003-薄板坯连铸连轧工艺生产热轧耐候板技术.doc

第十三届全国炼钢学术会议薄板坯连铸连轧工艺生产热轧耐候薄板技术王中丙 刘蘅(广州市花都区人民政府) （广州珠江钢铁有限责任公司）摘 要 市场需求大和有效利用废钢残余元素是珠钢电炉CSP工艺开发耐候板的直接动因，本文指出了薄板坯连铸生产耐候板需要解决的问题：成分设计和合理工艺条件的获得；从珠钢生产耐候板的生产实践出发论述了电炉CSP无论是工艺技术还是生产组织均已成熟，并指出了电炉CSP的技术关键是：TPC控制、NCC控制、气体控制、Al控制和连铸工艺控制；分析了珠钢生产的耐候板无论是产品质量还是交货期都能很好地满足客户的需要。关键词 薄板坯连铸连轧、集装箱板、耐候板Technology of Hot Rolling Corrosion-resistant Sheet by TSCR Process Wang Zhong-bing Liu Heng（The peoples government of HuaDu.GuangZhou）(GuangZhou Zhujiang Steel Co., Ltd.)Abstract: The large demand of market and using residual element efficiently are the main reasons of developing corrosion-resistant sheet by EAF-CSP technique in Zhujiang Steel. Indicates the problems have to be solved in thin slab casting are chemical composition designed and reasonable process condition acquired. Points out the key technology are TPC control, NCC control, gas control, Al control and casting process control. Analyses the corrosion-resistant sheet which produced by Zhujiang can meet the requirements of consumers, not only quality of the products but also the delivery schedule.Key words: TSCR, Container steel, Corrosion-resistant steel1 综述1.1 珠钢的工艺装备珠钢是电炉CSP短流程生产厂，其主体设备为：两座150吨UHP电弧炉两座钢包精炼炉（LF）一台真空处理设备（VOD）两机两流CSP设备，包括-两台薄板坯连铸机（1#连铸机坯厚50mm；2#连铸机坯厚60mm，带LCR，可生产5060mm厚的铸坯）-两座辊底式加热炉-一套6机架精轧机-两台卷取机1.2 开发耐候板的决策依据珠钢决定开发耐候板主要基于两个原因： 市场需求大中国集装箱行业发展迅猛，广东省是全国乃至全世界集装箱主要的生产基地，集装箱的产量约占全国的45%，图1是1995年以来全国集装箱板的需求及国内生产量情况。珠钢于1998年进行的详尽市场调查发现了这一巨大的潜在市场，于是决定开发集装箱板。图1 中国集装箱板市场的供求情况 有效利用废钢残余元素电炉钢Cu、Ni、Cr等残余元素含量高，这些元素对于普碳板等许多钢种是有害的，但适量的Cu、Ni、Cr、P等元素对耐候板是有益的，因为这些元素可以在金属基本表面形成保护层，提高钢材的耐候性能1。电炉CSP生产耐候板具有一定的优势，主要包括：充分利用废钢中的残余元素，减少合金的加入量，与转炉长流程工艺相比可节约成本约100元/吨2；生产出高质量的铸坯进行连铸连轧，无需离线修磨；对废钢的适应能力强，生产的灵活性大。