陈燕才 张堂正(武钢研究院 湖北 武汉：430080)

薄板坯连铸连轧技术及其ESP工艺

陈燕才 张堂正
(武钢研究院 湖北 武汉：430080)

介绍了主要薄板坯连铸连轧工艺流程及其装备特点，分析了ESP新工艺的技术特性、工艺路线、设备参数，明确了ESP工艺在极薄带生产、“以热代冷”工艺上的显著优势。

薄板坯连铸连轧；ESP工艺；连铸连轧产线；无头轧制技术；CSP

薄板坯连铸连轧技术自上世纪八十年末代投入工业化生产以来，由于其流程大别于此前的连铸加热连轧工艺，在不到三十年的时间里，得到了飞速地应用。目前世界范围内薄板坯连铸连轧产线已近百条，产能接近2亿吨，形成了与传统连铸——热连轧工艺齐头并进的势头。

相比传统连铸——热连轧工艺，薄板坯连铸连轧技术将连铸、加(均)热和热连轧三大流程有机整合到一条产线内，优势十分明显：投资省，占地少，能耗低，成材率高，运行成本低，且通过无头轧制技术可生产传统热连轧工艺无法生产的薄材、极薄材，实现部分品种规格的“以热代冷”。

随着生产实践的积累和技术的不断成熟，薄板坯连铸连轧将会覆盖热连轧大部分产品规格，其紧凑型工艺流程符合当今世界对环保、清洁生产和节能的要求，必将成为未来钢铁冶金的发展趋势。

1 主要薄板坯连铸连轧工艺

设计薄板坯连铸连轧产线时，各家公司根据自身技术特点，产线所处实际情况，以及对该工艺的创新研究程度的不同，形成了如表1所示的各类生产工艺。随着时间的推移，一定还会有新的更先进、更完善、更符合当今钢铁生产特点的薄板坯连铸连轧工艺技术诞生。

中国自上世纪90年代末分别在珠钢、邯钢和包钢引进实施薄板坯连铸连轧技术以来，迄今已有近20条产线(见表2)，涵盖薄板坯连铸连轧的不同工艺，是世界上该技术应用最广的国家。

表1 主要薄板坯生产工艺技术

1.1 CSP工艺技术

CSP工艺也称紧凑式热带生产工艺。CSP生产工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→剪切机→辊底式隧道加热炉→粗轧机(或没有)→均热炉(或没有)→事故剪→高压水除鳞机→小立辊轧机(或没有)→精轧机→输出辊道和层流冷却→卷取机。

CSP工艺是迄今为止应用最广泛的薄板坯连铸连轧技术。典型CSP工艺和装备见图1。

1.2 ISP工艺技术

ISP工艺也称在线热带钢生产工艺。ISP生产线的工艺流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼→连铸机→大压下量初轧机→剪切机→感应加热炉→热卷箱→高压水除鳞机→精轧机→输出辊道和层流冷却→卷取机。

1.3 Conroll工艺技术

奥钢联在美国MANSFIELD的ARMCO利用原有的旧轧机改造成了一条CONROLL铸机的生产线，浇铸75-125mm的板坯，采用较低的拉速，降低了结晶器的磨损，减少了拉漏几率，在卷重相同的情况下缩短板坯定尺，输送辊道、加热炉长度较短，节省了投资，平板结晶器的加工、修复也相对容易，有色金属消耗降低。其工艺生产流程为：钢包加热炉→薄板坯连铸机→步进梁式加热炉→立辊轧机→可逆式粗轧机→6机架精轧机→地下卷取机。

表2 中国薄板坯生产线状况

图1 武钢CSP连铸连轧产线

图2 典型ISP连铸连轧产线

图3 奥钢联Conroll连铸连轧产线

1.4 FTSR工艺技术

FTSR称为灵活性薄板坯轧制，为保证产品的质量及内部组织的要求，相应提高了薄板坯的厚度，增加了轧机机架，提高压下率，确保产品质量，并采用三点除鳞、铁素体轧制和半无头轧制技术。FTSR工艺生产流程一般为：薄板坯连铸机→旋转式除鳞机→隧道式加热炉→二次除鳞机→立辊轧机→粗轧机→保温辊道→精轧机→层流冷却→地下卷取机。

图4 典型FTSR连铸连轧产线

1.5 QSP工艺技术

QSP技术是日本住友金属开发出的生产中厚板坯的技术，开发目的是在提高铸机生产能力的同时生产高质量的冷轧薄板。QSP工艺生产流程一般为：电炉或转炉炼钢→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→剪切机→辊底式隧道加热炉→立辊轧边机→粗轧机→高压水除鳞机→精轧机→卷取机。

