钢铁浇注中／厚板坯高速连铸机.doc

1、浇铸中/厚板用坯的高效连铸机技术概况张吉吉君摘要介绍近年来浇铸中/厚板用坯的常规和中厚度板坯连铸机的发展概况，以及这些连铸机为高效化和提高产品质量所采用的主要装备和技术。关键词高效浇铸中/厚板用坯连铸机Recent Advances of Efficient Slab Caster forProduction of Heavy and Medium PlateZhang Zhejun(Beijing Central Iron & Steel Design Research Institute)AbstractThis paper introduces the recent status of

2、slab caster for conventional and medium plates, as well as the main equipment and technologies used for caster to improve efficiency and slab quality.Keywordsefficientcastingslab caster for production of heavy and medium plates1序言中/厚板被广泛地用于建筑、造船(舰艇)、汽车、产业机械、压力容器、桥梁、耐蚀耐候结构、输送管线等领域，随着用途的扩大和应用条件的日趋严酷，对

3、钢材的性能要求也更加多样化并越来越高，图1是目前生产不同用途焊接用高强钢达到的强度1。厚度大、强度高的中/厚板用钢，一般为中碳钢(0.080.25%C)并有较高锰含量，一些钢种还要加入Nb、B、V、Mo、Cu等元素，有的还要调质处理，因此这类钢在连铸和轧制时具有较高的裂纹敏感性，连铸时要特别注意防止表面裂纹(纵裂、横裂、角裂)和内部裂纹的发生。要求低温韧性、焊接热影响区韧性和抗HIC(氢化裂纹)的厚板钢种，则要防止出现中心缺陷(中心偏析、疏松和中心夹杂)。过去限于连铸机的装备、理论和技术水平，认为浇铸裂纹敏感和易产生中心缺陷的中/厚板用钢时，应采用强冷却、低拉速和全凝矫直的工艺24，因此那时建

4、设的许多浇铸中/厚板用钢的连铸机，拉速大多在1m/min(坯厚200250mm)以下。图1不同用途焊接用高强钢达到的强度随着连铸装备水平、基础研究和生产技术的进步，目前常规连铸机高速浇铸中/厚板用铸坯已成为普通操作，品种不断扩大，质量继续提高并减少了生产费用和建设投资。特别值得注意的是，由生产中厚度板坯(100150mm)的连铸机和炉卷轧机组成的中/厚板在线铸轧生产工艺，最近已成功地投入工业生产，它在投资、成本、技术、市场和满足质量要求方面的优势，已吸引了许多中/厚板生产厂家的兴趣。2近期建成的一些浇铸中/厚板用坯连铸机的概况表1所列出的10余台板坯连铸机(包括3台中厚度板坯连铸机)大部分建设

5、(或改造)于90年代，许多连铸机既生产中/厚板用坯也生产热轧用的低碳钢坯，机型较多为立弯型，每流连铸机的生产能力大都在100万t/a左右，最大的达145万t/a。常规连铸机的拉速较过去大大提高，浇铸厚220mm左右中厚板用坯的拉速，普遍在1.21.8m/min，最高达2.0m/min；浇铸280mm铸坯可达1.4m/min。表1一些浇铸中/厚板用坯连铸机的主要技术参数和操作概况512参数中国上海宝钢1、2号连铸机日本钢管-福山厂6号连铸机神户制钢-加古川No.4-1连铸机神户制钢-加古川No.4-2连铸机川崎制铁-水岛4号连铸机川崎制铁-千叶4号连铸机USS Gary works“C”-Lin

6、e连铸机机型直弧型，5点弯曲，4点矫直，直线段2550mm直弧型，10点弯曲，5点矫直直弧型，直线段2950mm直弧型，直线段2950mm直弧型，7点弯曲，10点矫直直结晶器弧形，连续弯曲矫直直线段3000mm直线段2500mm流数2(机)2111211生产能力22.0Mt/a100,000 t/month100,000 t/month1,450.000 t/a钢包容量/t300250250180；230215(BOP)中间罐容量/t6070807030(离心分离式)45机长(冶金长度)/m39.39493940.5(45)25.6(35.7)弧形半径/m9.55108.810.79.611.

