连铸连轧

连铸连轧

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2023年3月17日发(作者：青春作证)

【技术】薄板坯连铸连轧技术迈⼊⽆头轧制阶段

轧钢之家ESP专辑

⽇期：2018-02-19

我国是拥有薄板坯连铸连轧产线最多、产量最⼤的国家。截⾄⽬前，我国仍在运⾏的薄板坯连铸连轧产线14条，产能超

过3500万吨。薄板坯连铸连轧技术的不断进步为其产品开发提供了保障，⽬前可⼤批量⽣产碳素结构钢、低合⾦⾼强度

钢、中⾼碳钢、汽车⽤结构钢、耐候钢、管线钢、冷轧基料及电⼯钢等，为满⾜汽车⼯业绿⾊低成本发展要求，武钢

CSP短流程产线正在加快推进汽车⽤⾼强度热轧酸洗板的⽣产和应⽤。薄板坯连铸连轧产线经过第⼀代的单坯轧制、第

⼆代的半⽆头轧制之后，⽬前已经发展进⼊第三代的⽆头轧制阶段，⽆头轧制模式主要包括ESP⽆头轧制技术、MCCR

多模式连续铸轧技术、节能型-ESP⼯艺技术。此外，近⼏年薄带铸轧技术也得了飞速发展，⽬前国内的薄带铸轧技术

已进⼊⼯业化实施阶段。⽬前发展⽐较成熟的薄带铸轧技术包括纽柯的Castrip、浦项的poStrip、宝钢的Baostrip以及

东北⼤学的E2Strip。为了让读者深⼊了解薄板坯连铸连轧以及薄带铸轧技术的发展现状以及存在的问题，世界⾦属导

报特组织该专题，以飨读者！

薄板坯连铸连轧技术迈⼊⽆头轧制阶段

连续化是实现钢铁制造流程简约、⾼效的重要途径。薄板坯连铸⽆头轧制技术即由钢⽔浇铸成薄板坯后直送轧机轧成带

钢，⽣产线连续运⾏。世界⾸台薄板坯⽆头轧制带钢⽣产线建在意⼤利阿尔维迪⼚，是在该⼚长达20年ISP⽣产线丰富

⽣产实践经验基础上发展⽽成的，名为ESP。在阿尔维迪⼚取得成功实践后，我国⼭东⽇照钢铁公司引进五条ESP⽣产

线，其中三条ESP产线已于2015年相继投产运⾏。另外两条将于2018年投产运⾏。此外，⾸钢京唐MCCR多模式连续

铸轧⽣产线和唐⼭全丰薄板“节能型-ESP”薄板坯⽆头轧制⽣产线将于今年底和明年年中投产运⾏。

由此可见，薄板坯连铸连轧⼯艺经历了第⼀代的单坯轧制、第⼆代的半⽆头轧制之后，⽬前已发展进⼊第三代的⽆头轧

制阶段。以下对⽬前国内⼏种⽆头轧制技术进⾏介绍。

1ESP⽆头轧制技术

1.1ESP⽆头轧制⼯艺流程

⽇照钢铁ESP⽆头轧制⽣产线的⼯艺流程由300吨转炉-300吨铁⽔脱硫-300吨LF炉-300吨RH炉-5m连铸机-3架粗轧机-

摆剪-转毂剪-感应加热-5架精轧机-层流冷却-飞剪-地下卷取机组成。

1.2主要的技术特点

ESP⽆头轧制⽣产线拥有众多先进的技术和系统，主要包括：1）⾼拉速连铸机与控制。连铸机采⽤直弧形，弧半径

5m，冶⾦长度20.14m，共11个扇形段。结晶器为漏⽃形，并配有电磁制动功能，长度为1200mm，宽度920-

1640mm，厚度90mm/110mm。铸坯厚度为70-90mm和90-110mm，设计最⾼拉速为7.0m/min。为了保证⽆头⽣产的

