CN105618481B - 一种连铸坯凸辊余热轧制设备及工艺 - Google Patents

Abstract

一种连铸坯凸辊余热轧制设备及工艺，属于连铸坯轧制设备及工艺技术领域，利用连铸坯余热对连铸坯进行凸辊轧制。其技术方案是：本发明在连铸坯切割后送轧钢线前的位置布设连铸坯凸辊余热轧制设备，采用凸辊对称双向对称压下方式进行轧制，可以替代连铸坯开坯二火成材的凸辊余热轧制设备和工艺，用于有效改善连铸坯内部质量。本发明的轧制工艺利用连铸坯心部刚刚凝固完成后的窗口期，表面温度低心部温度高的坯料温差条件，在连铸坯上下表面双向施加一合适压力，产生一定的压下量，同时通过轧机速度控制变形速度，使金属变形深入到铸坯心部，通过金属流动补偿连铸坯的收缩，消除中心疏松和缩孔，并打断枝晶偏析及晶界偏析，实现组织性能均匀。

Description

一种连铸坯凸辊余热轧制设备及工艺

技术领域

本发明涉及一种利用连铸坯余热对连铸坯进行凸辊轧制的设备及工艺，属于连铸坯轧制设备及工艺技术领域。

背景技术

在连铸坯轧制工艺中，对于矩形或方形的特殊钢连铸坯，尤其是大断面的中高碳连铸坯，由于钢种特性的原因，在凝固后会产生体积收缩，并不可避免地会产生较为严重的中心偏析、疏松及缩孔。

目前，特殊钢棒线材的生产流程一般是：初炼（转炉或电炉）—精炼（LF或VD或RH）—连铸—铸坯缓冷（或热送）—加热—（开坯—缓冷—加热）—连轧成材。采用上述工艺流程时，为提高质量，一般会在连铸阶段采取低过热度、控制拉速、电磁搅拌、动态轻压下等措施，即使这样，连铸坯的偏析及缩孔、疏松等质量指标依然会对最终钢材产品造成质量影响，产生网状、带状等产品质量缺陷，影响产品性能。所以对于产品质量要求高的轴承钢、弹簧钢、齿轮钢等高端产品，通常还会采用二火成材工艺，使用大断面连铸坯生产小规格产品，以增大压缩比，这样的工艺流程长，能耗高，成本很高。

还有一种连铸坯液芯压下工艺，是指在连铸坯的凝固末端，芯部为液态或者半凝固状态时，进行单道次或多道次的大压下，其本质是把芯部液芯挤回液相穴，以消除中心疏松和偏析等，改善铸坯内部质量，细化组织。这种工艺的大压下装置是布置在连铸机铸流上，在连铸坯未经切割之前进行在线的动态压下。此时温度高，变形容易，但由于压下为在线变形，铸坯未经切断，其转速必须和铸机的拉速匹配，大压下装置的速度波动会直接影响结晶器的液面稳定，易造成液面波动形成卷渣，影响铸坯纯净度。另外，这种工艺的压下温度窗口期小，时机转瞬即逝，必须对连铸机的冷却、拉速、振动、电搅等参数和大压下装置联控，对控制系统要求高，对温度的控制要求高。而且每流都需要单独布置一台设备，空间狭小，投资大，质量风险高。

