【综述】2017年全国薄板坯连铸连轧生产技术最新进展、问题及发展趋势
薄板坯连铸连轧技术以其流程紧凑、高效、节能及具有生产薄规格、高强度等高附加值产品上的优势，自20世纪80年代以来得到快速发展。目前，全球已建成薄板坯连铸连轧67条102流，年产能达1.1亿吨，我国已成为全球拥有薄板坯连铸连轧生产线最多、产能最大的国家。薄板坯连铸连轧生产线在工艺技术和产品品种、质量控制等方面有了长足的进步，多项技术已经达到国际领先水平。
为了促进薄板坯连铸连轧技术的创新发展，中国金属学会与中国工程院产业工程科技委员会薄板坯连铸连轧技术交流与开发协会联合主办、本钢集团协办的“全国薄板坯连铸连轧生产技术研讨会”于2017年10月17－19日在辽宁本溪召开。
会议的主题是：“优化生产工艺与产品结构，提升产品竞争力。”中国工程院王国栋院士、毛新平院士，中国金属学会专家委员会主任王天义、副主任李文秀，中国金属学会副秘书长高怀，本溪钢铁集团公司副总经理许家彦及相关专家、学者近150名代表出席本次研讨会。
本次会议重点交流了我国薄板坯连铸连轧技术及薄带铸轧技术发展的新进展，分析了发展中存在的问题，探讨了薄板坯连铸连轧技术及薄带铸轧技术发展趋势与方向，反映了我国薄板坯连铸连轧技术及薄带铸轧技术创新发展的最新动态与趋势。
1、关于薄板坯连铸连轧生产品种质量的新进展
宝武钢铁集团的毛新平院士在《绿色低成本汽车用钢》的报告中，简要回顾了国际薄板坯连铸连轧技术发展的历程和我国薄板坯连铸连轧产品的发展阶段，分析了薄板坯连铸连轧技术的工艺特点和产品定位，指出薄板坯连铸连轧短流程具有快速凝固、道次压下大、铸坯温度均匀等工艺特点，因此发挥这种工艺特点生产特殊钢、硅钢、以热代冷薄规格和高强钢板带材。
针对汽车材料高强、低成本、绿色生态的发展趋势，毛新平院士强调与传统热连轧+冷连轧相比，薄板坯连铸连轧短流程生产汽车用高强钢吨钢综合能耗降低71.5%，LCA评价短流程环境影响指数降低55.2%，具有明显的绿色节能、环保生态优势，并结合宝钢股份武钢基地的创新实践，重点分析了汽车用低合金高强钢（HSLA）双相钢（DP）和热成型钢（HF）的开发与应用情况，结果显示：薄板坯连铸连轧短流程生产的热轧QStE340TM、QStE420TM、DP600、DP780、HF1500等产品的强度、屈强比、延伸率和成型性均达到同类型冷轧产品的水平，并介绍了QStE340TM、QStE420TM、DP600、DP780、HF1500等产品在北汽、广汽等不同车型的应用情况。
最后，毛新平院士认为薄板坯连铸连轧短流程为汽车材料的高强绿色化创造了条件，薄规格热轧钢板在汽车工业广泛应用的条件已经成熟。
安赛乐米塔尔专家、华菱涟源钢铁的副总经理蔡焕堂博士在《美国薄板坯连铸的发展与现况》的报告中，简要分析了世界钢铁生产的趋势和美国钢铁工业的演变，回顾了1989年全世界第一台SMS薄板坯连铸机在美国投产以来，美国薄板坯连铸连轧短流程钢厂发展情况。
目前，美国5家公司有薄板坯连铸机总共16流，年产能为2020万吨。最新的一台于2016年底在美国大河钢铁投产。美国大河钢铁（Big River Steel）的CSP于2016年12月调试生产，2017年3月1日正式投产，在岗员工500人，年产能160万吨。其SMS的Flex Mill专注质量、产能及环境。工艺路线：电弧炉(150-mt)-LF/RH-CSP–隧道式加热炉-热轧(6机架)-卷取-酸洗连轧-镀锌线/罩式退火-精整。二期投入6亿美元在GO和NGO全工艺精整机上，另投入6亿，将熔炼车间的产能翻一番，达到320万吨。目标是生产汽车用AHSS钢种（HSLA、DP）、管线钢（X-70、X-80）及GO和NGO电工钢。蔡焕堂博士结合安米Riverdale厂的BOF-LF-CSP工艺流程，介绍了该厂在CSP工艺中洁净钢度控制、非金属夹杂物控制、纵向裂纹、横向裂纹的技术措施，分析美国薄板坯连铸连轧短流程钢厂在市场和客户需求驱动下也在积极发展汽车用钢用双相（DP）钢、相变诱发塑性（TRIP）钢、HSLA及热处理钢种和X65、X70管线钢等高附加值产品。