7、6板坯宽度/mm厚度/mm9001930210；230；2506752100220/250/3006501800230230/28085015002206501650200/26011452540231305浇铸速度/m.min-1max1.61.8max.2.0(附表1)max. 3.0厚板用坯1.6(附表2)max. 2.5厚板用坯1.61.8max. 1.6231mm1.021.78平均1.31.5305mm0.89(max)电磁搅拌二冷段EMSM-EMS(移动磁场控制钢水流动)M-EMS(Flow Control Mold)二次冷却气-水冷却气-水冷却气-水冷却气-水冷却(SWP)气-

8、水冷却(SWP)气-水冷却(分段调节)气-水冷却轻压下区长度-17水平段轻压下板坯入加热炉状态部分HCR部分HCR77%HCRDHCR(中碳钢达90%)带钢：96.5%DHCR厚板：89%DHCR生产钢种普碳钢，深冲钢；造船板，采油平台，锅炉，管线等用钢厚板和薄板用钢含V,Nb钢；中碳钢中碳钢；9%Ni钢低碳钢，含Nb钢；中碳钢低碳钢，不锈钢，高碳钢由深冲到合金装甲板DQ，DDQ，管线，结构，特殊(装甲)板，0.0050.5C%设备投产日期19891993.121989.061992.011993.011994.071991.06.29供货厂家日立造船Concast/住友重工神户制钢Demag

9、/日立造船Concast/住友重工VAI 续表1一些浇铸中/厚板用坯连铸机的主要技术参数和操作概况1315参数Dofasco No.1连铸机Dillinger Huttenwerke连铸机IPSCO Montpelier连铸机Tuscaloosa Steel Corp.连铸机IPSCO Alabama连铸机机型直板型，7点弯曲，10点矫直，直线段2400mm立弯式，直线段约15m低头弧形；多点弯曲矫直立弯形Controll流数22111生产能力/万t.a-122014012590136钢包容量/t300(BOP)185(BOP)150(Twin shell EAF)136(Twin shell

10、 EAF)(Fuchs Twin shell EAF)中间罐容量/t603232机长(冶金长度)/m38.1(15.6)(16.98)(14.7)弧形半径/m9.26.6556.5板坯宽度/mm厚度/mm740160025414002200230/250/300/350/4001220306812715291425911303250125150浇铸速度/m.min-1max. 1.60.31.04.15.3 t/h1.272.54m/min145165 t/h2.5(max.)电磁搅拌二次冷却气-水冷却，长18.6m气-水；0.61.5 l/kg轻压下区长度/m约2.0板坯入加热炉状态直接热装

11、、在线铸轧直接热装、在线铸轧直接热装生产钢种中碳，高碳钢和HSLA厚板用钢占55%；低碳和超低碳钢占45%结构，造船机械和工程用一般和超高强度钢；抗酸气腐蚀管线，海洋平台和锅炉用合金钢结构，压力容器，管线管，造船板钢(代表钢号：10061080,4130,4140,8620和6150)HSLA；X65以下管线管用板；产品主要用于制管；结构；铁路；驳船和造船；推、挖土机微合金钢到API-X80成品规格/mm厚宽板卷：192440单张板：513048板卷：(522)(9142591)剪板：(519)(12192591)单张板：(1964)(12192591)钢板和板卷厚550设备投产日期19871

12、9981997.101996.102000.10供货厂家Demag/日立造船SMSMDHSMS-ConcastVAI附表1日本钢管-福山厂6号连铸机中/厚板用铸坯的浇铸条件铸坯厚度/mm220250300浇铸速度/m.min-11.61.81.41.60.81.0过热度T/3040附表2神户制钢-加古川No.4-2连铸机中/厚板用铸坯的浇铸条件钢种中碳钢中碳钢9%Ni钢坯厚/mm280230230浇铸速度/m.min-12.01.41.83常规连铸机高效生产中/厚板用坯采用的主要技术措施连铸机的高效化涉及钢水质量的改善(冶金)、机型和装备、操作技术和管理等各个方面，并最终反映在生产率的提高和铸

13、坯的质量上。关于提高生产率的主要措施见表2；中/厚板用板坯的质量问题和解决这些问题的主要对策见表3。表2提高生产率的主要措施目的措施高速浇铸大容量中间罐高精度结晶器液面控制结晶器润滑：合适的润滑模式；低黏度和低熔点保护渣；非正弦波结晶器振动结晶器的设计参数；材质和冷却结构拉漏预报足够的铸机长度结晶器下支撑段的型式直弧型连铸机：合适的直线段长度；多点弯曲和矫直提高多炉连浇炉数小口径密排分节辊浇铸过程中的调宽技术异钢种多炉连浇技术预防浸入式水口堵塞技术减少浇铸准备时间上装引锭杆固定拉速的浇铸结束法浇铸准备作业的自动化提高铸机作业率缩短铸机检修时间：辊缝和辊子转动情况检测；二冷喷嘴检查减少变更结晶器