本发明的原理是：在连铸坯中心刚刚凝固并在连铸机切割定尺完成后，利用其表面温度低心部温度高的坯料温差条件，通过在连铸坯上下表面双向施加一合适压力，产生一定的压下量，同时通过轧机速度控制变形速度，使金属变形深入到铸坯心部，通过金属流动补偿连铸坯的收缩，消除中心疏松和缩孔，并打断枝晶偏析及晶界偏析，创造细化晶粒组织均匀化条件，并通过后续的轧钢线轧制减轻中心偏析，实现组织性能均匀。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸坯凸辊余热轧制设备及工艺，这种轧制设备布置在连铸坯切割后送轧钢线前的位置，采用凸辊对称双向压下方式对连铸坯进行轧制，可以替代连铸坯开坯二火成材的凸辊余热轧制设备和工艺，用于有效改善连铸坯内部质量。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种连铸坯凸辊余热轧制设备，它包括专用轧机、立辊导入机构、立辊导出机构、轧机输入辊道、轧机输出辊道、轧前冷床、轧后冷床、前连铸坯横移装置和后连铸坯横移装置，轧前冷床和轧后冷床分别安装在专用轧机的两端，前连铸坯横移装置和后连铸坯横移装置分别安装在轧前冷床和轧后冷床上，前连铸坯横移装置通过轧机输入辊道与立辊导入机构相连接，后连铸坯横移装置通过轧机输出辊道与立辊导出机构相连接，立辊导入机构和立辊导出机构分别与专用轧机的导入部分和导出相连接，专用轧机由机架、凸型辊、万向节轴、齿轮机座、减速机、电机构成，凸型辊安装在机架上，万向节轴与凸型辊相连接，万向节轴与驱动齿轮相连接，驱动齿轮安装在齿轮机座上，电机通过减速机与驱动齿轮相连接。

上述连铸坯凸辊余热轧制设备，所述由专用轧机、立辊导入机构、立辊导出机构、轧机输入辊道、轧机输出辊道、轧前冷床、轧后冷床、前连铸坯横移装置和后连铸坯横移装置组成的轧制设备布置在连铸坯火焰切割机和轧钢车间热送辊道之间，在轧机输入辊道上安装有感应补热装置和辊道保温罩，在轧机输入辊道和立辊导入机构之间安装测温装置，感应补热装置和测温装置分别与温度控制装置相连接。

上述连铸坯凸辊余热轧制设备，所述凸型辊由上轧辊和下轧辊组成，上轧辊和下轧辊的中间部分为凸型辊环，凸型辊环的表面为圆弧状，凸型辊环的宽度小于连铸坯的宽度。

一种使用上述连铸坯凸辊余热轧制设备的连铸坯凸辊余热轧制工艺，它采用以下步骤：

a.连铸坯通过拉矫机拉出，此时连铸坯已完全凝固，液相比为0％，经过火焰切割机切断成要求的定尺长度后，通过输出辊道快速输送至轧前冷床；

b.前连铸坯横移装置将连铸坯横移至轧机输入辊道，高温连铸坯由轧机输入辊道向前输入，由立辊导入机构扶正导入专用轧机；

c.导入专用轧机后，连铸坯通过凸型辊的上轧辊和下轧辊咬入，在连铸坯上下表面中间位置对称压入进行轧制；

d.轧制完成后由立辊导出机构导出到轧机输出辊道上，向前输送到轧钢车间热送辊道送往轧钢车间进行成品轧制，或者由后连铸坯横移装置横移至轧后冷床，收集吊装到连铸坯缓冷坑进行缓冷处理。

上述连铸坯凸辊余热轧制工艺，所述轧制工艺适用的连铸坯上下表面中间带和心部的温度差为300~500℃；连铸坯的开轧温度以连铸坯上表面中间位置温度为准，控制在750~950℃之间；开轧时连铸坯表面中间位置与角部的温差≤ 150℃。

上述连铸坯凸辊余热轧制工艺，所述轧制线速度在0.05~0.2m/s之间。

上述连铸坯凸辊余热轧制工艺，所述凸型辊单向轧制一个道次，轧辊凸起辊型最高点的单面压下量为20mm~50mm，轧制带的宽度占连铸坯轧制表面宽度的1/3~1/2。

上述连铸坯凸辊余热轧制工艺，所述连铸坯通过轧机输入辊道时选择性使用感应补热装置和辊道保温罩，依据不同钢种的切割后的表面温度来确定感应补热装置使用与否或使用数量，保证连铸坯的开轧表面温度不低于下限值。

