《工程科学学报》：薄板坯连铸连轧技术发展现状及展望.pdf_大学文库

《工程科学学报》录用稿，htps:/doi.org/10.13374/i,issn2095-9389.2021.10.21.001©北京科技大学2020 薄板坯连铸连轧技术发展现状及展望汪水泽，高军恒1，吴桂林1，毛新平区 1)北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心，北京100083 ☒通信作者，E-mail:maoxinping(@126.com 摘要自1989年第一条产线投产以来，薄板坯连铸连轧技术已经走过30多年的发展方穆。在这个过程中，通过对其技术不断探索和创新，推动了薄板坯连铸连轧技术不断向前发展，/套钢铁业碳中和战略目标背景下，以薄板坯连铸连轧为代表的近终形制造技术得到了行业的极大注本文主要回顾了薄板坯连铸连轧技术的发展，分析其关键工艺装备的演变历程，并根据其连续化程度将薄板还连铸连轧划分为单坯、半无头和无头三代技术：分析了薄板坯连铸连轧流程的工艺特点及物理治金特征，在此基础上提出了其产品定位，重点介绍了其代表性产品如中高碳钢、热轧高强钢及电工钢等的开发与应用现状。最后，对薄板坯连铸连轧技术未来的发展进行了展望，提出连续化、专业化智能化将是未来重要发展方向。关键词薄板坯连铸连轧：低碳钢：无头轧制：产品定位： Thin slab casting and direct rolling technology:current status and prospects Shuize Wang.Junheng Gao.Guilin Wu Xinping Mao 1)Beijing Advanced Innovation Center fo Materials Genome Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-m g@126.com ABSTRACT Sinee 1989 when the first production line was commissioned,thin slab casting and direct rolling (TSCR)technology has experienced 30 years of developments.Owing to the consistent and successful exploration and innovation by engineers and researchers,rapid progresses in the TSCR technology have been witnessed during the past 30 vears.Under the background of carbon neutrality,the steel industry encounters tremendous pressure for low carbon emissions.As one of the representative near-net-shape steel manufacturing technologies,the TSCR technology has attracted extensive attention to realize carbon neutrality in the steel industry.This article reviews the development history and the evolution of critical process equipment for the TSCR technology.According to the continuous extent of the manufacturing process,the TSCR technology can be classified into the following three generations,i.e.,batch rolling,semi-endless rolling and endless rolling.With an increase of continuity of the TSCR technology,the production line shortens greatly,especially for the third generation technology,endless strip production line.Meanwhile,the increase of continuity substantially augments the productivity,production yield 1收稿日期：2021-10-21 盖项目：新金属材料国家重点实验室（项目号：2020Z-02)和国家自然科学基金委（项目号： 52104369) 1

薄板坯连铸连轧技术发展现状及展望汪水泽1，高军恒 1，吴桂林 1，毛新平 1 1) 北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心，北京 100083  通信作者，E-mail:maoxinping@126.com 摘要自 1989 年第一条产线投产以来，薄板坯连铸连轧技术已经走过 30 多年的发展历程。在这个过程中，通过对其技术不断探索和创新，推动了薄板坯连铸连轧技术不断向前发展。在钢铁工业碳中和战略目标背景下，以薄板坯连铸连轧为代表的近终形制造技术得到了行业的极大关注。本文主要回顾了薄板坯连铸连轧技术的发展，分析其关键工艺装备的演变历程，并根据其连续化程度将薄板坯连铸连轧划分为单坯、半无头和无头三代技术；分析了薄板坯连铸连轧流程的工艺特点及物理冶金特征，在此基础上提出了其产品定位，重点介绍了其代表性产品如中高碳钢、热轧高强钢及电工钢等的开发与应用现状。