CN103029010B - 一种金属板带的紧凑型生产工艺布置 - Google Patents

Abstract

一种金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，依次设置至少一台双辊薄带连铸机、一台以上的热轧机，该轧机的辊数至少2辊以上、一台在线保温炉、一冷却装置、一套在线射流除鳞系统、切边系统、剪切机以及卷取机；其中，在线射流除鳞系统包括前置预处理段、混合射流除鳞段、单介质液体冲洗段以及气体吹扫段。本发明通过薄带连铸机的生产产出的铸带，在一系列的冷热处理之后，依托混合射流方式实现铸带表面鳞皮的在线清除，实现一种极其精简的集约化冶金生产工艺布局，不仅能显著的降低一次性投资成本，同时极大精简的工艺流程的，显著降低了碳排放与酸液污染，直接降低了金属板带产品的加工成本，提高了产品的竞争力。

Description

一种金属板带的紧凑型生产工艺布置

技术领域

本发明属于金属板带的连续生产技术领域，特别涉及一种金属板带的紧凑型生产工艺布置。

背景技术

现代冶金生产企业为节省投资成本与日常维护成本，积极对现有生产生产工艺流程进行技术革新。为此，国内外某些著名冶金设备供应商纷纷提出自己的新技术理念并付诸于实际开发。

针对冶金生产工艺流程长度的缩短方面，德国德马克等逐步开发了薄板坯连铸、薄板坯连铸连轧技术，美国纽柯公司开发了薄带连铸技术；针对环保、绿色方面，美国TMW(TheMaterialWorks)公司公开了一种取代酸洗的新型射流除鳞工艺、意大利Daniel公司提出了一种氢还原的环保型除鳞技术，与此同时，宝钢股份提出了一种密集混合射流方式取缔现有的湿法化学除鳞工艺等。

为充分发挥这类新型工艺技术优势，许多生产厂家纷纷将这类新型技术与传统工艺紧密结合，以满足更加高效、集约、绿色、环保的新型工艺需求。

如美国专利US5875831提出一种以热带冷热轧铸带方法，包括在线热处理、冷却、切边、切头、酸洗以及冷轧等多次工序，均在一条生产线上完成，而且还可以轮流利用某几种处理工艺和方法生产不同要求的热轧带材产品。尤其是用于薄带连铸生产的铸带。此工艺流程中的除鳞环节采用了传统的湿法化学—酸洗除鳞的方法以去除铸带的氧化皮，并进行不低于30％的轧制，生产热轧带材。其典型工艺有二，分别如下：

典型工艺1：薄带连铸(6mm以下的铸带)+单机架轧制(压下率不低于30％)+热处理(温度介于800～1250℃)+层流冷却(20～40℃/sec的冷却速度冷却金属板带至100℃或更低)+酸洗除鳞(湿法化学酸洗+漂洗)+切边+边部退火+切头+卷曲成卷。

典型工艺2：薄带连铸(6mm以下的铸带)+热处理(温度介于800～1250℃)+单机架轧制(压下率不低于30％)+层流冷却(20～40℃/sec的冷却速度冷却金属板带至100℃或更低)+酸洗除鳞(湿法化学酸洗+漂洗)+切边+边部退火+切头+卷曲成卷。

这类发明通过简化生产工艺流程，显著降低了碳排放，然而湿法化学的除鳞方式造成该工艺的必须面对大量的酸液与废酸的处理。

美国专利US5092393公开了一种将不超过10mm厚度的铸带生产成冷轧金属板带的方法，该技术所描述的钢种为奥氏体不锈钢。该技术通过铸造出薄带之后，将薄带进行一系列的冷热处理之后，必须经过氢氟酸或盐酸与硝酸的混合液进行酸洗，以确保能有效的去处金属板带表面的氧化皮，然而这种氢氟酸或盐酸与硝酸的混合液腐蚀性极强，且相对于普通碳钢的酸洗时所需的盐酸，其废酸的再生处理所需耗费的投资与环境成本十分巨大，这直接造成了这类工艺的使用局限。

