日钢ESP产品开发及应用进展

        ESP（Endless Strip Production）连铸连轧生产线为当今全球最先进的无头轧制生产线，被誉为继氧气转炉炼钢、连铸后钢铁工业第三次技术革命。与传统薄板坯连铸连轧工艺相比，ESP无头带钢生产线所需的能源和水消耗大幅降低，根据最终产品的不同，能量消耗可降低50%-70%，水消耗可减少60%-80%。ESP连铸连轧生产流程短，连铸、轧制过程直接相连，减少了板坯库、加热炉、立辊等设备投资和能耗，属于环境友好型产线。随着经济发展，社会资源、能源和环境问题日益突出，节能减排需求日益迫切，而ESP无头轧制技术属于环保型产线，日照钢铁公司继意大利阿维迪之后，引进五条ESP生产线，其中四条ESP产线已从2015年开始相继投产运行，另外一条将于2019年投产运行。日照钢铁公司投产的第一条ESP产线成为世界第二条、国内第一条批量稳定生产超薄（0.8-1.2mm）热轧产品生产线，代表着热轧超薄带钢先进工艺技术发展方向。

1、ESP产线优势

1.1工艺技术优势

        ESP连铸连轧生产线主要包括铸机、粗轧、摆剪、转鼓剪、感应加热、高压除鳞、精轧、层流冷却、高速飞剪、卷取等装备和工艺流程。

        ESP生产线设备布置紧凑，连铸机设计最高拉速达7.0m/min，粗轧铸坯轧制的反向温度场，铸坯表面温度1200℃左右，中心温度1350℃左右，不但有利于降低轧制能耗，且变形更多集中于带钢芯部，相比于传统轧制工艺，其产品芯部更加致密，可以获得更好的材料性能。感应式加热装置共12组模块，总温升可达300℃。灵活的加热方式，可以保证精确控制精轧入口温度，为薄规格产品轧制提供了温度基础。5机架精轧机配有SmartCrown辊，将10-18mm的中间坯轧制到0.8-6.0mm钢带，同时确保带钢具有非常好的平直度。整个生产线从连铸开始到成品卷取机全长193m，设备投资和厂房投资比常规热连轧和薄板坯连铸连轧均明显降低。采用无头轧制技术可使得成材率进一步提高，钢水到热轧卷的收得率达到97%-98%。同时等宽轧制量大，轧制公里数大幅提高，可实现180km以上的连续生产，远高于薄板坯连铸连轧的130km和常规热连轧的70km。

1.2成本及节能减排优势

        ESP连铸连轧生产线采用无头连铸连轧工艺和紧凑式短流程生产，使其具有独特的热履历。由于ESP连铸坯直接进入连轧机进行轧制，相对于常规热轧产线，减少了连铸坯降温再加热等工艺及生产环节，大大降低能源消耗。除鳞机采用单排布置喷嘴小水量、大压力的设计，在保证除鳞效果的基础上，进一步减少带钢温降，节省能源。在无头轧制模式下减少了常规热连轧生产过程中头部、燕尾的切除，因切损较少可提高成材率0.35%。在此基础上，ESP生产线直接和间接排放的温室气体和有毒气体量较低。生产普通规格产品时，其能耗较常规热轧工艺可以降低40%-50%；生产薄规格产品时，其能耗可以降低65%-70%，使得ESP工艺更具吸引力。

        ESP技术为代表的无头热轧技术，实现低成本大批量稳定生产薄规格和超薄规格板带，在提高板带成材率、节能减排、以薄代厚、以热代冷方面效果显著。

2、ESP产品特点

2.1尺寸精度高

        与常规热轧线单块坯生产相比，经开浇穿带后ESP整条产线由钢带相连，无头轧制过程无穿带、甩尾，带钢全长温度均匀，轧制过程稳定性大大提高，在确保钢卷厚度及宽度精度的同时使0.8-1.2mm热轧带钢的轧制成为可能，如表1、表2所示。常规热连轧产品头部穿带过程存在动态速降，头部到达卷取机进行稳定卷取之前无张力，本体部分受升速轧制及厚度控制模型精度的影响，尾部受AGC响应滞后的影响，使其整体厚度波动远大于ESP产线厚度及板形精度。