最后，对薄板坯连铸连轧技术未来的发展进行了展望，提出连续化、专业化、智能化将是未来重要发展方向。关键词薄板坯连铸连轧；低碳钢；无头轧制；产品定位；碳中和; Thin slab casting and direct rolling technology: current status and prospects Shuize Wang1 , Junheng Gao1 , Guilin Wu1 , Xinping Mao1 1) Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China  Corresponding author, E-mail: maoxinping@126.com ABSTRACT Since 1989 when the first production line was commissioned, thin slab casting and direct rolling (TSCR) technology has experienced 30 years of developments. Owing to the consistent and successful exploration and innovation by engineers and researchers, rapid progresses in the TSCR technology have been witnessed during the past 30 years. Under the background of carbon neutrality, the steel industry encounters tremendous pressure for low carbon emissions. As one of the representative near-net-shape steel manufacturing technologies, the TSCR technology has attracted extensive attention to realize carbon neutrality in the steel industry. This article reviews the development history and the evolution of critical process equipment for the TSCR technology. According to the continuous extent of the manufacturing process, the TSCR technology can be classified into the following three generations, i.e., batch rolling, semi-endless rolling and endless rolling. With an increase of continuity of the TSCR technology, the production line shortens greatly, especially for the third generation technology, endless strip production line. Meanwhile, the increase of continuity substantially augments the productivity, production yield 1收稿日期：2021-10-21 基金项目：新金属材料国家重点实验室（项目号：2020Z-02）和国家自然科学基金委（项目号： 52104369） 1 《工程科学学报》录用稿，https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.10.21.001 ©北京科技大学 2020 录用稿件，非最终出版稿

and energy efficiency and expands the thinnest strip thickness down to 0.6mm.In addition,the specific characteristics of processing and physical metallurgy for the TSCR technology were analyzed.According to its rapid solidification,heavy reduction per rolling pass and uniform temperature distribution characteristics,product orientation of the TSCR technology was suggested to be special steel,high strength steel,silicon steel and thin gauge products.New advances on the development of representative products for the TSCR technology,e.g., medium and high carbon steels,high-strength hot-rolled steels and silicon steels,and their practical application status were discussed.Finally,we envisaged the future development directions of