另外，美国专利US20080216925(A1)公开了一种薄带连铸机串联一个单机架热轧机，热轧机的出口直接与一种多辊刷洗除鳞装置串联，该多辊刷洗除鳞装置是由多个刷辊组成，刷辊辊面由带有弹性的且粘结有硬质细小磨料颗粒的材质加工而成，工作时该刷辊辊面与带坯的运行方向呈反向运动，从而实现带坯表面鳞皮的在线清除。通过对该专利的分析发现，该公开方案中的刷辊除鳞方式为一种非完全除鳞方式，其仅能清除带坯表面的部分鳞皮，即通过刷辊除鳞单元处理后的带坯表面仍然会残留有大量的残留鳞皮，这种方式生产的带坯不适用与表面质量要求较高的场合，故此该工艺还需要进一步完善。

日本JP06108277A公开了在连续冷轧线上采用喷酸与刷辊组合使用的除鳞工艺，利用这种组合方式代替现有的酸洗槽工艺。因为该方式仍然要大量的使用酸液，同时对喷酸的喷嘴等要求十分严格，因此并没有从根本上解决湿法化学的酸液污染问题，同时该技术的来料仅为普通的热轧来料，并非所述的新型薄带连铸板坯；

日本JP55034688A公开了一种联合PV轧制破鳞—混合磨料高压射流除鳞方式，混合磨料高压射流除鳞单元布置有4个，为串联，实现对冷态金属板带的无酸除鳞，这种方式必须采用大量的细小磨料，虽然这种磨料的补充、检测以及与鳞皮混合物的分离等技术难度都非常之高，然而其来料始终为传统的热轧板，并非所述的薄带连铸生产的薄带；于此同时，日本JP57142710A公开了一种采用先滚压后，再利用刷辊—高压水喷射的方式对高温热轧板进行除鳞，其除鳞率达80％，而后继续采用传统的酸洗方式最终除鳞，该文献不仅没有在热轧原料上降低生产能耗，同时在除鳞的尾部仍然需要采用传统酸液，因此该工艺不具备所述的节能与环保性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属板带的紧凑型生产工艺布置，通过薄带连铸机的生产产出的铸带，在一系列的冷热处理之后，依托混合射流方式实现铸带表面鳞皮的在线清除，实现一种极其精简的集约化冶金生产工艺布局，该种新型工艺布置依托薄带连铸技术与射流除鳞工艺，不仅能显著的降低一次性投资成本，同时极大精简的工艺流程的，显著降低了碳排放与酸液污染，直接降低了金属板带产品的加工成本，提高了产品的竞争力。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，依次设置至少一台双辊薄带连铸机、一台以上的热轧机，该热轧机的辊数至少2辊以上、一台在线保温炉、一冷却装置、一套在线射流除鳞系统、切边系统、剪切机以及卷取机；其中，在线射流除鳞系统包括前置预处理段、混合射流除鳞段、单介质液体冲洗段以及气体吹扫段。

进一步，在冷却装置与在线射流除鳞系统的前置预处理段之间设置一个活套，或在热轧机与在线保温炉之间设置一个活套。

所述的双辊薄带连铸机的浇铸速度为60～150m/min，轧机最大速度为10～300m/min。

又，所述的在线射流除鳞系统的前置预处理段采用高速叶轮带动干燥丸粒的离心喷丸破鳞方式，丸粒脱离抛丸机叶轮的线速度不得高于80m/s。

所述的前置预处理段采用两个反向布置各由三个小辊错位压下组成的破鳞单元，金属板带在前置预处理段的前后段之间的单位张力水平处于2MPa～10MPa之间。

所述的前置预处理段采用设置多辊矫直单元(九辊、七辊等等)，仅需拉动金属板带稳定前进即可；或在前置预处理段后设置一台拉伸矫直机，实现金属板带的板形矫正与鳞皮破裂。

所述的前置预处理段内设置离心喷丸与小辊错位的串联、或离心喷丸与九辊矫直的串联、或小辊错位与九辊矫直的串联以及前三者同时串联。

另外，本发明所述的在线射流除鳞系统的混合射流除鳞段采用一种固液混合介质，以40～90m/s向金属板带表面喷射除鳞；或采用高速离心旋转轮的方式实现该固液混合介质的整体速度提升达到40～90m/s向金属板带表面喷射除鳞。