图5 典型QSP连铸连轧产线

2 ESP无头轧制技术

ESP无头轧制工艺是新一代薄板坯连铸连轧技术，其主要优势在于稳定生产极薄带，实现部分品种的“以热代冷”。其主要设备包括：连铸机、大压下粗轧机、摆剪、转鼓剪、感应式加热炉、高压除鳞、精轧机、层流冷却、高速飞剪和地下卷取机。

图6 典型ESP连铸连轧产线

2.1 主要生产工艺

ESP工艺技术被称为钢铁工业的第三次技术革命，代表了当今世界热轧带钢技术的最高水平。该技术与传统的薄板坯铸轧相比，可轧制较厚的板坯厚度、更高的拉坯速度和产量、更薄的成品厚度。与传统热连轧比较，ESP工艺节能50%、节水70%、节约空间2/3、成材率高达98%以上，具有高附加值、低消耗、低排放的优势。

ESP工艺采用液芯式压下、高温粗轧及铸坯特殊的温度分布技术，通过电磁感应加热灵活调节带坯温度，实现全无头轧制，达到高效节能生产超薄宽带钢目的，其环保、节水、节能、省地效果显著，是对钢铁行业高能耗、高污染的传统印象的颠覆。

2.2 主要设备参数及装备特点

2.2.1 连铸机设备关键参数

ESP连铸主要设备技术包括蝶形钢包回转台，钢包底部安装电磁型下渣检测；使用电动伺服控制装置的中包；半龙门式中包车设计，液压升降、横移和调整；以天然气为燃料的进口中包预热站；带结晶器专家系统的AFM漏斗形智能结晶器；使用ABB电磁制动技术及设备；具备液芯大压下功能的弯曲段；扇形段动态辊逢控制；下装链式设计的引锭杆。其连铸关键设备参数如表3，轧线设备关键参数见表4。

表3 ESP连铸装备关键参数

表4 ESP轧线设备关键参数

ESP产线连铸板坯与传统薄板坯相比有较厚的铸坯厚度，因此可以获得更高的单机产量。铸机设计拉速达到7.0m/min，以确保高产量及进粗轧的反向温度场；大包回转台配有下渣检测，减少钢渣对中间包内钢水的污染，从而提高钢水纯净度；结晶器配有智能专家系统，拥有动态调宽及漏钢预报功能，进一步提高了铸机作业率及生产安全性；同时，结晶器还配有电磁制动，在提高钢水纯净度的同时适当提高拉速；铸机弯曲段配有液芯压下功能，可以优化结晶器流场，提高铸坯内部质量；扇形段配有轻压下功能，减轻中心疏松和中心偏析，进一步提高铸坯内部质量；二次冷却具有动态配水功能，实时监测在线铸坯的热履历，精确控制铸坯温度，满足后续轧机对铸坯温度的要求。

2.2.2 大压下量粗轧机

粗轧机选用三机架四辊不可逆式轧机，轧机速度在R3出口为0.3-0.6m/s，带坯在粗轧出口时厚度为10-20mm；带钢芯部相比于采用传统轧制工艺更加致密，获得了更好的材料性能；大压下轧机区域采用反向温度分布模式，由于铸坯芯部温度高且较软，在轧制过程中节省了大量能量；反向温度分布，中心温度相对较高，可以获得更好的凸度和楔形调节。

2.2.3 摆式剪和推废辊道

粗轧机后的摆式剪用以处理粗轧及精轧事故，剪切厚度为10-110mm，最大剪切速度为0.6m/s；其主要功能包括：引锭杆及头坯尾坯切除(无头轧制时为头尾产生的楔形坯)；半无头模式下连铸坯的切分；精轧换辊或精轧及后续机架故障时，用于中板和板坯的切分。

摆式剪设备下游为推废辊道，辊道主要功能一是为引锭杆安装及下线；二是设计为快速下线特点，生产灵活，为下游工序提供有效缓冲。

2.2.4 感应加热炉

带钢送入精轧机组前进入12组感应加热炉，每组功率为3MW，带坯温度最大提升量为300℃。感应加热炉的主要功能就是精确控制带坯进入精轧入口温度，为薄规格的轧制提供工艺基础；其次，感应加热炉可根据终轧温度进行适当的温度闭环控制，满足终轧温度的需求；感应加热炉全程长度只有10m，带坯在传输过程中氧化铁皮生成量少，从而减少金属损失；并且，感应炉在空载和维护期没有能量消耗 ，提高能源利用效率，降低生产能耗。

2.2.5 带夹送辊的除鳞箱

除鳞机除鳞压力为40MPa，特点是低流量、高压力，可减少中间坯温降；其功能为清除带钢表面氧化铁皮，设计时除鳞箱前后带有夹送辊，封水，减少中间坯表面积水，同时防止水汽进入感应加热炉。

