会带到铸坯液相穴的深处， 而且液相穴内上浮的夹杂物，还会被铸坯的下降所抵消，因此，夹杂物上浮比较困难。 尤其是小断面铸坯，夹杂上浮的条件更恶劣，上浮更加困难【2 0 】。 2 2 连铸坯中夹杂物的来源 连铸坯中夹杂物来源广泛，组成复杂，有时很难区分属于哪种来源，经金相显微 镜和电子探针等检验，大致可判定为：脱氧产物、二次氧化产物、保护渣夹渣、耐火 材料浸蚀产物等。夹杂物性质主要为a 1 2 0 3 、硫化物、硅酸盐、氧化物及大颗粒夹杂。 2 2 1 脱氧产物 当钢液氧含量高时，加入铝做脱氧剂会生成大量a 1 2 0 3 ，进而在钢材中形成铝硅 酸盐、铝酸赫等簇状夹杂，实践表明，用铝脱氧时，a 1 2 0 3 夹杂随铝含量的增加而增 加。虽然这些夹杂物在钢包、中间包、结晶器中都有上浮的机会，而以a r 搅拌改进 辽宁科技大学工程硕士论文2 连铸坯夹杂物 钢液的流动更有利于其排除，但实际上仍有相当一部分最终残存在钢中成为夹杂物。 2 2 2 二次氧化产物 此类夹杂物中含有硫元素较多，且( s i 0 2 + m n o ) 含量大于6 0 以上，尺寸大 于5 0 m ，这种大颗粒夹杂对产品质量危害很大，如大颗粒氧化物夹杂是深冲薄板冲 裂、冷拔钢丝断裂、中厚板探伤不合格的主要原因。这种央杂物是由于出钢和浇注过 程中，钢水与空气接触而被二次氧化所致。这些氧化物进一步与其它元素生成复合化 合物。而钢水被氧化与其成分有很大关系，二次氧化随碳含量的增加而减少。碳含量 较高时，其氧化物主要是c o 而不是氧化物夹杂，碳含量较低时，空气首先氧化铁、 锰之类的元素，这些元素的氧化物再继续氧化铝、硅等元素，形成复合夹杂。低碳、 锰和高硅、铝的钢液二次氧化相对严重。 2 2 3 耐火材料浸蚀产物和反应产物 在出钢过程中，钢水均与耐火材料紧密接触，耐火材料在受到钢水流动引起的机 械冲刷浸蚀的同时还受到高温钢液的化学浸蚀，其浸蚀程度与钢水成分有很大的关 系，当钢中锰含量大于1 时，钢液对耐火材料浸蚀很严重，当锰含量小于o 7 ，能 减缓对耐火材料的浸蚀。另外，低硅的钢水也促进耐火材料的浸蚀【2 ”。 大多数来源于耐火材料的夹杂物并不是那种简单的类型，而是耐火材料和钢液或 溶渣之间的表面反应产物。这些夹杂物当中的大多数在原始材料中是没有的，他们是 连铸过程时反应产物所形成的。盛钢桶渣和盛钢桶耐火材料之间的反应区以及氧化铝 和烧结白云石之间的反应区。显然这种反应总是产生氧化物，他们在钢中常常成为非 金属化合物，而且与其它的非金属夹杂物有着密切的关系。在一般的炼钢操作中，从 粘土中带来的a 1 2 0 3 可能是钢液和耐火材料反应中最重要的产物，特别重要的是水口 和塞棒耐火材料。已经有这样的报道，如果水口和塞棒用粘土制作的话，那么高达 3 0 的宏观夹杂物来源于这两个部件 2 “。 2 2 4 保护渣卷渣 圆坯内弧表面1 0 1 5 m m 范围内存在微小夹杂物，分析认为这是在结晶器内，卷 入的保护渣和氧化物在上浮过程中，附着在坯壳内表面发生的，在结晶器保护渣中加 l e 2 0 ，在中间包渣中加入l a 2 0 3 ，如果发现夹杂物中含有l e 2 0 ，说明结晶器中保护 渣卷入；如果发现夹杂物中含有l a 2 0 3 ，说明中间包渣【2 3 】卷入钢中。 