薄带连铸技术.doc

薄带连铸技术1. 前言薄带连铸技术是冶金及材料研究领域内的一项前沿技术，它的出现正为钢铁工业带来一 场革命，它改变了传统治金工业中薄型钢材的生产过程传统的薄型钢材一般采用板坯连铸 法，在生产中需要经过多道次热轧和反复冷轧等工序能耗大，工序复杂，生产周期长，劳 动强度大，产品成本高，转产困难等缺点厚板坯(200~300mm)连铸连轧工艺线长度一 般在500-800m之间，薄板坯(50〜60mm)为300〜400m,而采用薄带连铸技术，将连续铸造、 轧制、甚至热处理等整合为一•体，使生产的薄带坯稍经冷轧就一次性形成工业成品，简化了 生产工序，缩短了生产周期，其工艺线长度仅60m,设备投资也相应减少，产品成本显著降 低，并且薄带质量不亚于传统工艺此外，利用薄带连铸技术的快速凝固效应，还可以生产 出难以轧制的材料以及具有特殊性能的新材料但从目前的研究情况看,主要集中在不锈钢、 低碳钢和硅钢片方面薄带连铸技术工艺方案因结晶器的不同分为带式、辐式、辐带式等，其中研究得最多、 进展最快、最有发展前途的当属双轻薄带连铸技术该技术在生产0.7—2mm厚的薄钢带方 面具有独特的优越性，其工艺原理是将金属液注入一对反向旋转且内部通水冷却的铸辐之 间.使金属液在两辐间凝固形成薄带。

双辐铸机依两辐辐径的不同分为同径双辐铸机和异径 双辐铸机.两馄的布置方式有水平式、垂直式和倾斜式三种，其中尤以同径双辐铸机发展最 快、已接近工业规模生产的水平1857年，英国的Bessemer⑴首次尝试采用双辐技术直接铸造钢带，并获得了该项技术 的第一项专利在最初的10多年里，由于制造技术和控制技术等相关技术的落后.过程控 制较为困难，产品质量无法保证，使得这项技术基本上处干停滞状态到了 1989年，澳大 利亚 BHP(Broken Hill Proprietary Company)公司和日本的 IHI(Ishikawajima-Harima Heavy Industries)公司决定联合开发钢的双辐薄带连铸技术在澳大利亚建立了一个用于研究此顼 技术的研究厂，命名为MIE程⑵直至1999年，M工程才完成了它的使命通过研究和开 发，在薄带连铸技术方面获得了 1500多项专利⑶为了管理和继续研发有关技术，山美国 Nucor公司，BHP和IHI合资组建了一个铸带(Castrip™)有限责任公司(LLC)首家利 用薄带连铸技术进行商业性生产的公司是美国Nucor公司，命名为C工程该项工程于2001 年2月27日在美国北部印第安纳州破土动工，预计2002年第一•季度投产。

现就薄带连铸技 术的研究情况、专利技术和商业性生产方面进行概述2. 薄带连铸技术的研究一M工程2.1概要 从钢水直接生产钢带，钢铁工业的专家们已经梦想了近150年从1989年起，BHP和IHI 在澳大利亚Kembla港建了一个大规模研究厂，一直合作研究薄带连铸技术到了 1998年, 生产出了具有商业价值，规格为2mmX 1345mm的低碳钢带卷该薄带可通过酸洗、冷轧、 金属涂层、喷涂等工艺处理后用于建筑工程，也可以作为生产钢管的原材料从1999年起, 里点集中研究厚度小于l.4mm的较薄规格钢材2.2工艺图1为澳大利亚Kembla港研究厂的纵面布置图，该图反映了薄带连铸生产的工艺过程, 图中1—10分别表示大包PI转台、大包、等离子控温仪、中间包、双铸辐、车L机、夹送辐、 拉辐、剪刀机和卷取机研究厂薄带连铸的工艺过程为：60吨电弧炉在3小时内炼出钢水, 出钢后用行车把运送小车上的钢包掉上大包P1转台在浇铸期间，钢水源源不断地从大包到 中间包，在中间包，用等离子控温仪可以控制温度，也可以使钢水得到缓冲和均匀通过缓 冲和均匀后，钢水沿水口流向铸辗，铸辐对钢水具有凝固作用，表层凝固后的钢带进入山惰 性气体保护的缓冲池，该池保证钢带继续凝固，同时具有控制温度的功能，以便在随后的 50%压下量的轧机上有个合适的入口温度。

