薄板坯无头连铸连轧生产线运行现状.docx
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薄板坯无头连铸连轧生产线运行现状
薄板坯无头连铸连轧生产线运行现状
2009年6月，世界第一条薄板坯无头连铸连轧生产线（ESP）在意大利阿尔维迪公司克莱蒙纳厂正式投入工业化运行。
这是历史上首次以连续不间断的生产工艺通过薄板坯连铸连轧设备从钢水直接生产出热轧带卷。
该设备基于阿尔维迪ISP技术，能够实现钢水热能最大程度的开发利用。
这套新的铸轧生产设备是世界上生产热轧带钢最紧凑的生产线，总长仅有190m，连铸和轧制工艺直接串联，显著降低成本。
而且，ESP生产线是第一条能够在7min内完成从钢水到地下卷曲机上的全连续生产线。
这套设备额定产能为200万t/a，生产带卷最宽可达1600mm，最薄可达0.8mm。
所生产的薄规格和超薄规格热轧带卷可以直接进行下游生产加工。
ESP无头带钢生产线能够生产从低碳钢到高碳钢以及合金钢的完整产品系列，包括高等级优质钢种，比如高硅钢和用于制造汽车车身面板的IF钢。
ESP无头带钢生产线拥有众多先进的技术和系统，主要包括：
其中包括液芯压下以及动态辊缝调宽和轻压下等工艺包，从而确保最佳内部铸流质量。
铸机直接与配有AGC和辊形控制的3机架四辊大压下轧机相连；在单独控制设置点的基础上，感应加热炉可在1100℃～1200℃的温度范围内灵活地将传送钢带均匀加热。
精轧机配有SmartCrown辊以确保带钢具有非常好的平直度。
钢带在走出最后一个机架后，由层流冷却系统进行冷却，从而根据需要调整带钢的力学特点。
钢带经高速剪切机剪切后，由三个地下卷曲机中的一个进行卷取，单卷重量可达32t。
整条生产线完全由集成的1级和2级自动化系统控制，该系统可以全面调节所有铸轧操作。
另外还有一个全面质量控制系统进行辅助，可确保产品达到所需的质量标准。
与传统薄板坯连铸连轧工艺相比，ESP无头带钢生产线所需的能源和水消耗大幅降低。
根据最终产品的不同，能量消耗可降低50%～70%，水消耗可减少60%～80%。
1技术背景
将薄板坯连铸工艺和热轧工艺串联起来，直接生产热轧带钢的技术诞生于20世纪90年代前后。
使这一工艺成为可能的最重要的技术成果包括：
薄板坯连铸技术的发展；高拉速薄板坯直接热轧工艺的应用；耐火材料的新发展；通过自动化改进的工艺控制。
1.1ISP技术
ISP技术是生产高质量薄规格热轧带钢的独特方案。
阿尔维迪从ISP和铸轧技术起步的方案开发，在很大程度上是基于洁净钢的生产理念，即在从钢水到卷取机上成品的转变过程中工艺参数的对称性、均匀性和稳定性。
ISP技术在以下方面具有独到之处：
1）结晶器系统和液芯压下保证了板坯中心晶粒细化和温度分布均匀；
2）在整个板坯厚度方向上的温度分布（TTD）为反向温度分布模式，板坯中心温度高于1200℃，而表面温度高于1100℃；
3）薄板坯在大压下量轧机（HRM）中采用低速铸轧（或在线轧制），使得中间坯的凸度低至2%；
4）采用感应加热器（IH）进行加热并获得期望的温度分布，能够根据最佳的工艺要求而设定不同带卷的中间坯温度；
5）Cremona炉起到加热缓冲器作用，能够保持温度的稳定；
6）进入精轧机的中间坯厚度极薄；
7）精轧机的轧制工艺操作高度灵活；
8）自动化控制能够优化所有工艺参数。
1.2ISP技术的优点
在工艺方面，ISP具有下列优点：
a）在高温区实施液芯压下减小了轧制力，大压下量轧机（HRM）降低了轧制功率消耗；
b）连铸和轧制工艺参数的设定保证了工艺的稳定性和高度灵活性；
在产品方面，ISP技术的优点如下：
a）工艺参数选择范围大，可以针对每卷带钢单独进行调节；
b）可生产出各种中等质量产品和优质产品；
c）带钢全长方向上的微观结构和力学性能极为均匀。
在投资方面，ISP具有下列优点：