TSCR technology and proposed that making the process being more concise and continuous,developing product oriented production line and coupling intelligent manufacturing with the TSCR technology will be the important development directions in the future. KEY WORDS Thin slab casting and direct rolling;Low-carbon steel;Endless rolling:Product orientation; Carbon neutrality 探索简约、高效的制造流程，研发低成本高性能钢铁材料，是钩铁工业创新发展的重要方向。薄板坯连铸连轧将传统钢铁制造流程中相对独立分散的铸造加热、轧制等工序融为一体，工序简约、生产高效，节能减排效果显著，产品特色鲜明，是世界钢铁工业继氧气转炉炼钢、连续铸钢之后，取得的又一项带来钢铁工业技术变革的新技术。近30多年来，通过对薄板坯连铸连轧技术不断探索和创新，其技术也在不断的发展和完善，己在全球范围内得到了广泛应用。特别是近年来，在国家碳中和战略目标的大背景下，薄板坯连铸连轧因其流程简约高效，节能减排效果显著引起了行业内的广泛关注。 1薄板还连铸连轧技术发展历程及现状 1.1薄板还连德连技术发展摄况 1989年7月，全球第一条薄板坯连铸连轧产线在美国纽柯钢铁公司克劳福兹维尔钢厂建成投产，由此拉开了薄板坯连铸连轧技术工业化发展的序幕回。该产线采用的是德国西马克公司开发的CSP(Compact Strip Production技术，随后该技术在美国纽柯的希克曼厂、伯克利厂以及韩国的现代制铁唐渾厂、西班牙的希尔沙厂、德国的蒂森克虏伯杜伊斯堡厂中国的珠钢、邯钢、包钢等也成功实现了工业化应用。l992年全球第一条ISP(Inline Strip Production)产线在意利例维迪建成投产，随后推广至荷兰霍高文厂、韩国光阳厂和俄罗斯耶弗拉兹里贾纳广筹995年，全球第1条CONROLL(Continuous Rolling)产线在美国阿姆科(Armco)钢铁公司曼斯菲尔德(Mansfield)钢厂（现为美国AK钢铁公司曼斯菲尔德钢厂)建成投产，随后在奥地利奥钢联林茨厂、瑞典谢菲尔德公司阿维斯塔厂也成功实现了工业化生产1996年全球第一条QSP(Quality Slab Production)工业化产线在美国北极星钢厂 North Star BHP Steel)建成投产。l997年，全球第l条FTSR(Flexible Thin Slab Rolling)产线在加拿大安大略省的阿尔戈马(Algoma)钢铁公司（现为印度埃萨钢铁公司阿尔戈马厂）建成投产)。2OO0年中国鞍钢自主集成开发的ASP(Anshan Strip Production)产线正式投产。2009年2月全球第一条ESP(Endless Strip Production)产线在意大利阿维迪开始工业化生产。韩国浦项对原有的ISP产线进行改造，2009年5月CEM(Compact Endless Casting &Rolling Mil)产线建成投产。截止至2021年6月，据不完全统计，全球已建薄板坯连铸连轧产线73条110流，年生产能力超过1.37亿吨，如表1所示。其中我国共建成23条产线，产能接近5500万吨，如表2所示

and energy efficiency and expands the thinnest strip thickness down to 0.6mm. In addition, the specific characteristics of processing and physical metallurgy for the TSCR technology were analyzed. According to its rapid solidification, heavy reduction per rolling pass and uniform temperature distribution characteristics, product orientation of the TSCR technology was suggested to be special steel, high strength steel, silicon steel and thin gauge products. New advances on the development of representative products for the TSCR technology, e.g., medium and high carbon steels, high-strength hot-rolled steels and silicon steels, and their practical application status were discussed. Finally, we envisaged the future development directions of TSCR technology and proposed that making the process being more concise and continuous, developing product oriented production line and coupling intelligent manufacturing with the TSCR technology will be the important development directions in the future. KEY WORDS Thin slab casting and direct rolling; Low-carbon steel; Endless rolling; Product orientation; Carbon neutrality 探索简约、高效的制造流程，研发低成本高性能钢铁材料，是钢铁工业创新发展的重要方向。