武钢有限条材总厂李具中厂长在《武钢CSP提升产线竞争力实践》的报告中，深入分析了武钢在无取向硅钢、高强度结构钢、双相钢、热成型钢等特色产品开发、产品质量提升、产线成本减降方面的创新实践，特别是对在特色产品开发于产品质量控制的策略、技术思路进行了深入、精彩的分析，使与会者深感受益。例如由于CSP铸机冷速快，柱状晶发达板坯薄，CSP热轧压缩比只有常规的1/3，再结晶储能不足等问题，导致50W600瓦楞缺陷问题，在分析了硅钢瓦楞缺陷成因及形貌特征的基础上，采取了：①控制钢种[Ti]含量≤25ppm，[Zr]含量≤25ppm，[S]含量≤50ppm，降低其对形变晶粒的再结晶和晶粒长大阻碍作用；②采用低过热度浇铸，过热度≤30℃，尽可能提高等轴晶比例，避免穿晶结构；③独特的成分和工艺设计，使Ar3点以上变形程度≥65%，在γ相区形成尽可能多的再结晶晶粒，消除粗大形变晶粒。因而，取得了较好效果：宝武青山基地中低牌号无取向硅钢原料全部由CSP产线提供，50W600比例达到50%以上，瓦楞缺陷率≤0.2%；板坯温度均匀，头尾温差≤10℃，晶粒均匀性好。铁损较常规产线低0.1～0.2W/kg，磁感普遍高100～200高斯。毛边轧制比例≥98%，成品成材率较常规高3.81%。表面稍差，改判率高0.5%。
产品质量提升方面，李具中厂长介绍了武钢在强化设备精度管理、硅钢原料板廓质量提升、钢卷夹杂缺陷攻关、带钢破边、边裂攻关、氧化铁皮控制攻关、卷取夹送辊辊印攻关等解决问题的思路和取得的成绩。
比如，由于CSP工艺与传统热轧相比，存在着铸坯厚度相对较薄、在炉时间和加热温度相对较低、入炉前铸坯表面无法进行预处理、炉后没有粗轧破鳞和多道次除鳞等造成氧化铁皮改判率高，影响了CSP产品质量的提高和新品种开发的问题，李具中厂长指出针对温度造成的氧化铁皮，可采取的控制措施包括：
①制定合理的均热炉加热制度并结合高压除鳞前后铁皮的状态，对各区加热温度和时间进行调整；
②定期对炉内各区炉内气氛和烟气成分进行检测，校验热值仪，结合炉内燃烧状况，调整各区空气系数；
③制定合理的温度制度和层流冷却策略。
对于炉辊造成的氧化铁皮控制措施：
①规范炉辊更换周期，并利用检修检查炉辊和辊环粘结情况，及时更换。控制在线炉辊水平在5mm偏差范围内；
②定期进行离线炉辊清理；
③对辊环和耐材缝隙进行处理，减小炉气对辊环侵蚀，降低辊环表面温度。
对于轧辊导致氧化铁皮控制措施：
①加强轧机切水板、各类轧机水系统的维护，确保喷水稳定；
②采用高速钢轧辊和润滑轧制，保护辊面，并制定合理换辊制度；
③制定合理的换辊过渡策略。
对于薄板坯连铸连轧短流程产线可持续发展问题，李具中厂长认为：面对严峻挑战，薄板坯产线必须发挥自身优势，与常规热轧形成差异化竞争。充分利用已有核心技术，持续稳定拓展品种、提升产品质量，实施“薄材+品种”战略，共同拓展市场，并肩推进“以热代冷”进程。
2、关于薄板坯连铸连轧短流程高效稳定生产
薄板坯连铸连轧短流程产线的高效稳定生产，是薄板坯连铸连轧短流程竞争力的基础，因此，大多数钢厂取得较好成绩，邯钢、唐钢等钢厂的薄板坯连铸连轧短流程高效稳定生产方面取得较好成绩。
