连铸连轧生产技术讲义(概论-1).ppt

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1、连铸连轧生产技术,主讲人：张晓明东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,1 概论,1.1连铸技术的发展概况,1.2厚板坯连铸与轧制的衔接模式,1.3连铸坯热装及直接轧制技术的发展概况,1.4薄板坯连铸连轧技术的发展概况,1.5 带钢直接连铸技术的发展概况,1.1 连铸技术的发展概况,有相对滑动固定振动式结晶器 无相对滑动移动式结晶器,连铸的概念,所谓连铸是将钢水连续注入水冷结晶器中，凝固成硬壳后从结晶器出口连续拉出或送出，经喷水冷却，完全凝固后切成坯料或直送轧制的铸造工艺。,连铸的方法,根据铸坯与结晶器器壁间是否有相对运动可以分为：,金属连续浇铸思想的启蒙阶段,连铸技术发展的四个阶段,第一

2、阶段(18401930年),1840年美国人塞勒斯（Sellers）获得连续铸铅的专利；,1856年英国人贝塞麦(Henry Bessemer)提出了采用双辊连铸机浇铸出了金属锡箔、铅板和玻璃板，并获专利；,1887年德国人戴伦（）提出了与现代连铸机相似的连铸设备的建议，在其开发的设备中已包括了上下敞开的结晶器、液态金属注入、二次冷却段、引锭杆和铸坯切割装置等。,第二阶段(19401949年),1943年德国人永汉斯（S.Junghans）建成了第一台试验连铸机，提出了振动水冷结晶器、浸入式水口、结晶器保护剂等技术，取得工业规模的成功，奠定了现代连铸机结构的基础，结晶器振动成为连铸机的标准操作

3、。,图1-2 S.Junghans专利原理1中间包；2保护剂加入装置；3进水口；4结晶器；5铸坯；6拉辊；7出水口；8压缩机；9钢包；10振动机构,连铸特征技术的开发阶段,第三阶段(19501976年),传统连铸技术成熟阶段,应用于工业生产,5000多项专利,代表性的技术,弧形连铸机,钢包回转台,浸入式水口浇注,结晶器保护渣,电磁搅拌,渐进弯曲矫直,结晶器在线调宽,中包塞棒控制,特点是连铸比不断上升，连铸生产效率不断提高（表现为铸机作业率、浇铸速率、拉坯速度、连浇炉数等主要指标的不断提高），浇铸品种逐渐扩大，生产成本大大降低。,第四阶段(20世纪8090年代),传统连铸技术的优化发展阶段,19

4、90年59.5%，2001年85.4%大多数国家的连铸比都在95以上,钢铁产品总量,1900年全球粗钢产量约30001042001年超过8108,钢的连铸比,传统钢铁生产流程,20世纪90年代以来,近终形连铸,高效连铸,电磁连铸,紧凑化,连续化,高度自动化,通常是指以高拉速为核心，以高质量、无缺陷铸坯生产为基础，实现高连浇率、高作业率的连铸技术。,高效连铸,概念,日本：最高板坯铸速：3.2m/min;月产量：2045万吨;连浇炉数：超过100炉，最高达10000炉；作业率达92。,提高拉速措施：结晶器优化技术；结晶器液面波动检测控制技术；结晶器振动技术；结晶器保护渣技术；铸坯出结晶器后的支撑技

5、术；二冷强化冷却技术；铸坯矫直技术；过程自动化控制技术。如果说提高拉速是小方坯连铸机高效化的核心，那么板坯连铸机高效化的核心就是提高连铸机作业率。,目前提高连铸机作业率的技术主要有：（1）多炉连浇技术：异钢种多炉连浇；快速更换长水口；在线调宽；中间包热循环使用技术；防止浸入式水口堵塞技术。（2）连铸机设备长寿命技术：长寿命结晶器，每次镀层的浇钢量为2030万t；长寿命的扇形段，上部扇形段每次维修的浇钢量100万t，下部扇形段每次维修的浇钢量300400万t。（3）防漏钢的稳定化操作技术：结晶器防漏钢预报系统；结晶器漏钢报警系统；结晶器热状态运行检测系统。（4）缩短非浇注时间维护操作技术：上装引