薄板坯连铸连轧将传统钢铁制造流程中相对独立分散的铸造、加热、轧制等工序融为一体，工序简约、生产高效，节能减排效果显著，产品特色鲜明，是世界钢铁工业继氧气转炉炼钢、连续铸钢之后，取得的又一项带来钢铁工业技术变革的新技术[1]。近 30 多年来，通过对薄板坯连铸连轧技术不断探索和创新，其技术也在不断的发展和完善，已在全球范围内得到了广泛应用。特别是近年来，在国家碳中和战略目标的大背景下，薄板坯连铸连轧因其流程简约高效，节能减排效果显著，更是引起了行业内的广泛关注。 1 薄板坯连铸连轧技术发展历程及现状 1.1 薄板坯连铸连轧技术发展概况 1989 年 7 月，全球第一条薄板坯连铸连轧产线在美国纽柯钢铁公司克劳福兹维尔钢厂建成投产，由此拉开了薄板坯连铸连轧技术工业化发展的序幕[2]。该产线采用的是德国西马克公司开发的 CSP(Compact Strip Production 技术，随后该技术在美国纽柯的希克曼厂、伯克利厂以及韩国的现代制铁唐津厂、西班牙的希尔沙厂、德国的蒂森克虏伯杜伊斯堡厂中国的珠钢、邯钢、包钢等也成功实现了工业化应用。1992 年全球第一条 ISP(Inline Strip Production ) 产线在意大利阿维迪建成投产，随后推广至荷兰霍高文厂、韩国光阳厂和俄罗斯耶弗拉兹里贾纳厂等。1995 年，全球第 1 条 CONROLL (Continuous Rolling) 产线在美国阿姆科(Armco)钢铁公司曼斯菲尔德(Mansfield)钢厂(现为美国 AK 钢铁公司曼斯菲尔德钢厂)建成投产，随后在奥地利奥钢联林茨厂、瑞典谢菲尔德公司阿维斯塔厂也成功实现了工业化生产。1996 年全球第一条 QSP (Quality Slab Production) 工业化产线在美国北极星钢厂 (North Star BHP Steel)建成投产。1997 年，全球第 1 条 FTSR (Flexible Thin Slab Rolling)产线在加拿大安大略省的阿尔戈马(Algoma)钢铁公司(现为印度埃萨钢铁公司阿尔戈马厂) 建成投产[3]。2000 年中国鞍钢自主集成开发的 ASP (Anshan Strip Production) 产线正式投产 [4]。2009 年 2 月全球第一条 ESP (Endless Strip Production) 产线在意大利阿维迪开始工业化生产[5]。韩国浦项对原有的 ISP 产线进行改造，2009 年 5 月 CEM (Compact Endless Casting & Rolling Mill) 产线建成投产[6]。截止至 2021 年 6 月，据不完全统计，全球已建薄板坯连铸连轧产线 73 条 110 流，年生产能力超过 1.37 亿吨，如表 1 所示。其中我国共建成 23 条产线，产能接近 5500 万吨，如表 2 所示。 2 录用稿件，非最终出版稿

Valin LY Steel CSP 55-70 0.8-12.7 240 2004.2 Bensteel Group FTSR 70-85 0.8-12.7 280 2004.11 Tonggang Limited Company FTSR 70-90 1.0-12.0 250 2005.12 Jigang Group ASP 135-150 1.5-25.0 250 2006.11 Jiuquan Iron & Steel CSP 52-70 1.2-12.7 200 2005.5 Wuhan Iron &Steel Group CSP 50-90 1.0-12.7 253 2009.2 Anshan Steel ASP 100-135 0.8-12.7 200 2010.11 Rizhao Steel ESP 70-110 0.8-6.0 222 2014.11 Rizhao Steel ESP 70-110 0.8-6.0 222 2015.5 Rizhao Steel ESP 70-110 0.8-6.0 222 2015.9 Rizhao Steel ESP 70-110 0.6-6.0 222 2018.3 Shougang Jingtang Iron & Steel United MCCR 110/123 0.8-12.7 210 2019.4 Tangshan Quanfeng DSCCR 70-100 0.8-4.5 200 2019.6 Rizhao Steel ESP 70-110 0.6-6.0 222 2021.2 Fujian Dingsheng Steel ESP 70-110 0.8-6.0 222 2021 Taihang Steel ESP 70-110 0.8-6.0 222 2021 Total 5457 1.2 薄板坯连铸连轧关键工艺装备及其演变历程 1.2.1 铸坯厚度选择与结晶器类型薄板坯连铸连轧是近终形制造技术的代表之一，其早期的工艺指导思想是尽量减小连铸坯的厚度，以减少后续的压下量及所需的轧机数量，从而实现流程的简约高效。例如，西马克开发的第一条 CSP 产线的铸坯厚度仅有 45 mm[7]；德马克最初建设的 ISP 生产线的铸坯厚度仅有 50 mm。日本住友在上世纪 80 年代也曾研发过铸坯厚度为 40 mm 的连铸技术。但是，当铸坯厚度减薄后，存在浸入式水口与熔池空间狭小、铸坯表面质量相对差等问题。为解决这个矛盾，人们发明了变截面结晶器，以增大熔池的空间。例如，西马克开发了漏斗形结晶器，如图 1(a) 所示[8]，首次突破了板坯连铸结晶器任意横截面均为等矩形截面的传统。德马克也将其平行板结晶器改进为“橄榄型”结晶器形式，一般也将其称为小漏斗形。除此之外，达涅利也开发了 H 2结晶器[9]，一般也称之为长漏斗形结晶器或凸透镜形结晶器，如图 1(b) 所示[8]。 4 录用稿件，非最终出版稿

