扁平材轧制技术的发展趋势
2001-12-31 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
一、热轧板带生产和薄带坯连铸连轧
全世界的钢铁公司都处于不得不增强其竞争力的重大压力之下，只有不断提高其经营业绩，才能保证公司的生存，当前美国一些钢铁公司的运营情况就是对此一个很好的注释。下列因素会提高公司的竞争力：通过Ｒ＆Ｄ进行的创新（工艺、材料、产品）；向新工艺和新产品的投资；工厂的柔性；成本的水平及构成；工人与管理人员的教育与培训；提高生产率。与上述作用相反的是：一些涉及国家地区的因素，如劳动成本、环保成本、能源价格、税收、补贴有关的政府法规和通货膨胀。
然而，技术的创新并不总能提高生产的柔性。限制工厂生产柔性的因素可列举如下：大吨位的高炉；从５０ｔ增加到４００ｔ的ＬＤ转炉；借热送节能把连铸与热轧联接起来；热宽带轧机中的连续精轧；用近终形连铸和把酸洗与冷连轧相结合的方法缩短工序。下列的技术创新可以提高工厂的柔性：精炼（钢包炉、真空冶金）；连铸坯的在线调宽；热轧前的定宽。
本文将对宽扁平材生产技术发展的一些前景，包括用常规流程、薄板坯连铸、近终形连铸技术生产热轧带以及在冷带轧机上生产冷轧带材的技术发展进行讨论。
1.热轧带生产
评价热宽带轧机现代化水平的主要因素是精确与再现地控制热轧带最终特性的能力，这包括材料性能与尺寸形状偏差两方面。现代化工厂和装备自身就应为应用开环与闭环控制的观念的创造先决条件。
在热轧生产中，板坯的压力定宽并不是一个必需的独立工序，它只为减少铸流宽度规格的数目。增加铸坯宽度，可以在同一铸速下增加铸机的生产能力。对于新设计的轧机而言，这也能减少存储板坯的空间，但是，这需要对板坯宽向进行大的压下，而一般立轧机架往往做不到这一点。第一台压力定宽机于１９８６年在日本川崎钢铁公司建成，欧洲则于１９９１年在蒂森－克虏伯公司的杜伊斯堡厂安装了第一台定宽压力机。这种设备在板坯宽向的压缩量可达３５０ｍｍ，其能力远非常规立式机架所能达到。压力定宽的特殊重要性在于能增加使用连铸坯的比例。若连铸机能以同样的铸流宽度连浇几炉，则就能在两次换辊之间改变轧件的宽度。在大热装比时，这还能防止出现可能的加热炉瓶颈并增加轧机的产量。总之，板坯压力定宽既是一种有助于将连铸与热轧接到一起的集成式装备，又能节能与提高生产率。
为使轧件温度更均匀，可在粗轧前安装板坯边部加热装置和精轧机组前设立热卷箱，后者的功能在于令粗轧带的温度均匀化，从而能实现较窄温度范围轧制和减少头尾公差。对于新建厂，热卷箱能缩短轧线长度并减少总投资。
在粗轧和精轧机组中，高精度定位的液压压下机构用于灵敏地控制辊缝。工作辊弯辊可以改变辊缝形状，从而修正沿带材全长因轧制力改变而产生板凸度与板形的变化。使用ＣＶＣ技术甚至能在更宽的范围内调节辊缝，在降低板凸度的同时进一步改进板形。同时，采用特殊的辊型还能减少工作辊的磨损速度。
各种开环与闭环控制模型可以保证对上述成品特性的精确调整：
－－对于热轧薄带生产，特别需要高动态响应的厚度控制模型。
－－辊缝润滑可减小轧制力，尤其是精轧的第一机架，它还减少工作辊的磨损和能耗。
－－流量控制必须是高动态响应和高可靠的。这需要高动态的控制回路和低惯性矩以及低摩擦的活套器。
－－在精轧的末机架，为实现稳定的轧制，很好的钢带平直度是必不可少的。为此，ＳＭＳ开发了带特殊传感器系统的扇形活套辊，该系统测量带钢整个宽度上的单位带宽上的张力并将讯号输往过程控制回路。
－－为减少宽度公差，需要有一个能沿带钢全长测量宽向形状的传感器系统；需要有侧压和宽度的算法、模型与宽度控制的策略。减少宽度偏差可增加收得率，有利于降低成本。宽度控制系统的优劣主要取决于机械、液压和自控技术综合利用的结果，为实现优化，在系统中要考虑从加热炉到板卷整个生产过程中的全部环节。
－－除控制轧制温度之外，还使用基于模型的出口辊道上层流冷却控制系统，有助于调节带钢的微观组织与力学性能。
１９９０年中，川崎钢铁公司千叶厂和新日本钢铁公司大分厂先后进行了热轧带钢的无头轧制，使精轧机组成半连续化作业方式，能对温度进行连续控制并使精轧在相对均匀的速度下进行。同时还会减少氧化和表面缺陷并改善尺寸精度，这一效果对带钢头尾部尤为突出。据报道，无头轧制能提高生产率达２０％。