1 4 辽宁科技大学工程硕士论文 2 连铸坯夹杂物 2 2 5 中间包 浇注过程中，上下炉钢水连浇时，往往由于生产组织等原因造成下炉钢水不能及 时浇注，中间包液面低，上层的渣子随水口漩涡进入结晶器i 州。 1 ) 液面高度随液面高度增大，缺陷指数和夹渣废品率下降，铸坯中大型夹杂个 数下降。 2 ) 钢液温度温度越高，夹杂废品率越低：大型夹杂数量在温度为1 5 4 0 1 5 5 0 。( 2 时出现最大值，低于或高于这个温度都呈下降趋势。 3 )吹氩和密封与未吹氩相比，中间包吹氩使大型夹杂物总量和尺寸、钢中总含量、 a 1 2 0 3 总颗粒指数下降；与敞流浇注相比，密封保护浇注夹杂数量和尺寸都下降。 4 )挡渣墙挡渣墙使铸坯纯洁度提高，夹杂物尺寸下降，同时复合挡渣墙和高耐火 度耐材挡渣效果更好。 5 )浸入式水口材质和形状水口材质对钢纯洁度有较大影响，其结构同样对夹杂 物指数存在有明显影响。 6 )拉速随拉速增高，夹杂物指数和大型夹杂物个数均增大。 7 ) 连浇炉数连浇炉数增加，中间包钢液内夹杂数目增加；在中问包初、末期及 更换大包时铸坯中夹杂增加，尺寸增加。 2 2 6结晶器卷渣 由于操作过程中浸入式水口的插入深度的变化和侧孔角度偏小，或者浸入式水口 絮流，造成结晶器液面的波动，而结晶器液面上下波动使保护渣卷入，最易造成铸坯 弯月面处、初生坯壳皮下卷渣。 2 2 7 铸坯的拉坯速度 由金相实验表明：在高、中、低三种拉速下对氧化物夹杂的分析：拉速越高，铸 坯中的微观夹杂物就越多，大多集中分布在距内弧侧1 4 处。 2 3 减少铸坯夹杂物的措施 2 3 1 提高钢水的纯净度 所谓钢水的纯净度是指钢中气体( n 、h 、0 ) 含量和非金属夹杂物的含量、形态和 分布。要生产高附加值的中薄板坯，对铸坯洁净度的要求： 1 ) 夹杂物量要少，t o 】要小于2 0 p p m ； 辽宁科技大学工程硕士论文 2 连铸坯夹杂物 2 ) 夹杂物尺寸要小； 3 ) 央杂物形态合适； 4 ) 钢中总氧t o i = o 】溶+ o 】央： 对于低碳a 1 k 钢，加a l 脱氧后，在16 0 0 。c ，与钢中酸溶铝 a 1 s = 0 0 2 o 0 5 处于热力学平衡的 0 1 溶= 4 8 p p m 。生产洁净钢要求t o 低，关键是降低【0 】夹，一 是移除液体钢中氧化物夹杂，二是防止钢水的再污染，为此采取下列措旌： ( 1 ) 去除钢水中夹杂物 1 ) 夹杂物形成； 2 ) 夹杂物上浮( 传输到钢渣界面) ： 3 1 渣相吸附夹杂物； ( 2 ) 防止浇注过程钢水再度污染： 1 ) 钢水二次氧化； 2 1 钢水与环境( 空气、耐火材料) 的相互作用； 3 ) 钢液流动和液面稳定性； 4 ) 渣相的乳化卷渣( 钢渣界面紊流、涡流) ： 因此，应根据中薄板产品用途把炼钢精炼连铸的操作处于严格控制之下， 才能生产洁净钢。按生产过程而言，主要控制对策如下： 1 出刚前的控制 炼钢工序过程的开始，就要对钢水的纯净度进行控制，包括：精选炉料，以免带 入冶金过程中无法去除的元素，如铜、锡、锑、铅、砷等：充分烘烤炉料，以免增高 钢液中的气体含量；氧化和还原是除气、净化、调整成分和温度的过程，沸腾不充分 或还原不足都会导致气体和夹杂物含量的增高；控制钢液温度、炉渣碱度及流动性是 关键，是炉渣与钢液充分反应的保障，决定着钢液的纯净度。 