昆钢新区拟建CSP生产线的可行性探讨

２０ｉ　１年第２期　昆钢科技　Ｋｕｎｇａｎｇ　Ｋｅ］ｉ　２０１１年５月　昆钢新区拟建ＣＳＰ生产线的可行性探讨　雷宏万春梅王惠明赵建宏　昆钢草铺项目工程指挥部　摘要通过考察国内钢厂ＣＳＰ生产线，与国内知名钢铁设计院交流，了解当前ＣＳＰ生产线生产的品种范　围、工艺配置、装备水平等各方面情况，根据考察交流情况对ＣＳＰ生产线与常规热连ｋｔ，＿ｘ－艺进行了对比分　析，为昆铜新区拟建ＣＳＰ生产线提供决策参考。　关键词ＣＳＰ生产线常规热连轧决策参考　Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　ＣＰＳ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｌｉｎｅ　ｉｎ　Ｎｅｗ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｐａｒｋ　ｏｆ　Ｋｕｎｇａｎｇ　Ｌｅｉ　Ｈｏｎｇ　Ｗａｎ　Ｃｈｕｎ－ｍｅｉ　Ｗａｎｇ　Ｈｕｉ－ｍｉｎｇ　Ｚｈａｏ　Ｊｉａｎ－ｈｏｎｇ　（Ｋｕｎ—Ｓｔｅｅｌ　Ｃａｏｐｕ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｈｅａｄｑｕａｒｔｅｒ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂｙ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｓｔｅｅｌ　ｍｉｌｌｓ　ａｎｄ　ｅｘｃｈａｎｇｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｗｅｌｌ－ｋｎｏｗｎ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｓｔｅｅｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ｔｈｅ　ａｓｓｏｒｔｍｅｎｔ，ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＰＳ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｉｎ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｔｏ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｈｏｔ　ｔａｎｄｅｍ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｎｏｔ　ｔｏ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　ＣＰＳ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｉｎ　ｎｅｗ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｐａｒｋ　ｏｆ　Ｋｕｎｇａｎｇ　ｗａｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ＣＰＳ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ；ｃｏｎＶｅｎｔｉ０ｎａｌ　ｈｏｔ　ｔａｎｄｅｍ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｐｒ０ｃｅｓｓ；ｓｕｇｇｅｓｔｉ０ｎｓ　据了解，从１９８９年第一条薄板坯连铸连轧生产　１前言　按照武钢集团昆钢股份公司的长远战略规划，　公司将在安宁市草铺镇工业园区新建昆钢新区６００万　线在美国ＮＵＣＯＲ（纽柯）厂投入工业生产十几年　来，世界上已经建成投产了几十条薄板坯连铸连轧　生产线，其中国内生产线有１４条。