目前，平台或模型式的仿真系统能根据基本工艺参数预报热轧带钢的性能。几年前，这些系统仅在实验室用于材料与工艺的开发，现在，模型与计算机系统的完善已能适应轧制现场的需要。轧制后有关数据即已经过程机被输往模拟机并开始运算，借此可立即进行性能预报而不必做昂贵的力学性能检测。今后，将能在线模拟。此外，这些仿真系统还能通过过程机对控制系统进行干预，如果出现了对设定值的偏离，则可计算出新的运行参数并输往控制系统。为此，需要一种适当的策略，以防止出现轧制条件和材料性能二者之间的矛盾。这些开发工作的目的是在带钢全长和相邻带卷上都获得均一的性能。
近年来，可视表面质量检测技术已经发展到能提供监测系统的程度，其检测结果是可视的并能在线对缺陷分类，这就为现场提供了一种能直接获知某种表面缺陷的存在并减少其起因的工具。
2.使用连铸薄板坯的热轧带钢生产
１９８９年纽柯钢铁公司兴建了第一条ＣＳＰ生产线，从而使钢铁生产向近终形连铸迈出了第一步。过去的１０年间，尤其是通过ｍｉｎｉ ｍｉｌｌ钢厂的兴建，这一技术已经确立自己的地位。现在，世界钢产量中大约有４000万t是由这些工厂生产的。
但是，迄今兴建的这些钢厂都有一个共同的特点：它们都与电炉钢厂相搭配，而不能生产高质量等级，如汽车工业用的钢板。在欧洲，前两条ＣＳＰ生产线建在蒂森－克虏伯的杜伊斯堡和ＣＯＲＵＳ，艾默伊登，都位于转炉车间一侧。蒂森－克虏伯的ＣＳＰ生产线的装备是连铸机的结晶器在中心部位呈加宽的漏斗形，连铸时其液芯压下系统能在４８～６３ｍｍ范围内任意调节铸坯的厚度。生产线建有两座辊式隧道炉，足以向轧线提供来自两台铸机的板坯，而且，除计划内的换辊外，即使在轧线出故障时，也能有足够的缓冲时间。至于轧线设备，全部机架均设有液压压下和ＣＶＣ串辊（±１００ｍｍ）系统，流量控制由高动态响应和液压动作的活套组成，新开发的ＡＧＣ系统使热轧薄带成为可能。为保证热轧薄带的性能，除传统的层流冷却段和两个卷取机以外，还增设了一个强冷区，另外，紧接末架轧机还设有一个旋转式卷取机，即使生产薄带时也能保证有所需的卷取温度。强冷以及强冷与层流冷却相配合，将为在新概念下开发新材料提供可能。
除了节能、缩短生产周期和为开发以及工业生产新钢种创造条件以外，短流程热轧带钢生产已为并继续为作为最终产品和部分代替冷轧材的热轧带钢提供新的用途。现在的薄板坯连铸企业已能生产薄达０.９ｍｍ的热轧带钢。薄板坯连铸技术的发展与改进热轧技术相结合，以及薄带坯连铸技术的发展，将会进一步促进热轧薄带的生产。适当调节有关参数使之与冷轧技术相配，甚至能生产具有更加优良综合性能的新产品。
3.薄带连铸
全世界有许多钢铁企业和研究机构致力于开发更短流程的新工艺。以薄板坯连铸为起点，持续不断的近终形连铸技术的开发，世界范围内已经解决了不少薄带坯连铸的技术问题，开发了不少新工艺而且还建立了试验与中试机组。
薄带连铸的优点在于：减少投资；减少生产成本；缩短生产周期；具有开发新材料的潜力；保护资源与环境。
建于德国克雷菲尔德的不锈钢薄带连铸机是最先进的机组之一，它是各种研究机构、一些钢铁公司和各类设备制造厂密切合作的初步成果。薄带坯连铸厂的所需空间要比薄板坯连铸连轧和传统热连轧生产线的小得多，故能减少投资。据估计，一个年产５０万ｔ电炉钢薄带连铸厂的投资成本仅为传统生产流程的６０％。
取消板坯精整、板坯与板卷运输和热轧，还由于取消中间库存而缩短了物流时间，依企业的组成不同，薄带连铸能使不锈钢热带的加工成本下降１５％～２０％。
从炼钢到进入冷轧车间坯料库的生产周期，理论上对传统流程而言起码要１０天，而薄带连铸只需１?５天。进一步缩短整个生产环节的可能来自建立一条用于冷轧带钢生产的多工序生产线。
至于质量问题，薄带连铸技术还大有进一步完善的余地。一方面，目前的薄带连铸还没有使用可以防止出现夹杂的惰性气体保护；另一方面，快速凝固对微观组织、减少偏析和非金属相的形成与分布都有有利影响。缩短生产环节还有助于减少能耗与污染。在克雷菲尔德的不锈钢薄带连铸与传统流程相比，吨钢能耗降低了２.８ＧＪ，而ＣＯ２、ＮＯｘ和ＳＯ２的排放分别减少了８５％、９３％和７０％。
