薄带铸轧技术现状与展望

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薄带铸轧技术现状与展望

潘秀兰王艳红梁慧智冯士超

(鞍钢股份有限公司技术中心鞍山 114009)

摘要：薄带铸轧技术取得了令人瞩目的进展，世界上已有多条薄带铸轧生产线接近工业化水平。重点介绍了美国组柯Castrip、欧洲Eurostrip、韩国浦项Postrip、日本新日铁Hikari和我国宝钢Baostrip等薄带铸轧试验设备参数、试验钢种、主要技术和产能指标，分析了双辊薄带铸轧技术的工艺特点和存在的问题，展望了薄带铸轧技术的发展前景；比较冷轧、热轧和薄带铸轧工艺生产的薄带成本可知，用薄带铸轧产品替代冷轧产品，每吨钢可降低成本60～70美元。

关键词：薄带铸轧双辊铸带 Castrip Eurostrip

1 概述

薄带铸轧技术是21世纪冶金及材料研究领域的前沿技术，将连铸、轧制、甚至热处理等工艺整合为一体，省去了再加热和热轧工序，生产的薄带坯稍经加工就可成为工业成品。薄带铸轧设备投资成本低，改造费用少，生产周期短[1－2]。采用冷轧、热轧和薄带铸轧工艺生产的薄带成本比较见图1，可见带材越薄，生产成本越高，热轧成本增加显著，冷轧次之，薄带铸轧增加很少。如果用薄带铸轧产品替代冷轧产品，每吨钢可降低成本60～70美元。

研究中的薄带铸轧技术方案众多，主要区别在结晶器，可分为带式、辊式和辊带式三大类。带式还可分为单带式、双带式；辊式又可分为单辊式、双辊式等。其中研究最多、发展最快的是双辊式薄带铸轧工艺，已接近工业化规模，发展前景可观。

2 薄带铸轧技术的进展

双辊式薄带连铸也称薄带铸轧，以两个转动方向相反的铸辊为结晶器，目前已有多条试验线和接近工业化水平的半工业生产线，具有代表性的工艺有美国纽柯公司的Castrip、欧洲的Eurostrip、韩国浦项的Postip、日本新日铁的Hikari和宝钢Baostrip等，其主要技术指标参见表1，其中工业化水平最高的是Castrip生产线。

2．1 Castrip

多年来，Castrip项目最为机密。在20世纪90年代初作为BHP和IHI间的一个合作项目被确立，项目代号为“M”，直至20世纪90年代末相关工艺的重大信息才有披露。2000年在美国纽柯钢公司建设该项目，并于2002年5月热试。试车以来，该生产线产量逐年增加，到2007年1月，累计生产薄带45万t，连浇炉数最高达9炉，连浇12 h(约1000 t)，作业率达84％，金属收得率达91％。由此可见，Castrip薄带铸轧生产线[3](见图2)基本达到了工业化水平。

该薄带根据产品要求发货前增加了相应工序：

1)平整或酸洗、涂油；

2)冷轧：有少部分带钢通过可逆冷轧机处理，并作为冷轧板直销；

3)镀锌：厚1．5 mm以下的产品，镀锌后可替代冷轧镀锌板。

Castrip设备投产以来，尽管已对不锈钢(409铁素体)、硅钢和高碳钢等进行了大量中间试验，但主要品种是建筑业、农业、制造业和包装材料等。

Castrip流程以高残余元素废钢为原料。Castrip工艺带钢冷却速度快，残余元素(如：铜)在未形成偏析之前已经凝固，目前Castrip生产线已浇注成功含铜0．6％的钢水。将来产品范围将扩大到易切削钢种。

Castrip流程生产的带钢越来越薄，目前发货的最薄带钢厚0．84 mm，主要替代农业用冷轧薄板。与常规连铸和连轧技术相比，Castrip工艺投资省、节能环保、废气排放少，可生产高附加值薄规格产品，设备占地少、生产更灵活。

美国纽柯公司还斥资1．1～1．2亿美元在阿肯色州独资新建第二条Castrip生产线(包括安装真空处理装置)，预计2008年底投产，两条薄带铸轧生产线设备参数见表2。预计第三条Castrip生产线将建在海外合资公刮。

2．2 Eurostrip

蒂森克虏伯、原于齐诺尔和奥钢联于1999年开始共同开发Eurostrip工艺，三家合作方全都具备主要试验设施。蒂森克虏伯钢公司和安赛乐公司成立了克雷菲尔德铸机，奥钢联、蒂森克虏伯钢公司和CSM在意大利特尔尼的AST厂进行硅钢和碳钢的浇铸试验，目的是为了获得除生产不锈钢外的其他钢种的知识，这时于今后这种工艺的推广是至关重要的。