薄板坯连铸连轧　工艺发展至今，主要包括西马克公司开发的ＣＳＰ工　吨规模钢材项目，项目分两期建成。在确定新区的　产品方案过程中，公司考虑拟建薄板坯连铸连ＳＬｃｓＰ　生产线项目。为此，新区炼钢项目部成立专项工作　小组，到国内有ｃｓＰ生产线的钢厂考察，与国内知名　钢铁设计院交流了解当前ｃｓＰ生产线生产的品种范　艺、德马克和Ａｒｖｉｄ公司联合开发的ＩＳＰ工艺、达涅　利公司开发的ＦＴＳＲＩ艺及西门子奥钢联公司开发的　ＣＯＮＲＯＬＬ（康诺尔）工艺等…。目前薄板坯连铸连　轧生产线主要采用的是ＣＳＰ、ＩＳＰ和ＦＴＳＲ工艺，其中　ＣＳＰ生产线占绝对优势，其产能约占薄板坯连铸连轧　总产能的６７．５％。ＣＳＰ工艺最早投人工业化生产，多　围、工艺配置、装备水平、投资等各方面情况，并　与常规热连轧作出对比分析，为公司领导层决策提　年来不断积累经验、更新改进。因此，ＣＳＰ３２艺是薄　供参考。　板坯连铸连轧技术中较为稳定、可靠、成熟的…。我　２Ｏ１１年第２期　雷宏，万春梅，王惠明，赵建宏等：昆钢新区拟建ｃｓＰ生产线的可行性探讨　国自上世纪８０年代中后期开始重视对薄板坯连铸连　板坯高，完全凝固时间仅１　ｍｉｎ，其树枝晶细，内部　轧技术的引进、研究与开发。目前国内已经建成的　设计年产量大于２００万ｔ的薄板坯连铸连轧生产厂有邯　钢、包钢、唐钢、马钢、涟钢、本钢、通钢、酒钢　结构致密，偏析小。而传统板坯凝固时间是１０～１５　ｍｉｎ　。同时，由于铸坯的冷却强度大、晶粒细小，　组织晶粒均匀一致，也有利于性能的均匀一致，使　薄板铸坯沿带宽各点的性能基本相同，而传统方法　生产的产品边部与中心的性能有较大差别”】。　和武钢，共计９条生产线。　２薄板坯连铸连￣ＬＣＳＰ生产线的技术　特点和优势　薄板坯连铸连ＳＬｃｓＰ生产线由薄板坯连铸机、　辊底式均热炉、立辊轧机、精轧机组等主要设备组　成。ＣＳＰ生产线的典型生产流程见图１，其技术特点　和优势如下：　５）薄板坯的夹杂物含量和分布有别于厚板坯。　薄板坯单位长度的表面积与体积比较厚板坯大，对　钢水洁净度要求较高。薄板坯漏斗型结晶器内的空　间小，拉速高，在相同的浇铸速度下，薄板坯结晶　器内钢水的流动强度比厚板坯要大４倍，液面波动也　大，更容易卷渣。因此，保持尽可能高的拉速和结　１）铸坯厚度较薄。一般厚度４０　７０　ｍｍ，宽度　９００～１　６００　ｍｍ，采用漏斗型结晶器，铸坯宽厚比大，　铸坯经辊底式炉升温、均热后直接进入精轧机组进　行轧制，精轧前原始奥氏体晶粒粗大。　晶器液面的稳定，是提高薄板坯冷轧板表面质量的　关键。　６）采用辊底式均热炉作为连铸机和轧机之间的　连接设备，板坯加热温度均匀，在轧机换工作辊和　２）板坯液芯长度短。传统厚板坯的液芯段长度　一中断轧制时，辊底式均热炉可起到缓冲作用，缓冲　能力通常为２０～３０　ｒａｉｎ，以确保轧机工作辊换辊过程　般为２０—２５ｍ，而薄板坯液芯段的长度仅有５～６　ｍ。　液芯段长度短，使铸机结构简化，设备重量减轻。　３）铸坯热历程变化平稳。铸坯温度高且分布均　匀，薄板坯的比表面积是厚板坯的３．５倍，拉速比厚　连铸不停浇，同时也为采用半无头轧制工艺创造了　条件。　７）对于低碳钢和超低碳钢可采用铁素体区轧制　工艺。利用这种技术可以降低生产成本，直接生产热　轧深冲带钢，实现以热代冷，同时也可以为冷轧工序　板坯快约３倍，铸坯在铸机内停留时间短，铸坯热能　可有效利用。