1.3 开发集装箱板需要解决的问题在珠钢成功生产集装箱板之前，国际上的一致看法是CSP不能生产集装箱板，而且CSP的开发者SMS公司也这么认为，这是因为对于50-60mm厚的连铸机是不能生产包晶钢的，而常规集装箱板的碳含量正好落在包晶反应区。因此集装箱板的开发首先要解决的就是成分设计问题，也就是说在满足或超过国标要求的各项性能基础上，设计出CSP能生产的化学成分来，设计的原则就是避开碳的包晶反应区和保证产品质量，珠钢采用的是用低C路线并配以合适的其他元素含量来解决此问题，见表1。之后便是解决电炉冶炼工艺（包括配料）、LF精炼工艺、连铸浇注工艺（包括专用保护渣的开发）和轧制工艺等问题。表1 珠钢集装箱板与国标主要化学成分的比较，%成分CSiMnPSCuNiCr国标0.120.25-0.750.20-0.500.07-0.150.0350.25-0.550.30-1.250.65珠标0.070.25-0.500.20-0.500.07-0.120.0100.25-0.400.400.30-1.251.4 珠钢开发、生产耐候板的过程综述1998年5月-10月 市场调查，提出珠钢用CSP生产耐候板1999年年初 确定珠钢生产耐候板，采用产、学、研相结合的方式与北京科技大学签订合作开发协议1999年12月 “珠钢CSP工艺生产集装箱板技术研究”项目获广州市科委批准立项2000年3月14日 成功试验生产出第一炉集装箱板2000年 小批量试制2001年4月20日 向国家专利局申请专利，专利申请号：01114640.02001年8月 “珠钢CSP工艺生产集装箱板技术研究”项目通过广州市科委的技术鉴定2001年10月 专利初审合格2002年3月 开始批量生产，并成为珠钢的支柱产品之一（图2、图3），全年产量约30万吨2003年7月 开始专利实质性审查2003年 继续扩大集装箱板的生产规模，成为珠钢的主打产品，全年产量约56万吨，占 总产量的49%图2 珠钢2002年产品结构 图3 珠钢2002年各月SPA-H产量及比例 图4 珠钢2003年产品结构 图5 珠钢2003年各月SPA-H产量及比例2 CSP工艺生产耐候板技术已经成熟1999年3月份成功试制出第一炉集装箱板后，珠钢又进行了大量的试验，并不断对各项工艺技术优化和完善，通过近三年的小规模试制和优化工作，形成了一套具有珠钢特色的电炉CSP工艺生产耐候钢的技术。通过两年大规模的生产实践证明，CSP工艺生产耐候板的技术已经成熟和稳定。2.1 工艺技术成熟2.1.1 电炉炼钢工艺电炉炼钢工艺主要包括电炉配料工艺和电炉冶炼工艺。2.1.1.1 电炉配料工艺由于生产耐候板能有效利用废钢中的残余元素，因此在配料时可以减少废钢代用品（生铁和HBI）和优质低Cu废钢的使用量，对废钢的适应性大大增强，可以综合利用各种废钢资源，如表2所示。2.1.1.2 电炉冶炼工艺3电炉冶炼工艺的关键就是造好泡沫渣和终点控制（终点控制将在后文作详细讨论）。获得良好泡沫渣的关键在于：留钢操作石灰加入方式及其加入量表2 珠钢某段时期的实际配料情况及电炉出钢Cu钢种配料情况（%）Cu（%）Ni（%）Cr（%）生铁HBI一、二级废钢三级废钢结构废钢进口废钢破碎料普板25.524.5612210120.1480.0500.019耐候板239329617130.2360.0660.025配碳量C/O枪的正确使用表3是珠钢冶炼耐候板时典型的泡沫渣化学成分。表3 珠钢电炉耐候板的泡沫渣成分（%）SiO2CaOMgOAl2O3TfeMnOP2O5RFeO11.2233.927.312.1921.792.920.953.08222.1.2 精炼（LF）工艺对于耐候板来说，精炼工艺的主要目的除了脱硫、合金化和控制好温度外，还有重要的一点就是控制增碳。前已述及，50-60mm厚的薄板坯连铸必须避开碳的包晶反应区，如果C超标对于普通低碳钢种来说可改生产其他钢种，而对于耐候板来说则是灾难性的，因此控制钢水增碳是精炼的主要任务之一。