宽厚板坯连铸技术和宽厚板生产

宽厚板坯连铸技术和宽厚板生产

北京首钢机电有限公司 钱振伦

摘 要： 文章叙述了我国近几年宽厚板坯连铸技术和宽厚板轧制生产的最新发展，重点评析了我国新建的宽厚板坯连铸机和宽厚板轧机所具有的当代世界的最新技术，介绍它们的设备特点、工艺过程和控制方案。提出了关于宽厚板坯连铸装备和工艺技术自主研发和生产高等级宽厚板的几点思考。 关键字： 宽厚板；板坯连铸；轧机；

一. 宽厚板钢材生产技术的新发展

在整个“十一.五”期间，我国建设了十四套宽度在4100mm以上的宽厚板机，增加产能2400多万t。满足大型海洋工程和造船业, 大型桥梁, 大口径石油、天燃气输送管线, 大型压力容器和儲罐,重型建筑结构(特别是高层、防火、耐侯、大跨度和非对称的空间结构用途),大型水利电力，核能和机械工程的技术进步和旺盛需求,极大地拉动了高等级宽厚板生产的发展。

高强度宽厚板不仅要求具有高的强度等级， 要求高的纯净度, 高的韧性和抗疲劳特性;良好的厚度公差、板形、表面质量和性能的均匀性， 还要求具有良好的焊接和加工性能及其它特殊性能. 高强度宽厚板是典型的高技术含量和高附加值产品,它的自主供应和满足极端需求的能力,是国家工业发展战略和安全的综合能力的体现。

宽厚板轧机生产的产品的厚度在5-150(200)mm, 宽度在3800-4800(5300)mm.我国新建的这十余套宽厚板轧机，大多由SMS-Siemag和SIEMENS-VAI承担技术总负责，具有当代最先进的机电液一体化配置，有效的板形和厚度公差控制，最优化的工艺和自动化技术；特别是SIEMENS-VAI的Mulpic多重目标分级冷却技术，

SMS-Siemag的加速冷却和直接淬火技术，不仅解决快速冷却，获得精确的微观结构；它们与适当的工艺模型和控制系统配置成为精确的冶金工具，是现今宽厚板轧机升级投资最积极的领域。

高强度宽厚板钢材的屈服强度在345MPa以上, 用于重大钢结构的则有Q390、Q420和Q460,例如2008年奥运会主体工程—国家体育场(鸟巢结构)大量使用了我国舞阳钢厂生产的厚度为110mm的Q460E-Z35钢板; 为了提高安全性和整体性能, 减轻自重,减少焊接量,造船和海洋平台则多用D36和E36以上的宽幅厚板;￠1220mm以上的大口径石油和天燃气输送管线多用X70级或以上,甚至X100和X120等级的抗硫化氢腐蚀的宽厚板; 这些用途的宽厚板往往还单独或综合要求具有良好的低温冲击性能, 抗焊接热影响和裂纹敏感特性, 或者试件断面收缩率达到25%或35%以上的抗层状撕裂的性能. 表1 2010年末前我国新建投产的宽厚板轧机

企业名称 宝钢 轧机宽度 mm 5000 设 计 产 能 万t/Y 180 180 180 180 140 160 200 180 120/（160） 200 180 130 180 200 165 技 术 来 原 SMS-Siemag SMS-Siemag SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI SMS-Siemag SMS-Siemag SMS-Siemag SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI SMS-Siemag SIEMENS-VAI 中冶赛迪/二重 SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI DANIELI 投产年月 2004．12 2006．10 2007 2007．2 2007．10 2008．2 2008．8 2009．1 2009．4 2009．9 2009．9 2009．9 2010．4 2010．9 2010 首钢秦板 4300 沙钢1# 5000 舞阳2# 4100 包钢 4100 宝钢罗泾 4200 鞍钢鲅鱼圈 5500 莱钢 4300 武钢鄂城 4300 营口五矿 4800 沙钢2# 5000 重钢 4100 济钢 4300 湘钢 5000 兴澄特钢 4300 低合金、高强度的宽厚板的生产和技术进步是国际钢铁业发展热点.近几年在我国周边建成或正在建设的5m和5.5m的宽厚板轧机有：俄罗斯的MMK和OMK集团，韩国的浦项、现代制钢、东国制钢集团公司，印度的Essar、Jindal钢铁公司和泰国的Canadoil钢铁公司。另外我国宝钢集团宁波钢厂，河北文丰钢厂正筹建4.3m宽厚板轧机。

二．高纯洁，无缺陷板坯是生产高品质宽厚板的前提

高品质宽厚板生产是基于炼钢—连铸—轧机—精整（热处理）全流程的高效，准确的工艺衔接和管理技术。除了舞阳钢厂全部和宝钢部分采用电炉炼钢，部分采用模铸之外，我国其它宽厚板生产企业均采用长流程的生产工艺。

