薄板坯连铸技术的特点.doc

25 卷第3 期北京Vol.25 No.32003 6 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun. 2003收稿日期20011115 薛凌女, 49 岁高级工程师20 世纪80 年代以来薄板坯连铸连轧技术取得了突破性的进展与传统流程工艺相比薄板坯连铸连轧工艺流程短设备简化投资省成材率高生产成本低产品质量好品种开发潜力大经济效益十分明显近年来该项技术日趋成熟产能迅速提高对于满足钢铁生产的新需求具有较大的潜力1 薄板坯连铸技术的特点(1)板坯液芯长度短传统厚板坯的液芯段长度一般为2025m 而薄板坯液芯段的长度仅有56m 如表11 液芯段长度短减轻了设备质量使铸机结构简化表1 各种连铸工艺参数的比较Table 1 Comparison of casting parameters规格厚板坯连铸薄板坯连铸板坯厚度/mm 150250 5070拉速/ 125 46完全凝固时间/s 600 60结晶器热流/ 2 13 23液相穴长度/m 2025 56(2)铸坯热历程变化平稳铸坯温度高且分布均匀薄板坯的比表面值是厚板坯的3.5 倍(见表2) 即散热面积增加了2.5 倍同时铸坯冷却速度快拉速则快约5 倍(见表1) 铸坯在铸机内停留时间短铸坯热能可有效利用因而铸坯温度高铸坯中心和边部温度差别小钢中不易产生质点(如AlN) 的沉淀不需要在加热炉中溶解AlN, 便可直接轧制这是薄板坯快速凝固的一个很大的优点表2 凝固冷却参数Table 2 Parameters of cooling solidfication规格比表面冷却速度1晶粒尺寸/ m凝固终点温度/250mm1 500mm 1.5 0.15 60 9001 00050mm1 500mm 5.3 2.00 40 1 1501 200(3) 板坯内部质量好薄板坯凝固速度快树枝晶细内部结构致密偏析小(4)薄板坯内部的夹杂物薄板坯单位长度的表面积与体积比为1.031.06 而厚板坯则为0.20.8 如钢水洁净度相同则薄板坯中的夹杂物更接近于表面另一方面, 薄板坯结晶器内的空间小拉速高在相同的浇注速率下薄板坯结晶器内钢水的流动强度比厚板坯要大4 倍液面波动也大更容易造成卷渣目前以薄板坯为原料生产的冷轧薄板的表面质量一般不如厚板坯好, 这是重要原因之一因此保持尽可能高的拉速和结晶器液面的稳定是提高薄板坯冷轧板表面质量的关键(5) 薄板坯比表面大表面温度高板坯离开铸机后又迅速进入保温炉,因此板坯表面二次氧化铁皮FeO 严重高压水除鳞不干净会影响薄板表面质量薄板坯连铸连轧技术的进展薛凌中国金属学会北京100711摘要扼要介绍了薄板坯连铸技术的特点阐述并分析了薄板坯连铸与连轧技术发展的若干关键技术,包括液芯压下及动态软压下薄板坯连铸结晶器薄壁浸入式水口结晶器液面控制技术电磁制动技术半无头轧制和铁素体轧制等新技术的发展动向关键词薄板坯液芯压下电磁制动半无头轧制铁素体轧制分类号TF 777208 2003 32 薄板坯连铸关键技术的发展薄板坯连铸继承了厚板坯连铸的成熟技术如保护浇铸中间包冶金等并根据薄板坯凝固的特点开发了适合于薄板坯连铸的特有技术且不断完善2.1 薄板坯连铸结晶器为便于在薄板坯连铸中使用传统的浸入式水口和保护渣技术薄板坯结晶器的弯月面区域必须有足够的空间以插入浸入式水口且必须满足以下要求水口壁与结晶器壁之间无凝固桥生成弯月面区有足够容积使钢水温度分布均匀有利保护渣熔化弯月面区钢水流动平稳防止过大紊流而卷渣结晶器几何形状应使坯壳在拉坯过程中承受最小的应力目前开发的结晶器类型有(1) 漏斗形结晶器如CSP 工艺(2)平行结晶器如ISP 工艺(3)透镜形双高结晶器如FTSC 工艺这三种结晶器是专门为薄板坯连铸设计的均已在生产上应用取得了良好的效果从坯壳受力情况来看平行结晶器要优于漏斗形和透镜形结晶器而从结晶器空间大小来看则是漏斗形和透镜形结晶器优于平行结晶器2 目前对于坯厚为5070mm 的薄板坯连铸机广泛使用的是漏斗形结晶器2.2 薄壁浸入式水口薄板坯要求高拉速为6m/min 使其流量达到23 t/min 