目前，克雷菲尔德生产的典型规格为（２.３～３.２）ｍｍ×１１００ｍｍ。该设备将继续发展成一个正式的工业化机组。计划安装一个减薄机架并把带钢宽度扩大到１４５０ｍｍ。达到工业规模后，其不锈钢的生产能力将达到４０万ｔ／ａ。如前所述，欧洲并不是唯一研究薄带连铸的地方。例如，ＢＨＰ公司和日本的ＩＨＩ公司在肯布拉港建了一个碳钢薄带连铸的试验机组，由此形成一个名为Ｃａｓｔｒｉｐ ＬＬＣ的联营公司在市场上出售该技术；纽柯公司在克劳福兹维尔建立一个工业性的薄带连铸工厂并取得了世界上第一个许可证。其它如新日本钢铁公司于１９９７年１０月开始在Ｈｉｋａｒｉ进行的不锈钢薄带连铸技术的研究。
依所铸带厚不同，双辊薄带连铸机的生产能力在６０～８０万ｔ／ａ之间。许多研究开发工作都集中在不锈钢上，一个原因就是该生产能力正与一个不锈钢厂的产量相当。这类连铸机的另一种形式是带式连铸机，其生产能力可高达300万ｔ／ａ，甚至比传统连铸机还高。在欧洲煤钢联营（ＥＣＳＣ）、Ｓａｌｚｇｉｔｔｅｒ ＡＧ、Ｃｌａｕｓｔｈａｌ大学和ＭＥＦＯＳ的协助下，斯堪的纳维亚研究所继续从事带式薄带连铸机的开发，在主机后还设有轧制生产线。钢液先浇到运动着的带上，然后通过喷水进行强冷，钢带厚度为８～１５ｍｍ。这种工艺的主要优点是装备十分紧凑、无须中间加热、减少废气排放以及附带在线轧制的直接浇铸可保证产品有更均匀的质量。
二、冷轧和涂镀层薄板生产
1.冷轧带钢生产
生产热轧薄带可能性的出现既向热轧成品提出了挑战，也为冷轧带钢生产带来了机遇。传统酸洗线有一个生产上的瓶颈，因为当以热轧酸洗板供货时，单位重量的钢带有很大的表面要酸洗。目前，新开发酸洗线的速度已大大超过360m/min，这就出现两个主要难点：高速酸洗时，为防止把酸液带走而需对酸洗槽进行密封；在不过酸洗的条件下，为完全除鳞还要适当降速。安装边部喷嘴喷射酸洗液可增强湍流效果，而且能补偿酸洗液成分的起伏。为确保均匀一致的酸洗效果，必须依据工艺模型操纵酸洗机组。而熟练地调整槽中酸液的温度与湍流强度则能确保对酸洗过程进行可靠的控制。通常，重要的是针对酸洗速度以及针对在不同温度下卷取、相邻带卷氧化皮成分与厚度的变化进行适当的调整。据此，已开发了相应的设备与工艺控制技术，其目的是：建立高生产能力的独立酸洗线；建立新的短酸洗线，例如把酸洗与热轧带热镀锌结合起来的生产线，这能降低费用(所需厂房空间、中间仓库建设等等)。
达涅利公司开发了一种完全不同的带钢除鳞方法：在低于带钢卷取温度的温度下用H2/N2还原性气氛除鳞，一旦带钢在保护气氛中冷下来即将其表面刷洗至相当于冷轧带表面。该工艺的主要优点是：无酸，根本无需酸洗槽，金属收得率也比较高。第一套这样的装置正在欧洲建立，其生产能力为11万t/a。
正像在热轧带钢生产中的热轧与连铸直接相连一样，这种工序集成的趋势在冷轧带钢生产中也日渐明朗，这包括热镀锌生产线与再结晶退火炉的集成、镀锌线与平整机组的集成和连续退火与平整机组生产线的集成。自上世纪70年代末期以来，即已实现了酸洗线与冷连轧机组的直接集成，这虽然降低了工厂的柔性，但却因提高金属收得率、延长轧辊寿命和减少必须的中间库存而在经济上得到了补偿。
除保证过程控制的可靠性和设备的适用性以外，现代冷轧厂面临的挑战来自新钢种的开发和用户对高尺寸精度和准确控制产品力学与工程性能两方面日益严格的要求。其中，轿车工业无疑是最突出的一类用户，在这个领域中，钢铁材料必须与铝、镁和塑料竞争。世界范围内的钢铁企业共同资助了ULSAB(超轻钢车体)及其后续的联合研究项目，其结果向世人展示了钢铁材料进一步发展的潜力，其研发的重点，自尽可能各向同性、用于制造车体的低碳钢和烘烤硬化钢之后，已转向高强度钢。最近对TRIP(相变诱发塑性)钢和双向钢的开发，已为汽车界的客户生产更轻、更坚固和更安全的产品创造了条件。为此，已要求生产屈服点≥1000N/mm2并有很小尺寸偏差和优良平直度的冷轧带材。
当代的冷连轧机组起码由五个机架组成，每架轧机均有液压压下、弯辊和轧辊分段冷却装置。通常，机组中的一个机架是6辊的，以便兼顾大的变形速率与大的辊缝调节范围。UC和CVC系统就是为改善辊缝调节而开发成功的。今年春天，最先进的冷连轧机组在蒂森克虏伯公司的杜伊斯堡工厂投入运行。它有5架带CVC轧辊的6辊轧机并与酸洗机组相连。其中，加长的中间辊的抽动范围不仅能进行CVC而且还能进行UC模式的控制，辊缝控制机构还能进一步实现工作辊弯辊。新型的控制边部减薄机构，由特殊的工作辊磨辊与范围达±100mm的工作辊抽动装置组成，能有效地减少作用于带边的压力。应用这种机构的前提条件是对带边厚度波动的测量。在全部控制模型投入之前，必需测量许多参数，该连轧机组每机架后都设有激光测速系统和测厚装置，在第1、5机架后还有边部减薄传感系统与平直度测量辊。