轧制后钢带冷却，经剪刀机定尺剪断后，用两个 卷取机中的一个将钢带卷取整个工艺路线长56米表1为M工程的技术参数图1澳大利亚Kembla港研究厂的纵面布置图表1 M工程的技术参数双辐铸机的铸辐直径为500mm铸速80m/min,最大 150m/min带厚0.9-2.0mm带宽1.0-2.0m （当前宽度 1.345m）卷重25吨（2台40吨卷取机）钢种含碳0.06%,用Si脱氧的低碳钢60吨大包，10吨中间包具有控制钢水温度的等离子控温仪热轧 一铸机生产能力 30到50万吨/年2.3产品质量2.3.1表面质量薄带的表面质量是通过一系列的检测和控制技术来保障，整个薄带连铸安装了检测 设备，对每一卷的头尾取出10m进行视检、酸洗和着色试验以便暴露宏观和微观缺陷2.3.2内部质量钢带的内部质量关系到轧制变形的顺畅和最终产品的性能，图2是通过X射线反映的 薄带内部空洞情况内部空洞的存在主要与不均匀凝固有关要控制好钢的化学成分和凝 固条件无内部空洞是较理想的钢带组织403530tt-H二AOUCDnb ①4Inclusion size |」m图2薄带内部空洞通过对铸带的扫描电镜分析，图3反映了钢带内部夹柴物的大小和分布情况。

横坐标图3钢带内部夹杂物大小和分布为夹杂物大小，纵坐标为不同大小夹杂物出现的频数从图可知，3.5 urn大小的夹杂物所 占比例最大大多数分布在2.5-8.5U m之间2.4组织与性能图3钢带内部夹杂物大小和分布图4为冷却速度对组织性能的影响图中横坐标为冷却速度，纵坐标为抗拉强度从左 到右冷速越来越大，组织分别为多边形铁素体(Polygonal Ferrite)、多边形+针状铁素体 (Polygonal+AcicularFerrite)> 贝氏体(Bainite)和马氏体(Martensite)o 伴随组织的变化, 其强度越来越高Qda急版』IS 应一 SU9-图4:控制冷却速度改变组织性能一) 153JIA153520 2& 30Elongation ㈤40图5冷却速度对铸带产品机械性能的影响组织不同，其性能不同多边形供素体的抗拉强度为35OMPa,马氏体为900MPa,其 它组织的性能位于二者之间不同的组织是在不同的冷却速度下得到的，带卷温度较高时将 得到多边形铁素体，带卷温度为中温时得到多边形+针状铁素体，在冷床上弱冷得到贝氏体, 强冷则得到马氏体图5表示了冷却速度对铸带产品机械性能的影响。

横坐标表示延伸率，纵坐标为屈服强 度从图中的左上角到右下角冷却速度山快到慢，屈服强度逐渐降低，延伸率逐渐增加2.5成本ouuotzs 菖?Hoi RolledCMlp TecimoiogyThinner ―►图6冷轧、热轧与铸带的生产成本薄带连铸技术在薄规格带材方面相对于目前的热轧和冷轧产品有着独一无二的成本优 势图 6 回反映了冷轧（Cold Rolled ）x 热轧（Hot Rolled）和铸带技术（Castrip Technology） 的带材厚度（横坐标）和生产成本（纵坐标）的关系带材越薄，生产成本都会增加，但热 轧增加显著，冷轧次之，而铸带技术增加很少如果用铸带产品替代冷轧产品，其成本每吨 可降低60-70美元表2是项目投资和生产成本,熔炼车间投资6000万美元，单位投资每年每吨150美元 薄带连铸机投资8000万美元，单位投资每年每吨200美元总投资1.4亿美元，总单位投 资每年每吨350美元从钢水转化为带卷每吨生产费用为40美元表2项目投资和生产成本投资费用单位投资1投资（百万美元）（美元/年.吨）熔炼车间60150薄带连铸机80200总计1403502生产费用40美元/吨从钢水转化为带卷的生产费用3・关于薄带连铸技术的知识产权知识产权专山铸带有限责任公司(CastripLLC)负责管理，该公司山Nucor公司、澳大利亚 的BHP和日本的IHI合资新建，主要从事薄带连铸技术的研发与管理。