6、锭杆；扇形段自动调宽和调厚技术；铸机设备的快速更换技术；采用各种自动检测装置；连铸机设备自动控制水平。提高板坯连铸机设备坚固性、可靠性和自动化水平，达到长时间的无故障在线作业，是提高板坯连铸机作业率水平的关键。,连铸坯的质量逐年提高，连铸坯的质量包括：铸坯洁净度（钢中非金属夹杂物数量，类型，尺寸，分布，形态）；铸坯表面缺陷（纵裂纹，横裂纹，星形裂纹，夹渣）；铸坯内部缺陷（中间裂纹，角部裂纹，中心线裂纹，疏松，缩孔，偏析）。连铸坯质量控制战略是：铸坯洁净度决定于钢水进入结晶器之前的各工序；铸坯表面质量决定于钢水在结晶器的凝固过程；铸坯内部质量决定于钢水在二冷区的凝固过程。,连铸过程控制钢洁净度主

7、要对策有：保护浇注；中间包冶金技术，钢水流动控制；中间包材质碱性化（碱性复盖剂，碱性包衬）；中间包电磁离心分离技术；中间包热循环操作技术；中间包的稳定浇注技术；防止下渣和卷渣技术；结晶器流动控制技术；结晶器EMBR技术。,铸坯表面质量好坏是热送热装和直接轧制的前提条件。铸坯表面缺陷的产生主要决定于钢水在结晶器的凝固过程。要清除铸坯表面缺陷，应采用以下技术：结晶器钢液面稳定性控制；结晶器振动技术；结晶器内凝固坯壳生长均匀性控制技术；结晶器钢液流动状况合理控制技术；结晶器保护渣技术。,铸坯内部缺陷的产生主要决定带液芯的铸坯在二冷区的凝固过程。要消除铸坯内部缺陷，可采用以下技术措施：低温浇注技术；铸

8、坯均匀冷却技术；防止铸坯鼓肚变形技术；轻压下技术；电磁搅拌技术；凝固末端强冷技术；多点或连续矫直技术；压缩铸造技术。,NNSC（Next Net Shape Casting）接近最终成品形状的浇注技术，其实质是在保证成品钢材质量的前提下，尽量减小铸坯的断面尺寸以减少甚至取代压力加工。,近终形连铸,钢铁生产的短流程工艺技术,电炉炼钢,直接还原(DRI),熔融还原(如Corex）,近终形连铸,概念,薄板坯连铸TSCC（Thin Slab Continuous Casting）带钢直接连铸DSC（Direct Strip Casting）喷雾成形技术Ospray异型坯连铸,近终形连铸技术包含的主要内

9、容,2020年：传统连铸40，薄板坯连铸50，薄带连铸10（日本估计）,电磁连铸技术,电磁技术应用,电磁力学特性,电磁热特性,电磁物理特性,液面检测,电磁下渣检测,中间包感应加热,注流约束,电磁软接触,电磁搅拌,电磁制动,已被用于工业生产,强化液芯内钢水的对流运动，均匀钢液过热度，打碎树枝晶，促进非金属夹杂物和气泡上浮，促进等轴晶形成，减轻中心偏析、中心疏松和缩孔。,电磁制动的目的,电磁搅拌的目的,改变凝固过程中的流动、传热和溶质分布，改善连铸坯的凝固组织。电磁制动能够降低结晶器内钢液向下冲击的深度，促进凝固前沿非金属夹杂物上浮，稳定弯月面的波动，促进保护渣的均匀分布。,连铸与轧钢的衔接模式,

10、1.2 厚板坯连铸与轧制的衔接模式,类型1连铸坯直接轧制工艺，简称CC-DR（Continuous Casting-Direct Rolling）或称HDR（Hot Direct Rolling）,特点：铸坯温度在1100以上，铸坯不需进加热炉加热，只需在输送过程中进行补热和均热，即直接送入轧机进行轧制。在连铸机与轧机间只有在线补偿加热而无正式加热炉缓冲工序。,类型2连铸坯直接热装轧制工艺，简称DHCR（Direct Hot Charge Rolling）或称为高温热装炉轧制工艺，简称为gHCR（g-Hot Charge Rolling）,特点：装炉温度在7001000左右，即在A3线以上奥氏