长流程工艺生产宽厚连铸板坯由铁水预处理—转炉炼钢—炉外精炼—连续铸钢四部分组成。板坯的质量是指合格钢板所能接受的缺陷程度，是对铸坯的纯净度，表面缺陷和内部缺陷的评价。铸坯的纯净度，夹杂物颗粒的大小、数量和分布，取决于钢水进入结晶器前的冶炼处理过程和浇铸过程的工艺控制；铸坯的表面缺陷，裂纹、夹渣和气孔，主要取决于钢水在结晶器内凝固和坯壳形成的过程，与结晶器液面控制和流场设计，结晶器振动及保护渣等因素有关；铸坯的内部缺陷，疏松、缩孔和内部裂纹，主要取决于铸坯在导向区内的二次冷却和支撑，防止铸坯鼓肚和实施凝固过程的压下。

宽厚板坯连铸是高品质宽厚板生产流程里至关重要的前提, 新建设的当代最先进的板坯连铸机的技术进步主要体现在工艺装备的日益优化，机电液和工艺介质的一体化装备技术更加成熟，无缺陷铸坯

的生产技术先进实用，自动化系统和工艺控制水平不断更新和完善，满足生产实际需要的智能操作软件的开发和应用效果显著。

新设计的板坯连铸结晶器都采用了紧凑式设计，刚性好，可实现快速更换，水系统自动对接；在功能上充分完善均匀的坯壳的形成，保证铸坯良好的内在和表面质量；把结晶器液面动态控制在最佳的状态，自动浇铸，确保连铸机高效运行；有效地防止坯壳粘结或漏钢的发生；液压振动可在浇铸过程中动态控制振幅，振频，波形和它们的偏斜率，有良好的导向精度，调节非正弦因数，可优化负滑脱时间使铸坯振痕变浅，防止表面裂纹产生，保证铸坯的表面质量。

为了有效地消除板坯的中心疏松和凝固过程铸坯中心产生的裂纹，引进技术建设的板坯连铸机都采用了动态收缩辊缝——铸坯凝固末端的软压下技术，在拉坯过程中根据铸坯液相穴的位置的变化，动态地调整辊缝和辊列的锥度，使凝固末端铸坯经过机械压缩获得2%左右的软压下。铸坯在二次冷却区进行均匀的强制冷却，使之得到最佳的冷却速率，保证铸坯的质量；动态控制的冷却系统，由计算机计算的温度分布的热跟踪模型，确定冷却的强度和分布，配置冷却的策略。

具有动态软压下功能的板坯连铸机都采用液压夹紧扇形段，远程调整辊缝和具有足够精度和刚度的设备条件，成熟和可靠的工艺软件包的支持。液压远程调整辊缝的铸坯导向系统极大地支持了连铸生产和操作的灵活性。

连铸坯质量在线实时评价系统和自动化集成体系，使得连铸坯的

质量管理从传统的废品率控制转变为以控制工艺参数为主的无缺陷铸坯生产；实现优化工艺过程，优化操作，最大限度提高无缺陷铸坯的比率，同时能把不合格和有缺陷的铸坯识别出来，不进入轧制；系统具备浇铸策略和过程计算功能。近几年来，连铸坯质量在线判定评价系统越来越成熟。

连铸技术的国际主要承包公司都能提供各具特色的包括生产控制级（L3）在内的计算机自动化集成系统。SMS-Siemag公司的“X-契约”（X-Pact）自动化控制系统涵盖了炼钢―连铸—轧钢生产全过程，实现交钥匙工厂的任务，为用户“量身定做”；同时具备为用户人员操作和维护培训提供条件，符合该公司的“Plug & Work”，即插即用的理念。SIEMENS-VAI公司开发了适用于新建或改造连铸工厂的，集成了前述相关技术软件包的控制和解决方案，这个模块化设计的系统可使用户实现该公司Connect & Cast,“即连即铸”的设计思想。 表2 我国宽厚板轧机配套的主要连铸机的参数

用户/配套轧机 宝钢/5ｍ 宝钢/4.2ｍ 首钢/4.3ｍ 沙钢1#/5ｍ 舞阳/4.1ｍ 包钢/4.1ｍ 莱钢/4.3ｍ 鞍钢/5.5ｍ 鄂钢/4.3m 沙钢2#/5ｍ 湘钢/5ｍ 连 铸 坯 规 格 （ｍｍ） 200/250/300×1300-2300 200/250×1500-2300 200/250/320×1500-2400 300/350/400×1500-2400 220/320×1800-2700 200/250/300×1300-2500 200/250/300×1200-2300 200/250/300×1500-2500 200/250/300×1500-2300 200/250/300×1500-2300 220/250/320×1500-2300 260/300×1200-2300 1×2 1×1 1×1 1×1 1×1 1×1 1×1 1×1 1×1 1×1 1×1 1×1 机×流 基本弧半冶金长度 设计产能 （ｔ/年） 230 150 142.7 110 150 130 152.2 150 202.4 200 200 120 2005 2007．11 2006.3 2010.6 2005 2006.11 2007.7 2007 2008 2009.7 2009．11 2009 JSP DANIELI SMS-Siemag SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI 西重所 DANIELI SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI SIEMENS-VAI 投产年份 技术来源 径 R（ｍ） （ｍ） 10 9.5 10.5 11 10.75 10.5 9.5 10 10 10 10 10 31.17 35.0549 31.148 45 26.13 35.98 39.355 36 36 36.8 36 36．5