从罩式炉退火向强对流H2气氛退火的进步，能显著提高作业效果并改善带钢的洁净度和性能的均匀性，从而使后者成为钢铁工业中相当有利可图的技术。在现代化冷轧厂中，使用连续式与罩式两种退火方式，强对流罩式退火的优点是它在生产、相关的现代化改造和项目投资方面都有很大的柔性。另一方面，高强度牌号钢带的生产不能没有连续炉，它在收得率、生产时间、表面洁净度和平直度方面占有优势。
不锈钢的价值高，其冷轧生产中的工序集成显得尤其重要。20世纪90年代中，第一条集冷轧、退火、酸洗工序为一体的生产线于Midland的J&L特殊钢厂建成：把精整后的热轧板卷焊接成“无头”形式，然后在线先后进行冷轧、退火、酸洗和平整。最新的这类生产线于1999年建于Isbergues，其成品厚度介于0。8～4。0mm之间，生产能力为35万t/a。为轧制铁素体和奥氏体不锈钢带，上述两条生产线都采用了小直径即120mm和140mm工作辊的双六辊的Z型机架。对不锈钢冷轧生产工序的集成可收到以下效果：缩短生产周期；减少库存；增加收得率(减少了因穿带和轧出而产生的头尾废料以及材料装卸造成的损失)；节能、省劳力。与传统方式相比，上述集成式的冷轧厂的投资成本比较低，据J&L特殊钢厂的资料，大约能省5000万美元。当然，把一些不同的工序集成到一条线上，就不同钢号的生产顺序和尺寸的变更而言，会给生产组织带来一定程度的限制。
2.表面涂镀层
近年来，钢带表面处理的发展势头很猛，表面热镀和电镀锌生产线在全世界都得到了发展，其中热镀锌生产尤甚，这是因为其产品在汽车制造和建筑上的应用日益广泛。具有良好成型性和尺寸精度的热轧薄带钢为直接使用表面处理，尤其是热镀锌钢带提供了新的机遇。目前，正在建设热轧带钢的专用热镀锌生产线，它与连续酸洗和热镀锌机组连成一线，这种配置的优点是无需长的再结晶退火炉而仅需把酸洗后的热轧带钢加热到热镀锌的温度。为此可使用感应炉，在生产作业上有很大的柔性，而传统的生产线则做不到这一点。这种生产线的另一优点，在于它是按最大带厚为6mm设计的，可以使用热轧镀锌板而不必对单个零件进行分批镀锌，附带降低了用户的成本。
就涂层带卷而言，有机涂层板在传统的轿车工业中的用量日益增加，例如用作轿车内部结构件。这种涂层板有良好的耐蚀性而无需诸如Cavity Waxing等耐蚀性检验。现在正考虑是否应当在电镀或热镀锌生产线末端加上一个涂层板卷生产机组以专门满足轿车用板的需要。
越来越多的冷轧和表面处理生产线都安置了自动表面质量检测系统，该系统极大地帮助了目视检验，甚至已经发展到能让许多表面处理后的产品直接在线装运的程度，但还没能完全取代目视检验。若把该系统集成到酸洗、连续退火和表面处理线上，就能对质量进行无遗漏的监控、掌握工艺控制的状况和所出现的偏差，从而提高质量控制的可靠性。
三、结论
钢铁工业正以不断创新的工艺技术和钢种面对全球材料市场上的竞争。
1．钢铁工业意识到，应当向市场提供迫切需要的高质量产品，同时还要保持对环境、资源的友好和减少废弃物的排放。
2．钢铁企业的竞争力在很大程度上取决于在满足高质量产品需求的前提下，不断改善其生产过程成本效益的能力。为此应当缩短从粗钢、热轧带直至冷轧涂层板卷的生产环节，以减少材料、能源与投资成本。另一方面，还越来越要求能以全局的眼光看待工艺、设备和自动化技术，高效能的装备、工艺过程模型和控制系统的适用性则是首要的前提。追求高生产率和缩短生产周期也能导致工序的融合。例如，定宽机的应用能在保持热连轧生产柔性的同时，提高现有连铸机的生产能力。
3．基于对钢铁产品种类和数量的要求，专业化的地域性生产的观念将存在相当长时间：
－－现有的大钢厂，例如联合企业，现在正以先进高效、可以生产出新产品的装备武装带材生产线，以优化其产品结构；
－－薄板坯连铸能在很短的流程中，以更优的成本与资源效益生产扁平材；
－－热轧薄带可部分取代冷轧带材，可降低能耗，尤其在绿色工厂中能降低投资成本。
4．对冷轧带材生产的要求是增加尺寸、形状精度和强度的稳定性。
