带钢无头连铸连轧技术ESP简介

来源：中冶集团

截止2013年底，我国共有70套热轧宽带钢机组已投产，产能达到2.29亿吨，由此产生的能耗巨大。近年来，为了节能降耗，欧洲、日本和韩国等国家的钢铁企业在努力实现热轧板带减量化制造技术方面进行了大量的研究开发工作并取得显著效果。其中，开发和发展热轧板带无头轧制技术，进一步提高板带成材率、尺寸形状精度与薄规格超薄规格比例、实现部分“以热代冷”、降低辊耗等方面取得显著成绩。该项技术是钢铁生产技术的又一次飞跃，代表了当今世界热轧带钢的前沿技术。
　　1997年浦项和日立联合着手开始研制采用剪切、焊接工艺，进行中间坯连接的带钢无头轧制新工艺。1998年4月，日本新日铁大分厂研制成功了利用高能激光器对中间板坯实现对焊的钢板无头轧制生产线。2006-2007年浦项和日立采用剪切、焊接工艺进行中间坯连接的带钢无头轧制新工艺投入工业化生产，这种基于摆剪概念的新型固态连接工艺，实现了无头轧制连接技术的创新。2009 年意大利钢铁企业阿维迪与西门子公司联手打造的世界第一套ESP无头铸轧带钢生产线投产，当年产量达到45万吨。

本文以阿维迪ESP线为例，简要介绍带钢无头连铸连轧的工艺特点及技术优势。
　　一、ESP工艺流程及主要特点
　　（一）ESP工艺流程介绍
　　阿维迪ESP生产线如图1所示,该项技术是在德马克公司的ISP技术基础上开发的，其生产线中的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初轧机轧制成中厚板，而后经剪切可下线出售，不下线的板坯经感应加热后，进入五架精轧机轧制成薄带钢，经冷却后卷曲成带卷。ESP 工艺生产线布置紧凑，不使用长的加热炉或克雷莫纳炉，生产线全长仅190m，是世界上最短的连铸连轧生产线。

图1.意大利阿维迪ESP生产线示意图

　　（二）ESP工艺的主要技术特点
　　1.较高的浇铸速度。可通过优化铸机配置及提高厚度、浇铸速度变化的灵活性这些超常规技术来实现较高的浇铸速度。通过对经过计算机优化的流体动力学计算及(物理)水模型测试进行数学模拟，表明目前的浇注速度5-6 m/min仍可以大幅提高。
　　2. 稳定的浇铸期工艺控制。在过去的十年，铸坯成型和板坯固化的稳定控制方面取得了最重大的改进，针对不同钢种所需保护渣也进行了优化。通过控制磨擦和结晶器的角度布置，现在已经实现在高浇铸速度下进行稳定控制。
　　3.自动化技术的广泛应用。在技术工艺控制、传感器技术、数据管理及工艺方面的改进是成功的关键。在西门子奥钢联产品的厚度控制、温度控制、板型控制及平直度控制方面，中枢网络加强了工艺模型的灵活性、标准性。例如“微结构目标冷却”包可以控制带钢的冶金参数。在ESP线，自动化贯穿自浇铸到冷却的全工艺步骤[1]。