所述的在线射流射流除鳞段中采用固液混合介质中，液体介质采用液态水，固体介质为硬物颗粒，包括天然的石榴石、刚玉、或金刚砂，或钢丸、钢砂、钢丝切丸，固体介质占固液混合介质的质量百分比10％～80％。

所述的在线射流除鳞系统的单介质液体冲洗段采用单纯的液体介质，选择为液态纯水，其喷射压力为0.1MPa～10MPa。

所述的在线射流除鳞系统的气体吹扫段的介质采用过滤后的单纯气体，气体压力0.01MPa～2MPa。

所述的在线射流除鳞系统的气体吹扫段的介质采用加热、干燥后的压缩空气，空气压力0.01MPa～2MPa。

所述的在线射流除鳞系统中混合射流除鳞段混合射流的发生装置为电机驱动叶轮离心甩射方式射流。

所述的在线射流除鳞系统混合射流除鳞段设置介质回收处理系统，包括水的回收过滤与再利用系统、磨料的回收再利用系统、粉状磨料与鳞皮的收集系统以及水温控制系统等。

所述的铸钢带可以是中、低碳钢、低合金结构钢、不锈钢、电工钢等钢种。典型的如碳含量低于0.35％的中低碳钢；所述生产工艺布置产出的金属板带，可运用于冷态轧制生产、表面涂镀生产等，其生产的材质可包括硅钢、不锈钢、碳钢等，同时也适用于有色金属，如铜材、铝材等。

本发明的有益效果

本发明对热态金属液体利用薄带连铸技术直接成型为较薄的热轧带材，该带材在轧制并温控之后立刻进入高压射流除鳞机组，通过这种环保的高效除鳞方式实现上下表面鳞皮清除，实现一种短流程、具备优异环保性能的金属板带连续化生产。通过薄带连铸与射流除鳞的串联布置，显著缩短金属板带的生产工艺流程。

附图说明

图1为本发明生产工艺布置实施例一的示意图。

图2为本发明生产工艺布置实施例二的示意图。

图3为本发明生产工艺布置实施例三的示意图。

图4为本发明生产工艺布置实施例四的示意图。

图5为本发明除鳞系统的前置预处理段实施例一的示意图。

图6为本发明除鳞系统的前置预处理段实施例二的示意图。

图7为本发明射流除鳞段实施例一的示意图。

图8为本发明射流除鳞段实施例二的示意图。

具体实施方式

参见图1～图8，本发明的金属板带的紧凑型生产工艺布置，依次设置至少一台双辊薄带连铸机1、一台以上的热轧机4，该轧机的辊数至少2辊以上、一台在线保温炉5、一冷却装置6、一套在线射流除鳞系统8、切边系统---切边剪9、剪切机10以及卷取机11；其中，在线射流除鳞系统8包括前置预处理段8a、混合射流除鳞段8b、单介质液体冲洗段8c以及气体吹扫段8d。