至点在于碳钢和不 锈钢的双辐薄带连铸其拥有专利达1500多项图7反映了各领域所拥有的专利情况图7薄带连铸技术各领域所拥有的专利蛋糕图蛋糕图中铸车昆侧封(Edge Containment)占15%,控制气氛(Atmosphere Control)占 10%,薄带的轧制、冷却及处理(Strip Rolling, Cooling, Processing)占10%,商务管理(Business Methods and General)占 9%,钢水递送(Metal Delivery)占 20%,缓冲池控制 (Pool Control)占 12%,根子设计(Roll Design)占 24%4.薄带连铸技术的商业应用・C工程反向旋转 铸辐液态金属图8薄带连铸机双铸辐工作情况C工程是美国Nucor公司，运用M工程的研究成果，上马的世界上首家山Castrip LLC 知识产权允许的商业性薄带连铸生产厂该厂位于印第安纳州的Nucor公司所在地 Crawfordsville,故名 C 工程图8示意地表示了薄带连铸机双铸辐的工作情况两铸辗反向旋转，铸辐两侧有耐火材料 制作的侧封装置，防止钢液外流，钢水通过铸辐即刻凝固为固体薄带。

平均冷却速度达 1700C/s，整个凝固时间仅0.15秒(带厚1.6mm,铸速80m/min)表3⑸是C工程主厂房技术规格图9是C工程厂房布局示意图，反映了薄带连铸的 工艺流程情况其工艺路线为：钢水一大包(Ladle) —中间包(Tundish) —过渡段(Transition Piece) 一水 口 (Delivery Nozzle) ( Casting Rolls) 一控制气氛(Controlled Atmosphere) f 夹送根(Pinch Rolls) 一热轧机架(Hot Rolling Stand) 昆(Pinch Rolls)—剪切(Shear) 一卷取(DownCoilers)图中第二架轧机为可选项卷取机有两台，交替工作从中间包 到卷取机的距离仅60m,相当于板坯铸机的十分之一长表3 C工程主厂房技术规格袖规格(公制单位)大包110吨铸机直径为500mm双铸辐铸速80m/min （典型），150ni/niin （最大）产品厚度0.7-2. Omni产品宽度最大2000mm卷重25吨轧机单架4辗轧机工作辐尺寸475 X 2050mm支撑辐尺寸1550 X 2050mm轧制力最大30MN主电机3500 kW5结束语双辗薄带连铸技术己受到世界各国的普通重视，它的开发成功必将改变冶金工业 的面貌，从而带来巨大的经济效益和社会效益.虽然目前还存在诸多的问题，如 薄带表面质量、薄带厚度的均匀性、铸速的稳定性、薄带的宽度、侧封材料、铸 馄材质和冷却、钢水保护及各项控制系统等。

但可以相信，在各国科研工作者的 共同努力下，随着这些问题逐步的解决，该项技术的工业化应用将指日可待从 以上M工程研究成果看，国外对于双馄薄带连铸技术的研究已取得了重大进展, 今后将重点集中在铸机及工艺适应性研究、薄带的组织与性能研究、数学模型的 建立和应用研究上而我国的研究和开发与他们相比，还存在较大差距，因此我 们应该借鉴国。