CSP连铸工艺设备

武钢CSP连铸结晶器液面波动控制实践朱志强武钢股份条材总厂2012-7-10主要内容工艺装备与背景概述典型液面波动的特点及原因 控制液面波动的措施结论一、背景与工艺装备1. 背景薄板坯连铸机由于结晶器厚度薄，容积小，其流动强度是传统厚板坯铸机的3-4倍，高拉速下容易产生液面波动，极易发生卷渣，恶化保护渣的熔化、润滑与传热，导致薄板坯出现裂纹、凹陷、夹杂等质量缺陷，严重时还将导致漏钢事故。

2.武钢CSP连铸机主要设备工艺参数3250mm弯曲半径10305mm 冶金长度18185mm 铸机长度5段7个冷却区，17个冷却回路扇形段数自动（Co60放射源）结晶器液面控制1100mm 结晶器长度漏斗型冷坯宽度：900—1600mm 结晶器类型72mm结晶器：70—50mm （液芯压下后）92mm结晶器：90—70mm （液芯压下后）浇铸厚度（扇形段5出口）：72/92mm 浇铸厚度（结晶器出口）900—1600mm 浇铸宽度（标称或冷宽度）2.8—6.0m/min 拉速33t 中包容量170t 钢包容量技术参数项目二、结晶器液面波动的特点及原因分析实际生产中，拉速、过钢量的变化对液面波动的影响是显著的，但除此之外，浇注过程中仍出现了一些异常情况导致的结晶器液面波动，这些异常导致的结晶器液面波动现象的特征也是不一样的。

根据这些结晶器液面异常波动的特点，结晶器液面波动可分为：·包晶反应与鼓肚现象·共振现象·液位检测与控制系统故障·结晶器流场异常1.包晶反应与鼓肚现象鼓肚现象是连铸过程中的常见现象，常见于高拉速、大断面铸坯尺寸的钢种连铸生产条件下，主要原因是冷却不足、坯壳强度不足以抵抗钢水静压力，导致铸坯在两排辊子之间产生鼓肚，鼓肚时产生泵吸效应，导致结晶器液面下降，随着拉坯的进行，鼓肚区域在同一排辊子之间被挤压，液相穴内钢水又回流到结晶器内，导致结晶器内钢水又迅速上涨，如此反复，结晶器内液面呈有节奏的锯齿状的波动。

+\SxV**/‘T-* 什么是CSP连铸最佳答案就是薄板坯连铸连轧工艺。

优点：生产节奏快，产量高缺点：轧制压缩比小针对铸机自动化程度高、拉速快、漏钢率高等操作难点2 CSP生产线的特点(1)CSP生产线是世界上先进的工艺流程，装备水平高，采用全过程无氧化浇注，结晶器液面自动控制，液压振动结晶器，二冷自动配水，高压水除磷，辊缝调节，全活套张力控制，弯辊控制，凸度控制，板形控制二组计算机等先进技术。

(2)CSP生产线实施全过程自动化控制，自动化水平高。

(3)劳动生产率高。

CSP生产线国际先进水平人均年产值约600万元人民币、人均产钢2500t/a，单位产品工资成本不到0.5％，而其它工艺生产线一般为13％～20％。

(4)投资低。

与传统的热连轧机相比，CSP生产线投资降低约40％。

(5)能耗低。

CSP生产线省掉初轧工序，利用连铸坯的余热，直接热送热装至均（加）热炉及连轧机组轧制，大幅度降低生产能耗，仅为传统热连轧机的1/2左右，直接节能1931.8MJ/t，间接节能4244.2MJ/t。

