連鑄連軋生產(chǎn)技術(shù)的講義課件

連鑄連軋生產(chǎn)技術(shù)主講人：張曉明東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室連鑄連軋生產(chǎn)技術(shù)主講人：張曉明1概論1.1連鑄技術(shù)的發(fā)展概況1.2厚板坯連鑄與軋制的銜接模式1.3連鑄坯熱裝及直接軋制技術(shù)的發(fā)展概況1.4薄板坯連鑄連軋技術(shù)的發(fā)展概況1.5帶鋼直接連鑄技術(shù)的發(fā)展概況1概論1.1連鑄技術(shù)的發(fā)展概況1.2厚板坯連鑄與軋制的銜1.1連鑄技術(shù)的發(fā)展概況有相對滑動－固定振動式結(jié)晶器無相對滑動－移動式結(jié)晶器連鑄的概念所謂連鑄是將鋼水連續(xù)注入水冷結(jié)晶器中，凝固成硬殼后從結(jié)晶器出口連續(xù)拉出或送出，經(jīng)噴水冷卻，完全凝固后切成坯料或直送軋制的鑄造工藝。連鑄的方法根據(jù)鑄坯與結(jié)晶器器壁間是否有相對運動可以分為：1.1連鑄技術(shù)的發(fā)展概況有相對滑動－固定振動式結(jié)晶器連金屬連續(xù)澆鑄思想的啟蒙階段連鑄技術(shù)發(fā)展的四個階段第一階段(1840～1930年)1840年美國人塞勒斯（Sellers）獲得連續(xù)鑄鉛的專利；1856年英國人貝塞麥(HenryBessemer)提出了采用雙輥連鑄機澆鑄出了金屬錫箔、鉛板和玻璃板，并獲專利；1887年德國人戴倫（R.M.Daelen）提出了與現(xiàn)代連鑄機相似的連鑄設(shè)備的建議，在其開發(fā)的設(shè)備中已包括了上下敞開的結(jié)晶器、液態(tài)金屬注入、二次冷卻段、引錠桿和鑄坯切割裝置等。金屬連續(xù)澆鑄思想的啟蒙階段連鑄技術(shù)發(fā)展的四個階段第一階段(第二階段(1940～1949年)1943年德國人永漢斯（S.Junghans）建成了第一臺試驗連鑄機，提出了振動水冷結(jié)晶器、浸入式水口、結(jié)晶器保護劑等技術(shù)，取得工業(yè)規(guī)模的成功，奠定了現(xiàn)代連鑄機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，結(jié)晶器振動成為連鑄機的標(biāo)準(zhǔn)操作。圖1-2S.Junghans專利原理1—中間包；2—保護劑加入裝置；3—進水口；4—結(jié)晶器；5—鑄坯；6—拉輥；7—出水口；8—壓縮機；9—鋼包；10—振動機構(gòu)連鑄特征技術(shù)的開發(fā)階段第二階段(1940～1949年)1943年德國人永漢斯（S第三階段(1950～1976年)傳統(tǒng)連鑄技術(shù)成熟階段應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)5000多項專利代表性的技術(shù)弧形連鑄機鋼包回轉(zhuǎn)臺浸入式水口澆注結(jié)晶器保護渣電磁攪拌漸進彎曲矯直結(jié)晶器在線調(diào)寬中包塞棒控制第三階段(1950～1976年)傳統(tǒng)連鑄技術(shù)成熟階段應(yīng)用特點是連鑄比不斷上升，連鑄生產(chǎn)效率不斷提高（表現(xiàn)為鑄機作業(yè)率、澆鑄速率、拉坯速度、連澆爐數(shù)等主要指標(biāo)的不斷提高），澆鑄品種逐漸擴大，生產(chǎn)成本大大降低。

第四階段(20世紀(jì)80～90年代)傳統(tǒng)連鑄技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展階段1990年－59.5%，2019年－85.4%大多數(shù)國家的連鑄比都在95％以上鋼鐵產(chǎn)品總量1900年－全球粗鋼產(chǎn)量約3000×104ｔ2019年－超過8×108ｔ鋼的連鑄比特點是連鑄比不斷上升，連鑄生產(chǎn)效率不斷提高（表現(xiàn)為鑄機作業(yè)率傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程20世紀(jì)90年代以來近終形連鑄高效連鑄電磁連鑄緊湊化連續(xù)化高度自動化傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程20世紀(jì)90年代以來近終形連鑄高效連鑄電磁連通常是指以高拉速為核心，以高質(zhì)量、無缺陷鑄坯生產(chǎn)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)高連澆率、高作業(yè)率的連鑄技術(shù)。高效連鑄概念日本：最高板坯鑄速：3.2m/min;月產(chǎn)量：20~45萬噸;連澆爐數(shù)：超過100爐，最高達10000爐；作業(yè)率達92％。