本发明的有益效果是：

本发明的轧制工艺是在连铸坯连铸完成后，心部完全凝固（无液态存在），利用连铸坯表面温度低，内部温度高的温度场状态，利用钢铁材料高温低温的塑性及变形差异，在低温的连铸坯表面施加一定压力，产生一定的压下量，通过低温难变形表层将压力渗透传递到连铸坯的高温心部，使高温的塑性好的心部产生金属流动和变形，通过压缩焊合缩孔和疏松，消除或减轻中心缩孔、疏松，打断枝晶，创造细化晶粒组织均匀化条件，在后续的轧钢线轧制时会减轻中心偏析，实现组织性能均匀。

与现有的在线液芯多机架大压下技术相比，本发明工艺有以下主要优点：

（1）连铸坯轧制的时间点不同。本发明工艺是在连铸坯芯部完全凝固之后，经过火焰切割定尺后进行轧制变形的工艺，和已有的连铸坯凝固末端的液芯压下技术相比，工艺的压下温度窗口期大，控制容易。

（2）采用独立的轧制设备。本发明的轧制设备和工艺独立设置，与连铸拉坯不进行联控，分别进行作业，互不影响，因此对连铸工艺的参数控制相对单一，不会因为轧制过程的波动影响连铸机的过程稳定，如影响结晶器的液面控制，影响拉速的稳定，造成结晶器液面波动而产生连铸坯缺陷。

（3）工艺布置位置不同。本发明工艺和已有技术的压下机构布置于连铸流切割机之前不同，本发明的专用轧机布置于连铸机的切割机构之后，所有机流共用一台轧机。

（4）本发明工艺采用轧机压下能力大于3000kN，设备利用率高，每台连铸机后部布置一架轧机即可满足连铸坯所有铸流的生产，投资小。

（5）本发明的轧制装备由于布置于机流之外，和现有技术的在线布置相比，布置空间大，不受限，布置容易，操作维护方便。

（6）和已有技术的单向压下技术不同，本发明工艺采用上下双向对称压下，变形区对称，组织性能更加均匀。

（7）采用凸辊余热轧制工艺，在生产轴承钢、弹簧钢、齿轮钢等高碳钢、高合金钢种时，可以替代二火成材工艺，减少或取消开坯工序，轧制流程缩短，相比长流程轧制工艺，能源消耗、生产成本大大降低，效益显著，相比传统工艺优势明显。

（8）本发明工艺采用弧形凸辊，轧制时只对连铸坯中间高温带压下，中间压下量20-50mm，连铸坯边缘及角部不接触轧辊、不压下，避免出现因轧制产生的边角部裂纹缺陷。

采用本发明后，生产边长200mm以上连铸坯中心偏析与疏松评级从2.0-2.5 级降低至1.0-1.5 级别，成品轧材中心疏松≤ 1.5 级比例从40% 提高至95% 以上。

采用本发明方法生产的高碳钢和合金钢线棒材，各元素的中心偏析系数平均值不超过1.05，最大值不超过1.10。

本发明可以替代部分轴承钢、弹簧钢等钢种的二辊开坯工艺，轧钢工序成本可以降低30%以上。

附图说明

图1是本发明的结构示意俯视图；

图2是图1的正视图；

图3是本发明的凸型辊及连铸坯轧制示意图；

图4是本发明的凸型辊的辊型示意图。

图中标记如下：轧钢车间热送辊道1、轧机输出辊道2、立辊导出机构3、机架4、凸型辊5、立辊导入机构6、轧机输入辊道7、火焰切割机8、拉矫机9、电机10、减速机11、齿轮机座12、万向节轴13、轧后冷床14、输出辊道15、轧前冷床16、专用轧机17、测温装置18、后连铸坯横移装置19、前连铸坯横移装置20、感应补热装置21，辊道保温罩22、连铸坯23、上轧辊24、下轧辊25、凸型辊环26。