(b) 圆1薄板坯连铸结晶器类型.(a)漏斗形结晶器：(b)H2结晶器 Fig.1 Thin slab casting molds:(a)Infundibulate casting mold;(b)H2 casting mold 变截面结晶器虽然能在一定程度上改善浇铸条件，但是铸坯厚度本薄)衡梦质量的控制难度依然较大。因此，在后期工业化应用中，薄板坯连铸连轧技术结冷液压下技术，一定程度增加了结晶器出口铸坯厚度，以达到提高产品质量的目的。例如，CSP技术的铸坯厚度由最初的40-50mm逐渐增加70/90mm:ISP技术的铸还厚度也由最初的60-65 mm提高到了70/90mm:FTSR技术直接采用了70/90mm的铸坯厚度。奥钢联更是直接发展出了铸坯厚度为75-l25mm中薄板坯连铸连轧的代表性技米，CONROLL技术。增加结晶器出口厚度有利于提高结晶器内钢液面的稳定性，改嗜保护渣的熔化和润滑条件，提高浸入式水口的寿命等。因此，最近新投产的薄板坯连铸莲轧生产线都一定程度的提高了结晶器出口厚度。增加结晶器出口厚度另外一个重要的驱动力是提高产线的产能。在技术发展的初期，由于铸坯的厚度仅有40-50mm残铸机的产能仅有60-80万/年，即使采用两流连铸机，也无法完全匹配热轧机组280-300年的产能，连铸仍然是产能的限制环节。提高连铸坯厚度是增加产能最直接有效途径。，总之，连铸坯厚度的选择应保持在合理的范围，需要综合考虑产线的技术类型、产品的规格、质量、产能、成本等诸多因素。 1.2.2铸机与轧机的衔接技术与装备自薄板坯连铸连轧技术提出以来连铸机与轧机间的衔接技术也得到了长足的发展与完善，目前常用的有辊底式均热炉、热卷箱、步进式加热炉和电磁感应加热炉四种衔接方式。辊底式均热炉是CSP技术主要采用的衔接方式，目前应用最为广泛。在衔接两流连铸机的两个辊底式均热同板坯的传输方面，最初采用的是横移式，后来以摆动式为主，如图2所示。辊底式构热炉操作简单、可靠，但是设备长度一般有180-260m,在半无头轧制产线中，长度甚至超过300m。因此，辊底式均热存在占地面积大，投资高的问题。此外，辊底式均热炉底辊多达200根以上，且采用水冷方式，使均热炉的热效率较仅有 35%。炉辊结瘤，易导致板坯下表面划伤等表面质量问题。圆2辊底式均热炉间铸坯的传输方式.(a)横移式：(b)摆动式 Fig.2 The transfer methods of casting slab between roller hearth furnaces:(a)Traverse method:(b)swing method ISP技术发展过程中，其衔接技术的变化也比较大。第一条ISP生产线采用了感应加热和克日莫那炉的方案1，大幅缩短了产线长度，使产线总长度仅为175。但是克日莫那

图 1 薄板坯连铸结晶器类型. (a)漏斗形结晶器；(b)H2 结晶器 Fig.1 Thin slab casting molds: (a) Infundibulate casting mold; (b) H2 casting mold 变截面结晶器虽然能在一定程度上改善浇铸条件，但是铸坯厚度太薄，铸坯质量的控制难度依然较大。因此，在后期工业化应用中，薄板坯连铸连轧技术结合液芯压下技术，一定程度增加了结晶器出口铸坯厚度，以达到提高产品质量的目的[10, 11]。例如，CSP 技术的铸坯厚度由最初的 40-50 mm 逐渐增加 70/90 mm；ISP 技术的铸坯厚度也由最初的 60-65 mm 提高到了 70/90 mm；FTSR 技术直接采用了 70/90 mm 的铸坯厚度。奥钢联更是直接发展出了铸坯厚度为 75-125 mm 中薄板坯连铸连轧的代表性技术，CONROLL 技术。增加结晶器出口厚度有利于提高结晶器内钢液面的稳定性，改善保护渣的熔化和润滑条件，提高浸入式水口的寿命等。因此，最近新投产的薄板坯连铸连轧生产线都一定程度的提高了结晶器出口厚度[12]。增加结晶器出口厚度另外一个重要的驱动力是提高产线的产能。在技术发展的初期，由于铸坯的厚度仅有 40-50 mm，连铸机的产能仅有 60-80 万 t/年，即使采用两流连铸机，也无法完全匹配热轧机组 280-300 万 t/年的产能，连铸仍然是产能的限制环节。提高连铸坯厚度是增加产能最直接有效途径。总之，连铸坯厚度的选择应保持在合理的范围，需要综合考虑产线的技术类型、产品的规格、质量、产能、成本等诸多因素。 1.2.2 铸机与轧机的衔接技术与装备自薄板坯连铸连轧技术提出以来，连铸机与轧机间的衔接技术也得到了长足的发展与完善，目前常用的有辊底式均热炉、热卷箱、步进式加热炉和电磁感应加热炉四种衔接方式[13]。辊底式均热炉是 CSP 技术主要采用的衔接方式，目前应用最为广泛。在衔接两流连铸机的两个辊底式均热炉间板坯的传输方面，最初采用的是横移式，后来以摆动式为主，如图 2 所示[14]。辊底式均热炉操作简单、可靠，但是设备长度一般有 180-260 m，在半无头轧制产线中，长度甚至超过 300 m。因此，辊底式均热存在占地面积大，投资高的问题。此外，辊底式均热炉底辊多达 200 根以上，且采用水冷方式，使均热炉的热效率较仅有 35%。炉辊结瘤，易导致板坯下表面划伤等表面质量问题。图 2 辊底式均热炉间铸坯的传输方式. (a)横移式；(b)摆动式 Fig.2 The transfer methods of casting slab between roller hearth furnaces: (a) Traverse method; (b) swing method ISP 技术发展过程中，其衔接技术的变化也比较大。第一条 ISP 生产线采用了感应加热和克日莫那炉的方案[15]，大幅缩短了产线长度，使产线总长度仅为 175 m。但是克日莫那 5 录用稿件，非最终出版稿

