薄带连铸1.docx

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薄带连铸1

Eurostrip

（欧洲带钢直接连铸连轧技术）

简介之一

喻维雄编写

普碳钢和不锈钢带钢直接连铸

Terni和Krefeld的最新开发成果

Eurostrip技术合作开发项目不断地巩固它在薄带连铸领域中的先进地位。

本文回顾了Eurostrip的联合规划以及它联合构成的欧洲网络，介绍了试验型和半工业规模的薄带连铸试验车间及其研究开发经验。

重点介绍了当前在产品质量方面获得的结果。

从上世纪八十年代到1999年，欧洲薄带连铸技术的研究开发由两套班子各自单独地开展，这两套班子是：

●Thyssen和Usinor（目前的Arcelor）公司联合在法国UgineIsbergues厂进行的Myosotis（勿忘我）开发项目，

●AciaiSpeciali（目前的TKAST）与CentroSviluppoMateriali（CSM）在意大利Terni的AST厂合建的试验车间。

这个阶段取得了显著的成绩，例如连续浇铸时间达到5个小时[1]，向用户销售了大约3000吨产品，增加了浇铸的钢种（普碳钢、硅钢、不锈钢）。

德国和意大利不锈钢工业重新组合之后，如果把薄带连铸技术的研究开发也联合为一体，显然会加快实现工业规模的薄带连铸生产。

ThyssenKrupp钢公司、Usinor公司和VAI（奥钢联）决定把他们的薄带连铸项目合并成一个联合的公司，于是Eurostrip（欧洲带钢）在1999年9月应运而生。

奥钢联则是这家公司的唯一的设备制造厂家。

Eurostrip网络和设施

具有献身精神和饱满激情的人力资源是最重要的资产，也是在这样一项大型工程中克服各种挑战的关键因素。

Eurostrip不仅得到克来非尔德（Krefeld）（德国）和特尔尼（Terni）（意大利）试验车间两套班子的支持，它还在连铸、机械工程、过程控制和自动化、冶金、物理、流体力学、冷、热成型各加工作业线等领域得到一个由国际专家学者组成的班子的帮助。