具体实施方式

本发明的铸坯凸辊余热轧制设备由专用轧机17、立辊导入机构6、立辊导出机构3、轧机输入辊道7、轧机输出辊道2、轧前冷床16、轧后冷床14、前连铸坯横移装置20、后连铸坯横移装置19、测温装置18、感应补热装置21，辊道保温罩22组成。

本发明的铸坯凸辊余热轧制设备布置在连铸坯火焰切割机和轧钢车间热送辊道之间。由于本轧制设备与连铸拉坯不进行联控，分别进行作业，互不影响，因此对连铸工艺的参数控制相对单一，不会因为轧制过程的波动影响连铸机的过程稳定，如影响结晶器的液面控制，影响拉速的稳定，造成结晶器液面波动而产生连铸坯缺陷。本发明的轧制装备由于布置于机流之外，和现有技术的在线布置相比，布置空间大，不受限，布置容易，操作维护方便。

本发明的专用轧机17布置于炼钢车间连铸机铸坯切割之后，在满足工艺长度的情况下，布置上尽量减少距离，采用离线高速输送，以减少输送时间。

图1、2显示，轧前冷床16和轧后冷床14分别安装在专用轧机17的两端，前连铸坯横移装置20和后连铸坯横移装置19分别安装在轧前冷床16和轧后冷床14上，前连铸坯横移装置20通过轧机输入辊道7与立辊导入机构6相连接，后连铸坯横移装置19通过轧机输出辊道2与立辊导出机构3相连接，立辊导入机构6和立辊导出机构3分别与专用轧机17的导入部分和导出相连接。

图1、2显示，在轧机输入辊道7上安装有感应补热装置21和辊道保温罩22，在轧机输入辊道7和立辊导入机构6之间安装测温装置18，感应补热装置21和测温装置18分别与温度控制装置相连接。上述感应补热装置21及辊道保温罩22可以选择性使用，以减少热量损失或补充热量，防止表面温度过低，增加表面温度均匀性。可以依据不同钢种的切割后的表面温度来确定使用与否或使用数量，以保证连铸坯23的开轧表面温度不低于下限值。

图1、2显示，专用轧机17由机架4、凸型辊5、万向节轴13、齿轮机座12、减速机11、电机10构成。凸型辊5由上轧辊24、下轧辊25、凸型辊环26组成，凸型辊5安装在机架4上，上下两支万向节轴13的一端分别与凸型辊5的上轧辊24、下轧辊25相连接，万向节轴13的另一端与驱动齿轮轴相连接，驱动齿轮轴安装在齿轮机座12上，电机10通过减速机11与齿轮机座12相连接。电机10转动，通过减速机11减速到设计速度，输出到齿轮机座12的中间输入齿轮轴，通过齿轮机座12的啮合齿轮轴转变成对向旋转的上下两支输出齿轮轴，再通过上下两支万向连接轴13将扭矩传递到凸型辊5的上轧辊24、下轧辊25，带动上轧辊24、下轧辊25对向旋转，将连铸坯23轧出。

图3、4显示，本发明为防止压下时连铸坯23边部或角部出现裂纹，采用了凸型辊5中间带弧形压下，使连铸坯23低温边缘不进行压下变形。凸型辊5由上轧辊24和下轧辊25组成，上轧辊24和下轧辊25的中间部分为凸型辊环26，凸型辊环26的表面为圆弧状，凸型辊环26的宽度小于连铸坯23的宽度。

凸型辊5边缘直径为Φ400~800mm，凸型辊环26高度为60~65mm，凸型辊环26的最高点压入连铸坯23长度的中心线，上轧辊24和下轧辊25可以对称调节，根据钢种及坯型尺寸不同，单面压入深度在20mm-50mm之间调节，轧后连铸坯23的宽度在连铸坯23上下表面宽度的1/3~1/2，连铸坯23上下表面的两边缘带A为50-100mm，轧制时不接触凸型辊5、不产生压下。