炉结构复杂，故障率高，缓冲能力小等问题较为突出。为了避免以上问题，浦项的SP产线采用了感应加热和热卷箱方案，大幅提升了产线缓冲能力及生产灵活性。步进式加热炉具有占地少、生产调度性强、工艺成熟可靠等优点。但在钢卷单位卷重一定的情况下，薄板坯的长度较长，须大幅增加步进式加热炉固定梁和移动梁长度，导致其难以正常运转，同时还显著增加成本。目前，步进式加热炉主要与中厚板坯连铸机衔接，如奥钢联的CONROLL技术、住友的QSP技术以及鞍钢的ASP技术等。感应加热炉具有加热温度快，加热时间短等优势，可大幅缩短产线长度，避免辊底式均热炉易造成铸坯下表面擦伤的问题。目前，阿维迪开发的ESP技术在粗轧和精轧机之间采用了电磁感应加热炉补热，如图3所示。但是，对ESP产线而言，感应加热炉衔接方式存在装机容量大，可达到整条产线装机容量的50%左右，能源成本较高。圆3ESP技术的衔接方式 Fig.3 Connection method between roughing mill group and finishing mil Sup of ESP technology 1.2.3高压水除鳞技术与装备薄板坯连铸连轧技术具有不同于传统热轧流程的热履历，连铸坯出铸机后直接进入均热炉进行20~30mi的加热和保温，出炉后直接进入除鳞机进行高压水除鳞。在这个过程中，连铸坯始终处于较高的温度，没有传统连铸还温渡下降至室温的过程：加热时间较短，铸坯表面氧化铁皮相对较薄：出加热炉到进入除鳞机的时间短，板坯温降较小。生产实践发现，薄板坯的氧化铁皮较薄，但是粘性大，去除滩度高，因此薄板坯连铸连轧流程热轧带钢的表面质量一直是困扰行业的共性间题。/在薄板坯连铸连轧技术发展的早期，曾提出提高除鳞水压来清除铸坯表面氧化铁皮，最高冰压曾达到55MP,但是过高的水压对改善除鳞效果有限，而且还显著增加了高压水系统维修保养的工作量和事故率。西马克研发了新型除鳞机来解决薄板坯连铸连轧氧化铁皮难清除的问题，具有如下特点：与常规高压水除鳞机相比，√缩短予喷嘴与板坯表面之间的距离；水压从20MP提高到 40MPa,实用水压在32~35MP之间：增设了防止飞溅水回落到板坯表面的收集器。此外，西马克还提出了在辊底式均热炉之前设置旋转除鳞机去除铸坯上不均匀的氧化铁皮及残余的保护渣，以防止形铁皮骤集在隧道炉辊上，引起板坯下表面划伤。达涅利公司根据傅板坯连铸连轧产线上不同位置氧化铁皮的特点，开发了多点除鳞工艺，如图4所不在辊底式均热炉之前设置了旋转式除鳞机，在粗轧机前和精轧机前分别设置了除鳞箱 Descaling point I Descaling Descaling point 2 point 3 ■4达涅利FTSR产线三点除鳞布置示意图 Fig.4 Schematic diagram of the three points descaling system in Danieli FTSR production line 13薄板还连情连轧发展阶段的剔分经过30多年的发展，薄板坯连铸连轧已经发展出了多种技术形式，如 6

炉结构复杂，故障率高，缓冲能力小等问题较为突出。为了避免以上问题，浦项的 ISP 产线采用了感应加热和热卷箱方案，大幅提升了产线缓冲能力及生产灵活性。步进式加热炉具有占地少、生产调度性强、工艺成熟可靠等优点。但在钢卷单位卷重一定的情况下，薄板坯的长度较长，须大幅增加步进式加热炉固定梁和移动梁长度，导致其难以正常运转，同时还显著增加成本。目前，步进式加热炉主要与中厚板坯连铸机衔接，如奥钢联的 CONROLL 技术、住友的 QSP 技术以及鞍钢的 ASP 技术等。感应加热炉具有加热温度快，加热时间短等优势，可大幅缩短产线长度，避免辊底式均热炉易造成铸坯下表面擦伤的问题。目前，阿维迪开发的 ESP 技术在粗轧和精轧机之间采用了电磁感应加热炉补热，如图 3 所示[16]。但是，对 ESP 产线而言，感应加热炉衔接方式存在装机容量大，可达到整条产线装机容量的 50% 左右，能源成本较高。图 3 ESP 技术的衔接方式 Fig.3 Connection method between roughing mill group and finishing mill group of ESP technology 1.2.3 高压水除鳞技术与装备薄板坯连铸连轧技术具有不同于传统热轧流程的热履历，连铸坯出铸机后直接进入均热炉进行 20~30 min 的加热和保温，出炉后直接进入除鳞机进行高压水除鳞。在这个过程中，连铸坯始终处于较高的温度，没有传统连铸坯温度下降至室温的过程；加热时间较短，铸坯表面氧化铁皮相对较薄；出加热炉到进入除鳞机的时间短，板坯温降较小。生产实践发现，薄板坯的氧化铁皮较薄，但是粘性大，去除难度高，因此薄板坯连铸连轧流程热轧带钢的表面质量一直是困扰行业的共性问题。在薄板坯连铸连轧技术发展的早期，曾提出提高除鳞水压来清除铸坯表面氧化铁皮，最高水压曾达到 55 MPa，但是过高的水压对改善除鳞效果有限，而且还显著增加了高压水系统维修保养的工作量和事故率。西马克研发了新型除鳞机来解决薄板坯连铸连轧氧化铁皮难清除的问题，具有如下特点：与常规高压水除鳞机相比，缩短了喷嘴与板坯表面之间的距离；水压从 20 MPa 提高到 40 MPa，实用水压在 32~35 MPa 之间；增设了防止飞溅水回落到板坯表面的收集器。此外，西马克还提出了在辊底式均热炉之前设置旋转除鳞机去除铸坯上不均匀的氧化铁皮及残余的保护渣，以防止氧化铁皮聚集在隧道炉辊上，引起板坯下表面划伤[17]。达涅利公司根据薄板坯连铸连轧产线上不同位置氧化铁皮的特点，开发了多点除鳞工艺，如图 4 所示，在辊底式均热炉之前设置了旋转式除鳞机，在粗轧机前和精轧机前分别设置了除鳞箱[18]。图 4 达涅利 FTSR 产线三点除鳞布置示意图 Fig.4 Schematic diagram of the three points descaling system in Danieli FTSR production line 1.3 薄板坯连铸连轧发展阶段的划分经过 30 多年的发展，薄板坯连铸连轧已经发展出了多种技术形式，如 6 录用稿件，非最终出版稿