为了迅速解决操作中出现的各种问题，同时，为了使这种充满前景的工艺能满足不断增长要求的，在这些班子之间不断地进行着交流（图1）。

Eurostrip在德国Krefeld和意大利Terni运营着两个具备工业规模的试验车间。

Krefeld车间比较新，由Eurostrip出资兴建在克鲁伯－梯森不锈钢公司Krefeld厂（简称TKS-NR或TKN）。

该厂的简要发展过程如下：

1999年成立Eurostrip公司。

1999年12月10日浇第一炉钢。

1999年12月至2000年6月为设备调试和试验运行阶段。

进行了一系列的试验。

2001年上半年安装一台在线四辊轧机机架，6月开始试轧。

然后集中精力搞带钢在线加热安装和调试。

这些措施为浇铸扩大钢种范围和轧制产品品种打下了基础。

2002年底制定了开始商业性生产奥式体不锈钢种的计划，为了实现无头浇铸和无头轧制的完全工业性生产，计划为机组配置双卷取机系统。

该机组主要参数如下：

大包容量90吨

中间包容量18吨

浇铸辊直径　　　　　　　　　　　　1500mm

最大浇铸宽度　　　　　　　　　　　1430mm

设计浇铸宽度　　　　　　　　　　　1450mm

浇铸速度　　　　　　　　　　max.150m/min

平均40-90m/min

浇铸带钢厚度　　　　　　　1.8–4.5mm（预留今后　min.1.5mm）

轧制带钢厚度　　　　　　　1.3–3.5mm（预留今后　min.1.0mm）

在线加热　　　　　　　　　　　　　2–10MW

在线轧制　　　　　　　　　　　　　一个机架　5.5MW

卷取装置　　　　转鼓式卷取机（预留今后　地下双卷取机加转鼓式飞剪）

带卷重量　　　　　　　　　　　　　　90t（转鼓式卷取机）

年产量　　　　　　预工业性车间　10万吨/年

　　　　　　　　　工业型车间　　40万吨/年（安装第二台卷取机之后）

生产方式　　　　　预期双卷取机系统投入运行后，2003年可以实现3炉以上的多炉连浇

Krefeld薄带连铸机的主要特征见图2和图3。

意大利Terni的TKAST厂的主要精力集中在开发工艺技术的和增加浇铸钢种范围。

该车间经过近年来的扩大和加强，大包容量高达60吨，浇铸带宽为1130mm（最大1350mm）。

2000年装备了一个在线四辊热轧机架，热带变形率高达40％，因此在带钢尺寸和质量方面可以全面开发各种各样的产品。

在Krefeld投产之前，Terni主要致力于奥式体不锈钢的操作工艺开发，目前则集中精力优

化普碳钢和电工钢钢种的浇铸。

Terni薄带钢连铸机的主要特征见图4。

计划该机组增加一座在线热处理炉，以便能浇铸特殊的钢种，同时能全面开发薄带钢连铸工艺的冶金学潜力。

Terni薄带钢连铸机的主要特征见图4。

计划该机组增加一座在线热处理炉，以便能浇铸特殊的钢种，同时能全面开发薄带钢连铸工艺的冶金学潜力。

除了Krefeld和Terni这两个车间之外，在IRSID（Arcelor研究所）和（德国）亚深大学还有两个小型连铸机，用于进行特殊试验。

挑战

立式双辊薄带连铸机的基本原理已经众所周知。

将钢水浇铸到两个相对转动着的辊子上，辊子有内部水冷，辊子两端的封闭材料采用陶瓷板。

因此钢水最后凝固成薄带形状，按照要求在线热轧减薄之后直接卷取成卷。

仅需几秒钟的时间，钢水就转变成为可以销售的热带钢或者适于送往下道冷加工工序的带钢。

这种工艺过程表面看来非常简单，但是它背后却隐藏着许多异常棘手的问题，要想生产出符合商用价值得带钢，就必须采用先进的技术方案。

图5归纳了它在工艺和技术上面临的挑战：

●必须能在两个辊子之间均匀地分配钢水（它是钢水均匀凝固和工艺稳定性的必不可少的前提条件）；Eurostrip采用的是一种比较简单的浸入式水口。

●与常规连铸不同，由于没有坯壳与结晶器之间的相对运动，不需要使用保护渣，但是浇铸辊表面必须保持适当的粗糙程度，以便控制热流。

●结晶器钢液面以上充满惰性气体，它必须分布均匀一致。

●两侧的侧封板：

采用优质陶瓷材料作浇铸辊两端的侧封板，顶住旋转着的浇铸辊的两端。

侧封板一方面必须封闭住结晶器，不准钢液漏泄，另一方面，必须避免钢液凝固在侧封板上。

它必须具有耐热冲击、导热率低、耐磨损的特性，才能延长浇铸时间。

浇铸辊的形状直接影响薄带的最终板型和热轧操作，因此，必须能够预测浇铸辊的变形，而且这种变形必须保持稳定。

●在浇铸过程中应能控制和监视浇铸辊的压下力。

●还必须对浇铸辊的位置（辊缝）进行严密控制，以保证允许的薄带公差。

在线热轧

在线热轧在薄带连铸中起着极重要的作用，它有两个作用：

●

改善内部组织，例如抑制中心微观疏松。

●提高表面质量。

●Krefeld配置的是一个四辊机架，压下量大于30％，轧制力高达4000吨。

图6表示的是Krefeld在线轧制机架的出口侧。

该机组一个重要的组成部分是在线感应式带钢加热装置，电功率是10MW，它使轧机入口处的薄带温度上升到400℃。

在试运行9个月以后，在标准浇铸条件下，薄带的轧制长度/浇铸长度之比平均为大约90％。

图7表示AISI304钢种浇铸薄带的典型厚度剖面。

它与DIN标准的要求

相符，完全适于后续的加工。

