CN108580824A - 轴承钢棒材连铸系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种轴承钢棒材连铸系统及工艺。所述的系统至少包括按工艺要求顺序连接的多流连铸机、铸坯液压剪切装置、切后辊道、具有保温的快速热送辊道、加热炉；在轧钢生产线热送辊道入口设置第一高温检测仪；其中，铸坯液压剪切装置切割多流连铸机输出的高温连铸坯料；切割后高温连铸坯料经切后辊道输送到热送辊道入口；所述的第一高温检测仪，用以获取热送辊道处连铸钢坯温度信息并传递到加热炉中；加热炉根据得到的连铸钢坯温度，实时制定升温加热—均热高温扩散退火—降温的最优加热曲线；使连铸钢坯达到预定参数。

Description

轴承钢棒材连铸系统及工艺
技术领域
本发明涉及领域为直径小于φ60mm棒材的轴承钢连铸系统及工艺。
背景技术
轴承钢因具有高而均匀的硬度、耐磨性、弹性极限，被用于制造各类滚动轴承套圈和滚动体(滚柱、滚针、钢球等)，广泛用于航空、航天、汽车、海洋船舶、矿山机械等领域。轴承钢一般包含高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等，其中高碳铬轴承钢GCr15为典型代表。高质量GCr15对化学成分、冶金质量、热处理工艺等都有严格要求，GCr15传统的典型生产过程，一般包含冶炼-—模铸(连铸)—加热炉—锻(轧)加工—正火—球化退火—机械加工—淬火回火—磨加工，具有生产流程多、工序繁杂、工艺质量要求高的特点。为从轴承钢制造的全流程生产链上增加生产效率，减低成本，提高经济效益，电炉冶炼、以轧代锻、以及控轧控冷工艺(低温轧制、超快冷冷却)等技术先后得以推广应用，取得了良好效果。
这其中以低温轧制(LTR)为代表的棒材轧制工艺，因在GCr15全生产流程中作为中间工序而占据重要地位。在传统GCr15锻造(轧)工艺中，成品温度比较高，冷却速度慢，会在微观组织结构晶界处析出形成难以在球化退火中消除的网状碳化物缺陷，必须用正火处理消除。LTR工艺中，在向轧线供给合格连铸坯下(成分、低倍组织、非金属夹杂数量及等级、表面质量等)，钢坯在轧制生产线上的流程一般为，室温钢坯被加热炉加热均温——除磷——6机架粗轧机组——飞剪切头——6机架中轧机组——飞剪切头——1#水箱组——6机架精轧机组——飞剪切头——2#水箱组——4机架三辊减定机组——3#水箱组——倍尺飞剪——冷床——定尺剪切(锯切)——打捆——运输。
相较传统控轧控冷工艺，LTR工艺通过精轧机组前后两组水箱，起到将进入三辊减定经机组的轧件温度降低(一般750℃左右)作用，GCr15轧件在减定径机组中经奥氏体+铁素体两相区轧制，基于形变诱导析出机制细化晶粒组织，随后再借助减定机组后的3#水箱组，保证轧件上冷床温度在725℃左右，由此得到的成品轧件晶粒尺寸小而均匀，横断面及心部网状碳化物级别低，能够简化甚至免去后续的正火工艺。LTR生产GCr15虽提高了成品力学性能，且减少了后续热处理，然而由于棒材轧线采用连轧工艺，6机架中轧和6机架精轧后轧件温度一般在1000℃以上，要达到低温轧制所要求的低轧件温度对水箱冷却能力有较高要求，尤其是轧件横断面温差及通条温差上难以控制。此外，GCr15成分中Cr(1.5％)、C(1％)元素含量高，属过共析钢，连铸凝固时碳元素与铬元素会偏析，造成树枝晶间最后剩余的残液内C、Cr富集程度很高达到共晶点形成碳化物，枝晶偏析还会在各枝之间和晶体二次轴间发生，富集C和合金元素引起的成分和组织不均匀在轧制中被拉长，成品中形成由奥氏体析出的带状二次碳化物。