(6)生产成本低。

CSP的生产成本约为常规轧机的78％。

(7)工序少。

省去大量中间环节，从原料到成品所需生产时间短，约为2h，常规生产工艺流程约为28h；用户从产品订货到交货，最短时间仅用3天，而传统工艺需时为10～15天。

(8)占地面积少。

CSP生产工艺线流程短，布局紧凑，比传统生产工艺占地面积少。

(9)污染少。

(10)成材率比常规轧机高1.8％。

(11)维修费用约为常规轧机的39%。

1结晶器的种类及主要特点薄板坯和中薄板坯连铸设备的核心是结晶器。

设计要求结晶器弯月面区域必须有足够的空间，以插入浸入式水口，且满足水口壁与结晶器壁之间无凝固桥形成，钢液温度分布均匀，有利于保护渣熔化；弯月面区钢液流动平稳，防止过大紊流而卷渣；结晶器几何形状应满足拉坯时坯壳承受的应力最小。

CSP工艺设备技术特点及采用的新技术1 CSP连铸工艺设备技术特点及采用的新技术1）连铸部分工艺介绍连铸部分工艺如图2所示。

1 薄板坯连铸连轧的轧制与冷却控制近年来，随着薄板坯连铸连轧生产线总体技术的不断进步，其轧制与冷却的控制技术也日新月异。

与厚板坯连铸连轧相比，薄板坯连铸连轧在轧制与冷却的控制上虽然没有大的区别，但通过与整个短流程生产线的有机系统组合以及领先的而显示出其独特的技术特征与优越性。

1．1 板坯连铸连工艺与传统工艺的比较在目前已建成的40多条薄板坯连铸连轧生产线中，CSP 线约占总数的63%[1]。

CSP 技术设备相对简单、流程通畅，生产比较稳定，技术成熟，其工艺设备简图见图1。

CSP 线的铸坯厚度一般在50~70mm(当采用动态软压下时,可将结晶器出口90mm 左右坯厚带液芯压下成65~70mm ，或将70mm 坯厚软压下到55mm)，精轧机组由5~7机架组成。

由薄板坯连铸连工艺流程的特殊技术组成和工艺特点，决定其在连铸和轧制等主要工艺环节与传统工艺的区别，下面简要地将二者在轧制工艺特点等方面进行比较。

（1）轧制工艺特点及板坯热历史比较薄板坯连铸连轧工艺过程与传统连铸连轧工艺的最大不同在于热历史不同，图2为二者之间工艺过程流程的比较，图3为二者之间热历史的比较。

由图2可见，薄板坯连铸连轧工艺过程中，从钢水冶炼到板卷成品约为2.5小时,而传统连铸连轧工艺所需时间要长得多。

图3清楚地表明，在薄板坯连铸连轧工艺中，从钢水浇铸到板卷成品，板坯经历了由高温到低温、由αγ→转变的单向变化过程，而传统连铸连轧工艺中板坯的热历史为αγγααγ→→→)2()2()1(，，过程，由于薄板坯和厚板坯连铸连轧的热历史及变形条件与过程不同，决定其再结晶、相变以及第二相粒子析出过程、状态和条件的不同，从而对板材成品的组织性能具有不同的影响。

目前，在CSP 线连轧关键技术中，均热采用直通式辊底隧道炉，冷却采用层流快速冷却技术，而且CSP 线轧机的布置与传统生产线不同，精轧机组与均热炉紧密衔接，大压下和高刚度轧制等等，是现代薄板坯连铸连轧的工艺特点之一。

薄板坯连铸连轧(4)—包钢CSP2006-12-19包头钢铁(集团)有限公司CSP生产线项目，是国家捆绑引进的三套薄板坯连铸连轧项目之一。

其主要技术装备由德国SMS、SIMENS、LOI等公司引进，部分装备国内配套制造。

包钢薄板坯连铸连轧工程是采用现代成熟CSP技术建设的二机二流薄板坯连铸连轧生产线，设计上解决了原有CSP生产线轧机生产能力远大于铸机生产能力的问题，与之配套的二炼钢系统，设计年产钢200万t，CSP系统年产板坯198万t，年产成品板卷94．51万t。