5．市场要求最终产品有更长的使用寿命，表面涂层板，尤其是热镀锌和涂层板卷的生产将持续增长，因为它能满足日渐高涨的长使用寿命制品的需求。
全世界的钢铁公司都处于不得不增强其竞争力的重大压力之下，只有不断提高其经营业绩，才能保证公司的生存，当前美国一些钢铁公司的运营情况就是对此一个很好的注释。下列因素会提高公司的竞争力：通过Ｒ＆Ｄ进行的创新（工艺、材料、产品）；向新工艺和新产品的投资；工厂的柔性；成本的水平及构成；工人与管理人员的教育与培训；提高生产率。与上述作用相反的是：一些涉及国家地区的因素，如劳动成本、环保成本、能源价格、税收、补贴有关的政府法规和通货膨胀。
然而，技术的创新并不总能提高生产的柔性。限制工厂生产柔性的因素可列举如下：大吨位的高炉；从５０ｔ增加到４００ｔ的ＬＤ转炉；借热送节能把连铸与热轧联接起来；热宽带轧机中的连续精轧；用近终形连铸和把酸洗与冷连轧相结合的方法缩短工序。下列的技术创新可以提高工厂的柔性：精炼（钢包炉、真空冶金）；连铸坯的在线调宽；热轧前的定宽。
本文将对宽扁平材生产技术发展的一些前景，包括用常规流程、薄板坯连铸、近终形连铸技术生产热轧带以及在冷带轧机上生产冷轧带材的技术发展进行讨论。
1.热轧带生产
评价热宽带轧机现代化水平的主要因素是精确与再现地控制热轧带最终特性的能力，这包括材料性能与尺寸形状偏差两方面。现代化工厂和装备自身就应为应用开环与闭环控制的观念的创造先决条件。
在热轧生产中，板坯的压力定宽并不是一个必需的独立工序，它只为减少铸流宽度规格的数目。增加铸坯宽度，可以在同一铸速下增加铸机的生产能力。对于新设计的轧机而言，这也能减少存储板坯的空间，但是，这需要对板坯宽向进行大的压下，而一般立轧机架往往做不到这一点。第一台压力定宽机于１９８６年在日本川崎钢铁公司建成，欧洲则于１９９１年在蒂森－克虏伯公司的杜伊斯堡厂安装了第一台定宽压力机。这种设备在板坯宽向的压缩量可达３５０ｍｍ，其能力远非常规立式机架所能达到。压力定宽的特殊重要性在于能增加使用连铸坯的比例。若连铸机能以同样的铸流宽度连浇几炉，则就能在两次换辊之间改变轧件的宽度。在大热装比时，这还能防止出现可能的加热炉瓶颈并增加轧机的产量。总之，板坯压力定宽既是一种有助于将连铸与热轧接到一起的集成式装备，又能节能与提高生产率。
为使轧件温度更均匀，可在粗轧前安装板坯边部加热装置和精轧机组前设立热卷箱，后者的功能在于令粗轧带的温度均匀化，从而能实现较窄温度范围轧制和减少头尾公差。对于新建厂，热卷箱能缩短轧线长度并减少总投资。
在粗轧和精轧机组中，高精度定位的液压压下机构用于灵敏地控制辊缝。工作辊弯辊可以改变辊缝形状，从而修正沿带材全长因轧制力改变而产生板凸度与板形的变化。使用ＣＶＣ技术甚至能在更宽的范围内调节辊缝，在降低板凸度的同时进一步改进板形。同时，采用特殊的辊型还能减少工作辊的磨损速度。
各种开环与闭环控制模型可以保证对上述成品特性的精确调整：
－－对于热轧薄带生产，特别需要高动态响应的厚度控制模型。
－－辊缝润滑可减小轧制力，尤其是精轧的第一机架，它还减少工作辊的磨损和能耗。
－－流量控制必须是高动态响应和高可靠的。这需要高动态的控制回路和低惯性矩以及低摩擦的活套器。
－－在精轧的末机架，为实现稳定的轧制，很好的钢带平直度是必不可少的。为此，ＳＭＳ开发了带特殊传感器系统的扇形活套辊，该系统测量带钢整个宽度上的单位带宽上的张力并将讯号输往过程控制回路。
－－为减少宽度公差，需要有一个能沿带钢全长测量宽向形状的传感器系统；需要有侧压和宽度的算法、模型与宽度控制的策略。减少宽度偏差可增加收得率，有利于降低成本。宽度控制系统的优劣主要取决于机械、液压和自控技术综合利用的结果，为实现优化，在系统中要考虑从加热炉到板卷整个生产过程中的全部环节。
－－除控制轧制温度之外，还使用基于模型的出口辊道上层流冷却控制系统，有助于调节带钢的微观组织与力学性能。
１９９０年中，川崎钢铁公司千叶厂和新日本钢铁公司大分厂先后进行了热轧带钢的无头轧制，使精轧机组成半连续化作业方式，能对温度进行连续控制并使精轧在相对均匀的速度下进行。同时还会减少氧化和表面缺陷并改善尺寸精度，这一效果对带钢头尾部尤为突出。据报道，无头轧制能提高生产率达２０％。