14、厚度的时间：快速更换结晶器厚度的设计；自动辊缝调整高温出坯技术：气-水冷却；机内外保温热送热装和铸坯精整与切割去毛刺装置降低表面和皮下裂纹技术厚板用铸坯的最佳二次切割铸坯精整和处理堆场计算机管理小批量生产改善非正常浇铸时铸坯的质量减少中间罐耐火材料的消耗：热循环中间罐中间罐内精炼(调整成份)技术表3中/厚板用坯的质量问题和主要对策质量问题引起的原因影响因素设备和工艺对策表面和皮下缺陷卷入夹杂机型选择钢水包下渣检测钢水二次氧化大容量气密性中间罐中间罐加热(等离子或感应加热)合理的中间罐形状和尺寸设计角裂纹浸入式水口形状合适的中间罐和结晶器保护渣保护渣合适的浸入式水口形状表面和皮下纵横裂纹结晶器液

15、面波动结晶器传热不均控制钢水流动场的结晶器(电磁制动或搅拌)高频结晶器振动结晶器热流分布监测和漏钢预报星形裂纹坯壳表面与结晶器壁摩擦结晶器材质高精度结晶器液面控制结晶器窄边锥度控制结晶器镀层内部缺陷中心疏松偏析铁静压等引起的变形应力和热应力合理机型-直弧形连铸机多点弯曲矫直或连续弯曲矫直驱动辊力矩均衡化系统柱状晶间裂纹和显微偏析脆化温度区影响二次冷却小辊径密排辊考虑温度影响的辊缝测量轻压下或收缩辊缝内部夹杂凝固组织平稳低温浇铸的相应措施内部裂纹铸坯长度宽度方向的凝固不均匀在线控制最终凝固位置技术最佳二冷制度和二冷水宽度控制气-水冷却，辊子内冷二冷喷嘴堵塞检测4用中厚度板坯连铸机的铸坯生产中/厚

16、板目前，已经建成和在建的这类工厂有下述几家：Tuscaloosa Steel Corp./Al. USA23251996年10月投产，采用双壳DC电炉-中厚度板坯连铸机-步进式均热炉-单机架可逆炉卷(Steckel)轧机生产中厚板卷和单张板。其中电炉、连铸机、均热炉和单张板生产线为新建，年产板材90万t，产品规格见表4。表4产品规格产品厚度/mm宽度/mm卷重/t长度/m板卷522914259136.3-剪板5191219259118.3(max)单张钢板1964121925913.6612.2HSLA、X65以下管线管用板；主要用于制管、结构、铁路、驳船和造船、推土和挖土机连铸机采用Leve

17、l 1与Level 2混合控制系统，主要功能有：(1)钢包和中间罐冶金及钢水重量监测；(2)中间罐自动称重并配以带自动开浇功能的结晶器液面控制；(3)自动速度坡道和中间罐钢流控制；(4)结晶器在线自动调宽；(5)结晶器冷却水和动态二冷水控制；(6)原料跟踪；(7)产品质量跟踪；(8)最佳切割长度；(9)板坯头尾去毛刺；(10)操作和数据记录；(11)屏幕显示和控制。厚度130mm、长度达19.5m的连铸板坯直接进入轧钢均热炉加热，炉内可容纳136t坯料，另外还有272t带加热的缓冲(预热)区，用于板坯保温或加热冷坯。目前该厂轧机已达产87%。板坯内部质量99.99%达优级，板坯表面质量满足热轧

18、流程的要求，开工至今月拉漏平均为1次。IPSCO/Montpelier,IA. USA11、26这是一座投资4亿美元，年产约120万t的厚板在线联合企业，由MDH按交钥匙工程要求建设。主要设备有：一台150t直流双壳电炉；一台双工位LMF炉；一台单流152.43100mm中厚板坯连铸机；一套可逆炉卷轧机。为保证板坯的表面和内部质量；连铸机采用了直结晶器、结晶器液压共振装置、电磁制动、液芯压下、动态二次(气水)冷却、不连续弯曲和矫直、轻压下等技术。长度达22.70m(最大重量85t)板坯经绝热辊道进入步进式加热炉升温350，出炉经高压水除鳞后进行轧制。加热炉留有一个空位在轧机短时停顿时作为缓冲。

19、轧机可以生产12202348mm宽,2.31.9mm厚,卷重达34t的带卷,也可生产12203048mm宽，4.850.8mm厚，最大长24.4m重达30t的单张板。IPSCO目前生产的钢种见表5。 表5IPSCO目前生产的钢种名称钢种AISI1006C1080;4130,4140,8620,6150结构钢ASTM A-36,A572,A588,A656压力容器ASTM A516,A285,A414管线管API X65,X70,X80造船ABS,LioydsNucor/Hertford County, N.C.-USA27281998年11月动工建设一座年产130万t的厚板厂，包括一套预热废钢