本发明的的连铸坯凸辊余热轧制工艺采用以下步骤：

a.连铸坯23通过拉矫机9拉出，此时连铸坯23已完全凝固，液相比为0％，经过火焰切割机8切断成要求的定尺长度后，通过输出辊道15快速输送至轧前冷床16；

b.前连铸坯横移装置20将连铸坯23横移至轧机输入辊道7，高温连铸坯23由轧机输入辊道7向前输入，由立辊导入机构6扶正导入专用轧机17；

c.导入专用轧机17后，连铸坯23通过凸型辊5的上轧辊24和下轧辊25咬入，在连铸坯23上下表面中间位置对称压入进行轧制；

d.轧制完成后由立辊导出机构3导出到轧机输出辊道2上，向前输送到轧钢车间热送辊道1送往轧钢车间进行成品轧制，或者由后连铸坯横移装置19横移至轧后冷床14，收集吊装到连铸坯缓冷坑进行缓冷处理。

在连铸坯23通过轧机输入辊道7时可以选择性使用感应补热装置21和辊道保温罩22，依据不同钢种的切割后的表面温度来确定感应补热装置21使用与否或使用数量，保证连铸坯23的开轧表面温度不低于下限值。

本发明的连铸坯凸辊余热轧制工艺的部分轧制参数如下：

连铸坯23上下表面中间带和心部的温度差为300~500℃；

连铸坯23的开轧温度以铸坯上表面中间位置温度为准，控制在750~950℃之间；

开轧时连铸坯23表面中间位置与角部的温差≤ 150℃；

轧制线速度在0.05~0.2m/s之间；

凸型辊5最高点的单面压下量为20mm~50mm，轧制带的宽度约占连铸坯轧制表面宽度的1/3~1/2。

本发明适用的连铸坯断面：断面边长尺寸≥ 200mm×200mm 。

本发明适用的钢种：中、高碳钢及中、高碳合金钢。

本发明的轧制工艺是连铸坯连铸完成、心部完全凝固（无液态存在）后，利用连铸坯表面温度低，内部温度低的温度场状态，利用钢铁材料高温低温的塑性及变形差异，在低温的连铸坯表面施加一定压力，产生一定的压下量，通过低温难变形表层将压力渗透传递到连铸坯的高温心部，使高温的塑性好的心部产生金属流动和变形，通过压缩焊合缩孔和疏松，消除或减轻中心缩孔、疏松，打断枝晶，创造细化晶粒组织均匀化条件，在后续的轧钢线轧制时会减轻中心偏析，实现组织性能均匀。

本发明的连铸坯凸辊轧制工艺环节属于可选择工序，连铸坯由火焰切割后可以选择横移后轧制，也可以在轧前冷床16进行冷却收集，进入缓冷工序；也可以选择横移后空过轧机，直接通过轧机的输入辊道7、输出辊道1、热送辊道1热送至轧钢车间轧制成品。

本发明为了达到变形深入到心部，轧机压下量可调整，还对轧制速度进行了控制，采用低速轧制，并且轧制速度0.05~0.2m/s可调；低速、大压下量、高温差轧制可以变形从表面深入到心部，使心部受压应力状态，压合疏松及缩孔区并防止产生心部裂纹。

Claims (8)

1.一种连铸坯凸辊余热轧制设备，其特征在于：它包括专用轧机（17）、立辊导入机构（6）、立辊导出机构（3）、轧机输入辊道（7）、轧机输出辊道（2）、轧前冷床（16）、轧后冷床（14）、前连铸坯横移装置（20）和后连铸坯横移装置（19），轧前冷床（16）和轧后冷床（14）分别安装在专用轧机（17）的两端，前连铸坯横移装置（20）和后连铸坯横移装置（19）分别安装在轧前冷床（16）和轧后冷床（14）上，前连铸坯横移装置（20）通过轧机输入辊道（7）与立辊导入机构（6）相连接，后连铸坯横移装置（19）通过轧机输出辊道（2）与立辊导出机构（3）相连接，立辊导入机构（6）和立辊导出机构（3）分别与专用轧机（17）的导入部分和导出相连接，专用轧机（17）由机架（4）、凸型辊（5）、万向节轴（13）、齿轮机座（12）、减速机（11）、电机（10）构成，凸型辊（5）安装在机架（4）上，万向节轴（13）与凸型辊（5）相连接，万向节轴（13）与驱动齿轮相连接，驱动齿轮安装在齿轮机座（12）上，电机（10）通过减速机（11）与驱动齿轮相连接。