要消除经凝固而在连铸钢坯里形成的液状态碳化物和带状碳化物，只能通过加热炉对钢坯进行高温(1200℃左右)长时(大于2小时)的扩散退火工艺实现。然而GCr15冷坯(或小于500℃)加热到高温时，因钢种导热系数较小，低温塑性差，250℃～400℃时有强度较低的蓝脆区，温度要达到600℃以上时，钢的塑性和强度才会提高，且钢坯在740℃以上逐渐发送相变，相变过程中不同区程度不一，相变不均匀，形成的相变应力与热应力叠加后，可导致钢的热缺陷，甚至演变成“鸟巢裂口”，造成在GCr15相变结束的900℃以前，钢坯加热速度要非常缓慢，一般可达2.5小时，占到整个钢坯加热工序一半时长以上。
常规轴承钢棒材连铸，加热，轧制生产线设备及工序过程原理如图1所示。主要设备有连铸冷坯上钢装置1、连铸坯下线装置4、加热炉5、除磷机6、轧制生产线(粗轧机组)7，各设备间用线速度为0.025-2m/s的辊道连接。生产过程为，多流连铸机生产出方坯或圆坯后，对钢坯自然冷却，随后输送到轧钢车间原料跨被吊运到上钢装置1后，在辊道上经称重及质量检验，不合格钢坯用连铸坯下线装置5移出辊道，合格钢坯用辊道运输到加热炉2中，经室温缓慢(约2.5小时)加热到1200℃后，进行＞2小时以上的高温扩散退火，出炉后通过除磷机3去除表层氧化皮，送入轧制生产线(粗轧机组)7开始轧制。
该生产方法存在较多的问题和不足：
1)采用多流连铸机生产的铸坯要经过收集、码垛、运输，才到轧钢车间，流程多，耗费时间长，连铸—加热—轧制效率低；
2)高温连铸连铸坯热量未得到利用，加热炉需进行一次升温，耗费能源并且增加污染物排放；
3)出加热炉时GCr15钢坯温度达到1200℃，轧线采用LTR工艺时，对水箱冷却能力要求高，轧件通条上温度及性能波动大。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种新型高效低能耗轴承钢连铸—扩散退火—轧制生产用工艺。
为达到上述目的，本发明的轴承钢棒材连铸系统，至少包括按工艺要求顺序连接的多流连铸机、铸坯液压剪切装置、切后辊道、具有保温的快速热送辊道、加热炉；
在轧钢生产线热送辊道入口设置第一高温检测仪；
其中，铸坯液压剪切装置切割多流连铸机输出的高温连铸坯料；切割后高温连铸坯料经切后辊道输送到热送辊道入口；所述的第一高温检测仪，用以获取热送辊道处连铸钢坯温度信息并传递到加热炉中；
加热炉根据得到的连铸钢坯温度，实时制定升温加热—均热高温扩散退火—降温的最优加热曲线。
其中，所述的系统还包括设置在加热炉后的除磷机和粗轧机，在除磷机和粗轧机之间设置第二高温检测仪；所述的第二高温检测仪获取检测钢坯温度上传给轧线二级控制系统，下发到水箱冷却控制系统以制定水冷参数；
其中，所述的水冷参数包括喷嘴数、水压和水量。
其中，所述的系统包括：在快速热送辊道一侧设置钢坯下线装置；根据第一高温检测仪温度检测结果判定供给的连铸钢坯是否满足热送条件，不满足则用钢坯下线装置将钢坯推送到连铸冷床的离线处理坯料区域，对钢坯用离线的电磁感应加热炉升温，随后再送回到快速热送辊道。
为达到上述目的，本发明轴承钢棒材连铸系统，至少包括按工艺要求顺序连接的多流连铸机、铸坯液压剪切装置、切后辊道、具有保温的快速热送辊道、第一加热炉和第二加热炉；