目前，平台或模型式的仿真系统能根据基本工艺参数预报热轧带钢的性能。几年前，这些系统仅在实验室用于材料与工艺的开发，现在，模型与计算机系统的完善已能适应轧制现场的需要。轧制后有关数据即已经过程机被输往模拟机并开始运算，借此可立即进行性能预报而不必做昂贵的力学性能检测。今后，将能在线模拟。此外，这些仿真系统还能通过过程机对控制系统进行干预，如果出现了对设定值的偏离，则可计算出新的运行参数并输往控制系统。为此，需要一种适当的策略，以防止出现轧制条件和材料性能二者之间的矛盾。这些开发工作的目的是在带钢全长和相邻带卷上都获得均一的性能。
近年来，可视表面质量检测技术已经发展到能提供监测系统的程度，其检测结果是可视的并能在线对缺陷分类，这就为现场提供了一种能直接获知某种表面缺陷的存在并减少其起因的工具。
2.使用连铸薄板坯的热轧带钢生产
１９８９年纽柯钢铁公司兴建了第一条ＣＳＰ生产线，从而使钢铁生产向近终形连铸迈出了第一步。过去的１０年间，尤其是通过ｍｉｎｉ ｍｉｌｌ钢厂的兴建，这一技术已经确立自己的地位。现在，世界钢产量中大约有４000万t是由这些工厂生产的。
但是，迄今兴建的这些钢厂都有一个共同的特点：它们都与电炉钢厂相搭配，而不能生产高质量等级，如汽车工业用的钢板。在欧洲，前两条ＣＳＰ生产线建在蒂森－克虏伯的杜伊斯堡和ＣＯＲＵＳ，艾默伊登，都位于转炉车间一侧。蒂森－克虏伯的ＣＳＰ生产线的装备是连铸机的结晶器在中心部位呈加宽的漏斗形，连铸时其液芯压下系统能在４８～６３ｍｍ范围内任意调节铸坯的厚度。生产线建有两座辊式隧道炉，足以向轧线提供来自两台铸机的板坯，而且，除计划内的换辊外，即使在轧线出故障时，也能有足够的缓冲时间。至于轧线设备，全部机架均设有液压压下和ＣＶＣ串辊（±１００ｍｍ）系统，流量控制由高动态响应和液压动作的活套组成，新开发的ＡＧＣ系统使热轧薄带成为可能。为保证热轧薄带的性能，除传统的层流冷却段和两个卷取机以外，还增设了一个强冷区，另外，紧接末架轧机还设有一个旋转式卷取机，即使生产薄带时也能保证有所需的卷取温度。强冷以及强冷与层流冷却相配合，将为在新概念下开发新材料提供可能。
除了节能、缩短生产周期和为开发以及工业生产新钢种创造条件以外，短流程热轧带钢生产已为并继续为作为最终产品和部分代替冷轧材的热轧带钢提供新的用途。现在的薄板坯连铸企业已能生产薄达０.９ｍｍ的热轧带钢。薄板坯连铸技术的发展与改进热轧技术相结合，以及薄带坯连铸技术的发展，将会进一步促进热轧薄带的生产。适当调节有关参数使之与冷轧技术相配，甚至能生产具有更加优良综合性能的新产品。
3.薄带连铸
全世界有许多钢铁企业和研究机构致力于开发更短流程的新工艺。以薄板坯连铸为起点，持续不断的近终形连铸技术的开发，世界范围内已经解决了不少薄带坯连铸的技术问题，开发了不少新工艺而且还建立了试验与中试机组。
薄带连铸的优点在于：减少投资；减少生产成本；缩短生产周期；具有开发新材料的潜力；保护资源与环境。
建于德国克雷菲尔德的不锈钢薄带连铸机是最先进的机组之一，它是各种研究机构、一些钢铁公司和各类设备制造厂密切合作的初步成果。薄带坯连铸厂的所需空间要比薄板坯连铸连轧和传统热连轧生产线的小得多，故能减少投资。据估计，一个年产５０万ｔ电炉钢薄带连铸厂的投资成本仅为传统生产流程的６０％。
取消板坯精整、板坯与板卷运输和热轧，还由于取消中间库存而缩短了物流时间，依企业的组成不同，薄带连铸能使不锈钢热带的加工成本下降１５％～２０％。
从炼钢到进入冷轧车间坯料库的生产周期，理论上对传统流程而言起码要１０天，而薄带连铸只需１?５天。进一步缩短整个生产环节的可能来自建立一条用于冷轧带钢生产的多工序生产线。
至于质量问题，薄带连铸技术还大有进一步完善的余地。一方面，目前的薄带连铸还没有使用可以防止出现夹杂的惰性气体保护；另一方面，快速凝固对微观组织、减少偏析和非金属相的形成与分布都有有利影响。缩短生产环节还有助于减少能耗与污染。在克雷菲尔德的不锈钢薄带连铸与传统流程相比，吨钢能耗降低了２.８ＧＪ，而ＣＯ２、ＮＯｘ和ＳＯ２的排放分别减少了８５％、９３％和７０％。