CSP、FTSR、ISP、ESP等，根据生产过程的连续化程度，可将其划分为三代技术。第一代技术以单坯轧制为特征，最早在美国投产的纽柯克劳福兹维尔CSP产线以及中国第一批引进的珠钢、邯钢、包钢产线均属这代技术。第二代技术以半无头轧制为特征，1994年在荷兰霍高文建成投产，我国涟钢也采用了类似技术测。第三代技术以完全连续化生产的无头轧制为主要特征，2009年首次工业化生产在意大利阿维迪的ESP产线上得以实现。韩国浦项制铁和达涅利合作，对光阳厂原有的ISP产线进行连续化改造，也成功实现了无头轧制，并将其称之为CEM技术。国内最新建成投产的薄板坯连铸连轧产线，如日照的ESP4, 四、首钢的MCCR、唐山全丰的DSCCR均属于第三代技术。薄板坯连铸连轧三代技术的主要技术特征对比如表3所示。与前两代技术相比，第三代技术特点如下：为使单流连铸机达到与第一代和第二代双流连铸机同样的产能规模，显著增加了铸坯厚度和拉坯速度，大幅度提高了钢通量：由于无均热炉或均热炉长度缩短等因素，降低了氧化铁皮烧损、能耗和排放：轧钢过程带钢头尾性能及板形小，无需切除，成材率提高：轧制过程稳定，超薄规格产品比例大幅度提高。囊3薄板坯连铸连轧三代技术的技术特征 Table 3 Technical features in the three generations of TSCR technology Technical feature 1s generation 2nd generation rd generation Representative Batch rolling Seml-endl Endless rolling Characteristics Slab thickness,mm 50-70 80-120 Mass flow 3-3.5 5.0-6.5 (width:1300 mm),t/min ~10 m electromagnetic induction 200-315m roller Types of heating ~200m roller hearth heating:80 m roller hearth hearth reheating furnace reheating furnace +10 m furnace electromagnetic induction heating Number of rolling mill 7 8 Speed schedule Constant speed-up Constant-mass flow Length of continuou Short,1 coil Medium,4~7 Long,I rolling cycle rolling process coils Smallest thicl ess of 1.2 0.8 0.6 product/mm Ratio of thin product, Low Medium High % Length of production 170-360 390-480 170-290 line,m 2薄板还连铸连轧的工艺特点及产品定位思考

CSP、FTSR、ISP、ESP 等，根据生产过程的连续化程度，可将其划分为三代技术。第一代技术以单坯轧制为特征，最早在美国投产的纽柯克劳福兹维尔 CSP 产线以及中国第一批引进的珠钢、邯钢、包钢产线均属这代技术。第二代技术以半无头轧制为特征，1994 年在荷兰霍高文建成投产，我国涟钢也采用了类似技术[19, 20]。第三代技术以完全连续化生产的无头轧制为主要特征，2009 年首次工业化生产在意大利阿维迪的 ESP 产线上得以实现。韩国浦项制铁和达涅利合作，对光阳厂原有的 ISP 产线进行连续化改造，也成功实现了无头轧制，并将其称之为 CEM 技术。国内最新建成投产的薄板坯连铸连轧产线，如日照的 ESP[21, 22]、首钢的 MCCR、唐山全丰的 DSCCR 均属于第三代技术。薄板坯连铸连轧三代技术的主要技术特征对比如表 3 所示[14]。与前两代技术相比，第三代技术特点如下：为使单流连铸机达到与第一代和第二代双流连铸机同样的产能规模，显著增加了铸坯厚度和拉坯速度，大幅度提高了钢通量；由于无均热炉或均热炉长度缩短等因素，降低了氧化铁皮烧损、能耗和排放；轧钢过程带钢头尾性能及板形差异小，无需切除，成材率提高；轧制过程稳定，超薄规格产品比例大幅度提高。表 3 薄板坯连铸连轧三代技术的技术特征 Table 3 Technical features in the three generations of TSCR technology Technical feature 1 st generation 2 nd generation 3 rd generation Representative Characteristics Batch rolling Semi-endless rolling Endless rolling Slab thickness，mm 50 - 70 60 - 90 80 - 120 Mass flow (width:1300 mm)，t/min 3 - 3.5 3.5 - 4.5 5.0 - 6.5 Types of heating furnace ~200m roller hearth reheating furnace 200~315m roller hearth reheating furnace ~10 m electromagnetic induction