薄板坯連鑄連軋（TSDR）是冶金工業(yè)中最重要的技術(shù)之一。自從1989年美國紐柯鋼鐵公司將此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)以來，此技術(shù)得到廣泛的利用和發(fā)展，并已日臻成熟。目前，一臺薄板坯連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力已達(dá)到90～200萬t/a。隨著CSP技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)出不同的連鑄連軋技術(shù)，其中主要是依據(jù)板坯的不同厚度。傳統(tǒng)連鑄法生產(chǎn)的板坯厚度為200～300mm。采用近終形連鑄技術(shù)生產(chǎn)扁平材，其鑄坯厚度如下：

薄板坯：40～125mm

厚帶鋼：8～25mm

帶鋼：1～8mm

薄帶鋼：<1mm

一些人認(rèn)為薄板坯的厚度限于40～90mm，而厚度在90～150mm的板坯應(yīng)定義為中厚板坯。1990年以來，在生產(chǎn)低碳高強(qiáng)度低合金鋼的薄板坯連鑄連軋技術(shù)中采用了微合金化技術(shù)，其工藝特點(diǎn)與傳統(tǒng)技術(shù)有很大的區(qū)別。

薄板坯連鑄連軋的類型

CSP工藝最先由SMS公司設(shè)計(jì)和開發(fā)，但在近年來派生出大量的不同方法，并已有很多改進(jìn)。在各種不同的薄板坯技術(shù)中，CSP工藝經(jīng)歷了不同的變化和發(fā)展，全世界已有超過44臺的連鑄機(jī)采用TSDR工藝進(jìn)行生產(chǎn)，約占連鑄連軋法的60%～70%。所有的TSDR工藝采用的一些設(shè)備是共同的，例如擺式剪、高壓除鱗機(jī)、液壓厚度控制和可依據(jù)不同的鋼種采用不同的冷卻方法的層流冷卻線。為了減少中心疏松和偏析、提高生產(chǎn)率，某些鋼廠采用液芯壓下，在板坯連鑄機(jī)的輕壓下時施加機(jī)械壓力。不同TSDR的主要特點(diǎn)如表1所示，現(xiàn)簡述如下：

（1）緊湊式帶鋼生產(chǎn)（CSP）：CSP工藝的主要特點(diǎn)之一是采用漏斗型結(jié)晶器和大口徑浸入式水口。薄板坯初生坯殼厚度為50mm，一經(jīng)定尺切割即被送進(jìn)長約200m的隧道爐中，在送入精軋機(jī)之前進(jìn)行均質(zhì)、均熱。起初，紐柯鋼鐵公司的軋機(jī)是5機(jī)架，現(xiàn)在趨勢是再增加1～2個機(jī)架或者更多。

（2）在線帶鋼生產(chǎn)工藝（ISP）：采用此工藝的連鑄機(jī)有一個平板型結(jié)晶器，薄板坯的厚度為60～80mm，在連鑄過程中采用輕壓下技術(shù)。薄板坯直接送入3機(jī)架軋機(jī)，軋制到預(yù)定的厚度（15～25mm）。鑄坯在感應(yīng)式加熱爐中加熱，并用一臺雙卷箱式爐卷取，此爐稱作Cremona爐。帶鋼在精軋機(jī)入口外開卷。這種布置所需的空間要比采用薄板坯連鑄連軋工藝的隧道爐小得多。

表1主要的薄板坯連鑄連軋工藝

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工藝公司結(jié)晶器類型厚度mm加熱爐產(chǎn)能百萬t投產(chǎn)時間

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CSP紐柯（美國）漏斗型50～70隧道式1.81989年和1994年

ISP阿爾維迪（意大利）平板型60～80感應(yīng)式0.81992年

Conroll阿維斯塔（瑞典）平板型75～125推鋼式0.81995年

QSTTrico（美國）平板型90～105隧道式2.21996年

fTSC阿爾格馬（加拿大）透鏡型45～90感應(yīng)式+隧道式2.01997年

DSP康力斯（荷蘭）漏斗型70隧道式1.31999年

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（3）Conroll（連鑄連軋）：此工藝采用平板型結(jié)晶器，中厚板坯的厚度為70～80mm，在進(jìn)入精軋機(jī)之前，送入加熱爐加熱。最初應(yīng)用于不銹鋼的生產(chǎn)。后來所建生產(chǎn)線生產(chǎn)的中厚板坯的厚度為100～15mm，并與1～2機(jī)架粗軋機(jī)和5～7機(jī)架精軋機(jī)相連接。

（4）靈活型薄板坯連鑄工藝（fTSC）：此工藝的特點(diǎn)是結(jié)晶器為平板型設(shè)計(jì)，可生產(chǎn)包晶鋼，經(jīng)液芯輕壓下和粗軋后，送至加熱傳送臺，以避免在板坯送入精軋機(jī)之前有過多的溫度損失。

（5）優(yōu)質(zhì)帶鋼生產(chǎn)工藝：此工藝是在平板型結(jié)晶器的基礎(chǔ)上開發(fā)的，其優(yōu)點(diǎn)是可以澆注包晶鋼。板坯厚度約為90～110mm。據(jù)報(bào)道，采用這種設(shè)計(jì)，拉坯速度高于CSP工藝。

此后，TSDR工藝的發(fā)展包括半無頭軋制工藝，旨在生產(chǎn)超薄規(guī)格（0.8mm）以及提高生產(chǎn)率。采用此工藝，送入軋機(jī)的板坯長度大大增加，帶鋼可根據(jù)終卷的尺寸定尺切割。所需的隧道爐長于傳統(tǒng)工藝（大于300mm），大大減少了軋制薄規(guī)格所產(chǎn)生的相關(guān)問題，如帶鋼的頭尾不穩(wěn)、軋制過程中薄帶鋼對軋輥的損傷、潤滑問題等）。