产量才能与传统铸机相比薄板坯结晶器的几何形状要受到下列因素的限制一是要求浸入式水口与铜板之间有一定间隙而不凝钢二是水口直径要有足够的流通量三是水口壁要有足够的厚度最小10mm 为延长水口的使用寿命开发了薄壁扁形浸入式水口水口上部为圆柱形下部为扁形或椭圆形采用等静压成形水口本体材料为Al2O3C 流体冲刷区材料为MgOC 渣线材料为ZrO2C对薄板坯连铸而言浸入式水口及保护渣直接关系到连浇炉数和作业率的提高同时影响到铸坯质量各公司都进行了大量研究目前西马克公司已开发出第四代浸入式水口CSP及FTSR工艺的浸入式水口寿命也达到达500min 可连浇12 炉以上采用平板式结晶器的QSP 及ISP 工艺的浸入式水口寿命为400min2.3 结晶器液面波动振动和润滑由于拉速比传统板坯高结晶器液面的稳定性就更为重要故必须使用可靠有效的结晶器液面控制系统在结晶器钢液面上需保持足够的液渣层能连续渗漏到坯壳与铜板之间起到良好的润滑作用可有效地防止粘结漏钢和表面纵裂纹然而薄板坯拉速高结晶器空间有限很难获得恒定的液渣层渣量消耗比传统板坯明显减少为解决这一问题可采以下措施(1)采用低熔点低粘度的保护渣(2) 结晶器采用高频率300 次/min 以上小振幅3mm 的非正弦振动有利于减少对初生坯壳的拉应力并减轻振痕提高铸坯表面质量2.4 液芯压下(LCR)及动态软压下(DSR)德马克公司首先将液芯压下技术应用于ISP工艺现在已为多种薄板坯连铸工艺采用但具体做法不尽相同液芯压下是在铸坯出结晶器后通过逐渐收缩二冷段的辊缝在紧接其后的扇形段设置液压缸外弧侧固定内弧侧用液压缸推动将铸坯压下到出连铸机的厚度规格由于液相穴直通结晶器铸坯在压下辊的作用下向内挤压钢水使芯部钢水向上运动这种运动使正在凝固的钢水混合产生下列有益于改善铸坯内部质量的效果: (1) 钢水中的溶质均匀消除成分偏析(2)使铸坯中心较高温度, 已部分偏析的钢水与枝晶顶点接触使其重新熔化并通过与具有较少偏析元素的钢水熔合而得到稀释减轻中心疏松(3) 液界面再熔化晶体从界面处分离出来由对流运动送到液态中有利于中心的凝固并形成细晶组织(4)枝晶间的再熔化吸收了钢液的热量降低了液相的温度从而加强了中心的冷却有利于中心凝固这项技术对薄板坯连铸的意义还在于解决了结晶器内腔过薄带来的一些冶金工艺问题例如连铸希望适当增加坯厚以改善结晶器区域的浇注条件稳定生产提高铸坯质量而轧钢希望连铸供给较薄的铸坯轧制薄规格产品达到减薄铸坯节省后续轧制减轻中心疏松和偏析缓解连铸与轧钢的矛盾增加生产的灵活性等达涅利公司开发的动态软压下技术(DSR)可以根据钢种拉速过热度自动计算铸坯凝固终点因而可以在一个或多个扇形段对铸坯实施压下最Vol.25 No.3 薛凌薄板坯连铸连轧技术的进展209 大压下量可达2025mm2.5 电磁制动技术(EMBr)薄板坯连铸拉速远远高于传统连铸钢液由浸入式水口高速进入结晶器, 使熔池产生强烈的冲击或扰动铸速愈高扰动愈剧烈, 致使液面保护渣分层结构不稳定, 以至发生卷渣, 在初生坯壳上造成缺陷3 熔池内的冲击流股还会冲刷坯壳使坯壳凝固传热不均, 严重时产生纵裂生产应用情况表明结晶器采用电磁制动技术有如下优点(1)减少了结晶器液面的波动避免保护渣卷入据报导采用电磁制动技术后结晶器液面可控制在2mm (2)减少了流股对结晶器侧面的冲击, 从而有利于坯壳的均匀生成避免了纵向裂纹(3)减少了流股的冲击深度有利于液相线夹杂上浮4美国纽柯公司Berkeley 和BHP 北极星厂薄板坯厂均在结晶器中安装使用了电磁制动技术采用电磁制动技术后在拉速为5m/min 时经浸入式水口流出的钢水的冲击深度结晶器钢水表面流速波动及卷渣均明显降低5 与采用电磁制动技术前相比钢板因铸坯卷渣造成的缺陷减少了90 纵裂纹指数减少了803 薄板坯连轧技术3.1 半无头轧制薄板坯连铸连轧生产线一般采用单块(卷)轧制方式即按用户要求的钢卷单重在连铸机后切成定尺长度的板坯每个定尺板坯头部(尾部)都有一次穿带(抛尾) 过程这种单块轧制方式带钢头尾是在无张力或非稳定张力下轧制带钢厚度偏差大特别是轧制薄带钢时很容易发生穿带卡钢事故6 因此生产小于1.2mm 超薄规格带钢受到限制新一代薄板坯连铸连轧生产线应用了半无头轧制技术即在连铸后将板坯剪切成5 