由于中、低碳钢的轧制阻力低，Terni厂在较窄的宽度条件下也实现了较大的压下量。

纵、横方向上厚度剖面的尺寸公差都符合DIN标准和带钢用户的要求。

薄带的表面质量

由于不锈钢的外观要求极为严格，所以表面质量是一个关键因素。

生产无缺陷表面所面临是的挑战：

●必须避免微观裂纹。

●必须防止产生浮渣（氧化物），它在退火和酸洗后的带钢表面上看起来像污斑。

结合适当的钢化学措施，消除微观裂纹的因素主要有两个：

●通过控制实现均匀凝固：

使钢液沿着滚轮均匀的分配，

●控制带走的热量：

浇铸辊表面预处理。

图8示出自2000年10月以来出现的微观裂纹。

现在没有记录到这种裂纹。

在带钢表面上，即使很少出现、而且微小的氧化物杂质，都有害于产品尤其是不锈钢产品的质量。

要消除浮渣，关键在于：

●控制带钢浇铸之前的钢水氧化条件；

●防止带钢浇铸过程中渣皮的生成：

控制耐火材料（中间包内衬、水口和两侧围板）、中间包保护渣、中间包气氛，以及控制结晶器气氛；

●分离和收集熔融钢液中的浮渣；

●控制生成浮渣的成分。

对各种不同的浇铸条件都进行了试验，并且取得了显著的改进；尽管如此，对于需求最大的产品范围，还有待改进。

对于碳钢，目前带钢的表面质量可以满足最终用途的要求。

由于在整个工艺过程中采取恰当的措施，使各个敏感阶段惰性化（降低氧含量），带钢表面氧化铁皮急剧下降，从而避免了它（尤其是热轧时）的有害影响。

鉴于带钢连铸本身的工艺特点，浇铸的带钢比常规热轧带钢的表面粗糙（5比1.8微米）。

但是，它的粗糙度通过在线轧制被大大减小（约2微米）。

带钢性能

生产出表面质量和板型都合格的带钢之后，就需要考核并评估它满足用户需求的能力。

对Eurostrip材料进行了广泛的试验，针对一系列典型用途，按照采用或者不采用在线热轧两种情况，对薄带连铸后冷轧不锈钢材料的生命力进行了评估。

检验了表面特性、成型性能和焊接适应性。

为此，进行了几乎所有类别的质量检验，例如表面性状（topography）、抛光性、锈蚀性、周期氧化、端部耳子、极限深冲比、回弹、可焊性和激光/切割等。

总而言之，经过加工之后的Eurostrip材料可以与常规生产带钢2B级材料媲美。

极限深冲比和杯突高度（domeheight）见图9。

另外还测得0.2%屈服应力（330MPa,常规材料为240-350MPa）、UTS（670MPa，常规材料是590-690MPa）、A80（53％，常规材料是50％-60%）、点蚀潜力（600mV（SHE），常规材料地范围是400-550）以及表面光洁度Ra（1.2μm,常规材料是0.9-1.5μm）。

与标准产品相比，没有发现明显的差别。

图10是一个难深冲产品的举例。

连铸带钢的产品外观完全令人满意，只有精密测量才能看出略显粗糙。

图11是另一个深冲产品举例。

对于碳钢，即使在浇铸状态下，带钢的机械性能也接近标准要求（Rp0.2=310.9±32.4MPa,Rm=439±26MPa,A80=24±1.5%,n=0.16）。

对于在线轧制后的材料，其机械性能为ReH=310.2±13MPa,RpL=299.3±13MPa,Rm=411±22MPa,A80=29.3±1.3%,n=0.20,带钢厚度＝1.6-2.1mm。

这些性能已经符合欧洲标准EN10025对碳锰（＋Si）结构钢带钢品种Fe360/510St37/52的要求（Rm=360-510MPa,A80=19-21%）。

通过适当的温度控制和在线热轧，这些性能参数还可以进一步改善。

尤其是试验结果的分散范围以及延伸性能都相当程度高于当前的标准值。

用途和优点

图12示出连铸带钢产品目前的一些用途。

Eurostrip碳钢材料可以用于管材、型材和结构应用等大多数领域。

现有设备中，Eurostrip显示出的优点归纳如下：

●与常规工艺线相比，减少投资约77％；与薄板坯连铸连轧相比，减少投资约68％，

●单位投资低，比常规生产线低45％左右，比薄板坯连铸连轧低35％左右，

●所需空间低，包括基础设施在内仅是常规工艺设施占用空间的15％，是薄板坯连铸连轧车间的40％左右，

●即时生产：

生产一个热轧带卷只需要几分钟，因此，可以减少库存，改进用户服务，

●降低能耗：

比常规工艺耗量低大约1400MJ/t，比薄板坯连铸连轧大约低50％，

●降低大气污染：

与常规工艺流程相比，SO2、CO2和NOX的排放量降低70－90％。

克来菲尔德的Eurostrip的带钢连铸和在线热轧生产的钢材，可以在不中断生产周期的条件下直接冷轧加工。

结语

本公司内部以及外部用户对直接连铸带钢EUROSTRIP材料进行了广泛试验和评估。

总的说来，不锈钢带钢的机械性能和表面质量接近2B级质量，对于某些特殊洗涤应用材料，还需进一步改进。

目前，直接连铸材料还没有完全达到BA级质量，这方面的实验研究还需要继续开展。

特尔尼获得的碳钢成果以及这种材料在其他工业领域深加工应用结果非常鼓舞人心，显示低碳钢的可行性已经完全成熟。

因此，决定2003年在特尔尼增设在线热处理炉。

这样一来，不仅可以实现工业规模的碳钢和硅钢生产，还可以生产一些非常特殊的钢种。

EUROSTRIP自2003年初开始商业规模的带钢生产，并正在准备讨论技术转让问题。