由于铸坯温度高，铸坯中心和边部温　差小，不利于钢中析出相（￣ＩｉＡＩＮ）的生长和长大，　提供屈服强度低、表面氧化铁皮薄的热轧原料卷。　８）产品的纵向、横向精度高，适于生产薄规　格热轧板卷，替代部分冷轧产品，提高产品的附加　值，获得更好的经济效益。　不需要在加热炉中溶解ＡＩＮ便可直接轧制，这是薄板　坯快速凝固的一个很大的优点。　４）板坯内部质量好。薄板坯凝固速率比传统　图１薄板坯连铸连￣ＬＣＳＰ生产流程图　Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｆｌｏｗ　Ｃｈａｒｔ　ｏｆ　ＣＳＰ　昆钢科技　２０１　１年第２期　９）有利于发挥合金元素的潜在作用。薄板坯高　坯连铸连轧对生产组织管理、设备的维护和管理要　求很高。　６）生产品种覆盖范围较常规热连轧少。薄板坯　温直接装炉，许多合金元素不会因冷却而析出，始　终处于溶解状态，板坯中的微合金元素呈完全溶解　状态是在微合金钢中发挥多种作用的先决条件。这　样可以最大限度地发挥合金元素的潜力，减少合金　元素的用量　］【　。　连铸连轧生产的品种只能覆盖常规板带产品的７５％左　右，对于超深冲钢板、高表面质量要求的钢板以及　部分电工钢等一些高端产品尚处于开发实验阶段＿５］。　７）因轧线较短，变形、冷却较强，晶粒过细，　３薄板坯连铸连－￣ＬＣＳＰ生产线存在的　造成ＣＳＰ板卷塑性虽好但强度高，不利于冷轧生产。　问题和技术难点　１）由于拉速高、凝固速度快、液芯长度短，薄　板坯的表面积／体积比增加，在相同钢水洁净度条件　下，夹杂物易集中在铸坯表皮下，影响薄板的表面　质量　】。因此，ＣＳＰ生产线对钢水成分、洁净度要求　比常规连铸高，除要求钢水常规化学成分达标外，　对钢中残留成分和痕迹元素也有严格要求。　２）由于薄板坯连铸机断面薄、托速快，因而漏　钢事故多。据了解，涟刚投产９个月漏钢就有８８次，　武钢ＣＳＰ厂２００９年３月７日投产到５月份漏钢４次。　３）产品质量方面，ｃＳＰ工艺生产的板卷，由于　铸机浇注断面宽厚比大、漏斗型结晶器迫使坯壳在　结晶器内强制变形、拉速较快等因素，即便连铸机　采用多种先进技术，板卷表面质量仍然没有热连轧　丁艺生产的板卷质量高，主要表现为带钢表面氧化　铁皮和夹杂，硬度高、延伸率低、可加工性降低，　热轧原料卷边烂和边裂严重。　４）由于薄板坯连铸拉速快，为在结晶器壁与铸　坯之间能很快形成稳定而可控的保护渣膜，起到很　好的润滑作用，与常规热连轧使用的保护渣相比，　薄板坯连铸要求使用熔点更低、黏度更低、流动性　强的中空颗粒保护渣　ｌ。据了解，国内ＣＳＰ生产线大　都使用国外进口连铸保护渣，成本较高。如武钢ＣＳＰ　厂使用的保护渣是由韩德合作的青岛斯多伯格三一　冶金材料公司提供。　５）薄板坯连铸连轧丁艺的炼钢、连铸和轧钢　工序都布置在一条生产线上，生产工序多，生产组　织、管理难度大，整条生产线上任何一个设备出现　故障，均会使从炼钢到轧钢整条线瘫痪。所以薄板　４薄板坯连铸连￣ＬＣＳＰ生产线与常规　热连轧的对比分析　４．１钢种和产品规格对比　薄板坯连铸连轧投产至今，可生产产品品种结　构由最初的中、低档逐渐向中、高档次推进，其产　品已基本达到传统工艺流程的水平，但尽管以ＣＳＰ工　艺为代表的薄板坯连铸生产线不断开拓钢材的新品　种和应用新领域　，薄板坯连铸连轧生产工艺产品品　种和常规热连轧生产工艺比较还是相对较少，具体　见表１（中冶南方工程技术有限公司提供）。　表１生产品种比较　Ｔａｂｌｅ　１　Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ　序号项目　常规热连轧（　）　最新的ＣＳＰ可生产的钢种见图２所示…：　２０１１年第２期　雷宏，万春梅，王惠明，赵建宏等：昆钢新区拟建ＣＳＰ生产线的可行性探讨　生产工艺的生产规模一般在３００万ｔ／ａ１）２下。