        对比1.8mm厚常规热轧产线钢卷，ESP产品厚度公差范围不到常规热轧产品的一半，且优于同规格冷轧标准和汽车用钢标准。

        经过ESP热轧及酸平处理的带钢在切边情况下宽度精度可达0～+0.5mm，纵切钢带宽度控制精度可达0～+0.5mm，如表3所示。高的厚度、宽度控制精度能减少因尺寸偏差带来的切损，可进一步提升轧线综合成材率。高的厚度控制水平能显著提升对尺寸精度要求高的精密拉拔管、汽车座椅滑轨等行业需求，大大提高产品的市场竞争力。

2.2钢质纯净

        ESP生产线装备有300t的BOF转炉，配有下渣检测和滑板挡渣，后续配有300t的LF、RH精炼炉，大包回转台配有下渣检测，减少钢渣对中间包内钢水的污染，提高钢水纯净度。ESP钢水成品[P]≤0.015%、[S]≤0.003%、[N]≤0.004%、T[O]≤0.003%，（Cu+Sn+Pb+Zn+As）≤0.025%，连铸坯中T[O]可达9.7ppm，大型非金属夹杂物数量3.89mg/10kg。先进的炼钢流程设备及能力配置，可有效确保钢水成分纯净度及设计成分的稳定控制，为产品性能稳定打下良好基础。

2.3性能均匀

        ESP感应加热设备包括3MW×12组，升温能力最大可达300℃，可精确控制精轧入口温度，为薄规格板带轧制提供温度基础，并且可根据终轧温度进行适当的温度闭环控制，满足终轧温度的需求。整个层流冷却段分为主冷区和精调区，该层流冷却系统拥有广泛而灵活的冷却策略，集管采用流量阀控制，精确控制集管流量，可根据不同的钢种和带钢速度，精确控制带钢的冷却速度，实现相应的冷却工艺，有效控制带钢的力学性能。检测ESP生产的2.5mm规格RE700MC钢卷长度、板宽方向性能和组织，结果发现，钢卷长度方向性能波动<40MPa，板宽方向性能波动<10MPa，晶粒度13.5级，组织细小均匀。

2.4超薄规格（0.8mm）批量稳定生产，品种钢高强减薄

        由于ESP产线先进的工艺装备和批量化连铸连轧的生产特点，能稳定、可靠、高精度地生产高强度超薄规格热轧产品。目前，ESP可批量稳定生产薄规格，如表4所示，最薄生产0.8mm规格，同时ESP产品全长厚度均匀、钢卷头尾切平齐，客户使用成材率可提高1%以上。三条产线年产能可达到660万吨，其中厚度≤1.5mm比例达到50%，≤2.0mm比例达到85%以上。

        品种钢已可稳定生产1.2-3.0mm热轧DP590双相钢，屈服强度380MPa级别最薄1.0mm、屈服强度700MPa级别最薄1.2mm低合金高强钢，碳含量0.52%的最薄1.5mm中高碳钢，以及1.47mm集装箱用钢等优质薄规格产品。与常规热轧产线及薄板坯连铸连轧产线相比，同强度级别产品ESP产线能够做到更薄的规格，酸洗平整后表面质量、尺寸精度达到冷轧级别，可部分代替冷轧产品，大大降低产品能耗及成本。

        由于ESP无头轧制模式下不存在每卷穿带、甩尾、跑偏等影响卷形因素，基本可杜绝头塔、尾塔等卷形问题，热卷卷形良好，产品在下游客户中可有效减少切损损失，提高产品成材率。

3、ESP产线生产现状

3.1产量及质量

        2017年，ESP三条产线合计产量641.3万吨，产品包括酸洗卷、镀锌卷、黑平卷和ESP直发黑卷，其中黑平卷与酸洗卷为主要去向。

        2017年1-12月份，ESP产品合格率均在98%以上，且由最低的98.38%提升至99.73%。

3.2超薄规格比例

        2017年1-12月份，厚度≤1.2mm超薄规格月比例在21.93%-40.57%，其中典型浇次内0.8mm极薄规格占比可达13.77%，≤1.2mm规格占比65.71%，≤1.5mm规格占比80.18%，ESP产线薄规格生产能力远超常规热轧及CSP薄板坯连铸连轧产线。

3.3轧制公里数

        2017年ESP在轧制公里数上有了重大的突破，与2016年相比，2017年月平均轧制公里数由平均122.1km/月提高到平均145km/月，其中最大轧制公里数已达200km，最大连浇炉数达到13炉（3640吨）。通过工艺技术的调整，极大程度上增强了ESP产线的生产能力，大大降低产品生产成本。