二、ESP 工艺的主要优势
　　（一）技术优势
　　1.ESP生产线是第1条能够在7min内完成从钢水直至地下卷取机的带卷热轧全连续生产线，而原有的ISP薄板坯连铸连轧生产线从钢水浇铸到产出成品带钢需要15 min；
　　2.ESP技术在高温下轧制，提高了产品微观组织的均匀性，使产品的性能提高；
　　3.整个生产线从连铸开始到成品卷取机不超过190m，非常紧凑，属于超短流程，设备投资和厂房投资均降低，收得率相对提高。无头带钢生产工艺避免了新带卷在精轧机中的穿带，因此可安全、可靠地大量生产薄规格(0.8-1.0 mm)带卷。预计从钢水到带卷，钢的收得率可以达到98.0%-98.5%，而ISP工艺仅有96.5%；
　　4.可以生产高品质超薄带钢，部分可以代替冷轧产品，直接进行酸洗和镀锌；
　　5.在节能环保方面，ESP技术可以在高温下充分利用连铸坯高温能量，即使实施较大的压下量，产生的轧制力也较低。与常规热连轧机比较减少2-3座加热炉；同CSP薄板坯连铸连轧比，也减少200多米长隧道加热炉。并且在高温下轧制又大大降低了轧机的功率，电耗降低。ESP与ISP工艺相比，取消了克雷莫纳炉，但其感应加热炉的功率增加了，ISP感应加热炉的最大功率为20MW，ESP感应加热炉的最大功率为36MW。此外，ESP与其它薄板坯连铸连轧工艺不同，在提高生产线能力和效率时，ESP只需要很少的能量。在极限拉速下，即7.6m/分(坯料为70mm×1250mm)和8.3m/分(坯料为55mm×1250mm)时，感应加热器能量输入将降为零。ESP的能耗比ISP减少约25%-30%，比传统热带钢轧机减少约40%。与能耗降低相关的是直接或间接的温室气体和有害气体的排放减少，生产一般规格带卷时降低40%-50%，而生产较薄规格时降低65%-70%。水消耗方面，其耗水量比最好的传统生产带卷方式降低80%[2]。
　　（二）品种结构优势
　　1.全系列钢种范围
　　ESP线设计产品大纲为从低碳钢到高碳钢，以及合金钢的完整产品系列，包括高等级优质钢种(如取向和无取向硅钢，用于制造汽车车身面板的IF钢)。利用阿维迪ESP设备可以生产出达到冷轧表面质量(A级)的热轧产品(可以直接用于汽车裸露部件的制造)；还可以使用转炉钢水生产出具有IF钢特点的热轧产品。
　　2.薄规格产品。ESP工艺采用无头轧制技术，减少了穿带次数，因而可以通过阿维迪ESP工艺大量生产能够在诸多领域中替代冷轧产品的薄规格(厚度0.8-1.0mm)并具有阿维迪专利权的热轧产品，包括屈服极限315MPa、厚1mm的钢种；屈服极限420MPa、厚1.25mm的钢种；厚度在2mm以下的高强度钢种(强度700-800MPa)；厚1.2-1.5mm的DP600-DP1000钢种，可以替代部分冷轧产品，提高了产品的附加值。
　　（三）成本优势
　　ESP生产线由于采用带钢无头连铸连轧工艺和紧凑式短流程生产，因此，具有优异的工序成本优势。经分析[3-5]得出，ESP工艺的工序成本约是传统工序成本的55%，约是其他薄板坯工艺工序成本的70%，约是ISP工艺工序成本的77%。从中可以得出，ESP工艺的全品种产品大纲，预计98%的金属收得率, 比传统热带钢生产工艺生产成本约低30%-50%, 同双辊薄带铸轧生产工艺相比，具有很好的综合竞争优势，是一个值得关注和期待的新工艺。
　　总之，阿尔维迪投资的第一条生产线已经证明了ESP工艺的优势，ESP是节能降耗的环境友好型生产线的代表，在未来钢铁行业不断向节能环保、生产高效低耗、产品高品质方向发展的进程中，该工艺已逐步凸显其较强的竞争优势。
    参考文献：

[1] G．Arvedi F. mazzlari. 阿尔维迪ESP第一套薄板坯无头铸轧的成果[J].四川冶金，2011，2：72-74.

[2] 张志勤, 高真凤, 何立波. ESP无头连铸连轧带钢工艺的创新与展望[J].炼钢，2010,26（6）:70-73.

[3] 廖建云.双辊薄带钢连铸工艺参数的选择[J].铸造技术，2009，30（3）：8-10.

 [4] Wechsler R，Campbell P，Blejde W，e tal.纽柯公司Crawfords ville厂薄带钢连铸设备投产和运行效果[J].钢铁，2008，43（5）：93-95.

[5] 邸洪双.薄带连铸技术发展现状与展望[J].河南冶金，2005，13（1）：3-7.