2.2.6 精轧机

精轧机系统采用5机架四辊不可逆式轧机，最大轧制力为35000kN，各机架主电机功率约为8000kW。轧机采用长行程液压AGC，以适合快速响应，便于动态换规格实现。工作辊装有正弯辊系统、带负荷动态窜辊系统以及动态冷却系统，配备低惯量快速响应活套以及轧制润滑功能。

2.2.7 层流冷却

轧机后层流冷却系统采用带高位水箱的冷却装置，流量阀精确控制集管流量；整套系统采用不同的冷却策略：前段冷却、后段冷却、双相钢冷却策略，可精确控制带钢的冷却速度；配备力学性能预测模型，可有效控制带钢的力学性能；正常流量为10980m3/h。

2.2.8 高速飞剪

高速飞剪的功能是在无头生产模式下，对厚度0.8-4.0mm带钢进行分卷剪切，最大剪切力为3000kN，剪切力矩325Nm，最大剪切速度17m/s。高速飞剪前后配备夹送辊，保证剪切过程中带钢的稳定，同时在剪切和卷取建张前与精轧和卷取夹送辊建张，保证带钢张力的稳定。

2.2.9 地下卷取机

地下卷取机系统采用全液压4助卷辊式卷取机，卷取带钢厚度范围为0.8-12.0mm，最大卷取速度为17.5m/s，钢卷最大外径1980mm，卷取带钢温度在185-800℃之间，最大卷重33t。卷取时将带钢头部引入卷取机，建张卷取；夹送辊下辊采用移动式设计，在卷取时作为活门使用，闲置时作为过渡辊道使用；卷取机采用四助卷辊系统，有压力控制和踏步控制功能，为便于头部稳定穿带，在过渡辊道上配备压带风机，防止带钢头部漂浮。

2.3 ESP生产模式

从前述工艺流程和装备配置可以看出，ESP技术因其无头轧制功能而具有其独特优势，ESP技术是取得了更快和更高适应性并且获得更高质量的生产工艺，较传统连铸和连轧技术具有流程短、投资少、节能降耗、生产操作成本低、品种广泛、质量高等优点，见图7。

图7 ESP、CSP与传统工艺能耗对比

在无头生产模式下(见图8)，连铸坯直接进入大压下量轧机，轧至8-20mm中间坯，经感应加热炉加热至1100-1200℃后进入5架精轧机轧制，层流冷却后进行卷取。整个过程中，连铸机到卷取机有带钢直接相连，通过卷取机前高速飞剪进行分卷。生产过程中没有频繁穿带和抛钢过程，主要产品为0.8-4.0mm带钢。整个轧程中，首先采用单块(半无头)生产模式由厚规格向薄规格进行过渡轧制，跨度比例<20%；之后再对4.0mm以下厚度规格生产时，逐步实现无头轧制，最薄可轧制0.8mm规格带钢；再由薄规格向厚规格逐步过渡，厚度跨度比例<30%。全轧程约150km，总计约80卷带钢，极薄材产量约60%。

图8 ESP无头轧制模式

半无头或单块模式生产与其他薄板坯连铸连轧工艺类似，连铸坯经大压下量轧机后，通过摆剪或转鼓剪进行分切，经精轧、层冷、卷取成卷。整个过程中，有75%的时间连铸和卷取直接相连，每卷带钢需要穿带和抛钢，主要产品为4.0-6.0mm带钢。

3 小结

ESP无头轧制薄带产品特点是超薄规格带钢比重大、带宽大、效率高；在对设备运行要求度高的同时，带来的是超薄规格带钢板型和平直度良好、带钢力学性能良好、晶粒尺寸均匀、内部质量良好等高产品性能；同时由于ESP节能、节水、省地，每吨成本较传统工艺降低400元左右，产品附加值高。因此：

(1)ESP连铸连轧工艺因其优点将会占据热连轧主导地位；

(2)ESP稳定轧制极薄带，还必须对工艺、装备进行深入研究改进和完善；

(3)ESP工艺随着无头轧制技术和装备的不断完善，在薄材生产和“以热代冷”上，对比传统热连轧和其他薄板坯连铸连轧工艺，有着其无可比拟的优越性。

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(责任编辑：李文英)

Thin Slab Casting-Rolling and ESP Technology

Chen Yancai Zhang Tangzheng

(Research and Development center of WISCO, Wuhan 430080,Hubei)

Introducing process and equipment of the main thin slab casting-rolling, the paper analyzes the technical characteristics, process route and equipment parameters of the ESP process. The advantages of the ESP process in very thin slab production and "replacing cold with heat" technology are also discussed.

thin slab casting-rolling (TSCR); ESP technology; continuous casting and rollong production line; CSP

2017-03-01

2017-03-05

陈燕才(1965～)，男，硕士，教授级高级工程师.E-mail：chenyancai@hotmail.com

TG162.8

A

1671-3524(2017)01-0001-05