2.根据权利要求1所述的连铸坯凸辊余热轧制设备，其特征在于：所述由专用轧机（17）、立辊导入机构（6）、立辊导出机构（3）、轧机输入辊道（7）、轧机输出辊道（2）、轧前冷床（16）、轧后冷床（14）、前连铸坯横移装置（20）和后连铸坯横移装置（19）组成的轧制设备布置在连铸坯火焰切割机（8）和轧钢车间热送辊道（1）之间，在轧机输入辊道（7）上安装有感应补热装置（21）和辊道保温罩（22），在轧机输入辊道（7）和立辊导入机构（6）之间安装测温装置（18），感应补热装置（21）和测温装置（18）分别与温度控制装置相连接。

3.根据权利要求2所述的连铸坯凸辊余热轧制设备，其特征在于：所述凸型辊（5）由上轧辊（24）和下轧辊（25）组成，上轧辊（24）和下轧辊（25）的中间部分分别为凸型辊环（26），凸型辊环（26）的表面为圆弧状，凸型辊环（26）的宽度小于连铸坯（23）的宽度。

4.一种使用权利要求1、2或3任意一种连铸坯凸辊余热轧制设备的连铸坯凸辊余热轧制工艺，其特征在于：它采用以下步骤：

a.连铸坯（23）通过拉矫机（9）拉出，此时连铸坯（23）已完全凝固，液相比为0％，经过火焰切割机（8）切断成要求的定尺长度后，通过输出辊道（15）快速输送至轧前冷床（16）；

b.前连铸坯横移装置（20）将连铸坯（23）横移至轧机输入辊道（7），高温连铸坯（23）由轧机输入辊道（7）向前输入，由立辊导入机构（6）扶正导入专用轧机（17）；

c.导入专用轧机（17）后，连铸坯（23）通过凸型辊（5）的上轧辊（24）和下轧辊（25）咬入，在连铸坯（23）上下表面中间位置对称压入进行轧制；

d.轧制完成后由立辊导出机构（3）导出到轧机输出辊道（2）上，向前输送到轧钢车间热送辊道（1）送往轧钢车间进行成品轧制，或者由后连铸坯横移装置（19）横移至轧后冷床（14），收集吊装到连铸坯缓冷坑进行缓冷处理。

5.根据权利要求4所述的连铸坯凸辊余热轧制工艺，其特征在于：所述轧制工艺适用的连铸坯（23）上下表面中间带和心部的温度差为300~500℃；连铸坯（23）的开轧温度以连铸坯（23）上表面中间位置温度为准，控制在750~950℃之间；开轧时连铸坯（23）表面中间位置与角部的温差≤ 150℃。

6.根据权利要求5所述的连铸坯凸辊余热轧制工艺，其特征在于：所述轧制线速度在0.05~0.2m/s之间。

7.根据权利要求6所述的连铸坯凸辊余热轧制工艺，其特征在于：所述凸型辊（5）单向轧制一个道次，轧辊凸起辊型最高点的单面压下量为20mm~50mm，轧制带的宽度占连铸坯（23）轧制表面宽度的1/3~1/2。

8.根据权利要求7所述的连铸坯凸辊余热轧制工艺，其特征在于：所述连铸坯（23）通过轧机输入辊道（7）时选择性使用感应补热装置（21）和辊道保温罩（22），依据不同钢种的切割后的表面温度来确定感应补热装置（21）使用与否或使用数量，保证连铸坯（23）的开轧表面温度不低于下限值。