在冷却装置6与在线射流除鳞系统8的前置预处理段8a之间设置一个活套7，或在热轧机4-单机架轧机与在线保温炉之间设置一个活套7。

所述的双辊薄带连铸机1的浇铸速度为60～150m/min，轧机最大速度为10～300m/min。

所述的在线射流除鳞系统8的前置预处理段8a，可采用高速叶轮带动干燥丸粒的离心喷丸破鳞方式，此时丸粒脱离抛丸机叶轮的线速度不得高于80m/s；前置预处理段8a也可以设置为三个小辊错位压下的破鳞单元，通常设置为反向布置的两个单元，即六个小辊，此时需要带钢2c与2d之间的单位张力水平处于2MPa～10MPa之间；另外，前置预处理段8a也可以设置九辊矫直单元，此时带钢的张力水平要求极低，仅需拉动带钢2c、2d稳定前进即可；在对带钢2d的板形要求较高的场合，可直接设置一台拉伸矫直机，矫直机利用前后张力机组与上压下小辊8a3、下压上小辊8a4，在巨大的张力(单位张力不低于20MPa)作用下，实现带钢2c的板形矫正与鳞皮破裂；在某些场合，也可在前置预处理段8a内设置为几个处理方式的串联，如离心喷丸与小辊错位的串联、离心喷丸与九辊矫直的串联、小辊错位与九辊矫直的串联以及三者同时串联；

所述的前置预处理段采用设置九辊矫直单元，仅需拉动金属板带稳定前进即可；或在前置预处理段后设置一台拉伸矫直机，实现金属板带的板形矫正与鳞皮破裂。

所述的前置预处理段内设置离心喷丸与小辊错位的串联、或离心喷丸与九辊矫直的串联、或小辊错位与九辊矫直的串联以及前三者同时串联。

所述的在线射流除鳞系统8的混合射流除鳞段采用一种固液混合介质，以40～90m/s向金属板带表面喷射除鳞；或采用高速离心旋转轮的方式实现该固液混合介质的整体速度提升达到40～90m/s向金属板带表面喷射除鳞。

所述的混合射流除鳞段8b中采用的固液混合介质15、17中，液体介质采用液态水，固体介质为硬物颗粒，包括天然的石榴石、刚玉、或金刚砂，或钢丸、钢砂、钢丝切丸，固体介质占固液混合介质的质量百分比10％～80％，并由喷嘴14射流。

所述的在线射流除鳞系统中混合射流的发生装置16为电机驱动叶轮离心甩射方式射流。

所述的在线射流除鳞系统的单介质液体冲洗段采用单纯的液体介质，选择为液态纯水，其喷射压力为0.1MPa～10MPa。

所述的在线射流除鳞系统的气体吹扫段的介质采用过滤后的单纯气体，气体压力0.01MPa～2MPa。

所述的在线射流除鳞系统的气体吹扫段的介质采用加热、干燥后的压缩空气，空气压力0.01MPa～2MPa。

所述的在线射流除鳞系统混合射流除鳞段设置介质回收处理系统，包括水的回收过滤与再利用系统、磨料的回收再利用系统、粉状磨料与鳞皮的收集系统以及水温控制系统等。

薄带连铸技术采用直接对液态金属浇注成薄规格(10mm厚度以下)带坯并通过单道次热轧的板料，取代传统的厚板坯(厚度在150mm以上)通过粗轧与热轧之后的热轧板，实现非常紧凑的短流程供料工艺，以满足优异的低碳排放要求与较短的厂房建设要求。

射流除鳞技术采用加速后的固液混合流体介质对金属表面进行喷射，实现鳞皮的清除，同时利用后处理单元对固液混合介质进行分离、回收、再利用，以满足优异的环保指标。

实施例1

参见图1，以钢板的生产为例，其具体实施方式如下：液态钢水通过浇注的方式进入薄带连铸机1，该铸机通过一对冷却铸造辊1a与1b以及其他辅助件的特殊工作方式，将注入钢液的铸造出质量合格的厚度为2.5mm、宽度为1.5m的带坯2，且铸造速度保持在60m/min水平，此时带坯的温度水平很高，基本在1000℃以上，为降低带坯2的受高温氧化等因素的影响，在在带坯的外面增设保护罩3，同时在保护罩3内部通入足够的氮气或Ar用于气体保护，以满足对带坯2的保护效果；受保护的带坯2顺利进入单机架热轧机4，(单机架)热轧机4的轧制压下率不低于30％，用于改善带坯2内部的织晶结构，在本实施例中，(单机架)热轧机4为标准的四辊热轧机，轧机的轧制压下率保持在50％水平，达到改善带坯2内部的织晶结构与板形的要求，此时热轧机4为满足于带坯2的速度匹配，其轧制出口的带钢2a的线速度水平基本达到了90m/min的水平；轧制后的带钢2a在辊道作用下顺利进入在线保温炉5，保温炉通过温度控制实现处理温度介于820～1250℃之间，而后将热处理后的带钢2a顺次进入冷却装置6-水冷装置，通过水冷装置实现带钢2a的温度急剧下降，其温降保持在50℃/秒的速度水平，冷却处理后的带钢2b板面温度水平必须低于100℃水平，且各项力学性能满足工艺要求。