邯钢的刘耀辉厂长在《邯钢CSP生产情况与产品结构》的报告中，介绍了邯钢CSP产线生产与技术进步情况。邯钢CSP线作为邯钢东区主要的热轧厂，是保证整个东区铁钢平衡的关键环节，并主要承担为内部冷轧、酸洗镀锌深加工工序提供热基原料的任务，受市场冲击相对较小，近年来生产运行平稳，一直处于满负荷运转状态，近年来基本稳定在产量为260～270万吨，超过了设计产能246万吨/年。薄板坯连铸平均连浇炉数保持在20.5炉/浇次（连浇时间804分钟）左右，漏钢率目前保持在0.02%左右，2016年工序能耗稳定在26.5kgCe/t，加热炉燃耗17.5kgCe/t左右。确立了以高品质汽车板、家电板、高级别管线钢、高强钢为品种开拓方向，2017年1－9月份，邯钢CSP供厂内深加工工序用料占CSP总产量的62.1%。其中：冷轧用钢占35.7%，热基酸洗用钢占17.2%，热基镀锌用钢占9.2%。
为了实现高效稳定生产和提升产品质量，邯钢CSP线陆续实施了一些升级改造项目，主要有全线二级系统升级改造、加热炉一级PLC控制系统S5升级S7和多功能仪（厚度/凸度）升级改造、轧机压头控制柜升级改造、精整机HMI系统升级、增设了连铸扇形段离线检测系统，取得了较好效果。
唐钢的单庆林在《唐钢薄板坯连铸镀层结晶器窄板的应用》报告中，针对薄板坯连铸机改造后工作拉速达到4.0～5.5m/min，结晶器窄面铜板磨损严重，铜板寿命下降到4万吨左右，不仅使铜板消耗成本及结晶器更换频次增加，而且会对铸坯质量和稳定性造成非常不利影响的问题，采取结晶器窄面铜板陶瓷镀层技术和陶瓷镀层窄板的优化，使结晶器通钢量提升到60万吨，总成本降低0.63元/吨，铸坯边部缺陷由原来0.26%降低到目前的0.01%。
马钢的李耀辉厂长在《马钢CSP生产线发展历程与思考》的报告中，介绍了马钢CSP生产线通过采用合理弯窜辊配合技术、专用辊型控制技术、轧机导卫控制技术、低惯量活套控制技术、高速钢轧辊应用技术和专用的轧辊冷却策略改善CSP生产线热轧带钢板型五大指标、北科大热轧二级模型国内技术应用开发、热轧带钢性能预报应用开发的创新实践。特别是北京科技大学高效轧制国家工程研究中心与马钢合作，针对马钢CSP轧机二级系统存在的硬、软系统故障率高、无备件更换，模型不能满足新品种规格的拓展，轧制稳定性差，模型预报精度不高，部分控制策略不合理等问题，第一次由国内承担薄板坯连铸连轧生产线核心控制系统的升级改造。
对二级系统进行整体升级改造，包括二级的所有软硬件系统、数学模型及HMI系统，新二级的模型系统采用北科大自主开发的新一代高精度数学模型，除具备原系统所有功能外，新模型可以适应热轧全系列钢种生产要求，产品质量全面提升。整个改造不需要专门的额外停产时间，没有影响正常生产，并取得了很好的效果。
在CSP产线中，辊底式隧道加热炉是保证高效稳定生产的重要环节。CSP上海嘉德环境能源科技有限公司李东总经理在《低热值煤气双蓄热技术在薄板坯连铸连轧生产线上的应用》的报告中，对辊底炉加热炉采用低热值煤气双蓄热技术进行了深入分析，他认为采用常规加热方式时，辊底式炉没有预热段，高温烟气直接排向烟道，这是导致辊底式炉热效率低的核心原因。