稳定性，ESP连铸机提供了更薄的铸坯厚度、更⾼的拉速、更纯净的钢⽔、更安全的智能结晶器及专家系统、液芯压

下、⼆冷⽔动态配⽔等功能。2）⼤压下粗轧机。粗轧机为3机架布置，其功能是提供满⾜精轧厚度、板形需求的中间

坯，将铸坯从70-90mm压下到10-18mm的中间坯。为了满⾜功能需求，粗轧机配备了长⾏程AGC液压缸、正弯和负弯

系统、⼯作辊动态冷却、张⼒辊以及出⼝检测厚度、凸度和宽度的⼤型仪表等。由于连铸机与⼤压下粗轧机紧密联结，

从连铸机出来的薄板坯直接进⼈粗轧机进⾏轧制，铸坯中⼼温度⾼于表⾯温度的反向分布温度场，可利于更好地对凸度

和楔形进⾏调节控制；铸坯芯部温度⾼且较软，在轧制过程中节省了⼤量能量，且变形更多集中于带钢芯部，从⽽相⽐

于传统轧制⼯艺芯部更加致密，可以获得更好的材料性能。3）感应加热炉和⾼压除鳞箱。感应加热炉共12个模块，总

温升可达300℃。灵活的加热⽅式，可以保证精确控制精轧⼊⼝温度，为薄规格的轧制提供了温度基础；设置了温度闭

环控制，可根据终轧温度进⾏调整，满⾜终轧温度的需求；感应加热长度只有10m，氧化铁⽪⽣成量少，减少⾦属损

失；在空载和维护期没有能量消耗，提⾼了能源利⽤效率，降低了⽣产能耗。除鳞机采⽤了单排布置喷嘴，除鳞压⼒最

⼤为40MPa，远⼤于常规压⼒除鳞机，⼩⽔量、⼤压⼒的设计，在保证除鳞效果的基础上，进⼀步减少带钢温降，节省

能源。4）精轧。精轧机为5机架布置，为实现极限薄规格轧制的主要设备，将10-18mm的中间坯轧制到0.8-6.0mm的钢

板。为了满⾜功能，精轧机配备了长⾏程液压AGC、⼯作辊正弯辊系统、带负荷动态窜辊系统、⼯作辊动态冷却系统、

低惯量快速响应活套和轧制润滑系统、表⾯检测系统、接触式板形测量辊等。5）⾼速飞剪。⽆头⽣产模式下，⾼速飞

剪需要对厚度为0.8-4mm的带钢进⾏剪切分卷。⾼速飞剪前后配备夹送辊，保证带钢剪切过程中带钢的稳定，同时在剪

切和卷取建⽴张⼒前与精轧和卷取夹送辊建⽴张⼒，保证带钢张⼒的稳定。

1.3产品定位

ESP⽣产线全长180m，产品厚度为0.8-6.0mm，最⼤宽度达1600mm。ESP⽆头轧制⽣产技术适合⽣产的钢种范围宽，

⽬前已经证明可以⽣产的钢种包括低碳钢（⼀般结构钢、耐蚀钢、冷成型钢）、微合⾦钢、多相钢、管线钢、压⼒容器

钢、含硼钢以及⾼碳钢（见表1），未来将开发⽣产先进⾼强钢（DP1200、TRIP800）、硅钢（⽆取向和取向）和超低

碳钢（DD14、DC03-DC06/IF）。

1.4⽇照ESP产线运⾏情况

⽇照钢铁于2015年引进并投产了3条ESP⽣产线。2017年1-9⽉份，⽇照钢铁3条ESP⽣产线主要⽣产薄规格产品，产量

合计达477万吨，其中厚度⼩于1.2mm的产品所占⽐重超过50%，产品去向包括酸洗卷、镀锌卷、⿊平卷和ESP直发⿊

卷。其中，酸洗卷和⿊平卷的产量分别达到201.7万吨和202.9万吨。⽬前⽇照钢铁在ESP⽣产线上已经批量⽣产的钢种

包括⼀般结构钢（S235-S355、SS400B）、冷成型钢（DD11）、微合⾦钢（S315MC-S420MC）、多相钢

