CASTRIP工艺？？直接带钢浇铸的商业化生产

随着2005年1月纽科公司宣布将建造基于CASTRIP技术的第二套直接带钢生产设备，亨利·贝斯麦直接浇铸碳钢薄板的梦想将成为现实。纽科公司第一套设备于2002年在克劳福兹维尔厂投产，设计产能为50万吨。在过去的两年半，纽科公司的第一套带钢直接浇铸设备已生产了20万吨超薄带钢（UCS），厚度最薄为0.84毫米、宽度为1345毫米。通过日常生产，该设备已取得很好的生产结果，市场已接受这种新产品。CASTRIP技术下一步商业化所进行的重点已开始，主要是选择厂址，设备设计和初步的工程工作。CASTRIP技术是由BlueScope钢铁公司（前BHP钢铁公司）、日本石川岛播磨公司在上世纪90年代开发的，而且在该技术的商业化过程中，两家公司也在发挥了重要作用。

CASTRIP技术与所有的双辊连铸法类似，它利用两个相对旋转的辊子进行挤压钢水形成连续的薄板。这一生产概念是150年前亨利·贝斯麦提出的。

纽科公司CASTRIP生产工艺是从中间包上的钢包开始。在克劳福兹维尔厂，钢包容量为110吨。钢包和中间包都是纽科公司薄板坯连铸生产所采用的设备。纽科公司电炉炼钢车间与CASTRIP设备有500米远，通过橡胶轮胎运输车来运输钢包。除了CASTRIP设备外，LMF站也在CASTRIP车间，其作用主要是将钢水成分和温度调到浇铸要求。中间包位于设计成可以降低钢水压力以及将钢水沿铸辊长度分布流动穿过滚筒的小中间包或过渡段之上。中心水口接收来自过渡段的钢水并位于铸辊之间，浸入熔池中。当着手浇铸且钢水变成固态薄板时，在铸辊下方薄板向下悬吊类似活套。一般来说，铸速为70-100米/分，铸成的所谓固态带钢厚度在1.1-2.0毫米之间。为了限制氧化铁皮在带钢表面上的形成，通过采用包裹着带钢直至进入热轧机并充有保护气氛的‘热销’。张拉辊位于热轧机之前，并在带钢上保持一定张力。在线热轧机有高达50%的压下率，而一般的压下率不到30%。两台卷取机允许浇铸过程连续进行。在浇铸后，在带卷被输送到精轧机或直接交付给用户之前可进行24-48小时的冷却。

双辊带钢直接浇铸的钢水凝固基本过程与传统连铸及薄板坯连铸有很大不同。特别是在坯壳与结晶器表面之间以完全不同的方式产生并保持的界面。尽管在连铸过程中需要使用结晶器粉末，但在CASTRIP技术中不采用任何形式的粉末或润滑剂。此外，坯壳和旋转运动的铸辊以紧密接触的方式向下穿过熔池，这与传统连铸通过结晶器振动使铸坯与结晶器脱离接触以便于拉坯也完全不同。表1所示为CASTRIP工艺的某些关键浇铸参数与薄板坯和传统板坯的比较。CASTRIP工艺的热传输比传统连铸方式要高一个数量级，从而使3种生产工艺在钢水凝固过程中的平均冷却速率的差异非常大，因此总凝固量有惊人的不同。上述差异的结果是对于较小的浇铸设备而言有很高的生产率和极细的显微组织结构。

在在线轧机轧制时，压下率可以改变，从而改变薄板的显微组织结构和力学性能。一般来说，通过轧制步骤的薄板温度范围是1000-100℃。在轧制之后，带钢进入辊道并以高达130m/min的速度通过喷淋冷却段。通过调整冷却速率可以改变带钢内部的组织结构，即在奥氏体和铁素体间变化，从而改变带钢的力学性能。此前已对带钢的显微组织结构与力学性能之间的关系进行了研究。