常规热连　，高碳钢２％　软钢４０％　轧工艺较薄板坯连铸连轧生产工艺更具有规模化效　益优势。　４．３产品质量对比　电工钢、发电机　８％　如前所述，ＣＳＰ３２艺生产的原料板，产生内部裂　结构、　压钢　１４％　、、直接使用软钢２８％　～　一’　’　纹、表面缺陷、氧化铁皮和夹杂的概率大，原料带　钢的硬度高、延伸率低、可加工性降低。热轧原料　图２最新的ＣＳＰ可生产钢种　卷边烂和边裂严重，增加了冷轧切边量，降低金属　Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｎｅｗｅｓｔ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＣＳＰ　目前，国内珠钢、涟钢、马钢、武钢ＣＳＰ生　产线生产的钢种和代表钢号主要有：碳素结构钢　（Ｏ１９５～Ｑ２３５）、优质碳素结构钢（ｏ８、ＯｇＡ１，　１Ｏ～４５钢）、低合金高强度结构钢（Ｑ３４５～Ｑ４６ｏ）、　汽车结构钢（Ｄ　Ｐ、Ｔ　Ｒ　Ｉ　Ｐ）、耐候结构钢　（ＳＰＡ—Ｈ、０９ＣｕＰＴｉＲｅ）、管线钢（Ｘ４０一Ｘ７０）、　超低碳钢（Ｌ　Ｃ、Ｅ　Ｌ　Ｃ、Ｕ　Ｌ　Ｃ）、无取向硅钢　（５０Ｗ３１０～５０Ｗ１　３００），以及集装箱板、花纹板　等，其中普通碳素结构钢和优质碳素结构钢所占　比例较大。产品规格宽度为９００～１　６００　ｍｍ。厚度为　０．８－１２．７　ｍｍ。　国内采用常规热连轧工艺生产带钢已很成熟，　生产产品规格为带钢厚度０．８～２５．４　ＩｎＩｎ，一般为带钢　厚度１．２～１２．７　ｍｍ。生产钢种为：碳素结构钢、优质　碳素结构钢、低合金高强度结构钢、汽车结构钢、　高耐候结构钢、管线钢、超低碳钢、不锈钢、无取　向硅钢、取向硅钢等。　目前冷轧硅钢的热轧原料采用薄板坯连铸连轧　生产工艺生产的热轧厂世界上还比较少，且主要实　现了中低牌号无取向硅钢的生产，取向硅钢的生产　还处于试生产阶段。因此，总体来看ＣＳＰ＿￣艺生产　的主导和优势产品是薄规格品种，一般为６　ｍｌｎ以下　厚度板卷，比常规热连轧产品厚度适应范围更窄一　些。另外，与常规热连轧相比，ＣＳＰ￣ＩＪ目前还不能成　熟生产高牌号无取向硅钢、取向硅钢、不锈钢、超　深冲钢等优质钢种。　４．２生产规模对比　在轧机规格相同情况下，薄板坯连铸连轧生产　工艺与常规热连轧生产工艺相比，薄板坯连铸连轧　收得率，并且部分品种中间硬度高，冷轧后中间纵　向起筋，制约冷轧质量的提高。因此，板卷表面质　量没有热连轧工艺生产的板卷质量高，薄板坯连铸　连轧生产工艺很难满足高档次产品质量的要求。　４．４产品适应市场能力对比　薄板坯连铸连￣ＬＣＳＰ生产工艺在超薄带钢生产方　面具有优势，能够生产厚度达到０．８　Ｉｎｎ的极薄带钢，　且厚度≤１．５　ｍｍ的带钢比例很高，能够实现热轧产品　的“以热代冷”，满足重点要求带钢厚度，对表面　质量和机械性能要求不高，产品主要用于建筑、高　速公路等行业的用户需求。而且薄板坯连铸连ＳＬｃｓＰ　生产时间短，从投料到出成品只需２．５～３４，时，生产　组织灵活，大大提高了劳动生产率，缩短了供货周　期，能及时提供用户需要规格的钢材，市场适应能　力强；而常规热连轧供冷轧原料带钢的厚度一般大　于１．８　ｍｍ，供冷轧高档原料板的品种和表面质量要远　好于薄板坯连铸连轧。但是，国内已建成的中薄板　坯连铸连轧，生产总规模已达２　１００万ｔ左右，产品单　一化、同质化严重，市场竞争压力大，调整产品结　构方面灵活性差。　４。