（DP600）以及⾼碳钢（C30-C50）。产品主要⽤于制管、门业、货架、电器柜、风机、制冷设备外壳、五⾦以及汽车

⽤结构件以及加强件等。⽇照钢铁引进的第四条和第五条ESP产线预计将于明年上半年和下半年投⼊运⾏。

2MCCR多模式连续铸轧技术

2.1MCCR多模式连续铸轧⽣产线⼯艺流程

⾸钢京唐MCCR多模式连续铸轧⽣产线的⼯艺流程包括：⼤包回转台中包车-130/110⾼拉速薄板坯连铸机-摆动式铸坯

除鳞机-摆动式铸坯分切剪-隧道式均热炉-粗轧前除鳞机-三机架粗轧机-转⿎式切头剪-感应加热装置-精轧前除鳞机-五机

架精轧机-加强型层流冷却段-⾼速飞剪-两台地下卷取机。该产线预计今年底投产运⾏。

2.2主要技术参数和配置

MCCR⽣产线的主要⼯艺设备特点：弧半径5.5m直弧型连铸机，板坯厚度为110-123mm，根据钢种要求，设计最⼤拉

速6.0m/min，能够使⼀台单流薄板连铸机最⼤年产能达到约220万吨；隧道式加热炉长约80⽶，具有基本缓冲功能，设

备操作更灵活；轧机分两组，分别是三机架⼤压下量轧机和五机架精轧机；专⽤⾼压⽔除鳞机；⼀个强制冷却系统；⼀

个感应加热系统，⽤于在⽆头轧制模式下稳定地⽣产薄带钢和超薄带钢。MCCR多模式连续铸轧⽣产线主要设备参数见

表2。

2.3产线定位和所要⽣产的主要产品

2.3.1产线定位

1）采⽤⽆头轧制技术，以优质、⾼强、薄规格产品为主导⽅向；

2）⽣产线要能够适应⽣产更⾼端的薄规格热轧品种，产品宽度调整灵活；

3）产品质量要好，特别是表⾯质量、板形、性能均匀性要⽐其他TSCR产线有明显提升。

2.3.2主要产品

1）以薄为主，以热带冷。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。

2）⽣产薄规格耐候钢和薄规格结构钢；

3）开发⾼强度⾼性能薄规格热轧产品，产线具备⽣产1000MPa以上的3.0mm以下薄规格⾼强热轧品种的能⼒。

2.4主要技术特点

2.4.1连铸实现⾼拉速、⾼钢通量

连铸机设置的拉速和钢通量见表3。

2.4.2增加80m长的均热炉

2.4.2增加80m长的均热炉

1）增加80m长均热炉的主要⽬的是均匀铸坯温度，增加产线的中间缓冲。

（1）使产线具有⽆头轧制/半⽆头轧制/单坯轧制三种⽣产模式。

◆⽆头轧制模式⽣产0.8-2.0mm薄规格产品；

◆半⽆头轧制模式⽣产2.0-4.0mm的⼀般薄规格产品；

◆单坯轧制模式⽤于头尾坯轧制、单卷取机⽣产条件下维持⽣产，可⽣产1.5-12.7mm的⼤纲覆盖的全部产品。

（2）增加了连铸和轧机之间的缓冲，可实现连铸不停浇换辊；

（3）连铸的头尾坯可以轧制成卷，提⾼⾦属收得率1%以上；

（4）铸坯温度均匀，可使带钢横向性能均匀、边部质量好，易⽣产Nb、V、Ti钢；

（5）半⽆头轧制时不⽤感应加热，板形好，成材率⾼；

（6）可以减少⼀台地下卷取机。

2）隧道式均热炉主要采⽤了如下主要技术：

◆采⽤Ni、Cr系列辊环材质（含Co约7%），有利于提⾼辊⼦寿命，采⽤窄辊环错开布置，减少氧化铁⽪疙瘩对铸坯下