在轧钢生产线热送辊道入口设置第一高温检测仪；
在第二加热炉入口设置第二高温检测仪；
其中，铸坯液压剪切装置切割多流连铸机输出的高温连铸坯料；切割后高温连铸坯料经切后辊道输送到热送辊道入口；所述的第一高温检测仪，用以获取热送辊道处连铸钢坯温度信息并传递到第一加热炉中；
第一加热炉根据得到的连铸钢坯温度，使连铸钢坯达到预定参数。
所述的第二高温检测仪，用以获取第一加热炉加热后的连铸钢坯温度信息并传递到第二加热炉中；第二加热炉实时制定升温加热—均热高温扩散退火—降温的最优加热曲线。
其中，所述的系统还包括设置在第二加热炉后的除磷机和粗轧机，在除磷机和粗轧机之间设置第三高温检测仪；所述的第三高温检测仪获取检测钢坯温度上传给轧线二级控制系统，下发到水箱冷却控制系统以制定水冷参数。
其中，所述的系统包括：在快速热送辊道一侧设置钢坯下线装置；根据第一高温检测仪温度检测结果判定供给的连铸钢坯是否满足热送条件，不满足则用钢坯下线装置将钢坯推送到连铸冷床的离线处理坯料区域，对钢坯用离线的电磁感应加热炉升温，随后再送回到快速热送辊道。
为达到上述目的，本发明轴承钢棒材连铸工艺，所述的工艺由连铸系统完成，所述的系统至少包括按工艺要求顺序连接的多流连铸机、铸坯液压剪切装置、切后辊道、具有保温的快速热送辊道、加热炉；
所述的工艺包括下述步骤：
铸坯液压剪切装置切割多流连铸机输出的高温连铸坯料；
切割后高温连铸坯料经切后辊道输送到热送辊道入口；
获取热送辊道处连铸钢坯温度信息并传递到加热炉中；
加热炉根据得到的连铸钢坯温度，实时制定升温加热—均热高温扩散退火—降温的最优加热曲线。
为达到上述目的，本发明轴承钢棒材连铸工艺，所述的工艺由连铸系统完成，所述的连铸系统至少包括按工艺要求顺序连接的多流连铸机、铸坯液压剪切装置、切后辊道、具有保温的快速热送辊道、第一加热炉和第二加热炉；在轧钢生产线热送辊道入口设置第一高温检测仪；在第二加热炉入口设置第二高温检测仪；
所述的工艺包括下述步骤：
铸坯液压剪切装置切割多流连铸机输出的高温连铸坯料；
切割后高温连铸坯料经切后辊道输送到热送辊道入口；
获取热送辊道处连铸钢坯温度信息并传递到第一加热炉中；
第一加热炉根据得到的连铸钢坯温度，使连铸钢坯达到预定参数；
所述的第二高温检测仪，用以获取第一加热炉加热后的连铸钢坯温度信息并传递到第二加热炉中；
第二加热炉实时制定升温加热—均热高温扩散退火—降温的最优加热曲线。
其中，所述的预定参数为实现钢坯表面温度达到1200-1250℃左右，进第二加热炉前钢坯平均温度＞1180℃。
本发明的新型连铸—扩散退火—轧制生产工艺，利用了连铸后钢坯高温(表层约1100℃，中心约1200℃)，以下连铸冷床时钢坯实际温度为依据，以及GCr15钢坯高温扩散工艺和LTR工艺需求为基础，确定在线(或离线)感应加热炉，及加热炉最优加热(均热)工艺制度，能够起到在最少变动现有轧线设备和系统的条件下，满足生产中，最大化利用连铸钢坯高温，免去加热炉升温工序，利于LTR工艺，可显著降低能耗，增加生产效率，并提高成品性能。
附图说明
图1常规轴承钢棒材连铸—加热—轧制轧制生产线图示1(冷坯)。
图2本发明实施例1的系统结构示意图。
图3本发明实施例2的系统结构示意图。
具体实施方式
实施例一：