５投资比较　据了解，建设一条薄板坯连铸连ＳＬｃＳＰ生产线，　即便采用国内设计院自主集成的模式，但由于涉及　到专利技术问题，关键技术和设备需要由国外引　进。而常规热连轧生产线流程尽管较长，但随着国　内常规热连轧的设计及制造水平的日趋成熟，如果　按照国产化原则考虑，常规热连轧系统总投资与薄　板坯连铸连轧生产线总投资基本相当。　４．６生产运营成本对比　由于薄板坯连铸连ＳＬｃＳＰ生产线最大限度地降低　昆钢科技　２０１　１年第２期　了板坯的厚度，减少了热轧机组机架的数量，工艺　流程短、生产节奏快、工序能耗损失少、全线采用　计算机控制，生产运营成本比常规热连轧低。　５结论　参考文献：　［１】张金柱，潘国平，杨兆林编著．薄板坯连铸准备及　１）常规热连轧生产工艺的生产规模远大于薄板坯　连铸连￣ＬｃｓＰ生产工艺，具有规模化效益优势。　２１薄板坯连铸连￣ＬｃｓＰ生产线产品较单一化、同　质化严重、市场竞争力差，但生产超薄带钢和普通　结构用钢优势明显；常规热连轧生产工艺相对薄板　坯连铸连￣ＬｃｓＰ生产工艺，产品品种规格范围更宽，　产品可覆盖全部热轧带钢产品，产品精度高、质量　稳定，同时调整产品结构适应市场能力强，更有利　于公司的长远发展。　３）薄板坯连铸连￣ＬｃｓＰ生产很难提供高性能冲压　原料板，制约了冷轧中高档产品的生产和效益的提　升，而常规热连轧能完全满足冷轧原料的要求。　４）薄板坯连铸连：￣ＬＣＳＰ生产线布置紧凑、流程　短、设备重量轻、占地少、能耗低，但关键技术和　设备需要引进，在相同产能条件下，常规热连轧系　统总投资通过国产化，与薄板坯连铸连轧总投资基　本相当。且常规热连轧生产工艺可以通过预留加热　炉、粗轧机Ｅ１Ｒ１和卷取机，同时预留１跨板坯库和２　跨钢卷库，可相对减少建设投资。　５）国内武钢、马钢等大型钢铁联合企业决策上　ｃｓＰ￣ｋ产线是在其钢材品种、规格齐全的前提下，利　用ＣＳＰ生产线流程短、交货周期短的特点，以低成　本、低端带钢产品进入市场竞争。而昆钢现有产品　结构相对单一，高质量、高附加值的产品少。　因此，考虑常规热连轧工艺在今后公司扩大生　产规模和产品品种方面更有优势，产品的市场适应　性更强，建议昆钢新区采用常规热连轧生产工艺。　生产技术［Ｍ］．北京，冶金工业出版社，２００７　［２】蔡开科．连铸技术发展［ＪＪ．山东冶金，２６（１）：　１～９　［３］李频．薄板坯连铸连轧技术特点浅析【Ｊ］＿江西冶　金，２００５，（３）：２２～２５／４５　【４］毛新平等著．薄板坯连铸连轧微合金化技术［Ｍ】．　北京：冶金工业出版社，２００８．１　【５】田乃媛．薄板坯连铸连轧【Ｍ］，第２版．北京：冶金　工业出版社，２００４　［６］张晓明编著．实用连铸连轧技术【Ｍ］，第１版．北　京：化学工业出版社，２００８．７　【７］马忠仁．薄板坯连铸技术进步与产品结构进展［Ｊ］．　炼钢，２００１，（２）：１１～１５　【８］Ｇａｄｅｌｌａａ　Ｉ　Ｒ　Ｆ，Ｐｉｅｔ　Ｄ　Ｉ，Ｋｒｅｉｊｅｒ　Ｊ，ｅｔ　ａ１．　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｔｈｉｎ　Ｓｌａｂ　Ｃａｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｏｉｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｌｏｗ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｓｔｅｅｌｓ．ＭＥＮＥＣ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，９４，Ｏｕｓｓｅｌｄｏｆ，１　９９４：　３８２～３８９