3.4成材率及工序能耗

        ESP产线由于减少了常规热连轧生产过程中头部、燕尾的切除，因此切损较少，成材率高，2017年1-12月成材率月均在96%。减少了切损的成本，极大增加了金属的收得率，具有更高的经济效益。

        ESP产线工序能耗一般为26-28kgce/t，与常规产线相比，能耗可以节省40%-50%，节省了成本，降低了碳排放。

3.5生产稳定性

        2017年1-12月份，ESP产线事故率在2.02%以下，进入2017年10月份之后，产线事故率稳定控制在1%以内，整体生产稳定性较高，且在漏钢次数的统计方面，2月未发生过一次漏钢，也从侧面反映出ESP产线生产的稳定性。

4、ESP品种钢开发及应用

4.1 ESP品种钢开发进展

        ESP无头轧制生产线产品设计大纲包含低碳钢、中碳钢、高碳钢、低合金高强钢、双相钢、集装箱用钢、电工钢、热成形钢等产品，并为热基镀锌产品提供热轧基料。其中，规格为0.8-2.0mm的低碳钢通过酸平工艺处理后可部分替代冷轧产品，广泛应用于电气柜、门业、消防器材、钢桶、药芯焊丝等行业。高碳钢广泛应用于链条、量具、刃具等行业。低合金高强钢屈服强度级别涵盖340-700MPa，厚度规格涵盖1.0-3.5mm×1250/1500mm。与CSP产线相比，ESP产线同等强度级别产品可以做到更薄，产品的性能均匀性和尺寸精度更优。

4.2典型产品开发及应用

4.2.1热轧薄规格高强钢

        近年来随着汽车行业的不断发展，汽车轻量化的概念越加深入人心，为了减轻车重、降低油耗、减少排放和提高安全性，汽车用钢向高强度化发展已成为必然趋势，而热轧薄规格高强钢凭借其高强度、重量轻、成形性好等优势，更成为汽车市场的“宠儿”。

        ESP产线已成功开发屈服强度700MPa级1.2mm×1500mm超薄宽规格热轧高强钢产品。该产品的成功开发，突破了国内外热轧高强带钢1500mm宽度最薄规格记录，填补了超薄宽规格热轧高强钢市场空白。

        观察ESP产线生产的屈服强度700MPa级1.2mm×1500mm超薄宽规格热轧高强钢金相组织及热轧卷照片，结果发现，产品组织均匀细小，卷形和表面质量良好。

        观察ESP产线生产的屈服强度700MPa级产品平整后及开平后板形，结果发现，板形控制良好。

        热轧薄规格高强钢产品主要应用厢式车、栅栏挂车、轻卡车等商用车纵梁、横梁、厢板、底板、高强焊管等方面，受到用户的青睐（图1）。

4.2.2热轧薄规格DP双相钢

        ESP产线凭借恒稳、恒温控制及超快冷能力，成功生产超薄规格（1.4-3.0mm）热轧双相钢，成为国内首家能够稳定批量生产热轧超薄规格双相钢生产企业。该产品的成功开发，填补超薄规格热轧双相钢市场空白。ESP产线生产的超薄规格双相钢产品广泛应用于汽车前后防撞梁、座椅横梁、防撞梁配件和加强板等，通过了国内某汽车主机厂认证，将在“以热代冷”上开拓更广阔的前景。图2为ESP产线生产DP590双相钢金相组织及产品在汽车结构件上的应用。由图2（a）可知，ESP产线生产DP590双相钢马氏体组织细小弥撒均匀分布，由图2（b）、（c）可知，汽车防撞梁本体及门槛加强件主板表面良好，满足使用要求。

4.2.3酸洗结构钢

        ESP产线已成功开发SAPH系列、QStE系列、S-MC系列等符合日标、德标、欧标及国标等标准汽车结构用钢产品。广泛应用于制作汽车座椅、车厢、加强件等车身零部件，产品成形性能、尺寸公差和表面质量均能满足用户需求。图3为用SAPH等系列产品制作的座椅滑轨、骨架、搭接板、安全带锁架，可满足辊压、冲压、翻边等制造工艺流程。