目前，克雷菲尔德生产的典型规格为（２.３～３.２）ｍｍ×１１００ｍｍ。该设备将继续发展成一个正式的工业化机组。计划安装一个减薄机架并把带钢宽度扩大到１４５０ｍｍ。达到工业规模后，其不锈钢的生产能力将达到４０万ｔ／ａ。如前所述，欧洲并不是唯一研究薄带连铸的地方。例如，ＢＨＰ公司和日本的ＩＨＩ公司在肯布拉港建了一个碳钢薄带连铸的试验机组，由此形成一个名为Ｃａｓｔｒｉｐ ＬＬＣ的联营公司在市场上出售该技术；纽柯公司在克劳福兹维尔建立一个工业性的薄带连铸工厂并取得了世界上第一个许可证。其它如新日本钢铁公司于１９９７年１０月开始在Ｈｉｋａｒｉ进行的不锈钢薄带连铸技术的研究。
依所铸带厚不同，双辊薄带连铸机的生产能力在６０～８０万ｔ／ａ之间。许多研究开发工作都集中在不锈钢上，一个原因就是该生产能力正与一个不锈钢厂的产量相当。这类连铸机的另一种形式是带式连铸机，其生产能力可高达300万ｔ／ａ，甚至比传统连铸机还高。在欧洲煤钢联营（ＥＣＳＣ）、Ｓａｌｚｇｉｔｔｅｒ ＡＧ、Ｃｌａｕｓｔｈａｌ大学和ＭＥＦＯＳ的协助下，斯堪的纳维亚研究所继续从事带式薄带连铸机的开发，在主机后还设有轧制生产线。钢液先浇到运动着的带上，然后通过喷水进行强冷，钢带厚度为８～１５ｍｍ。这种工艺的主要优点是装备十分紧凑、无须中间加热、减少废气排放以及附带在线轧制的直接浇铸可保证产品有更均匀的质量。
二、冷轧和涂镀层薄板生产
1.冷轧带钢生产
生产热轧薄带可能性的出现既向热轧成品提出了挑战，也为冷轧带钢生产带来了机遇。传统酸洗线有一个生产上的瓶颈，因为当以热轧酸洗板供货时，单位重量的钢带有很大的表面要酸洗。目前，新开发酸洗线的速度已大大超过360m/min，这就出现两个主要难点：高速酸洗时，为防止把酸液带走而需对酸洗槽进行密封；在不过酸洗的条件下，为完全除鳞还要适当降速。安装边部喷嘴喷射酸洗液可增强湍流效果，而且能补偿酸洗液成分的起伏。为确保均匀一致的酸洗效果，必须依据工艺模型操纵酸洗机组。而熟练地调整槽中酸液的温度与湍流强度则能确保对酸洗过程进行可靠的控制。通常，重要的是针对酸洗速度以及针对在不同温度下卷取、相邻带卷氧化皮成分与厚度的变化进行适当的调整。据此，已开发了相应的设备与工艺控制技术，其目的是：建立高生产能力的独立酸洗线；建立新的短酸洗线，例如把酸洗与热轧带热镀锌结合起来的生产线，这能降低费用(所需厂房空间、中间仓库建设等等)。
达涅利公司开发了一种完全不同的带钢除鳞方法：在低于带钢卷取温度的温度下用H2/N2还原性气氛除鳞，一旦带钢在保护气氛中冷下来即将其表面刷洗至相当于冷轧带表面。该工艺的主要优点是：无酸，根本无需酸洗槽，金属收得率也比较高。第一套这样的装置正在欧洲建立，其生产能力为11万t/a。
正像在热轧带钢生产中的热轧与连铸直接相连一样，这种工序集成的趋势在冷轧带钢生产中也日渐明朗，这包括热镀锌生产线与再结晶退火炉的集成、镀锌线与平整机组的集成和连续退火与平整机组生产线的集成。自上世纪70年代末期以来，即已实现了酸洗线与冷连轧机组的直接集成，这虽然降低了工厂的柔性，但却因提高金属收得率、延长轧辊寿命和减少必须的中间库存而在经济上得到了补偿。
除保证过程控制的可靠性和设备的适用性以外，现代冷轧厂面临的挑战来自新钢种的开发和用户对高尺寸精度和准确控制产品力学与工程性能两方面日益严格的要求。其中，轿车工业无疑是最突出的一类用户，在这个领域中，钢铁材料必须与铝、镁和塑料竞争。世界范围内的钢铁企业共同资助了ULSAB(超轻钢车体)及其后续的联合研究项目，其结果向世人展示了钢铁材料进一步发展的潜力，其研发的重点，自尽可能各向同性、用于制造车体的低碳钢和烘烤硬化钢之后，已转向高强度钢。最近对TRIP(相变诱发塑性)钢和双向钢的开发，已为汽车界的客户生产更轻、更坚固和更安全的产品创造了条件。为此，已要求生产屈服点≥1000N/mm2并有很小尺寸偏差和优良平直度的冷轧带材。
当代的冷连轧机组起码由五个机架组成，每架轧机均有液压压下、弯辊和轧辊分段冷却装置。通常，机组中的一个机架是6辊的，以便兼顾大的变形速率与大的辊缝调节范围。UC和CVC系统就是为改善辊缝调节而开发成功的。今年春天，最先进的冷连轧机组在蒂森克虏伯公司的杜伊斯堡工厂投入运行。它有5架带CVC轧辊的6辊轧机并与酸洗机组相连。其中，加长的中间辊的抽动范围不仅能进行CVC而且还能进行UC模式的控制，辊缝控制机构还能进一步实现工作辊弯辊。新型的控制边部减薄机构，由特殊的工作辊磨辊与范围达±100mm的工作辊抽动装置组成，能有效地减少作用于带边的压力。应用这种机构的前提条件是对带边厚度波动的测量。在全部控制模型投入之前，必需测量许多参数，该连轧机组每机架后都设有激光测速系统和测厚装置，在第1、5机架后还有边部减薄传感系统与平直度测量辊。