11、体状态直接装炉，加热到轧制温度后进行轧制。只有加热炉缓冲工序且能保持连续高温装炉生产节奏的称为直接(高温)热装轧制工艺。,特点：装炉温度一般在400700之间。而低温热装工艺，则常在加热炉之前还有保温坑或保温箱等，即采用双重缓冲工序，以解决铸、轧节奏匹配与计划管理问题。,类型3、4为铸坯冷至A3甚至A1线以下温度装炉，称为低温热装轧制工艺，简称HCR（Hot Charge Rolling）,类型5即传统的连铸坯冷装炉轧制工艺，简称CCR（Cold Charge Rolling）,特点：连铸坯冷至常温后，再装炉加热后轧制，一般连铸坯装炉的温度在400以下。,类型1和2都属于铸坯热轧前基本无相变的

12、工艺，其所面临的技术难点和问题也大体相似，只是DHCR有加热炉缓冲，对连铸坯温度和生产连续性的要求有所放宽，但它们都要求从炼钢、连铸到轧钢实现有节奏的均衡连续化生产。故我国常统称类型1和2两类工艺为连铸连轧工艺。,类型3、4、5需入正式加热炉加热，故亦可统称为连铸坯热装热送轧制工艺。,连铸连轧工艺，简称CC-CR（Continuous Casting-Continuous Rolling）,连铸坯热装热送轧制工艺,CC-DR和HCR工艺的主要优点,节约能源消耗节能量与热装或补偿加热入炉温度有关，入炉温度越高，则节能越多；直接轧制比常规冷装炉轧制工艺节能8085%。提高成材率，节约金属消耗 加热

13、时间缩短，烧损减少，DHCR或CC-DR工艺，可使成材率提高0.51.5%。简化生产工艺流程 减少厂房面积和运输设备，节约基建投资和生产费用。,生产周期缩短从投料炼钢到轧制出成品仅需几个小时；直接轧制时从钢水浇注到轧出成品只需十几分钟。产品的质量提高加热时间短，氧化铁皮少，钢材表面质量好；无加热炉滑道痕迹，使产品厚度精度也得到提高；有利于微合金化及控轧控冷技术的发挥，使钢材组织性能有更大的提高。,1.3连铸坯热装及直接轧制技术发展概况,连铸连轧技术的起源,传统轧钢工序能源消耗情况,加热炉57.5%电能38.6%其他3.9%。,节能的潜力,20世纪50年代初期，开始实验研究工作，先后建立了一些连

14、铸连轧试验性机组进行探讨。,在线同步轧制带液芯轧制热装炉轧制直接轧制,20世纪70年代中期以前，工业性试验研究和初步应用阶段。,所采用的主要实验研究方案,主要方式,20世纪60年代后期，出现了工业生产规模的连铸连轧试验机组。,连铸在线同步轧制,连铸与轧制在同一作业线上，铸坯出连铸机后，不经切断即直接进行与铸速同步的轧制。,含义,先轧制后切断，铸与轧同步，铸坯一般要进行在线加热均温或绝热保温，每流连铸需配置专用轧机（行星轧机或摆锻机和连锻机），轧机数目113架。,特点,操作复杂，对工艺装备和自动控制要求高，增大了技术实现的难度；,优点,生产过程连续化程度高，可实现无头轧制，增大轧材卷重，提高成材

15、率及大幅度节能等。,缺点,连铸速度太慢，一般只为轧制速度的10%左右，铸轧速度不匹配，严重影响轧机能力的发挥，在经济上并不合算；,轧制速度太低使轧辊热负荷加大，使辊面灼伤和龟裂，影响了轧辊的使用寿命，增加了换辊的次数。,20世纪70年代中期后，在线同步轧制停止发展。,显著降低单位轧制力，有利于节能；,带液芯铸坯的直接轧制,指铸坯未经切断的在线轧制，它除了具有上述在线同步轧制的主要优缺点外，还有其自己特点。,含义,优点,可减少铸坯中心部位的偏析，消除内部缩裂、中心疏松及缩孔等缺陷；,铸坯潜热得到充分利用，通过液芯复热更容易保证连铸连轧过程中所需要的较高铸坯温度。,20世纪70年代末期以来，液芯轧