20、加料系统、一座电弧炉、一座双工位LF炉、一台中厚度板坯连铸机、一座加热炉、一套可轧制厚3.251mm、宽3124mm的中/厚板轧机和精整设备，生产厚9.550.8mm；宽18303120mm的单张钢板，中/厚板轧机预留建可逆炉卷轧机的可能。工程预定1999年12月投入生产。由Daneili提供的板坯连铸机生产厚(75)100、125和150mm，宽18003200mm的板坯，生产率最大达450t/h，最大拉速为4.5m/min。连铸机采用了多项薄”中厚板坯连铸机的先进技术；(1)长漏斗形H2结晶器(Daneili专利)；(2)动态软压下(Daneili专利)；(3)涡流式结晶器液面控制；(4)

21、直接轧制用在线板坯淬火系统(Daneili专利)；(5)液压结晶器振动器；(6)预防拉漏和粘结系统；(7)生产优质板坯的气-水软冷却系统；(8)在专家经验动态模型基础上的全自动过程控制，用于控制凝固过程和在不同条件下生产表面与内部质量优异板坯的所有可变参数。IPSCO/Mobile,Al,USA2930这是IPSCO建设的第二座生产炉卷和单张中/厚板的小钢厂(mini-mill)，包括一座交流双壳电炉和一座双工位LF炉、一台中厚度板坯连铸机、加热炉和一套可逆炉卷轧机及精整设备，年产125万t。由VAI供货的Conroll中厚度板坯连铸机将浇铸厚125150mm，最大宽2350mm的板坯，整个项

22、目预计2000年10月投产。 5结束语与生产薄板用钢的常规板坯连铸机一样，设备的操作和生产性能在不断提高及高速浇铸和高质量是目前生产中/厚板用坯的常规板坯连铸机的主要特征，而且还在继续开发新技术和设备以达到更高的水平。可以认为，这种连铸机的装备和技术已经进入成熟期。与此同时，一种以中厚度板坯连铸机为主要特征的中/厚板在线铸轧生产线已投入商业生产，由于这种工艺流程具有投资省、成品收得率高、生产成本低、产品覆盖面大(可生产中板和部分规格薄、厚板)和能灵活适应市场变化的优点，对于生产板材的中型钢厂(mini-mill)具有很大的吸引力。对我国面临改造的中型钢厂，也可结合市场需求和本厂的具体条件研究采

23、用这一工艺流程的可行性。联系人:张君，教授，北京(100053)，北京钢铁设计研究总院作者单位：北京钢铁设计研究总院参考文献1Fischer F & Pusch G. Rieinleitungs-und Riausbreitungswiderstand hochferester Baustahle bei statischer Beanspruchung. Stahl und Eisen.1994,114(11):1252川上公成.提高连铸板坯质量扩大连铸钢种.国外连铸新技术(译文集)一，冶金部情报研究所，1982(5)：553Barlocco. C.意大利塔兰托管线用钢连铸的操作经验.国外连

24、铸新技术(译文集)二，冶金部情报研究所，1983(3)：214Wolf.M, On transverse surface of CC slabs in Nb bearing high strength steels, CONCAST T echnical Note,19825裴云毅.宝钢的连铸生产.第九届全国炼钢学术会议论文集.5016斋藤忠等.加古川No.4连铸机铸片品质.神户制钢技报.1991，41(4)：407松尾胜良等.连铸厚板向中炭钢高速铸造技术.铁钢.1994，80(5)：T298莲沼纯一等.热延同期化操业目指无欠陷铸片制造技术-水岛第4连铸机.川崎制铁技报.1996，28(1)：

25、79安川登等.高品质。高生产性连续性铸造新设备技术.川崎制铁技报.1996，28(1)：2010杉泽元达等.表面欠陷-钢高速连续铸造技术-千叶第4连铸机.川崎制铁技报.1996，28(1)：141133 Metal producing,1998,(4):3212Cooley W et. Design, start-up and commissioning of jumbo C-Line Slab Caster at the Gary works. Steel World:5313Currey D,Optimization of casting speed for higher producti

26、vity on DOFASCOs No.1 continuous caster.1995 Steelmaking Conference Proceedinds:28714Ipsco orders medium-slab caster. MPT International.1999,22(2):2115Harste K, Construction of a new vertical caster at Dillinger Huttwnwerke, MPT Internanional,1998,21(4):11216栗林章雄.连续铸造-高能力操业技术，第153.154回西山纪念技术讲座：12717

27、户崎泰之.铸片品质向上技术最近动向，第153.154回西山纪念技术讲座：16118Nippon Steel Technical Report,1994,(61):1219谷川完士等.高速铸造驱动制御铸造法开发.CAMP-ISIJ.1993,6:112020西町龙三等.福山第6连铸机厚板向铸片无手入化技术(设备操作-11).CAMP-ISIJ.1993，6：112021丰田刚治等.福山第6连铸机操作(设备操作-2).CAMP-ISIJ.1994，7：117422Schwaha K L, Status and outlook in continuous casting technology, Steel Times,1993,221(7):29223Wat