表1 CASTRIP工艺、薄板坯连铸和传统板坯连铸主要参数比较

生产概况

第一套CASTRIP设备建设于2001年2月破土动工。14个月后，2002年5月3日第一炉钢水经铸机浇铸。正如所预期的一样，投产未出现大问题，并于2002年6月生产出第一卷带钢。设备投产后，设备运转班组有两个以上，每天24小时、每星期7天进行生产。在2003年的运输过程中，随着对设备浇铸能力的充分了解，铸机取得突破性成就。在经过几个月的大量调查研究后，对钢的预处理进行了改变，自此产品质量有了稳定改善，生产率也有了大幅提高，同时生产成本下降。

自2002年CASTRIP设备投产以来，产量一直在稳步提高，到2005年一季度，季度产量突破5.5万吨，比以前最好的季度产量提高一倍以上。产量增加的直接结果是扩大了克劳福兹维尔厂钢水的浇铸量。克劳福兹维尔厂电炉炼钢车间现为薄板坯连铸生产提供钢水，同时也为CASTRIP设备供应钢水。在2003年和2004年初，炼钢车间的钢水产量不能同时满足薄板坯连铸和CASTRIP设备需求，因此，对电炉和钢水预处理区域实施了一系列的改进，增加了产能。到2004年底，所有项目全部完成，可以有更多的钢水供CASTRIP设备生产使用。2004年，CASTRIP设备季度平均产量为2.2万吨。到2005年3季度为止，CASTRIP设备总计产量达到21万吨，其中10万吨最后3季度生产的。

在过去的一段时间里，采用CASTRIP设备生产的带钢厚度一直在稳定降低。尽管该工艺能够生产2毫米及以下的带钢，纽科公司对生产厚度1.6毫米以下的带钢更感兴趣。这是因为克劳福兹维尔厂现有薄板坯连铸机和热带轧机不能更经济地生产这一规格的产品。此外，热轧带钢随着厚度的降低，其价值更高。在过去的两年，CASTRIP设备生产的直接浇铸带钢厚度发展趋势是越来越薄，2004年产品厚度平均为1.3-1.4毫米。2005年1月，直接浇铸带钢按厚度分产量最高的是1.3-1.4毫米规格，占40%，其次为1.1-1.2毫米，约占28%，其后1.4-1.5毫米，约占18%。直接浇铸带钢的大部分最终用户属于建筑业。2004年向外发货的最薄直接浇铸带钢厚度是0.84毫米，它主要用于替代农业用冷轧带钢。

产品质量改善

在2004年，克劳福兹维尔厂对直接浇铸带钢设备从生产工艺到商业产品质量等方面进行了改进。当年改进的重点放在提高产品质量、扩大产品等级和最终用户的使用。在向市场发货之前，直接浇铸带钢进一步加工包括以下3个方面：

(1)平整/酸洗的涂油。2004年，所生产的大部分产品是薄规格的，而且大部分产品经过平整轧制，仅有很小一部分进行酸洗和涂油处理。平整生产线只是对薄板进行很小的板形修正以及边角剪切以满足用户要求。

(2)冷轧处理。仅有很小的一部分直接浇铸带钢通过纽科公司的可逆冷轧机处理，并作为冷轧板直接发货。

(3)镀锌处理。由于CASTRIP设备生产的带钢厚度较薄，因此，大量的产品经过克劳福兹维尔厂镀锌线处理。在低于1.5毫米的规格，产品主要与冷轧镀锌板竞争。

自从CASTRIP设备投产以来，主要生产的钢材品种是用于建筑和制造业的低碳钢，尽管已对不锈钢(409铁素体)、电工钢和高碳钢等钢种直接浇铸带钢进行了大量中试。目前，直接浇铸带钢是以ASTM A1011标准(热轧薄板)或A653标准(镀锌薄板)交货。表2所示为采用CASTRIP设备生产的满足ASTM A1011M标准的产品性能。今后，产品范围将扩大到包括较软、更易成形的钢种。（见表2）

表2 ASTM A1011标准与直接浇铸带钢性能比较

	ASTM A1011M标准最低值			直接浇铸带钢典型性能
ASTM A 1011M	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率(%)	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率(%)
商业带钢B	205-340	NA	>25	296	421	27
SS级275	275	380	15	317	441	24
SS级310	310	410	13	338	455	23
SS级340	340	450	11	365	469	20
SS级380	380	480	9	393	503	18