a）生产线布置紧凑，轧机机架优化布置，降低了投资成本；
b）热能得到高效利用，工艺稳定，降低了成本。
ISP技术的工艺参数选择十分灵活，可以适应钢水温度的自然变化。
这为降低生产线的投资成本和生产成本，提高产品质量奠定了基础。
1.3ESP的技术背景
阿尔维迪新建的连续带钢生产线是第一条薄板坯无头连铸连轧生产线，该生产线具有以下特点：
1）全连续带钢生产，单条连铸线即可达到出色的生产能力；
2）大规模生产超薄带钢和优质带钢；
3）从钢水到热轧卷的转换成本最低；
4）生产线工艺布置最为紧凑。
下面就无头热轧带钢生产得以实现的技术步骤进行详细介绍：
①高拉速
从钢水到热轧卷的连续生产只有在达到稳定高拉速的情况下才能实现。
如今，厚度灵活的连铸机优化配置和超过目前最好水平的设计拉速，满足了这一条件。
优化的设计包括了浸入式水口形状和结晶器形状的进一步改善。
数学模拟（计算机流体动力学计算）和水模试验表明，5m/min~6m/min的现行拉速可以被大大超越，从而保证达到连续生产所必须的秒流量。
实际操作证实了理论研究的结果。
在ISP线的生产中，只要有可能，就固定采取7m/min的高拉速操作。
对于6m/min以上的拉速，使用电磁制动（EMBR）以保持流场模式和弯月面稳定。
ISP线从2005年起就应用了该技术。
这又为进一步提高拉速和增大秒流量带来了可能性。
②浇铸过程中的工艺控制
可靠地控制铸坯的初始凝固和坯壳在连铸机上部区域的形成，是近10年来最重要的连铸技术改进，它促进了不同类型钢种所使用保护渣的优化。
通过控制结晶器内的摩擦力和温度分布，现在已经能够确保在高拉速下达到高度的操作稳定性。
③板坯导向系统
极其先进的板坯导向系统设计，使液芯压下操作的可靠性得到显著提高。
针对钢种的类型可以优化拉速和板坯厚度的匹配。
对于高流量，立式薄板坯连铸机的典型冶金长度是不够的，因此，设计了带液芯弯曲和矫直的弧形连铸机，显著降低了钢水静压力。
所有扇形段均采用密排辊距，加上非常有效的二冷系统，为连铸坯创造了十分理想的条件，大大减少了铸流鼓肚等现象及其对工艺稳定性和产品质量的不利影响。
④感应加热
通过热负荷能力和功率密度控制，实现了精确而灵活的带钢温度控制，从而能够针对每个钢种进行准确的温度调节，以确保带钢质量和降低能耗。
感应加热器包括12个功率为3MW的感应器，加热功率可在3MW~36MW之间调节。
⑤铸轧和精轧
大压下量轧机与连铸机直接串联而构成的现有ISP线运行高度可靠，是带钢连续生产方案切实可行的有力证据。
为了达到稳定的轧制操作，提高产品质量和收得率，高度可靠和稳定的连铸机必不可少。
为此，开发出SmartCrown®技术，推出了新一代板形和平直度执行机构，能够控制更高阶平直度缺陷，比如两肋波浪。
⑥自动化
速度控制、传感器技术、数据管理、工艺模型等工艺控制技术的进步，是带钢连续生产工艺成功的关键。
高度灵活的神经网络工艺模型，是板形和平直度控制产品系列的标准组成部分。
另外一个实例是“微观结构目标冷却”工艺包，它控制着带钢的冶金参数。
在ESP生产线中，自动化集成了从连铸到冷却的所有工艺环节。
2阿尔维迪ESP线
阿尔维迪新建ESP连续铸轧线由四个主要工段构成。
第一工段包括薄板坯连铸机和位于连铸机出口的3机架四辊轧机。
作为保证连铸坯内部质量的一个重要手段，在大压下量轧机之前用Smart®连铸机智能扇形段实施带液芯轻压下。
大压下量轧机（HRM）对板坯进行轧制。
铸坯中心具有较低的变形阻力，因而有利于：
a）材料结构的改善；
b）材料性能的均匀化；
c）能耗的降低；
d）凸度指标的明显改善。
经过大压下量轧机后，厚度在10mm~20mm的中间坯已经达到了完全满足热轧卷标准要求的平直度和质量指标。
采用立式连铸机和隧道式加热炉的传统薄板坯连铸连轧线的入口板坯厚度很大，典型指标为55mm到65mm。