通常是指以高拉速為核心，以高質(zhì)量、無缺陷鑄坯生產(chǎn)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)提高拉速措施：結(jié)晶器優(yōu)化技術(shù)；結(jié)晶器液面波動檢測控制技術(shù)；結(jié)晶器振動技術(shù)；結(jié)晶器保護渣技術(shù)；鑄坯出結(jié)晶器后的支撐技術(shù)；二冷強化冷卻技術(shù)；鑄坯矯直技術(shù)；過程自動化控制技術(shù)。如果說提高拉速是小方坯連鑄機高效化的核心，那么板坯連鑄機高效化的核心就是提高連鑄機作業(yè)率。提高拉速措施：目前提高連鑄機作業(yè)率的技術(shù)主要有：（1）多爐連澆技術(shù)：異鋼種多爐連澆；快速更換長水口；在線調(diào)寬；中間包熱循環(huán)使用技術(shù)；防止浸入式水口堵塞技術(shù)。（2）連鑄機設(shè)備長壽命技術(shù)：長壽命結(jié)晶器，每次鍍層的澆鋼量為20～30萬t；長壽命的扇形段，上部扇形段每次維修的澆鋼量100萬t，下部扇形段每次維修的澆鋼量300～400萬t。（3）防漏鋼的穩(wěn)定化操作技術(shù)：結(jié)晶器防漏鋼預(yù)報系統(tǒng)；結(jié)晶器漏鋼報警系統(tǒng)；結(jié)晶器熱狀態(tài)運行檢測系統(tǒng)。（4）縮短非澆注時間維護操作技術(shù)：上裝引錠桿；扇形段自動調(diào)寬和調(diào)厚技術(shù)；鑄機設(shè)備的快速更換技術(shù)；采用各種自動檢測裝置；連鑄機設(shè)備自動控制水平。提高板坯連鑄機設(shè)備堅固性、可靠性和自動化水平，達到長時間的無故障在線作業(yè)，是提高板坯連鑄機作業(yè)率水平的關(guān)鍵。目前提高連鑄機作業(yè)率的技術(shù)主要有：連鑄坯的質(zhì)量逐年提高，連鑄坯的質(zhì)量包括：鑄坯潔凈度（鋼中非金屬夾雜物數(shù)量，類型，尺寸，分布，形態(tài)）；鑄坯表面缺陷（縱裂紋，橫裂紋，星形裂紋，夾渣）；鑄坯內(nèi)部缺陷（中間裂紋，角部裂紋，中心線裂紋，疏松，縮孔，偏析）。連鑄坯質(zhì)量控制戰(zhàn)略是：鑄坯潔凈度決定于鋼水進入結(jié)晶器之前的各工序；鑄坯表面質(zhì)量決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程；鑄坯內(nèi)部質(zhì)量決定于鋼水在二冷區(qū)的凝固過程。連鑄坯的質(zhì)量逐年提高，連鑄坯的質(zhì)量包括：鑄坯潔凈度（鋼中非金連鑄過程控制鋼潔凈度主要對策有：保護澆注；中間包冶金技術(shù)，鋼水流動控制；中間包材質(zhì)堿性化（堿性復(fù)蓋劑，堿性包襯）；中間包電磁離心分離技術(shù)；中間包熱循環(huán)操作技術(shù)；中間包的穩(wěn)定澆注技術(shù)；防止下渣和卷渣技術(shù)；結(jié)晶器流動控制技術(shù)；結(jié)晶器EMBR技術(shù)。連鑄過程控制鋼潔凈度主要對策有：鑄坯表面質(zhì)量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生主要決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程。要清除鑄坯表面缺陷，應(yīng)采用以下技術(shù)：結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定性控制；結(jié)晶器振動技術(shù)；結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼生長均勻性控制技術(shù)；結(jié)晶器鋼液流動狀況合理控制技術(shù)；結(jié)晶器保護渣技術(shù)。鑄坯表面質(zhì)量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷鑄坯內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區(qū)的凝固過程。要消除鑄坯內(nèi)部缺陷，可采用以下技術(shù)措施：低溫澆注技術(shù)；鑄坯均勻冷卻技術(shù)；防止鑄坯鼓肚變形技術(shù)；輕壓下技術(shù)；電磁攪拌技術(shù)；凝固末端強冷技術(shù)；多點或連續(xù)矯直技術(shù)；壓縮鑄造技術(shù)。鑄坯內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區(qū)的凝固過程。要NNSC（NextNetShapeCasting）接近最終成品形狀的澆注技術(shù)，其實質(zhì)是在保證成品鋼材質(zhì)量的前提下，盡量減小鑄坯的斷面尺寸以減少甚至取代壓力加工。