由于在凝固过程中有较高的冷却速率，直接浇铸带钢具有极细的组织结构，从而导致使通过直接浇铸设备生产的产品和通过标准热带生产流程的产品在某些方面有很大的差异。尽管目前生产的直接浇铸带钢符合热轧薄板的ASTM A1011标准，但有些成分和性能超出了该标准对超薄带钢的限制。因此，与ASTM委员会合作特为直接浇铸产品制定了一个标准，称之为‘A1039标准’，该标准于2004年11月被ASTM正式批准。

自从2002年直接浇铸带钢投放市场以来，其使用用途不断扩大。2004年，直接浇铸带钢的主要用途包括：

框架——般直接浇铸带钢镀锌板用于商业和居民建筑。

包装业——酸洗和涂油直接浇铸带钢已成功地在大桶上替代了冷轧板。

农业——储存谷物的粮仓。

制造业——用于家俱和零售/仓库搁置架系统的管状产品。直接浇铸带钢替代了冷轧产品。

建筑业——用于混凝土模板的结构盖板。此外也用于钢制屋顶。

作为一种新开发的薄板生产技术，产品开发将与市场开发紧密相连。采用CASTRIP设备生产的产品品种范围的扩大，加上生产传统铸轧工艺不能生产的产品机会，将会额外增加直接浇铸带钢的市场机会。

CASTRIP工艺的一个主要优点是可以生产非常薄的钢板，且无需冷轧工序。通常，化工品包装桶的盖子是用厚度为1.0到1.1毫米的冷轧板做，但现在可以用直接浇铸带钢替代。在2005年上半年，纽科公司已成功地进行了一系列的试验，目的在于证明直接浇铸带钢在上述用途可以替代冷轧板。

目前，纽科公司的销售和市场开发人员在不断开发替代冷轧板的用途。

由于废钢价格不断上涨和低残余元素含量废钢溢价，因此，以高残余元素含量废钢作为直接浇铸带钢生产原料的重要性也相应提高。对残余元素关注最多的就是铜。

框架——般直接浇铸带钢镀锌板用于商业和居民建筑。

包装业——酸洗和涂油直接浇铸带钢已成功地在大桶上替代了冷轧板。

农业——储存谷物的粮仓。

制造业——用于家具和零售/仓库搁置架系统的管状产品。直接浇铸带钢替代了冷轧产品。

建筑业——用于混凝土模板的结构盖板。此外也用于钢制屋顶。

作为一种新开发的薄板生产技术，产品开发将与市场开发紧密相连。采用CASTRIP设备生产的产品品种范围的扩大，加上生产传统铸轧工艺不能生产的产品机会，将会额外增加直接浇铸带钢的市场机会。

CASTRIP工艺的一个主要优点是可以生产非常薄的钢板，且无需冷轧工序。通常，化工品包装桶的盖子是用厚度为1.0到1.1毫米的冷轧板做，但现在可以用直接浇铸带钢替代。在2005年上半年，纽科公司已成功地进行了一系列的试验，目的在于证明直接浇铸带钢在上述用途可以替代冷轧板。

目前，纽科公司的销售和市场开发人员在不断开发替代冷轧板的用途。

由于废钢价格不断上涨和低残余元素含量废钢溢价，因此，以高残余元素含量废钢作为直接浇铸不定期钢生产原料的重要性也相应提高。对残余元素关注最多的就是铜。众所周知，在扁平材浇铸和轧制过程中铜会引起如热脆性问题出现。而在CASTRIP工艺中，由于在凝固过程中有极高的冷却速率，铜和其它残余元素在凝固初期没有时间从坯壳前沿偏析，因此仍然是固溶体。到目前为止，铜含量高达0.6%的材料已被成功浇铸和在线轧制。今后，纽科公司的工作将放在其它普通残余元素对直接浇铸带钢生产过程的影响上。

结论

2004年，CASTRIP工艺向人们展示取得了很大发展，而2005年初纽科公司已证明商业上可行。现在纽科公司计划在美国建设第二套同类设备，并在国际上寻找与其他钢铁企业合作利用CASTRIP设备的机会。随着对克劳福兹维尔厂炼钢和预处理设备改造的完成，CASTRIP设备应该创造出新的生产纪录。