2.1.2.1 温度控制合适均匀的温度是连铸稳定生产的前提，对于耐候板来说更是如此，因为浇注耐候板的裂纹敏感性高于普碳钢种，因此耐候板的温度制度要比普碳钢种严格一些。图6是珠钢生产SPA-H从电炉出钢到连铸浇注结束的平均温度控制情况（统计炉数：107炉）。图6 珠钢SPA-H的温度控制注：SPA-H的液相线温度约为1524。2.1.2.2 成分控制经过多年的生产实践，珠钢已经可以精确控制精炼的上台成分（后文将对此作详细讨论），有效保证了后工序的顺行和产品质量。2.1.2.3 增C的控制控制钢水增C的关键是在精炼的不同时期控制好底吹Ar的流量。在电弧加热过程采用小Ar流量搅拌，待温度升至目标温度后再采用大Ar流量进行合金化及脱S是控制钢水增C的有效方法。实践证明，采用这一方法，电炉出钢后钢水增C量可控制在0.005-0.01%。42.1.3 连铸工艺对于自动化程度高的CSP连铸机来说，在正常浇注过程中人为可以控制的因素不多，主要是根据钢水温度控制好连铸拉速。薄板坯连铸浇注耐候板较佳的中间包过热度为25-35，有利于提高铸坯质量，也有利于控制好拉速。对于某一固定的温度，过高或过低的拉速对产品质量和浇注的安全性来说都是不利的。目前珠钢生产耐候板的连铸平均拉速约为4.5m/min左右，图7为珠钢某三个SPA-H浇次的中间包钢水温度和拉速控制的实例。图7 珠钢连铸SPA-H温度和拉速控制实例珠钢2003年2月28日2#连铸投产，开始了两机两流的生产，经过5个月的磨合后于2003年8月份实现了2#生产线的达产，9月份开始进入了双流的正常生产。在经过2002年单机单流和2003年的两机两流的大规模生产后，耐候板的连铸工艺技术已经成熟，各项技经指标处于理想水平。图8是2003年8月份后连铸生产重要指标漏钢率的情况。图8 珠钢2003年8月后的连铸漏钢率2.1.4 轧制工艺 轧制工艺的要点是设定合适的出鳞压力、出炉温度、卷取温度和控轧控冷技术生产出高质量的耐候板卷。CSP生产耐候板最大的优势是生产薄规格品种, 常规生产线轧制1.6mm的困难是非常大的, 而CSP生产线由于具有铸坯薄和轧机控制水平高的特点, 使得在轧制薄规格方面有一定的优势。目前珠钢生产1.6mmSPA-H的比例月平均约为15%, 最高达到29%, 图9是珠钢SPA-H的规格结构图。图9 珠钢SPA-H典型的规格结构2.2 生产组织稳定集装箱板生产组织的难度比普板生产组织的难度要大, 这主要体现在: 集装箱板宽度系列非常繁杂，需要连铸经常变宽度或在线调宽生产；电炉和连铸的产能不匹配，一般情况下电炉的产能大于连铸的产能。为此珠钢做了大量的工作以保证生产的顺行，例如进行宽度系列化、生产组织的“正反金字塔”理论、提高拉速等工作。对于CSP短流程厂来说，连铸连浇炉数的高低直接反映着整条生产线是否顺行, 是生产组织好坏的重要标志。图10是珠钢2003年两机两流生产集装箱板以来各月的连浇炉数情况，3-7月份由于受到2#线调试的影响，连浇炉数偏低，8月份2#线正常生产后，连浇炉数稳步上升。目前珠钢浇注SPA-H的最高连浇炉数为11炉，浇注时间近12小时。图10 珠钢2003年SPA-H的连浇炉数3 有关技术关键用电炉CSP工艺生产耐候板是一种技术创新，这其中包括了若干技术关键。3.1 TPC（电炉终点控制，Terminal Process Control）5前已述及，珠钢电炉CSP工艺采用的是低碳路线生产耐候板，因此电炉TPC控制显得特别重要，只有做好TPC控制才能稳定、经济地生产耐候板。电炉TPC控制就是要求C（aO）、P和出钢温度在同一时间内命中控制目标，如表4。表4 珠钢生产SPA-H 电炉终点控制情况C，%P，%aOT，0.0240.012112816403.2 NCC（窄成分控制，Narrow Composition Control）通常标准给出的化学成分比较宽，但从生产的稳定性、产品质量的稳定性以及节约成本方面来说，仅要求所生产钢水的化学成分落在标准范围内是远远不够的，必须确定一个目标值（温度的控制也是如此），要求钢水的化学成分严格按此目标值控制。