表⾯的伤害；

◆先进的全连续双交叉限幅+脉冲燃烧控制系统，即可实现节能，⼜能实现炉温的精准控制；出炉板坯温度±10℃，⽽且

边⾓温度略⾼，有利于轧制稳定、质量控制和产品开发；

◆采⽤空煤⽓预热和烟⽓余热回收的梯级能源回收利⽤系统；

◆增加铸坯移出装置，事故状态下可移出铸坯；

◆横移段⼊⼝侧采⽤悬臂⾃动⽕焰切割，⽤于铸坯事故切断。

2.4.3三点除鳞

为提升带钢表⾯质量，产线布置了三套除鳞装置，以避免氧化铁⽪残留，有效保证产品的表⾯质量。

1）连铸扇形段出⼝采⽤摆动除鳞装置，除鳞压⼒1-6MPa，主要⽬的是去除附于铸坯表⾯的氧化铁⽪和保护渣等，以减

少均热炉炉辊粘附铁⽪疙瘩的机会；

2）粗轧⼊⼝在⽴辊轧机和R1之间布置单排集管的除鳞机，除鳞压⼒达35MPa，⾼压⼩流量，温降⼩，除鳞点距R1最

近，可减少⼆次氧化铁⽪产⽣；

3）精轧⼊⼝布置了双排集管的除鳞装置，除鳞压⼒35MPa，⾼压⼩流量，温降⼩，⽆头轧制时采⽤单排集管除鳞，以

减少温降，单坯和半⽆头轧制采⽤双排集管除鳞。

2.4.4优化产线布置减少温降

对于⽆头轧制，带钢温度控制是⼯艺控制的核⼼。带钢温度均匀是质量的保证，MCCR通过采⽤80m长均热炉可以解决

这⼀问题，由于⽐常规热连轧⽣产线轧程短，温度均匀性更好。但由于秒流量低，轧制过程的带钢温降则直接影响⽣产

成本。所以要通过优化产线布置，最⼤限度地减少带钢出均热炉到终轧的温降。

1）改粗轧前的侧导板为侧导向辊，缩短轧线距离3.5m；

2）粗精轧之间不设专门的中间坯移出辊道，缩短距离12m。

2.4.5中间坯的感应加热

中间坯感应加热装置的主要参数见表4。

2.4.6热机轧制

MCCR多模式连续铸轧⽣产线具有热机轧制功能，在精轧除鳞机前⾯集成布置了强制冷却喷淋⽔，⽤于轧制⾼强品种。

2.4.7加强型层流冷却

1）层流冷却段长度为55.68m，最⼤⽔量8500m3/h；

2）对于⽣产薄规格（厚度≤3mm）⾼强度钢种，采⽤加强型层流冷却既能满⾜冷却速度和⽣产DP钢分段冷却的要求，

⼜有利于板形控制；

3）层流冷却采⽤边部遮挡，提⾼带钢宽度上的温度均匀性。

2.4.8轧钢技术

1）精轧出⼝设置多功能仪，为精轧板形控制提供前馈；

2）⽆头轧制模式过程FGC动态变厚度；

3）粗轧和精轧机组实现⾃动⽔平调整，减少⼈⼯调整误操作；

4）在线带载荷窜辊，实现⽆头轧制过程中的板形调整；

5）通过电磁感应加热实现FET的闭环⾃动控制；

6）精轧出⼝设置板形检测辊，可实现⽆头轧制板形在线检测和控制；

7）轧机设定、板形设定和层流冷却设定协调控制实现⽆缝衔接；

8）⽴辊设定和结晶器调宽联合宽度控制；

9）⾃适应穿带功能，提⾼头部设定精度。

3节能型-ESP⼯艺技术

3.1⼯艺⽅案

经过对各类薄板坯连铸连轧技术进⾏⽐较，重点就常规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，全丰薄板确定了独特的“节能型-ESP”⼯艺技术⽅案（图1）：