从罩式炉退火向强对流H2气氛退火的进步，能显著提高作业效果并改善带钢的洁净度和性能的均匀性，从而使后者成为钢铁工业中相当有利可图的技术。在现代化冷轧厂中，使用连续式与罩式两种退火方式，强对流罩式退火的优点是它在生产、相关的现代化改造和项目投资方面都有很大的柔性。另一方面，高强度牌号钢带的生产不能没有连续炉，它在收得率、生产时间、表面洁净度和平直度方面占有优势。
不锈钢的价值高，其冷轧生产中的工序集成显得尤其重要。20世纪90年代中，第一条集冷轧、退火、酸洗工序为一体的生产线于Midland的J&L特殊钢厂建成：把精整后的热轧板卷焊接成“无头”形式，然后在线先后进行冷轧、退火、酸洗和平整。最新的这类生产线于1999年建于Isbergues，其成品厚度介于0。8～4。0mm之间，生产能力为35万t/a。为轧制铁素体和奥氏体不锈钢带，上述两条生产线都采用了小直径即120mm和140mm工作辊的双六辊的Z型机架。对不锈钢冷轧生产工序的集成可收到以下效果：缩短生产周期；减少库存；增加收得率(减少了因穿带和轧出而产生的头尾废料以及材料装卸造成的损失)；节能、省劳力。与传统方式相比，上述集成式的冷轧厂的投资成本比较低，据J&L特殊钢厂的资料，大约能省5000万美元。当然，把一些不同的工序集成到一条线上，就不同钢号的生产顺序和尺寸的变更而言，会给生产组织带来一定程度的限制。
2.表面涂镀层
近年来，钢带表面处理的发展势头很猛，表面热镀和电镀锌生产线在全世界都得到了发展，其中热镀锌生产尤甚，这是因为其产品在汽车制造和建筑上的应用日益广泛。具有良好成型性和尺寸精度的热轧薄带钢为直接使用表面处理，尤其是热镀锌钢带提供了新的机遇。目前，正在建设热轧带钢的专用热镀锌生产线，它与连续酸洗和热镀锌机组连成一线，这种配置的优点是无需长的再结晶退火炉而仅需把酸洗后的热轧带钢加热到热镀锌的温度。为此可使用感应炉，在生产作业上有很大的柔性，而传统的生产线则做不到这一点。这种生产线的另一优点，在于它是按最大带厚为6mm设计的，可以使用热轧镀锌板而不必对单个零件进行分批镀锌，附带降低了用户的成本。
就涂层带卷而言，有机涂层板在传统的轿车工业中的用量日益增加，例如用作轿车内部结构件。这种涂层板有良好的耐蚀性而无需诸如Cavity Waxing等耐蚀性检验。现在正考虑是否应当在电镀或热镀锌生产线末端加上一个涂层板卷生产机组以专门满足轿车用板的需要。
越来越多的冷轧和表面处理生产线都安置了自动表面质量检测系统，该系统极大地帮助了目视检验，甚至已经发展到能让许多表面处理后的产品直接在线装运的程度，但还没能完全取代目视检验。若把该系统集成到酸洗、连续退火和表面处理线上，就能对质量进行无遗漏的监控、掌握工艺控制的状况和所出现的偏差，从而提高质量控制的可靠性。
三、结论
钢铁工业正以不断创新的工艺技术和钢种面对全球材料市场上的竞争。
1．钢铁工业意识到，应当向市场提供迫切需要的高质量产品，同时还要保持对环境、资源的友好和减少废弃物的排放。
2．钢铁企业的竞争力在很大程度上取决于在满足高质量产品需求的前提下，不断改善其生产过程成本效益的能力。为此应当缩短从粗钢、热轧带直至冷轧涂层板卷的生产环节，以减少材料、能源与投资成本。另一方面，还越来越要求能以全局的眼光看待工艺、设备和自动化技术，高效能的装备、工艺过程模型和控制系统的适用性则是首要的前提。追求高生产率和缩短生产周期也能导致工序的融合。例如，定宽机的应用能在保持热连轧生产柔性的同时，提高现有连铸机的生产能力。
3．基于对钢铁产品种类和数量的要求，专业化的地域性生产的观念将存在相当长时间：
－－现有的大钢厂，例如联合企业，现在正以先进高效、可以生产出新产品的装备武装带材生产线，以优化其产品结构；
－－薄板坯连铸能在很短的流程中，以更优的成本与资源效益生产扁平材；
－－热轧薄带可部分取代冷轧带材，可降低能耗，尤其在绿色工厂中能降低投资成本。
4．对冷轧带材生产的要求是增加尺寸、形状精度和强度的稳定性。
5．市场要求最终产品有更长的使用寿命，表面涂层板，尤其是热镀锌和涂层板卷的生产将持续增长，因为它能满足日渐高涨的长使用寿命制品的需求。