因此，他们在破解辊底炉上采用低热值煤气双蓄热技术存在的一系列难题，如：需要1.8～2.0米内宽的炉体空间内空煤气充分混合燃烧问题，高温烟气不再像常规燃烧技术流经下加热，因此需要考虑设置一部分下加热烧嘴，烧嘴的排布和结构要考虑换辊的便利性和可行性，炉顶管道的布置要考虑炉顶掀盖对炉内故障进行快速维护的便利性和可行性，蓄热体的品质要满足炉膛高温以及轻微二次燃烧带来的高温损坏问题，有限的炉膛空间下炉膛压力的有效控制，蓄热式烧嘴面积大的散热问题等的基础上，2010年上海嘉德环境能源科技有限公司与唐钢开展合作，利用原有热值～1800kcal/m³高焦混合煤气，采用单蓄热技术对唐钢CSP产线中两条辊底式炉进行了改造，并实现了30%以上的节能效果，板坯温度均匀性以及钢坯加热后表面质量都有所改善。
3、关于薄板坯无头轧制技术的新进展
近年来，随着ESP技术的兴起，薄板坯无头轧制技术得到了广泛重视。在会上，普瑞特冶金技术公司的Anderas Jungbauer博士在《日照钢铁公司新建ESP生产线的成就确立了新标准》的报告中，介绍了ESP产线的设计特点和在日照钢铁公司的应用效果。达涅利冶金介绍了达涅利多功能无头轧制技术（QSP）、韩国浦项介绍了CEM无头轧制技术及其新进展。
日照钢铁冷板厂制造部副部长喻尧在《2017年ESP生产情况及最近进展》的报告中，介绍了ESP生产的品种质量情况和技术新进展。日照钢铁现状在生产的三条ESP产线，2017年1－9月份合计产量477.46万吨，产品包括酸洗卷、镀锌卷、黑平卷和ESP直发黑卷。订单匹配率由最低98.2%提高到最高99.19%，产品合格率达到99.73%，其产品规格小于等于1.2规格比例最高可达40.57%。浇次内0.8规格占比可达13.77%，≤1.2规格占比65.71%，≤1.5规格占比80.18%。新的技术进展主要体现在：浇次最大轧制公里数达182km、月平均轧制公里数达151km、最大连浇炉数13炉、合格率99.89%、精轧出口温度控制精度在2.5℃、全机架高速钢轧辊使用等方面。代表性产品包括：1.5mm厚的52Mn（REHC-1）、1.2mm厚的QSTE420TM钢、1.4mm厚的DP590双相钢产品和电工钢RW800等，取得了非常好的业绩。
首钢京唐钢铁公司副总经理杨春政在《对薄板坯无头轧制技术的初步认识》的报告中，介绍了自主创新提出的“MCCR多模式连续铸轧技术”设计思路、工艺流程和产品定位，即：高拉速薄板坯连铸机-隧道式均热炉-三机架粗轧机-感应加热装置-五机架精轧机-控冷-卷曲的工艺流程。其产品定位：以薄为主，以热代冷。以薄规格低碳软钢为主，替代传统冷轧中低端产品，也可为单机架冷轧提供薄规格基料，降低轧制成本；生产薄规格耐候钢和薄规格结构钢；开发高强度高性能薄规格热轧产品，产线具备生产1000MPa以上、3.0mm以下的薄规格高强热轧品种能力。
在详细分析薄板坯轧制技术在单坯轧制、半无头轧制和无头轧制技术发展及其特征的基础上，认为无头轧制具有铸坯厚度增加、拉坯速度提高、钢通量大幅度提高；采用直弧机型（立弯机型将退出），连铸冶金长度不增加；采用无头轧制技术实现热轧1.5mm以下薄规格产品的稳定生产；由于无均热炉（或长度缩短）、逆向温度场轧制等因素，工序能耗显著降低，约30%～50%；氧化铁皮烧损少，金属收得率、成材率大幅度提高，不仅轧钢过程无切头切尾，带钢头尾性能及板形无差异，也不需要切除。特别是生产薄规格产品金属收得率高、成本低；板形质量好，带钢全长性能、板形尺寸均匀，无头中尾差异；配合后处理产线实现“以热代冷”，具备较强的市场竞争力。
杨春政强调无头轧制技术的核心要素有四点：温度是核心、流量是保证、设备是基础、稳定是关键，并进行了详细阐述。最后，他指出：在钢铁工业产能过剩的大背景下，传统的薄板坯连铸连轧技术处境比较尴尬，优势已不明显。
①吨钢投资不低（引进费用高、产能低）；
②品种质量中低端，供冷轧强度高；表面质量不好，特别是下表面；薄规格产品市场没接受（“半无头”带出品多，质量不如冷轧好，价格还要比厚规格买的高）；