为了达到同样的出口厚度，每个机架需要的轧制力都要大得多，结果是需要的电机功率更高，轧辊磨损更严重，板形和平直度控制指标更难达到，尤其对于薄规格产品来说更是如此。
第二工段在感应加热器内将中间坯的温度调节到满足精轧要求的水平。
带钢的温度是工艺性能的关键。
感应加热能够精确地控制温度，并且在短距离内提供大量能量输入。
铸轧生产工艺的温度分布对于像高硅钢这样成分要求苛刻的钢种来说非常有利。
在工艺过程中，温度决不会降到1000℃以下，因而避免了析出物的产生，提高了合金元素的收得率。
这一特点不仅与温度密切相关，还与极短的加热时间有关。
阿尔维迪ESP工艺确保了合金元素能够比在传统连铸和其他薄板坯连铸中更好的发挥作用。
第三工段包括精确去除氧化铁皮且减少温度损失的高压除鳞机以及采用了SmartCrown工艺包的5机架精轧机。
轧机的设计能够轧制最大宽度1570mm、厚度在12.0mm到0.8mm（甚至更薄）的带钢。
精轧机出口处安装的先进冷却系统为各种钢种（包括高强度低合金钢和多相钢）的生产奠定了基础。
第四工段包括在卷取机前执行剪切操作的高速飞剪和地下卷取机，卷取带钢的最大卷重可以达到32t。
2.1ESP线涵盖了完整产品范围
阿尔维迪ESP线能够生产从低碳钢到高碳钢，以及合金钢的完整产品系列，包括高等级优质钢种（如取向和非取向硅钢，用于制造汽车车身面板的IF钢）。
利用阿尔维迪ESP设备可以生产出达到冷轧表面质量（A级）的热轧产品（可以直接用于汽车裸露部件的制造）；还可以使用转炉钢水生产出具有IF钢特点的热轧产品。
2.2ATG——阿尔维迪薄规格产品
连续轧制避免了穿带问题，因而可以通过阿尔维迪ESP工艺大量生产能够在许多用途中替代冷轧产品的薄规格（厚度0.8mm~1mm）热轧产品，包括：
①屈服极限高达315MPa的厚1mm钢种；
②屈服极限高达420MPa的厚1.25mm钢种；
③厚度≤2mm的高强度钢种（强度700MPa~800MPa）；
④1.2mm~1.5mm的DP600~DP1000钢种。
2.3节能效果
ESP生产线不仅能耗较低，而且温室气体和有害气体（NOx和COx）的直接和间接排放量也有所减少，生产普通规格时仅为普通生产工艺的40％~50%，生产薄规格时为65％~70%。
由于轧制操作利用了连铸的热量，加上压下时材料中心依然很软，需要的变形能量降到最低，新的ESP生产线方案将具有世界上最好的节能效果。
与其他薄板坯连铸连轧工艺不同，在提高生产线能力和效率时，阿尔维迪ESP生产线只需要很少的能量。
在更高拉速下，阿尔维迪ESP生产线在极限条件时的感应加热器能量输入将降至零。
用薄规格热轧带钢替代冷轧带钢，可以节省冷轧、退火和光整所需要的能量，前景更加诱人。
用ESP工艺生产的优质薄规格产品，将促进薄规格热轧卷的接受度稳步提高。
以具有出色的精度、尺寸和平直度指标的薄规格热轧产品为起点，阿尔维迪ESP技术实现了经过有限的冷轧步骤即可得到极薄规格带钢（如0.3mm和0.2mm），减少了投资，降低了生产成本。
2.4ESP的生产成本
降低能耗（比ISP减少约25％～30%，比传统热带钢轧机减少约40%）、节省消耗品（结晶器、轧制油缸等）成本和提高钢水收得率（达到98%），直接为降低生产成本带来了积极作用。
感应加热器的效率非常高，能够将大约2/3的电能转化成加热中间坯的热能。
克莱蒙纳厂ISP间歇式生产线从钢水到优质热轧卷的收得率为97%，新建阿尔维迪ESP线的收得率可以达到98%。
ESP的加工成本将明显低于ISP（约低20%~30%），相比于传统工艺也将降低50%左右（见表1）。
表1 从钢水到带卷的转换成本比较
工艺类型
转换成本，欧元/t
钢铁联合企业
44
其他薄板坯生产技术
34.
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