倍尺的长坯连续通过轧机在精轧机后按用户订货要求高速切分高速卷取成一定卷重的钢卷用这种生产方式可一次生产多个钢卷仅有一次穿带和一次抛尾不仅减少了操作事故提高了成材率且使大部分带钢在稳定张力状态下轧制产品的几何形状精度大幅度提高半无头轧制工艺也有利于铁素体轧制和薄带钢生产通常认为它具有如下优点(1)克服单卷轧制的通病生产超薄和宽薄带钢拓宽产品大纲而不降低收得率(2)稳定轧制条件有利于保证产品质量和提高收得率(3)消除与穿带和甩尾有关的事故隐患大大降低轧制废品率半无头轧制方式通常用于厚度小于1.2mm的带钢轧制新一代薄板坯连铸连轧生产线如康力斯公司霍戈文厂德国蒂森公司等都在进行半无头轧制技术的应用开发3.2 铁素体轧制技术铁素体轧制技术是专指低碳钢板带生产开发研究的新技术, 这项技术最主要的优点是可以大大提高板带产品的深冲性能生产更薄规格的热轧带钢同时降低成本铁素体轧制是在粗轧后进入精轧机前完成奥氏体向铁素体的相变在铁素体区进行精轧或终轧传统轧制下板带产品深冲性能的重要指标, 如r 值只能达到2.5, 采用铁素体轧制的低碳钢r 值在73%的冷轧压下量下的效果与传统工艺90%左右的冷轧压下量相当7 铁素体轧制需采用强迫润滑工艺以便板材的表面织构和内部组织织构一致, 采用铁素体润滑轧制的热轧板轧制织构中具有较强的111 织构组分及较好的深冲性能, 当冷轧和退火后, 由于形成的有利于深冲性能的111 织构的比例提高r 值可达到3.0 由于低碳钢铁素体转变温度已高于800 , 为铁素体轧制创造了良好条件, 轧制时由于产生软化, 变形抗力不会剧烈增大实践证明采用铁素体轧制和高卷取温度还可以获得粗大铁素体晶粒及较软的带钢铁素体轧制用于超低碳热轧带钢生产可获得更薄的带钢若供冷轧做原料时可生产冲压性能更高的带钢目前一些传统流程的钢铁联合企业如康力斯公司荷兰霍戈文厂已建成的薄板坯连铸连轧生产线由于上游配有RH真空处理等炼设备可以提供高纯净度的超低碳钢水生产线粗轧机后配置强制冷却设备进行超低碳钢铁素体轧制计划批量生产超低碳热轧薄带钢并供冷轧生产冲压性能较高的冷轧带钢4 结论薄板坯连铸连轧技术经过十余年的发展已210 2003 3经日趋成熟薄板坯液芯压下及动态软压下技术电磁制动技术半无头轧制技术和铁素体轧制技术等一系列关键技术对于薄板坯连铸连轧的进一步发展具有十分重要的意义致谢感谢蔡开科教授和张树堂教授的指教参考文献1 蔡开科. 连铸技术进展A. 钢铁工业前沿技术概述C. 北京中国金属学会, 20012 何国梁,陈世杰. 薄板坯(中厚板坯)连铸连轧技术的发展和应用A. 钢铁工业前沿技术C. 北京中国金属学会, 20003 Manneveld D, Brockhoff J P. 电磁制动一种新的生产纯净钢的冶金装置A. 连铸连轧进展(二)M.北京中国金属学会1998. 1254 KOLLBERG(S). The electro-magnetic brake (EMBr) forslab continuous casting machines A. Proceedings of the4th International Iron and Steel Congress C. LondonThe Metals Society 1982. 2875 2001 年考察美国报告R. 北京中国金属学会, 20016 张树堂. 20 世纪90 年代宽带钢轧制技术的进步及21 世纪的展望A. 钢铁工业的前沿技术M. 北京中国金属学会, 2001.1237 王昭东, 王国栋. 冷轧压下量对铁素体区热轧Ti-IF钢冷轧板的再结晶织构特点和深冲性能的影响J.金属学报2000 6 613Development of Thin Slab Casting and Rolling TechnologiesXUE LingThe Chinese Society for Metals, Beijing 100711, ChinaABSTRACT The technological characterstics in the thin slab casting and rolling process are introduced briefl