这对于耐候板的生产尤为重要。表5是珠钢生产耐候板对化学成分的实际控制情况，可以看出，珠钢对化学成分的控制水平远远高于标准。表5 珠钢生产SPA-H对化学成分的控制情况，%成分CSiMnPSCuNiCr控制情况0.040-0.0600.35-0.420.40-0.500.08-0.100.0100.25-0.290.18-0.220.040-0.0453.3 氮的控制6氮在钢中的危害是众所周知的，而与转炉钢相比，电炉钢在氮控制问题上可谓先天不足，因此电炉钢的氮控制问题一直是电炉工艺发展的主旋律之一。耐候板中氮的危害比低碳普碳板显得更加严重，因为耐候板的强度、硬度比低碳普碳板高，更容易产生弯曲裂纹。电炉钢的N主要来自于：原材料带入，电炉冶炼过程电弧区增氮，电炉出钢过程、LF精炼过程和连铸浇注过程钢水与空气接触而增氮。耐候板的氮控制难度比普碳板要大一些，因为耐候板加入的合金多，带入的氮也多；此外耐候板中许多合金元素会增加氮的溶解度，例如Ti、Cr等。因此要做好耐候板氮控制必须把上述各个增氮环节控制做到最好：原材料：配入一定量的废钢代用品，这就是珠钢即便在生产耐候板时也要配入一定量的生铁和HBI的主要原因。电炉冶炼：造好泡沫渣。电炉出钢：采用EBT或RBT等偏心炉底出钢方式，并控制好出钢时间。LF精炼： 采用埋弧操作，控制好炉内气氛，控制好精炼不同时期的底吹氩流量。连铸： 采用全过程保护浇注。通过以上这些措施，在不经过真空处理的情况下珠钢可以把成品N控制在60ppm以下，图11。图11 珠钢SPA-HN的控制情况3.4 铝的控制7、8CSP工艺与传统连铸和热连轧工艺有显著不同，主要体现在：薄板坯连铸的冷却强度大；连铸坯始终在1000以上运行。这使得CSP工艺钢的组织机理与传统连铸和热连轧工艺有所不同，尤其体现在铝的作用与控制上。珠钢的生产实践证明钢中铝含量在0.0464-0.0055%范围内，热轧板材的晶粒度及力学性能基本相同。一般标准要求铝含量控制在0.02-0.06%的目的是为了在奥氏体变形区析出AlN以防止晶粒张大，但实际上起细化晶粒作用的因素是形变和小颗粒硫化物、氧化物的析出，而不是AlN。在珠钢的板卷中检测到纳米级的AlN，主要是起沉淀强化作用。因此Al控制在0.010-0.015%是合适的，既可以保证脱氧充分，又可以保证有纳米级的氧化物、硫化物析出，有利于节约成本。3.5 连铸工艺控制对于耐候板的生产，连铸工艺控制与浇注其他钢种有显著区别，是整条生产线的核心。薄板坯连铸浇注耐候板工艺的关键是：全过程保护浇注、结晶器振动曲线的选择、二冷水的选择、专用保护渣的开发和连铸拉速的控制等。4 市场应用珠钢生产的耐候板已经在广东省乃至全国的集装箱板厂得到广泛使用，市场占有率已经达到17%，是国内最主要的集装箱生产企业，表6。表6 近年国内主要集装箱生产厂的产量与市场份额 企业年份珠钢鞍钢宝钢武钢国内其他进口合计万吨%万吨%万吨%万吨%万吨%万吨%万吨%2000003.31.892.751.524.613.742.25631.118010020010.50.241.98038.12311.0104.86731.921010020023012.02610.44216.8176.8135.212248.825010020035516.75416.4329.7175.2154.515747.6330100用户反应良好，认为“珠钢生产的集装箱板在尺寸公差、表面质量、化学成分、加工性能等方面均满足JIS G3125-1987 SPA-H，JIS G3101-95 SS400 的要求”。珠钢的产品之所以能够得到用户的普遍认可，除了产品具有力学性能（表7）、表面质量、耐腐蚀性能好等特点外，还具有交货期短的优点，大部分产品可以实现月交货，部分产品还可实现周交货，大大提高客户的资金利用率。表7 珠钢SPA-H的力学性能 性能编号s,MPab, MPa,%横向纵向横向纵向横向纵向1217104164125035052