产品为厚度1．2～20mm、宽度98O～1 560mm的热轧板卷，钢种包括冷轧低碳钢、管线钢、热轧结构钢和硅钢等。

平面布置、工艺流程、产品大纲1 CSP生产线平面布置由于二炼钢系统与薄板坯连铸连轧系统同期毗连建设，部分公辅设施一并考虑，CSP生产区域由精炼连铸跨、均热跨和轧制跨、精整跨组成。

2 工艺流程(图)图包钢CSP生产线流程3 CSP产品大纲由于炉外精炼设备一期只投入扒渣站和LF钢包精炼炉，二期考虑了脱气装置，所以一、二期产品大纲存在着一定差异。

表1 一期产品大纲表2 二期产品大纲主要设备特点1 冶炼部分在转炉炼钢车间内布置一座210 t顶底复吹转炉，在精炼连铸跨内布置一座钢水扒渣站，一座200 t LF钢包精练炉以及两流薄板坏连铸机，分别预留了2号转炉和脱气装置的位置。

转炉采用首钢1997年购买的美国加州钢厂设备，具有顶底复吹工艺，装有副枪操作设备，可实现气动挡渣功能和溅渣护炉技术，冶炼过程可以实现动态计算机控制，抬炼和精炼部分配有专门的除尘装置，以保护环境。

两机两流的立弯式薄板坯连铸机由SMS公司提供，采用漏斗式结晶器，结晶器长度为1.1m；铸机冶金长度为7．14m，弯曲半径为3.25 m，采用了60t大容量双流中间罐。

结晶器可实现在线调宽和液面自动控制，浇铸过程还采用了保护浇铸、自动称量及液芯压下技术，通过流芯压下，可以把结晶器出口65 mm的铸坯厚度压至50 mm，以保证某些产品在质量方面的需求。

表1世界薄板坯连铸连轧生产线CSP工艺也称紧凑式热带生产线，由德国施罗曼-西马克（SMS）公司于1982年开发的，后移植美国纽柯公司克劳福维尔厂，并于1989年经技术改造建成第一台CSP连铸连轧短流程。

CSP工艺流程：转炉或电炉→钢包精炼炉→薄板坯连铸机→均热炉保温→热连轧机→层流冷却→地下卷取。

CONROLL(ASP) 是由奥钢联工程技术公司开发的一种以生产不同钢种的新工艺。

其主要设备配置为∶薄板坯连铸机-步进梁式加热炉-粗轧机-精轧机组-层流冷却-地下卷取机。

它的特点是采用步进梁式加热炉，且板坯厚度在75~125毫米之间(现在已发展到100~150毫米之间) ，较其它短流程技术的板坯偏厚，这与奥钢联认为较厚的板坯对板卷质量有益的设计理论有关。

生产实践证明，它生产的带卷质量较好，可达欧洲“05”标准。

该生产线与常规热连轧机最为接近，瑞典Avesta采用了CONROLL(ASP) 工艺，鞍钢ASP连铸连轧生产工艺的连铸机借鉴了该工艺的精华部分。

TSP(Tipping—Strip Process) 即薄板坯连铸机加炉卷轧机工艺，由美国蒂平斯公司研究开发的。

其主要设备配置为∶薄板坯连铸机-步进梁式加热炉-单机架炉卷轧机-层流冷却-地下卷取机。

它的特点是在投资很低的情况下，可进行带材生产，比较适合于中小钢厂。

炉卷轧机是带有炉内卷取机的可逆式热轧带钢轧机。

QSP(Quality Strip Production) 工艺是日本住友金属公司开发出的技术，在设备布置上与fTSR工艺类似，不同之处是此工艺采用热卷箱。

且其铸坯厚度为90~100毫米。

它的主要设备布置为∶薄板坯连铸机-隧道式加热炉-粗轧机-双工位热卷箱-飞剪-热连轧机-层流冷却-地下卷取机。

美国北极星厂采用了该工艺。

ESP是意大利阿维迪公司的ESP技术在德马克的ISP技术基础上开发的，生产线中连铸机采用平行板式直--弧形结晶器，铸坯导向采用铸轧结构，经液芯压下铸坯直接进入粗轧机轧制成中厚板，而后经剪切可下线出售，不下线的板坯进入五机架精轧机轧制成簿带钢，经冷切后卷曲成带卷。