③能耗优势不明显（均热炉长度300米，能量耗散多），产品的综合成本优势不明显，甚至成本高等等。
日照钢铁ESP的投产和成功运营，引来业内同行的高度关注，无头轧制技术也出现多种模式，希望能够给薄板坯连铸连轧开辟出一片新天地。
唐山全丰薄板有限公司的总经理史东日在《唐山全丰“节能型”ESP工艺技术方案》的报告中，对常规CSP和ESP从品种规格、投资、成本及节能等方面进行了分析，并综合考虑珠钢CSP工艺设备搬迁利旧，本着自主集成、技术创新的原则，确定了全丰薄板独特的“节能型-ESP”的总体工艺方案，其核心特征是：以双蓄热辊底式加热炉高效节能和铁素体轧制为特征的、独具特色的1580mm薄板坯连铸机-双蓄热辊底式加热炉-二机架粗轧机-双蓄热辊底式加热炉-六机架精轧机-控冷-卷曲的工艺流程，并介绍了其总体工艺思路、关键技术及创新点、项目管理及进展情况，该项目预计2018年上半年投产。
4、薄带铸轧技术的发展
东北大学的王国栋院士在《薄带连铸技术发展、现状与前景》的报告中，深入分析了薄带铸轧技术发展的历史脉络和技术流派的发展思路，阐述了薄带连铸过程亚快速凝固的凝固特征，认为薄带连铸技术是目前最有潜力、可工业化大批量生产的快速凝固过程。他比较了不同凝固速度所得材料的组织特征，认为快速凝固对于夹杂物、析出物控制和利用，共晶反应、包晶反应的控制和组织均匀化有极为重要的影响，是薄带铸轧技术的产品定位重要考虑因素。
王国栋院士分析了目前国内外薄带铸轧技术的新进展，介绍了东北大学“薄带连铸制备超高性能硅钢”研究的特色与进展，“凝固-热轧-冷轧-热处理全程一体化控制”的取向和无取向硅钢铸带，开发了全新的减量化的生产工艺和成分设计，实现铸轧生产Si含量从0.5%～6.5%无取向和取向电工钢高性能原型钢的减量化工业生产。针对常规热轧双相不锈钢成形性差、表面和内部裂纹、裂边等问题成为双相不锈钢生产的瓶颈问题，介绍了POSCO及东北大学薄带连铸制备成功试制双相不锈钢的工艺，即薄带连铸®LDX薄带铸带坯+在线热轧技术+冷轧+热处理®工艺流程。目前，浦项研制节约型双相（LDX-Lean Duplex）不锈钢PosSD（Posco Super Ductile Duplex），耐腐蚀性和成形性与STS 304不锈钢相当，采用了浦项的poStrip，解决了常规热轧双相不锈钢成形性差、表面和内部裂纹、裂边等问题，省略了热轧工序，生产流程简单，具有短流程的资源和环境优势，另外由于Ni含量低（0.5%～1.5%），短流程，PosSD价格低廉，将替代现有的STS 304，应用前景极为广阔。分析了美国USA Nanosteel公司在开发薄带连铸汽车用AHSS的进展，认为其合金设计思路中，利用金属元素与P-GROUP元素（非金属元素）形成极其微细夹杂物，实现纳米级细晶与强化，变害为宝，很有价值。分析了美国ALCOA公司薄带连铸汽车用铝面板（MicromillTM）、中国独有“薄带连铸+免酸洗还原退火热镀锌”薄带生产线情况，在此基础上，王国栋院士分析了薄带铸轧技术产业化发展的关键技术及其进展。
王国栋院士强调：
①薄带连铸与常规流程有极强的互补性。常规加工过程难于加工，或者无法加工的材料（通常是高合金钢铁材料和有色金属材料），容易偏析、大块析出与共晶、包晶等，从而引发低塑性、高变形抗力，是薄带连铸合适的加工对象。
②薄带连铸过程可以合理利用金属材料中有害元素、变废为宝，对于降低冶炼成本、提高产品质量极为有效。
③薄带连铸过程还将大大提高金属材料中添加合金元素的利用效率，降低生产成本，是一项减量化的绿色技术。