1）以全⽆头轧制⼯艺为主，并具备单坯和半⽆头轧制⼯艺灵活转换的特点；

2）配置单流⾼拉速板坯连铸机⼀台；

3）在连铸和粗轧之间，布置⼀座以均热和缓冲为主的双蓄热辊底式加热炉；在粗轧和精轧之间布置同时具备升温和控

温能⼒的双蓄热辊底式加热炉；

温能⼒的双蓄热辊底式加热炉；

4）轧机区配置2架粗轧机和6架精轧机，卷取区配置1台⾼速飞剪和2台卷取机。

3.2关键技术

1）节能型-ESP与常规CSP综合分析对⽐

◆同等产能规模条件下，节能型-ESP产线节省占地⾯积30%-50%，节省投资15%左右；

◆节能型-ESP⽣产线可实现⾼⽐例薄规格（≤1.5mm占⽐60%以上）产品稳定⽣产。

2）产品⼤纲

该⽣产线主要⽣产冷轧基板、⼀般结构钢、汽车⽤结构钢、耐候钢、热轧酸洗板、⾼强钢、双相钢等，产线投产后的产

品⼤纲见表5。

3）1#辊底炉功能

◆实现连铸坯横断⾯温度均匀，消除边⾓低温；

◆具备板坯升温功能，R1⼊⼝温度达到1150℃，为粗轧前增加⾼压⽔除鳞，为提⾼产品表⾯质量创造条件；

◆为精轧机组实现在线换辊，提供缓冲时间。

4）2#辊底炉功能

2#辊底炉功能主要包括：

◆采⽤双蓄热加热炉，节能并具备较快的升温能⼒（TF2⼊⼝950-1000℃，出⼝1150℃）；

◆具有为铁素体轧制控温的功能；

◆加热炉第⼀段设置中板推出收集装置，与摆剪和精轧⼊⼝起套辊配合，完成全⽆头情况下的事故处理。

2#辊底炉的主要技术特点：

◆燃料采⽤转炉煤⽓，空/煤⽓双蓄热燃烧；

◆燃烧⽅式采⽤专利技术，集中换向，脉冲燃烧，炉膛温度分布均匀；

◆燃烧控制采⽤L1和L2⾃动控制；

◆辊底炉采⽤复合绝热耐材结构，减少炉体散热损失；

◆炉底渣门⾃动放渣，减轻⼯⼈劳动强度。

5）1#、2#摆剪实现多模式轧制⽅式

◆1#摆剪启动，实现单块或半⽆头轧制模式；

◆1#摆剪不启动，2#摆剪启动，剪切中间坯，实现单坯或半⽆头轧制模式；

◆在事故状态下，实现碎断或切定尺功能。

6）铁素体轧制⼯艺

可采⽤铁素体轧制技术，在显著降低轧制能耗的条件下，⼤批量稳定⽣产性能优质的薄规格和超薄规格低碳软钢。具体

⼯艺如下：适当降低TF1的加热温度，控制粗轧机开轧温度为1100℃，⽐常规开轧温度降低50℃；经过R1+R2粗

轧，R2出⼝温度1000℃；TF2进⾏控温操作，采⽤脉冲燃烧技术，保证中间坯料炉⼦出⼝温度在900℃，坯料经缓

冷，温度和晶粒度较强冷⽅式更加均匀，并避免了后续精轧阶段的混晶轧制。

铁素体轧制所具有的优势包括：降低加热炉能耗；降低⼯作辊磨损，延长轧辊寿命，提⾼⽣产效率；提⾼产品表⾯质

量，减少氧化铁⽪量，提⾼冷轧酸洗效率；降低轧件内应⼒，提⾼热轧产品板形质量；铁素体轧制的产品作为冷轧原

料，可降低屈强⽐，提⾼冷轧阶段⽣产效率，同时降低冷轧⼯序电耗。

全丰薄板节能型-ESP项⽬于2017年2⽉15⽇正式开⼯建设，预计2018年6⽉热试投产。

4展望

⽇照钢铁ESP⽆头轧制带钢⽣产线经实践已经证明是⼀种⾼效率⽣产部分替代冷轧产品的先进技术。这意味着未来带钢

⽆头轧制技术有着⼴阔的发展前景。

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【内容来源】世界⾦属导报