世界薄板坯连铸连轧技术设备发展综述世界薄板坯连铸连轧技术设备发展综述1989年美国纽柯公司采用德国西马克公司开发的紧凑型带钢生产（CSP）作业线，在全球率先开展了工业化生产，之后德国、中国、日本、意大利、俄罗斯、加拿大、埃及、印度、奥地利等国的钢铁公司也相继安装，并对其工艺进行进一步设计和开发，获得了一批颇具影响、独具特色的科研成果，使CSP发展成为20年来全球钢铁业一项具有重要意义的创新技术。

西马克的紧凑型带钢生产技术1985年，德国西马克公司在实验工厂成功地铸造出来第一块50毫米的薄板坯后，又创造设计了紧凑型带钢生产技术。

在生产实践中，CSP工艺不仅降低了能量需求，而且，由于其独特的工艺条件，还提高了带钢质量。

与厚板坯相比，薄板坯凝固速度更快，对生产高质量的钢种如微合金钢和硅钢十分有利。

与传统工艺相比，CSP生产的非取向电工钢的变形损失显著减少。

另外，由于温度均匀，薄板坯在宽度、厚度和长度上都达到了严格的标准，“冷边”问题不再出现，粗大晶粒的现象也消失了。

CSP生产线保证了轧制工艺的高效稳定，确保了带钢的宽度、厚度都被控制在理想的公差范围内。

紧凑型带钢生产技术的优势引起了中国珠钢、邯钢、马钢、唐钢、涟钢、酒钢的高度关注。

邯钢、马钢通过从西马克公司引入传统生产线，提高了他们的热轧生产能力，并开发了一批特色产品。

涟钢利用半无头轧制技术，铸造出270米超长扁坯和0.78毫米超薄产品。

武钢于2009年2月建成新的CSP生产线，专门生产非取向电工钢。

达涅利加强表面质量控制意大利达涅利研制开发了独特的薄板坯连铸技术，目的是克服第一代连铸机在产品质量和设备生产能力方面受到的限制。

这项新技术已借助于灵活的薄板坯连铸机概念而变为现实，到目前为止，达涅利薄板坯连铸机已经能够浇铸用于板带生产的所有钢种。

达涅利开发的新一代薄板坯连铸机，充分利用了漏斗形结晶器设计的优点，使最早凝固的初生坯壳沿出坯方向从漏斗形逐渐过渡到较为平坦的形状，从而解决了铸坯表面质量问题。

1 冶炼部分在转炉炼钢车间内布置一座210 t顶底复吹转炉，在精炼连铸跨内布置一座钢水扒渣站，一座200 t LF钢包精练炉以及两流薄板坏连铸机，分别预留了2号转炉和脱气装置的位置。

转炉采用首钢1997年购买的美国加州钢厂设备，具有顶底复吹工艺，装有副枪操作设备，可实现气动挡渣功能和溅渣护炉技术，冶炼过程可以实现动态计算机控制，抬炼和精炼部分配有专门的除尘装置，以保护环境。

两机两流的立弯式薄板坯连铸机由SMS公司提供，采用漏斗式结晶器，结晶器长度为1.1m；铸机冶金长度为7．14m，弯曲半径为3.25 m，采用了60t大容量双流中间罐。

结晶器可实现在线调宽和液面自动控制，浇铸过程还采用了保护浇铸、自动称量及液芯压下技术，通过流芯压下，可以把结晶器出口65 mm的铸坯厚度压至50 mm，以保证某些产品在质量方面的需求。