参见图5，满足温度水平与材质力学性能指标的带钢2b，按照工艺流程顺次进入在线射流除鳞系统8中的前置预处理段8a，该处理段的配置为图4所示的小辊破鳞单元8a1与九辊矫直单元8a2，小辊破鳞单元8a1为两个成反向布置的三辊单元组成，每个三辊单元均具备辊压下功能，其目的是实现带钢2b与小辊的局部辊面之间形成一定的包角，在带钢2b前后机组的2.5ton总张力作用下实现破鳞效果；破鳞后的带钢2b紧跟着进入九辊矫直单元8a2(或七辊矫直等)，通过九辊的特殊排布，实现带钢2b的板形矫直，其目的是保证后面的混合射流除鳞段8b能均匀、稳定的表面除鳞；破鳞并矫直后的钢板2b进入混合射流除鳞段8b后，混合射流除鳞段8b采用高压水与石榴石颗粒进行混合后再通过喷嘴进行高速喷射的方式实现鳞皮清除，其高压水压力水平保持在10MPa～50MPa之间，石榴石的粒度水平保持在20目～120目之间，两者的质量混合比保持在20％～80％之间，通过喷嘴的加速，实现射流介质的最终线速度保持在30m/s～120m/s水平，如此高速的射流直接与带钢2d碰撞，实现带钢2d在速度处于90m/min的水平下具有稳定的鳞皮清除效果，达到鳞皮完全清除；如此，带钢2d迅速进入纯水冲洗段(纯水冲洗段的冲洗压力为0.5MPa)与压缩空气吹扫段(此时的空气压力为0.2MPa，且空气通过加热至120℃之后，并通过干燥)，如此，即实现了带钢2d表面的鳞皮清除与干燥，满足下道工序的工艺要求。

如此处理后的金属板带2e具备如下特征：1)表面无任何鳞皮残留，2)表面无水渍残留；3)表面无硬物颗粒(即磨料)残留。至此，金属板带2e基本完成了对后续工艺处理的各项供料工艺要求。

完成供料工艺要求的带钢2e通过辊道直接传送至切边剪9，实现对带钢2e边部的剪切，同时在剪切机10与卷取机11的联合作用下实现钢板2f、2g的单卷连续卷曲。

实施例2

参见图2，带坯2经由保护装置3、(单机架)热轧机4之后，通过热处理5以及冷却装置6-水冷装置之后，再通过活套7进行缓冲之，此时可分为三个方向，其中一个是直接进入在线射流除鳞系统8--鳞皮清除单元实现带钢的表面鳞皮清除，然后通过切边机9与剪切机10、卷取机11；另一个方向是通过辊道13进入切边机9之后，再进入剪切机10与卷取机11；此时，带钢2c还可以直接进入剪切机10与卷取机11，实现纯热轧板的卷曲供料。

实施例3

参见图3，带坯2经由保护装置3、(单机架)热轧机4之后，直接进入活套7，然后再通过热处理5以及冷却装置6-水冷装置之后，此时可分为三个方向，其中一个是直接进入在线射流除鳞系统8--鳞皮清除单元实现带钢的表面鳞皮清除，然后通过切边机9与剪切机10、卷取机11；另一个方向是通过辊道13进入切边机9之后，再进入剪切机10与卷取机11；此时，带钢2c还可以直接进入剪切机10与卷取机11，实现纯热轧板的卷曲供料；