2 出钢时的控制 炼钢终点控制技术是关键技术，吹炼终点成分和温度的控制命中率应达到9 0 以上，避免由于终点控制不好，多次补吹造成钢水氧含量的增加以及钢中碳、铝、合 金含量波动和夹杂物含量升高。合理的吹炼制度特别是减少补吹有助于降低终点钢水 氧含量。为了实现高的命中率，氧气转炉应采用顶底复合吹炼操作，这可使热、化学 成分和物理作用的梯度减少到最小，改善金属收得率和钢的质量，实质上也改进了操 6 辽宁科技大学工程硕士论文 2 连铸坯夹杂物 作的一致性和再现性，提高了可预报性。日本川崎铁株式会社的干叶厂在转炉操作中 用副枪进行动态控制，命中率超过9 8 t 2 ”。 为了保证炉外微调的顺利进行，避免转炉炉渣浸蚀钢包和中间包的耐火材料内衬 及氧化钢中合金元素，在转炉终点控制方面还应强调以下技术：挡渣出钢、钢包换渣 和保温。为了确保进入钢包的渣层不超过规范要求，就应做好挡渣出钢。此外，还必 须对出钢量进行精确控制。转炉出钢渣q “( f e o + m n o ) 是渣子氧势的量度，高f e o 渣 子下到钢包，减少合金元素的收得率，更严重的是它使钢中夹杂物总氧t o 】增加。 r h 处理前，钢r ( f e o + m n o ) 平均值为1 7 1 4 ，处理后为1 6 3 3 ，钢中t o 在 5 0 9 0 p p m 。可见渣中( f e o + m n o ) 太高，降低r h 处理后钢中t o 是困难的。不管采 用何种炉外精炼方法，合理的钢水搅拌程度和合适钢包渣成分是获得洁净钢水的基 础。 合适的钢包渣成分：c a o a 1 2 0 3 = 1 5 1 8 ，c a o s i 0 2 = 8 1 3 以得到高碱度、低 熔点( f e o + m n o ) 含量，常用方法： ( 1 ) 挡渣出钢，尽量减少下渣量。 最早的挡渣操作是人工使用长柄勺将一个很重的耐火材料浸入炉内。由于人工操 作，一旦放置不准，效果大受影响。为了提高挡渣球放入位置的准确性，开发了使用 一台电瓶车将挡渣球放入炉内，这就可以在出钢之前的很短时间内把挡渣球放于出钢 口处，大大提高了准确率。 日本神户制钢加古川采用气动出钢挡渣装置( 简称p s s ) 和电磁感应式下渣检测 系统，二者的结合使钢包内渣层得以减薄。此外还开发了“虹吸式”出钢1 ：3 2 6 1 。 目前比较普遍采用的挡渣技术是挡渣球和气动挡渣。国内大部分厂家使用挡渣球 挡渣，操作一般由人工进行。 ( 2 ) 渣稀释法 出钢时加石灰、萤石或铝矾土造低熔点渣。如加4 5 k g c a o t + 0 9 k g c a f 2 t 或 2 5 2 8 k g c a o t + o 8 1 2 崦铝矾+ t 。用z r 0 2 一s i 0 2 包衬，结晶器t 0 】达3 5 p p m ，用高 铝质的包衬，则可达到1 7 p p m 。 ( 3 ) 渣还原处理 出钢结束后，加1 2 k g c a c 0 3 t + a i 粉或c a o + a 1 粉做成的压块，以降低渣中 ( f e o + m n o ) 含量。实