④将亚快速凝固的薄带连铸技术与同种材料固相复合技术结合起来，将可以为高性能大型锻件、厚板、型材、管材的开发带来现实可能，近年来钢铁行业和有色金属行业中，薄带连铸成功应用的实例表明：以亚快速凝固为特征的薄带连铸技术新的应用高潮正在到来。
宝钢研究院前沿研究所的方园所长也分析介绍了我国首次建成并基本实现工业化生产的Baostrip的研发创新、工业试生产及其产品开发情况。他认为通过宝钢的创新实践，薄带铸轧技术的可靠性、稳定性已经得到证实，其制造成本取决于侧封板和结晶辊的国产化，产品定位应是发展超薄规格的高强钢以热带冷，工艺发展今后应探索实现高强钢的酸洗镀层一体化。
5、关于现有薄板坯连铸连轧技术的改造
我国的薄板坯连铸连轧生产线，从最早引进已经二十多年了，最晚建的也已经有十多年了，已经到了大修改造的窗口期，因此，未来薄板坯连铸连轧技术的改造如何选择成为普遍关注的问题；本次会上有关专家和企业对此进行了探讨。
中国金属学会专家委员会主任王天义教授在《关于薄板坯生产技术几个问题的思考》中，分析了我国薄板坯连铸连轧技术发展取得的成就和当前薄板坯连铸连轧生产存在的问题，对薄板坯连铸连轧技术未来发展应关注的几个重要问题进行了阐述，他认为：①薄板坯连铸连轧生产线的产品定位应充分根据薄板坯连铸连轧技术的特点来选择合适的钢种，以高强超薄规格产品为主导产品——应努力去开发市场，而不是被动的迁就市场而放弃自己的优势。②我国的薄板坯连铸连轧生产线都设计有关半无头轧制的能力，但由于实际生产中故障率高等原因，真正发挥的作用很小，应该努力解决半无头轧制的问题，而不是放弃，必须为半无头工艺寻求合适的产品规格；认为用半无头生产工艺大批量生产1.5～4mm规格产品，可能是一种较好的选择。③关于薄板坯生产线的技术改造，当围绕改善质量、提升产品档次来进行，而不是选择在提高拉速，增加产能上；应认真研究老线改造成全无头生产线的可行性。④应关注薄带铸轧工艺技术的发展。
本溪钢铁集团公司副总经理许家彦在《关于对本钢薄板坯连铸连轧产线的思考》的报告中，分析了本钢1880mm薄板坯连铸连轧生产流程、实际运行存在的问题及其未来改造的设想，即：第一种方案为完善现有产线方案，在不投入较大资金的前提下，能够实现单坯及半无头轧制的生产，能够一定程度改善现有产品的质量，提高品种钢生产比例，同时能够进行一定比例的薄规格钢种的生产。第二种方案计划能实现无头轧制及单坯轧制灵活切换的生产方式，投入资金较大，但能够较大程度的提高产能，能批量生产高表面质量的以热带冷产品、薄规格高强钢产品，先进高强钢等产品开发不再受限，同时薄规格生产更为稳定，较大程度提高2.0mm以下产品比例。
通过本次研讨会，可以看出：①我国薄板坯连铸连轧短流程在品种质量方面及其生产工艺方面，经过不断探索取得很大进展，实现了无取向硅钢、汽车用低合金高强钢（HSLA）、双相钢（DP）和热成型钢（HF）的稳定生产和应用；②薄带铸轧技术的可靠性、稳定性已经得到证实，以亚快速凝固为特征的薄带连铸技术发展的重点在于常规加工过程难于加工或者无法加工的材料（通常是高合金钢铁材料和有色金属材料）；③日照钢铁ESP的投产和成功运营，表明薄板坯无头轧制技术由于其独特的工艺技术特征，较好地解决了或缓解了传统薄板坯连铸连轧短流程存在的问题，显示了较强的竞争力，代表了薄板坯连铸连轧技术发展的方向，具有我国自主创新特色的“MCCR多模式连续铸轧技术”和“节能型-ESP”技术的创新发展值得期待。
来源：中国金属学会
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