实施例4

如图4所示，带坯2经由保护装置3、单机架热轧机4之后再通过热处理5以及冷却装置6-水冷装置，紧跟着进入活套7，用于匹配前工艺速度与在线射流除鳞系统8-射流除鳞段的工艺速度，满足在线射流除鳞系统8-射流除鳞段对带钢2d速度的生产要求，通过射流除鳞段之后再通过一个活套7’，其目的是用于匹配前工序与切边机9的工艺速度要求，再通过剪切机10、卷取机11，实现纯热轧板的卷曲供料。

本发明充分利用薄带连铸技术与射流除鳞技术，实现对金属板带的短流程、环保的连续轧制生产。由于本发明所采用技术成熟，实施容易，推广应用完全可行。另一方面，本发明能很好的适应公司进一步提升产品竞争力的要求，提高金属板带产品的短工艺流程、低成本生产、优质产品质量与更高的金属收得率。因此，本发明在金属板带的生产领域具有广阔的应用前景。

Claims (15)

1.一种金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，依次设置至少一台双辊薄带连铸机、一台以上的热轧机，该热轧机的辊数至少2辊以上、一台在线保温炉、一冷却装置、一套在线射流除鳞系统、切边系统、剪切机以及卷取机；其中，在线射流除鳞系统包括前置预处理段、混合射流除鳞段、单介质液体冲洗段以及气体吹扫段。

2.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，在冷却装置与在线射流除鳞系统的前置预处理段之间设置一个活套，或在热轧机与在线保温炉之间设置一个活套。

3.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的双辊薄带连铸机的浇铸速度为60～150m/min，轧机速度为10～300m/min。

4.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的在线射流除鳞系统的前置预处理段采用高速叶轮带动干燥丸粒的离心喷丸破鳞方式，丸粒脱离抛丸机叶轮的线速度不得高于80m/s。

5.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的前置预处理段采用两个反向布置各由三个小辊错位压下组成的破鳞单元，金属板带在前置预处理段的前后段之间的单位张力水平处于2MPa～10MPa之间。

6.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的前置预处理段采用设置多辊矫直单元，仅需拉动金属板带稳定前进即可；或在前置预处理段后设置一台拉伸矫直机，实现金属板带的板形矫正与鳞皮破裂。

7.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的前置预处理段内设置离心喷丸与小辊错位的串联、或离心喷丸与九辊矫直的串联、或小辊错位与九辊矫直的串联以及前三者同时串联。

8.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的在线射流除鳞系统的混合射流除鳞段采用固液混合介质，以40～90m/s向金属板带表面喷射除鳞；或采用高速离心旋转轮的方式实现该固液混合介质的整体速度提升达到40～90m/s向金属板带表面喷射除鳞。

9.如权利要求8所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的混合射流除鳞段中采用固液混合介质中，液体介质采用液态水，固体介质为硬物颗粒，包括天然的石榴石、刚玉、金刚砂、钢丸、钢砂或钢丝切丸，固体介质占固液混合介质的质量百分比10%～80%。

10.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的在线射流除鳞系统的单介质液体冲洗段采用单纯的液体介质，其喷射压力为0.1MPa～10MPa。

11.如权利要求10所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的液体介质为液态纯水。

12.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的在线射流除鳞系统的气体吹扫段的介质采用过滤后的单纯气体，气体压力0.01MPa～2MPa。

13.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的在线射流除鳞系统的气体吹扫段的介质采用加热、干燥后的压缩空气，空气压力0.01MPa～2MPa。

14.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的在线射流除鳞系统混合射流除鳞段设置介质回收处理系统，包括水的回收过滤与再利用系统、磨料的回收再利用系统、粉状磨料与鳞皮的收集系统以及水温控制系统。

15.如权利要求1所述的金属板带的紧凑型生产工艺布置，其特征在于，所述的在线射流除鳞系统中混合射流除鳞段混合射流的发生装置为电机驱动叶轮离心甩射方式射流。