近終形連鑄鋼鐵生產(chǎn)的短流程工藝技術(shù)電爐煉鋼直接還原(DRI)熔融還原(如Corex）近終形連鑄概念NNSC（NextNetShapeCasting）接近薄板坯連鑄－TSCC（ThinSlabContinuousCasting）帶鋼直接連鑄－DSC（DirectStripCasting）噴霧成形技術(shù)－Ospray異型坯連鑄近終形連鑄技術(shù)包含的主要內(nèi)容2020年：傳統(tǒng)連鑄40％，薄板坯連鑄50％，薄帶連鑄10％（日本估計）薄板坯連鑄－TSCC（ThinSlabContinuou電磁連鑄技術(shù)電磁技術(shù)應(yīng)用電磁力學(xué)特性電磁熱特性電磁物理特性液面檢測電磁下渣檢測中間包感應(yīng)加熱注流約束電磁軟接觸電磁攪拌電磁制動已被用于工業(yè)生產(chǎn)電磁連鑄技術(shù)電磁技術(shù)應(yīng)用電磁力學(xué)特性電磁熱特性電磁物理特性液強化液芯內(nèi)鋼水的對流運動，均勻鋼液過熱度，打碎樹枝晶，促進非金屬夾雜物和氣泡上浮，促進等軸晶形成，減輕中心偏析、中心疏松和縮孔。電磁制動的目的電磁攪拌的目的改變凝固過程中的流動、傳熱和溶質(zhì)分布，改善連鑄坯的凝固組織。電磁制動能夠降低結(jié)晶器內(nèi)鋼液向下沖擊的深度，促進凝固前沿非金屬夾雜物上浮，穩(wěn)定彎月面的波動，促進保護渣的均勻分布。強化液芯內(nèi)鋼水的對流運動，均勻鋼液過熱度，打碎樹枝晶，促進非連鑄與軋鋼的銜接模式1.2厚板坯連鑄與軋制的銜接模式連鑄與軋鋼的銜接模式1.2厚板坯連鑄與軋制的銜接模式類型1－連鑄坯直接軋制工藝，簡稱CC-DR（ContinuousCasting-DirectRolling）或稱HDR（HotDirectRolling）特點：鑄坯溫度在1100℃以上，鑄坯不需進加熱爐加熱，只需在輸送過程中進行補熱和均熱，即直接送入軋機進行軋制。在連鑄機與軋機間只有在線補償加熱而無正式加熱爐緩沖工序。類型2－連鑄坯直接熱裝軋制工藝，簡稱DHCR（DirectHotChargeRolling）或稱為高溫?zé)嵫b爐軋制工藝，簡稱為gHCR（g-HotChargeRolling）特點：裝爐溫度在700～1000℃左右，即在A3線以上奧氏體狀態(tài)直接裝爐，加熱到軋制溫度后進行軋制。只有加熱爐緩沖工序且能保持連續(xù)高溫裝爐生產(chǎn)節(jié)奏的稱為直接(高溫)熱裝軋制工藝。類型1－連鑄坯直接軋制工藝，簡稱CC-DR（Continuo特點：裝爐溫度一般在400～700℃之間。而低溫?zé)嵫b工藝，則常在加熱爐之前還有保溫坑或保溫箱等，即采用雙重緩沖工序，以解決鑄、軋節(jié)奏匹配與計劃管理問題。類型3、4為鑄坯冷至A3甚至A1線以下溫度裝爐，稱為低溫?zé)嵫b軋制工藝，簡稱HCR（HotChargeRolling）類型5即傳統(tǒng)的連鑄坯冷裝爐軋制工藝，簡稱CCR（ColdChargeRolling）特點：連鑄坯冷至常溫后，再裝爐加熱后軋制，一般連鑄坯裝爐的溫度在400℃以下。特點：裝爐溫度一般在400～700℃之間。而低溫?zé)嵫b工藝，則類型1和2都屬于鑄坯熱軋前基本無相變的工藝，其所面臨的技術(shù)難點和問題也大體相似，只是DHCR有加熱爐緩沖，對連鑄坯溫度和生產(chǎn)連續(xù)性的要求有所放寬，但它們都要求從煉鋼、連鑄到軋鋼實現(xiàn)有節(jié)奏的均衡連續(xù)化生產(chǎn)。故我國常統(tǒng)稱類型1和2兩類工藝為連鑄連軋工藝。類型2、3、4需入正式加熱爐加熱，故亦可統(tǒng)稱為連鑄坯熱裝熱送軋制工藝。連鑄－連軋工藝，簡稱CC-CR（ContinuousCasting-ContinuousRolling）連鑄坯熱裝熱送軋制工藝類型1和2都屬于鑄坯熱軋前基本無相變的工藝，其所面臨的技術(shù)難CC-DR和HCR工藝的主要優(yōu)點節(jié)約能源消耗節(jié)能量與熱裝或補償加熱入爐溫度有關(guān)，入爐溫度越高，則節(jié)能越多；直接軋制比常規(guī)冷裝爐軋制工藝節(jié)能80～85%。提高成材率，節(jié)約金屬消耗加熱時間縮短，燒損減少，DHCR或CC-DR工藝，可使成材率提高0.5～1.5%。簡化生產(chǎn)工藝流程減少廠房面積和運輸設(shè)備，節(jié)約基建投資和生產(chǎn)費用。CC-DR和HCR工藝的主要優(yōu)點節(jié)約能源消耗生產(chǎn)周期縮短從投料煉鋼到軋制出成品僅需幾個小時；直接軋制時從鋼水澆注到軋出成品只需十幾分鐘。產(chǎn)品的質(zhì)量提高加熱時間短，氧化鐵皮少，鋼材表面質(zhì)量好；無加熱爐滑道痕跡，使產(chǎn)品厚度精度也得到提高；有利于微合金化及控軋控冷技術(shù)的發(fā)揮，使鋼材組織性能有更大的提高。生產(chǎn)周期縮短1.3連鑄坯熱裝及直接軋制技術(shù)發(fā)展概況連鑄連軋技術(shù)的起源傳統(tǒng)軋鋼工序能源消耗情況加熱爐－57.5%電能－38.6%其他－3.9%。節(jié)能的潛力20世紀(jì)50年代初期，開始實驗研究工作，先后建立了一些連鑄連軋試驗性機組進行探討。