        图4为用于制作轿车座椅钢管、加强件、车厢板等的QStE系列产品，产品可满足冲压、整形等制造供需，生产连续稳定、产品质量可靠。采用1.0mm和1.2mm QStE 380TM牌号可代替原来Q235B牌号制作轻卡车厢侧板、围板、底板、横梁和纵梁，通过厚度减薄而强度、抗疲劳性能更加可靠，可为轻卡减重17%，实现轻卡轻量化设计。

4.2.4中高碳钢

        ESP生产的高碳钢，产品凭借厚度精度高、通卷性能各向同性、产品表面极薄脱碳层等优势深得用户的好评，尤其凭借热轧薄规格≤1.5mm独有能力，可实现以热代冷，扩大市场占有率，提高日钢高碳钢产品品牌，成为国内优质高碳钢供应商。图5为ESP中高碳钢产品的应用实例。ESP生产的40Mn、45#、45Mn多用于链条行业，50Mn、65Mn则应用于量具、装饰、刃具、弹簧、锯片等行业，使用的规格多为1.2-3.5mm。ESP高碳钢以其高精度的尺寸精度控制以及成分的稳定和均匀，保证了其在高碳钢板带市场上的一席之地。

4.2.5镀锌产品

        镀锌板带应用于建筑、家电、汽车、轻工业、农林渔业等行业，其中以建筑、汽车和家电为主。目前中国不仅有世界最大的建筑市场，同时还是世界上最大的汽车、家电制造国，涂镀板带的消费应用也随着中国经济的发展会进一步增加。日照钢铁新建两条热镀锌生产线，采用热轧基板和在线酸洗相结合的方式，即连续酸洗镀锌联合机组，设计年产能70万吨/条。凭借着ESP产品钢质纯净、尺寸精度高、镀层结合力强、规格范围广等优势，日钢镀锌产品已经得到市场广泛的认可。图6为ESP镀锌产品的应用实例，其产品广泛应用于电气柜、电缆桥架、通风管道等，结构钢主要用作钢板仓、导流槽。

4.2.6耐候集装箱钢

        因ESP产线高拉速的生产条件，结晶器对于合金元素的敏感程度高，因此耐候钢的生产在ESP一直存在较大的难度。目前已经开发出的产品有S355J0W以及SPA-H两种，其中SPA-H箱板月均有4-5万吨的产量，主要生产规格为1.6mm。在市场应用上，自ESP生产出薄规格SPA-H后，市场对于产品精度以及表面质量等均有非常好的反响。

4.2.7其他产品

        冲压用酸洗板和冷成形市场需求大，主要用于压缩机壳体、机械壳体、家用电器、消防器材、汽摩配件等行业。日钢ESP生产的SPHC-CY和RECD等牌号产品主要以冰箱压缩机为主，冰箱压缩机对延伸率有较高的要求，并且要求有较小的延伸各向异性。产品以拉伸、冲压成形方式为主，目前主要使用的厚度规格≤2.0mm。日钢通过自身前期的开发以及探索，研制出一种特殊的生产工艺，增加了SPHC系列产品的延伸率，并且凭借ESP产品本身高精度等优点，在市场应用方面获得了一致的好评，得到广泛应用。

        目前门业市场用钢量大，随着竞争力的增大，需求的厚度范围也在不断的增加。日钢ESP门业中应用的产品主要以门框、门面，其中门框应用市场占比70%以上，市场应用的主要规格为1.2-2.0mm，日钢ESP产品满足门业折弯和辊压成形工艺，产品因具有较高的强度并兼具较好的延伸率，通过表面优化后，得到客户较大程度的认可。

5、结论

        日钢ESP热带无头轧制生产线通过充分发挥工艺优势和设备能力，可稳定生产高尺寸精度、高性能稳定性、高强度、超薄规格产品。并以其低成本、低能耗、高效和极高的薄规格板带比例的优势，最大限度地满足终端产品用户的使用要求。日钢ESP生产实践表明，ESP产线已具备稳定生产一般冲压级别用钢、中高碳钢、低合金高强钢、耐候钢、双相钢、电工钢、热成形钢等多系列、极薄规格优质产品的能力。随着日钢ESP产线技术及产品开发的不断创新，ESP产品充分发挥“以热代冷、以薄代厚”的作用，必将在钢铁制造业节能减排、绿色制造方面起到示范和引领作用。

【内容来源】世界金属导报

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【编辑】侯思璇