2 轧制部分在串列布置的均热、轧制两个跨间内，主要装备有2座直通辊底式均热炉、1台事故剪、1台高压水除鳞机、1台立辊轧边机、F1～F6高刚度热带钢连轧机组、温度厚度宽度自动检测仪、2台地下卷取机和层流冷却装置。

其中辊底式均热炉由德国LOI公司设计，国内制造完成，F1～F6高刚度热带钢连轧机组由德国SMS公司设计，部分国内制造，主电机和传动控制装置全部由德国SIMENS公司引进。

经过剪切头尾、定尺的薄板坯可直接进入直通的辊底式均热炉内，炉子加热能力为193 t／h，峰值为228 t／h 铸坯在这里通过加热段、传输段、摆渡段和保温段后即可进入轧制工序。

经均热炉加热后的铸坯，在长度和厚度方向的温度差可达到±10℃的目标值，与传统工艺相比铸坯头尾的温度差极小。

对应两流铸坯的直通辊底式均热炉，通过对铸坯的摆渡可达到把工艺线“合二为一”的功效。

在轧制部分，采用了约4O MPa的高压水除鳞机，它能够较好地清除铸坯表面的氧化铁皮，保证板材的表面质量。

在F1机前设有立辊式轧边机，它可以加工板坯边部的铸态组织，提高板材的边部质量。

武钢薄板坯连铸连轧（CSP）厂一炼钢原有8座平炉、一台方坯连铸机及模铸系统，1997年平改转工程，淘汰了平炉和模铸，新建了2座100t转炉，2套铁水脱硫站、1套LF、1套VD和两台方坯连铸机，年产方坯170万t供大型、高线厂。

1500万t规划考虑，一炼钢现有2x100t转炉就地扩容改造成2x120t 转炉，连铸车间新增3#大方坯连铸机，提高钢帘线、钢绞线、冷墩钢等高附加值品种的比例，增加高速重轨品种，年产量由170万t/a扩大至220万t/a方坯。

一、概述武汉钢铁（集团）公司拟在一炼钢厂以西区域，新建转炉及薄板坯连铸连轧生产线，其工艺技术、设备、设计和部分设备采购面向国际招标，经与多家外商的技术交流和谈判，最终确定采用德国西马克/德马格公司（SMSD）的CSP紧凑式带钢生产线。

武钢薄板坯连铸连轧生产线主要由两台薄板坯连铸机，两座辊底式隧道炉，热连轧机组及相应的配套设施组成。

热连轧机组的主要设备有事故剪一台、立辊轧机一架、七机架精轧机组、带钢层流冷却系统一套、地下卷取机两台，预留用于半无头轧制的高速飞剪。

年产约250万t/a热轧卷。

该生产线可以采用单块轧制工艺、奥低体轧制工艺和铁素体轧制工艺。

1级和2级系统之间采用网络连接，使整个自动化系统形成一个有机的整体，满足薄板坯连铸连轧的生产和管理要求。

2级、3级计算机系统还与公司产销计算机系统通过网络进行数据通信二、.工艺流程图一、薄板坯连铸连轧工艺流程示意图图二、薄板坯连铸连轧工艺流程框图转炉2x150t三、板坯规格板坯宽度900~1600mm板坯厚度50~90mm板坯长度单块轧制：27.4m~49.3m半无头轧制：105.7~189.7m（预留）板坯最小长度：10m板坯厚度公差：≤ 1% ×板坯中心厚度板坯楔形：≤ 0.8% ×板坯厚度板坯长度公差：0~30mm板坯宽度公差：0~8mm四、钢卷规格带钢厚度：0.8~12.7mm带钢宽度：900~1600mm钢卷内径：762mm钢卷外径：2150mm(max.)钢卷质量：30t(max.)单位卷重：23kg/mm(max.)五、钢种及产量生产的钢种为碳素结构钢、优碳钢、低合金高强度钢、耐候结构钢、汽车结构钢、管线钢、超低碳钢、无取向硅钢。