1.3連鑄坯熱裝及直接軋制技術(shù)發(fā)展概況連鑄連軋技術(shù)的起源傳統(tǒng)在線同步軋制帶液芯軋制熱裝爐軋制直接軋制20世紀(jì)70年代中期以前，工業(yè)性試驗研究和初步應(yīng)用階段。所采用的主要實驗研究方案主要方式20世紀(jì)60年代后期，出現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的連鑄連軋試驗機組。在線同步軋制20世紀(jì)70年代中期以前，工業(yè)性試驗研究和初連鑄－在線同步軋制連鑄與軋制在同一作業(yè)線上，鑄坯出連鑄機后，不經(jīng)切斷即直接進行與鑄速同步的軋制。含義先軋制后切斷，鑄與軋同步，鑄坯一般要進行在線加熱均溫或絕熱保溫，每流連鑄需配置專用軋機（行星軋機或擺鍛機和連鍛機），軋機數(shù)目1～13架。特點連鑄－在線同步軋制連鑄與軋制在同一作業(yè)線上，鑄坯出連鑄機后，操作復(fù)雜，對工藝裝備和自動控制要求高，增大了技術(shù)實現(xiàn)的難度；優(yōu)點生產(chǎn)過程連續(xù)化程度高，可實現(xiàn)無頭軋制，增大軋材卷重，提高成材率及大幅度節(jié)能等。缺點連鑄速度太慢，一般只為軋制速度的10%左右，鑄－軋速度不匹配，嚴(yán)重影響軋機能力的發(fā)揮，在經(jīng)濟上并不合算；軋制速度太低使軋輥熱負(fù)荷加大，使輥面灼傷和龜裂，影響了軋輥的使用壽命，增加了換輥的次數(shù)。20世紀(jì)70年代中期后，在線同步軋制停止發(fā)展。操作復(fù)雜，對工藝裝備和自動控制要求高，增大了技術(shù)實現(xiàn)的難顯著降低單位軋制力，有利于節(jié)能；帶液芯鑄坯的直接軋制指鑄坯未經(jīng)切斷的在線軋制，它除了具有上述在線同步軋制的主要優(yōu)缺點外，還有其自己特點。含義優(yōu)點可減少鑄坯中心部位的偏析，消除內(nèi)部縮裂、中心疏松及縮孔等缺陷；鑄坯潛熱得到充分利用，通過液芯復(fù)熱更容易保證連鑄連軋過程中所需要的較高鑄坯溫度。顯著降低單位軋制力，有利于節(jié)能；帶液芯鑄坯的直接軋制20世紀(jì)70年代末期以來，液芯軋制試驗研究報道很少。1972年11月在日本鋼管公司京濱廠首次實現(xiàn)CC-HCR工藝，到1979年日本已有11個鋼廠實現(xiàn)了HCR工藝。20世紀(jì)70年代末期以來，液芯軋制試驗研究報道很少。19縮短生產(chǎn)周期，顯著節(jié)能，可通過加熱均溫使鑄坯塑性改善和變形均勻，有利于鋼材質(zhì)量提高。CC-HCR工藝的優(yōu)點在連鑄機和軋機之間不存在同步要求，并且可利用加熱爐進行中間緩沖，大大減少了兩個工序之間互相牽連制約的程度，增大了靈活性，提高了作業(yè)率；可實現(xiàn)多流連鑄共軋機，使軋機能力得到充分發(fā)揮；縮短生產(chǎn)周期，顯著節(jié)能，可通過加熱均溫使鑄坯塑性改善和變形均CC-HCR工藝適合于以下情況

鋼種特性本身要求進行均熱以提高鑄坯塑性及物理機械性能。連鑄機與軋機相距較遠(yuǎn)，無法直接快速傳送；連鑄機流數(shù)較多，管理較復(fù)雜，需要用加熱爐作緩沖；

軋制產(chǎn)品規(guī)格多，需經(jīng)常換輥和交換及變換規(guī)程或軋制寬度大于1500mm寬帶鋼產(chǎn)品；CC-HCR工藝適合于以下情況鋼種特性本身要求進行均熱新日鐵于1981年6月在世界上首次實現(xiàn)了寬帶鋼CC-DR工藝，同年底日本的室蘭廠、新日鐵大分廠、君津廠和八幡廠，日本鋼管公司福山廠等都相繼實現(xiàn)了連鑄坯熱裝和直接軋制工藝。

美國紐克公司達林頓廠和諾福克廠于20世紀(jì)70年代末，采用2流小方坯連鑄機配置感應(yīng)補償加熱爐和13架連軋機，實現(xiàn)了小型材的CC-DR工藝。小型材的CC-DR寬帶鋼的CC-DRCC－DR工藝新日鐵于1981年6月在世界上首次實現(xiàn)了寬帶鋼CC-DR工藝在歐洲，發(fā)展比日本晚一些，80年代中期開始德國不萊梅鋼廠裝爐溫度500℃，熱裝率30％；德國蒂森鋼鐵公司的布魯克豪森廠平均裝爐溫度為400℃；比利時的考克里爾公司徹它爾（Chertal）廠；法國的索拉克公司佛曼倫季廠；奧地利的林茨廠。20世紀(jì)80年代中后期，最值得注意的重大新進展主要有遠(yuǎn)距離連鑄－直接軋制工藝。1987年6月新日鐵八幡廠實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離CC-DR工藝、隨后川崎制鐵水島廠也開發(fā)成功了遠(yuǎn)距離CC-DR工藝。在歐洲，發(fā)展比日本晚一些，80年代中期開始20世紀(jì)80年代中寶鋼2050mm熱帶軋機于2019達到熱裝率為60％，平均熱裝溫度為500～550℃。本鋼1700mm熱連軋廠鑄坯平均裝爐溫度為500℃，熱裝率80％左右。