heating；80 m roller hearth reheating furnace +10 m electromagnetic induction heating Number of rolling mill 5-7 7 8 Speed schedule Constant speed-up Constant-mass flow Length of continuous rolling process Short，1 coil Medium，4~7 coils Long，1 rolling cycle Smallest thickness of product，mm 1.2 0.8 0.6 Ratio of thin product， % Low Medium High Length of production line，m 170~360 390~480 170~290 2 薄板坯连铸连轧的工艺特点及产品定位思考 7 录用稿件，非最终出版稿

图7所示，非金属夹杂物尺寸一般为几十纳米至几百纳米四0，从而达到阻止奥氏体晶粒长大和通过细晶、沉淀强化提高材料强度的作用。 AIN 100nm 100nm 国7薄板坯连铸连轧微合金钢中纳米析出颗粒的TEM形貌像.(a)VN纳米颗粒：，6A和MS颗粒 Fig.7 TEM images showing the morphology of nanoprecipitates of TSCR produced microalloyed steel:(a)VN precipitates,(b)AlN and MnS precipitates 薄板坯在连铸后未进行中间冷却直接热装，使大部分合金化元素以固溶的形式分布于基体中，有利于充分发挥合金元素的潜在作用。薄板坯连铸连轧流程微合金元素在热轧开始前，在奥氏体中几乎完全溶解，可用于奥氏体晶粒细化和终态组织中的析出强化。而在传统工艺流程的中间冷却过程中，部分合金元素以碳化物和氯化物的形式析出，随后因加热温度和加热时间有限，仅有部分析出物能够溶解，幅削弱了合金元素对组织调控与析出强化效果。热履历对产品表面脱碳厚度影响显著，龙对中高碳钢的影响更为突出。图8为不同加热温度和加热时间对薄板坯连铸连轧高碳钢X85表面脱碳层厚度的影响。结果表明薄板坯连铸连轧流程的低温加热和短时保温有利于表面脱碳现象的控制。 (a) -一60min 220 -■=10509C -◆-30min --1000°℃ 200 200 180 160 140 140 1000105011001150 102030405060708090100 Heating durations/min 圆8不同加热温度和加热时间对高碳钢SK85脱碳层厚度的影响 8 Influence of heating temperature and durations on the decarburization layer thickness of high carbon steel SK85 与传统流程相比，虽然薄板坯连铸连轧流程的总压下量相对小，但是其高速、大应变速率的轧制工艺（最大道次压下率可高达60%以上）及快速凝固的特点能有效弥补其总压下量较小的问题，使其终态组织更为细小，如图9所示B别。 9

(b) 100μm 100μm 圖9两种流程生产低碳钢晶粒尺寸比较.(@)传统流程：b)薄板坯流程 Fig.9 Comparison of grain size of low carbon steels produced by conventional steel manufacturing process(a)and TSCR process(b) 此外，薄板坯连铸连轧流程紧凑，一般采用恒速轧制，铸坯及带钢全长温度可控制在 ±10C,使薄板坯连铸连轧的轧制过程更稳定，尺寸精度更高，更适合薄规格热轧产品的生产。 2.2意版还连铸连礼流程的产品定位思考薄板坯连铸连轧流程早期的产品定位是充分利用丰富而廉价的废钢资源和电力，尽可能减少人工成本，低投资、低成本地规模化生产中低档热轧产品。随着人们对薄板坯连铸连轧流程的工艺特点和物理治金特征的认识不断深入，矧其产品定位也有了越来越清晰的认识而。如图10所示，基于薄板坯连铸连轧流程的立艺特征，分析认为其在特殊钢、高强钢、电工钢和薄规格等4大类产品的开发上具有阴显的技术优势，同时这也是薄板坯连铸连轧流程产品开发应该重点关注的发展方向。个 Short secondary dendrites Special steel Near net-shape Thin slab Rapid Low center casting casting solidification segregation Precipitation dispersion High strength Heavy steel reduction per Fine grain pass Homogeneous Silicon steel properties Tunnel Uniform furnace Good shape temperature Thin gauge High thickness accuracy ■10基于薄板坯连铸连轧流程特点的产品定位 Fig.10 Product orientation proposed based on the characteristics of TSCR process 3薄板还连铸连轧流程高性能产品的开发与应用现状随着薄板坯连铸连轧技术不断的改进和完善，如采用液芯压下技术，增加铸坯厚度，提高除鳞水压力，改进除鳞装置，增加精轧机架，甚至增加粗轧机等，其产品的品种和规格范围不断扩大7，，如图11所示[0，山，已经可以覆盖80%以上的热轧板带产品。下面结合薄板坯连铸连轧流程的工艺特征及产品定位，重点介绍了其在中高碳特殊钢、热轧高强钢和电工钢等高性能产品上的开发与应用现状。 10