如表1所示，不同板坯的厚度范圍較大，目前對板坯的較為理想的厚度仍在討論之中。最近，有報(bào)告指出，板坯的厚度應(yīng)當(dāng)考慮與生產(chǎn)成本、資金和產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)的各個方面，例如：加大壓下量以改變鑄態(tài)組織；減少有缺陷的表面面積；加大容量，改善流動條件；通過除鱗減小表面和產(chǎn)量損失等。必須注意的是，在澆注厚度較大（大于60～70mm）的薄板坯時，應(yīng)采用液芯輕壓下技術(shù)。

經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益

據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用薄板坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)的鋼產(chǎn)量接近于世界熱軋帶鋼總量的15%。最近幾年內(nèi)，新鋼廠數(shù)量增加主要是因?yàn)閬喼薜匿摬男枨罅靠焖僭鲩L。采用薄板坯連鑄連軋工藝的鋼廠迅速增多的原因之一是與傳統(tǒng)工藝相比具有經(jīng)濟(jì)和生態(tài)方面的優(yōu)勢?？紤]到可能的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，必須對投資費(fèi)用、能耗和產(chǎn)量/人力比三個方面進(jìn)行評估，一些優(yōu)勢簡述如下：

（1）降低與傳統(tǒng)鋼廠相關(guān)的大型連鑄機(jī)、均熱爐以及粗軋機(jī)的投資費(fèi)用。

（2）能量輸入僅為傳統(tǒng)工藝的25%～30%左右。有關(guān)研究表明，在所有的鋼鐵生產(chǎn)工藝中以及用廢鋼煉鋼的電爐法中，所需能耗是最低的，從50mm厚度的薄板坯最終軋制成2mm的厚度，所需的能量為傳統(tǒng)工藝（高爐和加熱254mm厚的板坯）的六分之一左右。

（3）成本比傳統(tǒng)的聯(lián)合鋼廠大大降低：噸鋼成本比聯(lián)合鋼廠的1～2工時低0.36工時。這是由于薄板坯連鑄連軋工藝自動化程度比傳統(tǒng)工藝高的緣故。

（4）薄板坯從連鑄機(jī)出來到產(chǎn)品卷取成卷不超過30min。相比之下，在傳統(tǒng)的聯(lián)合鋼廠板坯的冷卻往往需要數(shù)天的時間（有時在加熱和熱軋之前還要儲存很長時間；有的鋼廠的連鑄和軋制還不在同一地點(diǎn)）。

（5）采用薄板坯連鑄連軋工藝，連鑄和卷取距離小，占用空間小。

在生態(tài)優(yōu)勢上還必須考慮以下幾個方面：

（1）采用電爐供應(yīng)鋼水，環(huán)境優(yōu)勢在于使用廢鋼煉鋼。采用薄板坯連鑄連軋工藝，噸鋼溫室氣體排放量比傳統(tǒng)聯(lián)合鋼廠降低0.14～0.2t。

（2）降低能耗具有直接的生態(tài)效益，例如在熱軋時的二氧化碳排放量，采用傳統(tǒng)工藝（加熱、軋制250mm厚度的板坯）的能耗要比采用50mm厚的薄板坯直接軋制高2倍。

薄板坯連鑄連軋工藝與傳統(tǒng)軋制工藝的差別

與傳統(tǒng)軋制工藝相比，例如與傳統(tǒng)的控制軋制（CCR）相比，薄板坯連鑄連軋工藝有很多變化，重大的變化如下：

（1）凝固時中心偏析較小，夾雜物尺寸較小（凝固速率和二次凝固冷卻速率較高）。

（2）薄板坯在進(jìn)入精軋機(jī)前的溫度分布均勻，熱軋帶鋼的力學(xué)性能穩(wěn)定。

（3）熱軋前的鑄態(tài)奧氏體晶粒粗大，與冷軋或熱裝相比，直接裝料軋制沒有奧氏體-鐵素體（冷軋時）和鐵素體-奧氏體（加熱時）相變，軋制前的顯微組織得以細(xì)化。

（4）氮含量和殘余元素含量較高（采用電爐廢鋼煉鋼法）。

（5）熱軋的總壓下量較小。

（6）某些薄板坯連鑄連軋工藝無法澆鑄碳含量為0.09%～0.17%的包晶鋼（主要取決于結(jié)晶器的幾何形狀及板坯厚度）。

在熱機(jī)械過程中，所有這些特性將對微合金化元素的性能產(chǎn)生重大的影響。圖1所示為薄板坯連鑄連軋工藝的主要階段（考慮到相應(yīng)的CSP工藝的布置）以及微合金化中相應(yīng)的顯微組織的變化。同樣，在合金化中也會出現(xiàn)某些問題。其中，軋制前由于過早的析出而造成微合金化效率損失，可能會造成最終產(chǎn)品的表面缺陷和顯微組織不均勻。為了將這些問題減小到最低限度，對每種工藝、有別于傳統(tǒng)工藝的專項(xiàng)解決方案，必須選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分、工藝參數(shù)。此外，采用微合金化的薄板坯連鑄連軋工藝還要考慮以下兩個方面：

（1）優(yōu)化微合金化添加劑，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

（2）傳統(tǒng)鋼廠采用薄板坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)開發(fā)新鋼種或者新厚度中應(yīng)用微合金化技術(shù)的作用。