我國CC-DR和HCR工藝的研究和應(yīng)用情況20世紀(jì)80年代中期開始“錫興鋼鐵公司連鑄坯直接熱裝軋制窄帶鋼試驗生產(chǎn)線”“沈陽鋼廠連鑄坯直接軋制小型材生產(chǎn)試驗線”武鋼1985年4月實現(xiàn)了HCR工藝，熱裝溫度在400℃左右，熱裝率可達60％以上，平均熱裝溫度達550℃以上。上鋼五廠及濟南鋼鐵總廠的遠(yuǎn)距離HCR工藝在20世紀(jì)80年代末寶鋼2050mm熱帶軋機于2019達到熱裝率為60％，平均熱1)連鑄坯及軋材質(zhì)量的保證技術(shù)；2)連鑄坯及軋材溫度的保證技術(shù)；3)板坯寬度的調(diào)節(jié)技術(shù)和自由程序軋制技術(shù)；4)煉鋼－連鑄－軋鋼一體化生產(chǎn)管理技術(shù)；5)保證工藝與設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性的技術(shù)等多項綜合技術(shù)。實現(xiàn)連鑄－連軋，即CC-DR和DHCR工藝的主要技術(shù)關(guān)鍵1)連鑄坯及軋材質(zhì)量的保證技術(shù)；實現(xiàn)連鑄－連軋，即CC-DR圖1-5連鑄－直接軋制(CC-DR)工藝與采用的關(guān)鍵技術(shù)A保證溫度的技術(shù)1－鋼包輸送；2－恒高速澆注；3－板坯測量；4－霧化二次冷卻；5－液芯前端位置控制；6－鑄機內(nèi)及輥道周圍絕熱；7－短運送線及轉(zhuǎn)盤；8－邊部溫度補償器(ETC)；9－邊部質(zhì)量補償器(EQC)；10－中間坯增厚；11－高速穿帶B.保證質(zhì)量的技術(shù)1－轉(zhuǎn)爐出渣孔堵塞；2－成分控制；3－真空處理RH；4－鋼包－中間包－結(jié)晶器保護；5－加大中間包；6－結(jié)晶器液面控制；7－適當(dāng)?shù)脑郏?－縮短輥子間距；9－四點矯直；10－壓縮鑄造；11－利用計算機系統(tǒng)判斷質(zhì)量；12－毛刺清理裝置C保證計劃安排的技術(shù)1－高速改變結(jié)晶器寬度；2－VSB寬度大壓下；3－生產(chǎn)制度的計算機控制系統(tǒng)；4－減少分級數(shù)D保證機組可靠性的技術(shù)1－輥子在線調(diào)整檢查；2－輥子冷卻；3－加強鑄機及輥子強度圖1-5連鑄－直接軋制(CC-DR)工藝與采用的關(guān)鍵技術(shù)連鑄連軋生產(chǎn)技術(shù)主講人：張曉明東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室連鑄連軋生產(chǎn)技術(shù)主講人：張曉明1概論1.1連鑄技術(shù)的發(fā)展概況1.2厚板坯連鑄與軋制的銜接模式1.3連鑄坯熱裝及直接軋制技術(shù)的發(fā)展概況1.4薄板坯連鑄連軋技術(shù)的發(fā)展概況1.5帶鋼直接連鑄技術(shù)的發(fā)展概況1概論1.1連鑄技術(shù)的發(fā)展概況1.2厚板坯連鑄與軋制的銜1.1連鑄技術(shù)的發(fā)展概況有相對滑動－固定振動式結(jié)晶器無相對滑動－移動式結(jié)晶器連鑄的概念所謂連鑄是將鋼水連續(xù)注入水冷結(jié)晶器中，凝固成硬殼后從結(jié)晶器出口連續(xù)拉出或送出，經(jīng)噴水冷卻，完全凝固后切成坯料或直送軋制的鑄造工藝。連鑄的方法根據(jù)鑄坯與結(jié)晶器器壁間是否有相對運動可以分為：1.1連鑄技術(shù)的發(fā)展概況有相對滑動－固定振動式結(jié)晶器連金屬連續(xù)澆鑄思想的啟蒙階段連鑄技術(shù)發(fā)展的四個階段第一階段(1840～1930年)1840年美國人塞勒斯（Sellers）獲得連續(xù)鑄鉛的專利；1856年英國人貝塞麥(HenryBessemer)提出了采用雙輥連鑄機澆鑄出了金屬錫箔、鉛板和玻璃板，并獲專利；1887年德國人戴倫（R.M.Daelen）提出了與現(xiàn)代連鑄機相似的連鑄設(shè)備的建議，在其開發(fā)的設(shè)備中已包括了上下敞開的結(jié)晶器、液態(tài)金屬注入、二次冷卻段、引錠桿和鑄坯切割裝置等。金屬連續(xù)澆鑄思想的啟蒙階段連鑄技術(shù)發(fā)展的四個階段第一階段(第二階段(1940～1949年)1943年德國人永漢斯（S.Junghans）建成了第一臺試驗連鑄機，提出了振動水冷結(jié)晶器、浸入式水口、結(jié)晶器保護劑等技術(shù)，取得工業(yè)規(guī)模的成功，奠定了現(xiàn)代連鑄機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，結(jié)晶器振動成為連鑄機的標(biāo)準(zhǔn)操作。圖1-2S.Junghans專利原理1—中間包；2—保護劑加入裝置；3—進水口；4—結(jié)晶器；5—鑄坯；6—拉輥；7—出水口；8—壓縮機；9—鋼包；10—振動機構(gòu)連鑄特征技術(shù)的開發(fā)階段第二階段(1940～1949年)1943年德國人永漢斯（S第三階段(1950～1976年)傳統(tǒng)連鑄技術(shù)成熟階段應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)5000多項專利代表性的技術(shù)弧形連鑄機鋼包回轉(zhuǎn)臺浸入式水口澆注結(jié)晶器保護渣電磁攪拌漸進彎曲矯直結(jié)晶器在線調(diào)寬中包塞棒控制第三階段(1950～1976年)傳統(tǒng)連鑄技術(shù)成熟階段應(yīng)用特點是連鑄比不斷上升，連鑄生產(chǎn)效率不斷提高（表現(xiàn)為鑄機作業(yè)率、澆鑄速率、拉坯速度、連澆爐數(shù)等主要指標(biāo)的不斷提高），澆鑄品種逐漸擴大，生產(chǎn)成本大大降低。