Eurostrip工艺的两个厂均配有在线轧机。克莱菲尔德厂在其酸洗线上安装了自动表面检测系统。铸态薄带的延伸率稍低，但经过在线轧制以后，其性能特别是延伸率明显改善。经过冷轧后，力学性能满足要求。内部夹杂物以小颗粒的形式存在，且分布均匀。因此，产品的抗腐蚀能力大大提高。经冷轧后，产品表面光泽度可以与传统产品相媲美。

2．3 Hikari

1985年新日铁和三菱开始联合开发双辊式薄带钢连铸技术；1993年成功地浇铸出了不锈钢带卷。1996年1月，新日铁和三菱重工投资1．04亿美元在新日铁光厂建了1套薄带钢铸轧机。这台薄带连铸机可连浇4炉60 t钢水，因生产成本要比传统的工艺高，没有连续生产。生产成本是目前的研究重点，研究的下一代产品是TWIP和硅钢。1994—2007年日本新日铁公开薄带铸轧技术专利198篇。

2．4 Postrip

浦项最初的薄带连铸技术是1988开始与英国的戴维公司合作开发的，总投资1760万美元的双辊式带钢中试设备1995年4月建成。韩国POSCO为增强其在全球的技术竞争力，积极申报国外专利，截止2005年底，在中国、美国、日本、加拿大、欧洲专利局和澳大利亚共申请双辊铸轧技术专利16项。

2006年7月，浦项最新研制的年产60万t的Postrip设备投产，是目前世界上最新投产、规模最大的双辊式薄带连铸机。

2．5 国内薄带连铸技术现状

国内双辊薄带连铸技术的研究开发始于20世纪80年代中期，目前主要集中在宝钢集团上海钢研所、东北大学和重庆大学。宝钢薄带连铸机(下称BAOSTRIP)的典型工厂在2003年4月正式投入热试[4]。截至2007年10月11日，进行了115炉试验，实现了碳钢、不锈钢和硅钢等钢种整炉成卷。已申请专利20多项、技术秘密8项，薄带铸坯边部质量、表面质量明显提高，表面横、纵裂纹明显减少，其发展历程见表3。

3 薄带工艺特点及存在的问题

到目前为止，薄带铸轧的带钢厚度：1～6 mm；最大辊面宽度：1900 mm；最高铸速：150 m／min；钢包容量：90 t；最高铸带卷重：25 t。

尽管在近十几年双辊薄带铸轧技术取得了很大进展，但要工业规模正常生产，工艺还有待进一步完善。需采用先进的控制技术解决钢水的注入系统及浇铸过程存在的控制问题，保证连铸过程的稳定性和连续性；侧封板是带钢连铸机的关键组件，其结构的设计、材料的选择对带钢边部质量和漏钢影响很大，至今仍是研究的重点课题之一。目前使用的铸辊大多是内部水冷的钢辊、铜辊或镀镍的铜辊，造价高，并且寿命低。

此外，要尽可能保持钢水清洁，进入带钢连铸机时需采用惰性气体保护，如果处于真空环境，生产的薄带将不再需要酸洗；薄带厚度不均匀，不利于冷轧，成品率低；主要缺陷有裂纹、边部缺陷、夹渣和偏析等；薄带宽度较窄，如果要替代热轧带钢，宽度应达到2 m以上。

4 展望

分析各国薄带连铸技术的开发应用状况可知，一台带钢连铸机的生产规模为20～50万t／a，包括带钢连铸在内的炼钢厂总投资不超过1．1～1．5亿美元，单位投资成本为传统流程的50％，约220～300美元／t，采用双辊薄带铸轧工艺可大大缩短工艺流程。从浇铸到卷取的时间不超过15 min，其生产线长度约60～150 m，具有节约能源、减少环境污染的优势。

双辊连铸技术将广泛应用于不锈钢薄带的生产，其他高合金特种钢双辊连铸技术的研究与应用也指日可待。目前，浦项用Postrip生产不锈钢，纽柯用Postrip生产碳钢，新日铁·三菱重工双辊薄带连铸技术研究的下一代产品是TWIP钢和硅钢。我国宝钢除不锈钢外，点子主要打在硅钢上。薄带铸轧工艺还可以与现有的联合钢铁厂嫁接。对于炼钢能力过剩的厂家，可以增设薄带钢连铸设备来扩大其产量和产品范围。

双辊薄带铸轧工艺是现代钢铁生产的前沿技术。据相关专家预测，双辊薄带铸轧一些关键技术正在得到解决，2010年全世界用该项技术生产的带钢将占带钢总产量的3％～5％，到2020年可能提高到10％～15％。