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我国薄板坯连铸连轧技术的发展历程
从技术特点和工业化应用来讲,中国薄板坯连铸连轧发展的过程可以划分成4个阶段。
第一个阶段:1984年—1999年,引入期。
在1975—1985年间科技部确定了薄板坯连铸连轧的技术研究工作,开启了中国薄板坯连铸的发展历程。
广州珠江钢厂投入使用国内第一条CSP产线;珠江钢厂、包钢、邯钢引进了德国的西马克技术,在当时钢铁工业快速发展的过程当中,对钢铁大量需求的情况下,薄板坯连铸连轧可以发挥一定作用。
第二阶段:2002—2008年,建设了9个薄板坯连铸连轧项目,包括了26个连铸机,单线产量300万t。
第三阶段:2008年之后,稳定发展期。这一时期,薄板坯连铸连轧的基础配置基本上确定下来,主要装备也基本稳定,其中,中国对高品质特殊钢、硅钢进行了相关的研究,并在一定程度上实现了产业化。
第四阶段:目前关于无头轧制ESP产线和ESP技术的研究和投入使用。
日照钢铁控股集团有限公司,国内第一家引进普锐特冶金技术有限公司ESP无头连铸连轧带钢工艺生产线的公司,首单ESP产品在2015年5月上市并交付用户,其ESP无头轧制生产线,设计钢种包括低碳钢、中碳钢、IF钢、HSLA、DP双相钢,部分产品的规格如下所示:工艺流程
传统的板带热连轧精轧机组生产均以单块中间坯进行轧制,因此,不可避免地要经过进精轧机组时的穿带、加速轧制、减速轧制、抛钢、甩尾等一系列过程,由此发生的尺寸公差和力学性能的不均匀性,很难在原有工艺框架内得到解决。热轧带无头轧制新技术正是解决这些问题的一项重要的技术突破。
目前,热带无头轧制技术有两种:
一是在常规热连轧线上,在粗轧与精轧之间将粗轧后的高温中间带坯在数秒钟之内快速连接起来,在精轧过程中实现无头轧制;
二是无头连铸连轧技术(ESP技术)。ESP技术可以看做是当前薄板坯连铸连轧技术不断发展升级而产生的无头轧制中最具有代表性的前沿技术。
接下来,讲解无头连铸连轧技术(ESP技术)的工艺流程。
1 连铸机浇注前的准备
修砌好并在干燥站干燥完毕的中间罐用吊车运至浇注平台上的中间罐车上,再用平台上的烘烤站将中间罐烘烤到1100℃,浸入式水口烘烤到约1250℃。
接通结晶器冷却水、二冷水、压缩空气、设备冷却水、液压、润滑等系统,使其处于正常状态。
引锭杆送至结晶器内合适位置,并将引锭头在结晶器内塞紧,并填好冷却用废钢屑。
2 连铸机浇注操作
经由钢包进入中间罐的钢水,当其液面高度达到一定高度时,打开塞棒,此时钢水通过浸入式水口注入结晶器。
当钢液在结晶器内上升到规定的拉坯位置时,启动操作箱上“浇注”按钮,扇形段驱动辊按预定的起步拉速开始拉坯。与此同时,结晶器振动装置、二冷喷淋水、二冷室排蒸汽风机同时启动。
结晶器内己凝固成坯壳带液芯的铸坯由引锭杆牵引离开结晶器下口,经足辊、弯曲段、弧形段往下移动,此时冷却水和被压缩空气雾化的冷却水直接喷到铸坯上进行冷却。弧形的铸坯进入矫直段被矫直,然后进入水平段。
铸坯出水平段和粗轧机后,经摆动剪剪切,铸坯与引锭杆脱离,引锭杆快速送至引锭杆存放装置处。与引锭杆分离后的连铸坯送至后部的轧钢车间。
3 连续轧制过程
无头轧制模式
铸坯经过大压下轧机轧制成厚度为8mm -20mm的无头中间坯。该无头中间坯通过带保温罩的辊道运送至感应加热炉,感应加热炉以高效、准确、动态在线和灵活的方式将无头中间坯加热至要求的约1200℃。感应加热炉后设置有夹送辊除鳞箱。无头中间坯经过除鳞后进入架精轧机组,轧制成目标厚度的带钢。带钢经过输出辊道和层流冷却后得到理想的微观组织结构。在输出辊道的末端、卷取机之前,高速飞剪将无头带钢进行分卷,然后在地下卷取机上进行卷取。
半无头轧制模式
对于厚度超过1 mm的热轧带钢,则用摆式剪或者转縠飞剪将把中间坯按生产单个钢卷的尺寸进行切分,由此ESP生产线进入半无头轧制模式。切分后的中间坯将加速前行,以便和下一块中间坯的头部稍拉开一些距离。切分成单卷规格的中间坯经过感应加热炉加热、除鳞并穿带进入精轧机组轧制至成品规格、然后再经层流冷却即可获得微观结构均匀和机加工性能良好的带钢,最后由地下卷取机卷成钢卷。
目前流行的其他无头轧制技术
1.常规热连轧线上的无头轧制技术
现有常规热连轧线上,在粗轧与精轧之间将粗轧后的中间带坯在数秒钟之内快速连接起来,在精轧连轧机组实现无头轧制,经层流冷却线后的飞剪切断,由卷取机卷成热卷。
2.JFE与新日铁热带无头轧制技术
日本JFE公司千叶厂于1996年开发成功采用感应焊接作为粗轧后的中间带坯连接方式,该方式要求对带坯接头区进行快速加热,形成热熔区实现对焊连接。该无头轧制生产线投产后,在提高热轧板带生产效率和成材率及板形板厚精度、降低轧辊消耗、扩大薄宽规格品种等方面取得了显著的效果,在国际冶金行业产生重大影响。
3.浦项制铁热带无头轧制技术
韩国浦项制铁和三菱—日立公司于2007年初联合开发成功热轧中间带坯的无头轧制技术,即利用切头飞剪完成带坯瞬间的固态连接。对于薄板坯连铸连轧的发展方向
一是发挥薄板坯连铸连轧流程本身的特点,以实现连续化生产。
研究显示,对于单坯轧制,随着厚度的减薄,生产的事故率陡然增加,但无头轧制就不存在这样的问题。特别是极薄规格和宽规格产品,传统流程几乎没有办法生产。
而如果采用薄板坯连铸连轧,连铸出来的坯子本来就是一个完整的坯,所以,薄板坯连铸连轧在连续化生产方面有得天独厚的条件。这就是ESP技术在世界范围得到广泛应用的原因。
因此,今后薄板坯连铸连轧发展的一个方向,应该是连续化生产,也就是无头轧制。当然,实现无头轧制的工艺配置和技术有多种,如何更好地实现还在探讨中。
二是充分发挥薄板坯连铸连轧的特点,开发有竞争力的产品。
薄板坯连铸连轧快速凝固的特点使得产品的偏析更少、铸态组织更均匀,这样的优势对于成分更加复杂的特殊钢产品生产是非常有利的。
目前,中国在高品质特殊钢、高强钢、硅钢、薄规格产品方面已经开发出系列产品,并进入了市场。但是,未来还有很多工作要做,如高牌号硅钢。