第四階段(20世紀(jì)80～90年代)傳統(tǒng)連鑄技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展階段1990年－59.5%，2019年－85.4%大多數(shù)國家的連鑄比都在95％以上鋼鐵產(chǎn)品總量1900年－全球粗鋼產(chǎn)量約3000×104ｔ2019年－超過8×108ｔ鋼的連鑄比特點是連鑄比不斷上升，連鑄生產(chǎn)效率不斷提高（表現(xiàn)為鑄機作業(yè)率傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程20世紀(jì)90年代以來近終形連鑄高效連鑄電磁連鑄緊湊化連續(xù)化高度自動化傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程20世紀(jì)90年代以來近終形連鑄高效連鑄電磁連通常是指以高拉速為核心，以高質(zhì)量、無缺陷鑄坯生產(chǎn)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)高連澆率、高作業(yè)率的連鑄技術(shù)。高效連鑄概念日本：最高板坯鑄速：3.2m/min;月產(chǎn)量：20~45萬噸;連澆爐數(shù)：超過100爐，最高達10000爐；作業(yè)率達92％。通常是指以高拉速為核心，以高質(zhì)量、無缺陷鑄坯生產(chǎn)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)提高拉速措施：結(jié)晶器優(yōu)化技術(shù)；結(jié)晶器液面波動檢測控制技術(shù)；結(jié)晶器振動技術(shù)；結(jié)晶器保護渣技術(shù)；鑄坯出結(jié)晶器后的支撐技術(shù)；二冷強化冷卻技術(shù)；鑄坯矯直技術(shù)；過程自動化控制技術(shù)。如果說提高拉速是小方坯連鑄機高效化的核心，那么板坯連鑄機高效化的核心就是提高連鑄機作業(yè)率。提高拉速措施：目前提高連鑄機作業(yè)率的技術(shù)主要有：（1）多爐連澆技術(shù)：異鋼種多爐連澆；快速更換長水口；在線調(diào)寬；中間包熱循環(huán)使用技術(shù)；防止浸入式水口堵塞技術(shù)。（2）連鑄機設(shè)備長壽命技術(shù)：長壽命結(jié)晶器，每次鍍層的澆鋼量為20～30萬t；長壽命的扇形段，上部扇形段每次維修的澆鋼量100萬t，下部扇形段每次維修的澆鋼量300～400萬t。（3）防漏鋼的穩(wěn)定化操作技術(shù)：結(jié)晶器防漏鋼預(yù)報系統(tǒng)；結(jié)晶器漏鋼報警系統(tǒng)；結(jié)晶器熱狀態(tài)運行檢測系統(tǒng)。（4）縮短非澆注時間維護操作技術(shù)：上裝引錠桿；扇形段自動調(diào)寬和調(diào)厚技術(shù)；鑄機設(shè)備的快速更換技術(shù)；采用各種自動檢測裝置；連鑄機設(shè)備自動控制水平。提高板坯連鑄機設(shè)備堅固性、可靠性和自動化水平，達到長時間的無故障在線作業(yè)，是提高板坯連鑄機作業(yè)率水平的關(guān)鍵。目前提高連鑄機作業(yè)率的技術(shù)主要有：連鑄坯的質(zhì)量逐年提高，連鑄坯的質(zhì)量包括：鑄坯潔凈度（鋼中非金屬夾雜物數(shù)量，類型，尺寸，分布，形態(tài)）；鑄坯表面缺陷（縱裂紋，橫裂紋，星形裂紋，夾渣）；鑄坯內(nèi)部缺陷（中間裂紋，角部裂紋，中心線裂紋，疏松，縮孔，偏析）。連鑄坯質(zhì)量控制戰(zhàn)略是：鑄坯潔凈度決定于鋼水進入結(jié)晶器之前的各工序；鑄坯表面質(zhì)量決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程；鑄坯內(nèi)部質(zhì)量決定于鋼水在二冷區(qū)的凝固過程。連鑄坯的質(zhì)量逐年提高，連鑄坯的質(zhì)量包括：鑄坯潔凈度（鋼中非金連鑄過程控制鋼潔凈度主要對策有：保護澆注；中間包冶金技術(shù)，鋼水流動控制；中間包材質(zhì)堿性化（堿性復(fù)蓋劑，堿性包襯）；中間包電磁離心分離技術(shù)；中間包熱循環(huán)操作技術(shù)；中間包的穩(wěn)定澆注技術(shù)；防止下渣和卷渣技術(shù)；結(jié)晶器流動控制技術(shù)；結(jié)晶器EMBR技術(shù)。