16、制试验研究报道很少。,1972年11月在日本钢管公司京滨厂首次实现CC-HCR工艺，到1979年日本已有11个钢厂实现了HCR工艺。,缩短生产周期，显著节能，可通过加热均温使铸坯塑性改善和变形均匀，有利于钢材质量提高。,CC-HCR工艺的优点,在连铸机和轧机之间不存在同步要求，并且可利用加热炉进行中间缓冲，大大减少了两个工序之间互相牵连制约的程度，增大了灵活性，提高了作业率；,可实现多流连铸共轧机，使轧机能力得到充分发挥；,CC-HCR工艺适合于以下情况,钢种特性本身要求进行均热以提高铸坯塑性及物理机械性能。,连铸机与轧机相距较远，无法直接快速传送；,连铸机流数较多，管理较复杂，需要用加热炉作

17、缓冲；,轧制产品规格多，需经常换辊和交换及变换规程或轧制宽度大于1500mm宽带钢产品；,新日铁于1981年6月在世界上首次实现了宽带钢CC-DR工艺，同年底日本的室兰厂、新日铁大分厂、君津厂和八幡厂，日本钢管公司福山厂等都相继实现了连铸坯热装和直接轧制工艺。,美国纽克公司达林顿厂和诺福克厂于20世纪70年代末，采用2流小方坯连铸机配置感应补偿加热炉和13架连轧机，实现了小型材的CC-DR工艺。,小型材的CC-DR,宽带钢的CC-DR,CCDR工艺,在欧洲，发展比日本晚一些，80年代中期开始德国不莱梅钢厂装炉温度500，热装率30；德国蒂森钢铁公司的布鲁克豪森厂平均装炉温度为400；比利时的考

18、克里尔公司彻它尔（Chertal）厂；法国的索拉克公司佛曼伦季厂；奥地利的林茨厂。,20世纪80年代中后期，最值得注意的重大新进展主要有远距离连铸直接轧制工艺。,1987年6月新日铁八幡厂实现了远距离CC-DR工艺、随后川崎制铁水岛厂也开发成功了远距离CC-DR工艺。,宝钢2050mm热带轧机于1995达到热装率为60，平均热装温度为500550。本钢1700mm热连轧厂铸坯平均装炉温度为500，热装率80左右。,我国CC-DR和 HCR工艺的研究和应用情况,20世纪80年代中期开始,“锡兴钢铁公司连铸坯直接热装轧制窄带钢试验生产线”“沈阳钢厂连铸坯直接轧制小型材生产试验线”,武钢1985年4

19、月实现了HCR工艺，热装温度在400左右，热装率可达60以上，平均热装温度达550以上。,上钢五厂及济南钢铁总厂的远距离HCR工艺,在20世纪80年代末,1)连铸坯及轧材质量的保证技术；2)连铸坯及轧材温度的保证技术；3)板坯宽度的调节技术和自由程序轧制技术；4)炼钢连铸轧钢一体化生产管理技术；5)保证工艺与设备的稳定性和可靠性的技术等多项综合技术。,实现连铸连轧，即CC-DR和DHCR工艺的主要技术关键,图1-5 连铸直接轧制(CC-DR)工艺与采用的关键技术A 保证温度的技术1钢包输送；2恒高速浇注；3板坯测量；4雾化二次冷却；5液芯前端位置控制；6铸机内及辊道周围绝热；7短运送线及转盘；8边部温度补偿器(ETC)；9边部质量补偿器(EQC)；10中间坯增厚；11高速穿带B.保证质量的技术1转炉出渣孔堵塞；2成分控制；3真空处理RH；4钢包中间包结晶器保护；5加大中间包；6结晶器液面控制；7适当的渣粉；8缩短辊子间距；9四点矫直；10压缩铸造；11利用计算机系统判断质量；12毛刺清理装置C 保证计划安排的技术1高速改变结晶器宽度；2VSB宽度大压下；3生产制度的计算机控制系统；4减少分级数D 保证机组可靠性的技术1辊子在线调整检查；2辊子冷却；3加强铸机及辊子强度,