連鑄過程控制鋼潔凈度主要對策有：鑄坯表面質(zhì)量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生主要決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程。要清除鑄坯表面缺陷，應(yīng)采用以下技術(shù)：結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定性控制；結(jié)晶器振動技術(shù)；結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼生長均勻性控制技術(shù)；結(jié)晶器鋼液流動狀況合理控制技術(shù)；結(jié)晶器保護渣技術(shù)。鑄坯表面質(zhì)量好壞是熱送熱裝和直接軋制的前提條件。鑄坯表面缺陷鑄坯內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區(qū)的凝固過程。要消除鑄坯內(nèi)部缺陷，可采用以下技術(shù)措施：低溫澆注技術(shù)；鑄坯均勻冷卻技術(shù)；防止鑄坯鼓肚變形技術(shù)；輕壓下技術(shù)；電磁攪拌技術(shù)；凝固末端強冷技術(shù)；多點或連續(xù)矯直技術(shù)；壓縮鑄造技術(shù)。鑄坯內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生主要決定帶液芯的鑄坯在二冷區(qū)的凝固過程。要NNSC（NextNetShapeCasting）接近最終成品形狀的澆注技術(shù)，其實質(zhì)是在保證成品鋼材質(zhì)量的前提下，盡量減小鑄坯的斷面尺寸以減少甚至取代壓力加工。近終形連鑄鋼鐵生產(chǎn)的短流程工藝技術(shù)電爐煉鋼直接還原(DRI)熔融還原(如Corex）近終形連鑄概念NNSC（NextNetShapeCasting）接近薄板坯連鑄－TSCC（ThinSlabContinuousCasting）帶鋼直接連鑄－DSC（DirectStripCasting）噴霧成形技術(shù)－Ospray異型坯連鑄近終形連鑄技術(shù)包含的主要內(nèi)容2020年：傳統(tǒng)連鑄40％，薄板坯連鑄50％，薄帶連鑄10％（日本估計）薄板坯連鑄－TSCC（ThinSlabContinuou電磁連鑄技術(shù)電磁技術(shù)應(yīng)用電磁力學(xué)特性電磁熱特性電磁物理特性液面檢測電磁下渣檢測中間包感應(yīng)加熱注流約束電磁軟接觸電磁攪拌電磁制動已被用于工業(yè)生產(chǎn)電磁連鑄技術(shù)電磁技術(shù)應(yīng)用電磁力學(xué)特性電磁熱特性電磁物理特性液強化液芯內(nèi)鋼水的對流運動，均勻鋼液過熱度，打碎樹枝晶，促進非金屬夾雜物和氣泡上浮，促進等軸晶形成，減輕中心偏析、中心疏松和縮孔。電磁制動的目的電磁攪拌的目的改變凝固過程中的流動、傳熱和溶質(zhì)分布，改善連鑄坯的凝固組織。電磁制動能夠降低結(jié)晶器內(nèi)鋼液向下沖擊的深度，促進凝固前沿非金屬夾雜物上浮，穩(wěn)定彎月面的波動，促進保護渣的均勻分布。強化液芯內(nèi)鋼水的對流運動，均勻鋼液過熱度，打碎樹枝晶，促進非連鑄與軋鋼的銜接模式1.2厚板坯連鑄與軋制的銜接模式連鑄與軋鋼的銜接模式1.2厚板坯連鑄與軋制的銜接模式類型1－連鑄坯直接軋制工藝，簡稱CC-DR（ContinuousCasting-DirectRolling）或稱HDR（HotDirectRolling）特點：鑄坯溫度在1100℃以上，鑄坯不需進加熱爐加熱，只需在輸送過程中進行補熱和均熱，即直接送入軋機進行軋制。在連鑄機與軋機間只有在線補償加熱而無正式加熱爐緩沖工序。類型2－連鑄坯直接熱裝軋制工藝，簡稱DHCR（DirectHotChargeRolling）或稱為高溫?zé)嵫b爐軋制工藝，簡稱為gHCR（g-HotChargeRolling）特點：裝爐溫度在700～1000℃左右，即在A3線以上奧氏體狀態(tài)直接裝爐，加熱到軋制溫度后進行軋制。只有加熱爐緩沖工序且能保持連續(xù)高溫裝爐生產(chǎn)節(jié)奏的稱為直接(高溫)熱裝軋制工藝。類型1－連鑄坯直接軋制工藝，簡稱CC-DR（Continuo特點：裝爐溫度一般在400～700℃之間。而低溫?zé)嵫b工藝，則常在加熱爐之前還有保溫坑或保溫箱等，即采用雙重緩沖工序，以解決鑄、軋節(jié)奏匹配與計劃管理問題。類型3、4為鑄坯冷至A3甚至A1線以下溫度裝爐，稱為低溫?zé)嵫b軋制工藝，簡稱HCR（HotChargeRolling）類型5即傳統(tǒng)的連鑄坯冷裝爐軋制工藝，簡稱CCR（ColdChargeRolling）特點：連鑄坯冷至常溫后，再裝爐加熱后軋制，一般連鑄坯裝爐的溫度在400℃以下。特點：裝爐溫度一般在400～700℃之間。而低溫?zé)嵫b工藝，則類型1和2都屬于鑄坯熱軋前基本無相變的工藝，其所面臨的技術(shù)難點和問題也大體相似，只是DHCR有加熱爐緩沖，對連鑄坯溫度和生產(chǎn)連續(xù)性的要求有所放寬，但它們都要求從煉鋼、連鑄到軋鋼實現(xiàn)有節(jié)奏的均衡連續(xù)化生產(chǎn)。故我國常統(tǒng)稱類型1和2兩類工藝為連鑄連軋工藝。類型2、3、4需入正式加熱爐加熱，故亦可統(tǒng)稱為連鑄坯熱裝熱送軋制工藝。連鑄－連軋工藝，簡稱CC-CR（ContinuousCasting-ContinuousRolling）連鑄坯熱裝熱送軋制工藝類型1和2都屬于鑄坯熱軋前基本無相變的工藝，其所面臨的技術(shù)難CC-DR和HCR工藝的主要優(yōu)點節(jié)約能源消耗節(jié)能量與熱裝或補償加熱入爐溫度有關(guān)，入爐溫度越高，則節(jié)能越多；直接軋制比常規(guī)冷裝爐軋制工藝節(jié)能80～85%。提高成材率，節(jié)約金屬消耗加熱時間縮短，燒損減少，DHCR或CC-DR工藝，可使成材率提高0.5～1.5%。簡化生產(chǎn)工藝流程減少廠房面積和運輸設(shè)備，節(jié)約基建投資和生產(chǎn)費用。CC-DR和HCR工藝的主要優(yōu)點節(jié)約能源消耗生產(chǎn)周期縮短從投料煉鋼到軋制出成品僅需幾個小時；直接軋制時從鋼水澆注到軋出成品只需十幾分鐘。產(chǎn)品的質(zhì)量提高加熱時間短，氧化鐵皮少，鋼材表面質(zhì)量好；無加熱爐滑道痕跡，使產(chǎn)品厚度精度也得到提高；有利于微合金化及控軋控冷技術(shù)的發(fā)揮，使鋼材組織性能有更大的提高。生產(chǎn)周期縮短1.3連鑄坯熱裝及直接軋制技術(shù)發(fā)展概況連鑄連軋技術(shù)的起源傳統(tǒng)軋鋼工序能源消耗情況加熱爐－57.5%電能－38.6%其他－3.9%。節(jié)能的潛力20世紀(jì)50年代初期，開始實驗研究工作，先后建立了一些連鑄連軋試驗性機組進行探討。1.3連鑄坯熱裝及直接軋制技術(shù)發(fā)展概況連鑄連軋技術(shù)的起源傳統(tǒng)在線同步軋制帶液芯軋制熱裝爐軋制直接軋制20世紀(jì)70年代中期以前，工業(yè)性試驗研究和初步應(yīng)用階段。所采用的主要實驗研究方案主要方式20世紀(jì)60年代后期，出現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的連鑄連軋試驗機組。在線同步軋制20世紀(jì)70年代中期以前，工業(yè)性試驗研究和初連鑄－在線同步軋制連鑄與軋制在同一作業(yè)線上，鑄坯出連鑄機后，不經(jīng)切斷即直接進行與鑄速同步的軋制。含義先軋制后切斷，鑄與軋同步，鑄坯一般要進行在線加熱均溫或絕熱保溫，每流連鑄需配置專用軋機（行星軋機或擺鍛機和連鍛機），軋機數(shù)目1～13架。特點連鑄－在線同步軋制連鑄與軋制在同一作業(yè)線上，鑄坯出連鑄機后，操作復(fù)雜，對工藝裝備和自動控制要求高，增大了技術(shù)實現(xiàn)的難度；優(yōu)點生產(chǎn)過程連續(xù)化程度高，可實現(xiàn)無頭軋制，增大軋材卷重，提高成材率及大幅度節(jié)能等。缺點連鑄速度太慢，一般只為軋制速度的10%左右，鑄－軋速度不匹配，嚴(yán)重影響軋機能力的發(fā)揮，在經(jīng)濟上并不合算；軋制速度太低使軋輥熱負(fù)荷加大，使輥面灼傷和龜裂，影響了軋輥的使用壽命，增加了換輥的次數(shù)。20世紀(jì)70年代中期后，在線同步軋制停止發(fā)展。操作復(fù)雜，對工藝裝備和自動控制要求高，增大了技術(shù)實現(xiàn)的難顯著降低單位軋制力，有利于節(jié)能；帶液芯鑄坯的直接軋制指鑄坯未經(jīng)切斷的在線軋制，它除了具有上述在線同步軋制的主要優(yōu)缺點外，還有其自己特點。含義優(yōu)點可減少鑄坯中心部位的偏析，消除內(nèi)部縮裂、中心疏松及縮孔等缺陷；鑄坯潛熱得到充分利用，通過液芯復(fù)熱更容易保證連鑄連軋過程中所需要的較高鑄坯溫度。顯著降低單位軋制力，有利于節(jié)能；帶液芯鑄坯的直接軋制20世紀(jì)70年代末期以來，液芯軋制試驗研究報道很少。1972年11月在日本鋼管公司京濱廠首次實現(xiàn)CC-HCR工藝，到1979年日本已有11個鋼廠實現(xiàn)了HCR工藝。20世紀(jì)70年代末期以來，液芯軋制試驗研究報道很少。19縮短生產(chǎn)周期，顯著節(jié)能，可通過加熱均溫使鑄坯塑性改善和變形均勻，有利于鋼材質(zhì)量提高。CC-HCR工藝的優(yōu)點在連鑄機和軋機之間不存在同步要求，并且可利用加熱爐進行中間緩沖，大大減少了兩個工序之間互相牽連制約的程度，增大了靈活性，提高了作業(yè)率；可實現(xiàn)多流連鑄共軋機，使軋機能力得到充分發(fā)揮；縮短生產(chǎn)周期，顯著節(jié)能，可通過加熱均溫使鑄坯塑性改善和變形均CC-HCR工藝適合于以下情況

鋼種特性本身要求進行均熱以提高鑄坯塑性及物