如图2所示，本实施例提供了一种高效低能耗轴承钢连铸—扩散退火—轧制生产用工艺装置及方法，包括6流连铸机21、铸坯液压剪切装置及切后辊道22、具有保温的快速热送辊道23、钢坯下线装置24、加热炉25、除磷机26、轧钢生产线27，高温检测仪28(一台位于轧钢生产线热送辊道入口281，一台位于除磷机和粗轧机之间282)。连铸机21为6机6流连铸机，每一流的控制独立，每流连铸坯的速度范围在1-4m/min，连铸坯断面尺寸是直径为φ200mm的圆坯；铸坯切割装置及切后辊道22中，切割选用液压剪，定尺长度为8m，连铸冷床辊道用变频电机驱动，设计的辊面线速度范围在0.02-3m/s；具有保温的快速热送辊道23，具有保温装置，用变频电机驱动，辊面线速度范围0.25-4m/s，为爬坡辊道(至5m平台)，辊道呈扇形，宽度逐渐减小到仅能通过单根钢坯；钢坯下线装置24，布置在连铸冷床下方的水平段处，电动驱动；加热炉25为燃料为混合煤气的步进梁式加热炉，采用均热段、加热二段、加热一段供热，炉顶为全平炉顶结构，供热段设炉顶隔墙；除磷机26型式为除磷环，水压7～15MPa，速度在0.05～0.5m/s；轧制生产线(粗轧机组)7为6架850短应力线轧机，功率850KW；高温检测仪，测温范围为：0℃～1400℃，精度达到±2％(或测量值±2℃)。
本实施例提出所提该实施方案中设备布置，适用于连铸车间与轧制生产线相聚较远(到达加热炉25时，铸坯温度＜750℃)条件，生产工艺流程为：连铸机(6机6流)1生产出高温GCr15铸坯(温度＞1150℃，水量控制范围1.5～5L/Kg)，采用调整各流拉坯速度的方法，使各流连铸坯在长度上前后相隔约1～3m，呈阶梯形式的出坯，某流连铸坯到达定尺切割位置后，用铸坯液压剪切装置及切后辊道22对依次对各流连铸坯进行剪切，对于得到的单根铸坯快速出坯，用具有保温的快速热送辊道23，在爬坡中迅速输送到轧钢生产线；用高温检测仪281获取连铸坯温度信息，传递到加热炉25中；加热炉5根据得到的钢坯温度，实时制定升温加热—均热高温扩散退火—降温的最优加热曲线；除磷机26迅速对出加热炉的高温钢坯用高压水去除表面氧化皮；高温检测仪282获取检测钢坯温度(目标值1100℃)上传给轧线二级控制系统，下发到水箱冷却控制系统，制定水冷参数(喷嘴数、水压和水量)；若连铸工艺故障产出不合格钢坯，或轧制生产线有换辊、停产检修、事故等情况时，连铸坯经钢坯下线装置24，逐跟运输到线下冷却。
实施例二：
如图3所示，本实施例提供了一种高效低能耗轴承钢连铸—扩散退火—轧制生产用工艺装置及方法，包括6流连铸机31、铸坯液压剪切装置及切后辊道32、具有保温的快速热送辊道33、钢坯下线装置34、加热炉35、除磷机36、轧钢生产线37，电磁感应加热炉(加热炉5前382，钢坯下线装置34处382)，高温检测仪(一台高温检测仪391位于轧钢生产线热送辊道入口，一台高温检测仪392位于感应加热炉与和加热炉之间，一台高温检测仪393位于除磷机和粗轧机之间)。与实施例1不同的是，增加了两台感应加热炉，用于在线或离线加热连铸钢坯。
本发明提出所提该实施方案中设备布置，适用于连铸车间与轧制生产线相聚较近(无感应加热炉38，连铸坯到达加热炉35时，铸坯温度＞750℃)的条件，生产工艺流程为：
连铸机(6机6流)1生产出高温GCr15铸坯(温度＞1150℃，水量控制范围1.5～5L/Kg)，采用调整各流拉坯速度的方法，使各流连铸坯在长度上前后相隔约1～3m，呈阶梯形式的出坯，某流连铸坯到达定尺切割位置后，用铸坯液压剪切装置及切后辊道32对依次对各流连铸坯进行剪切，对于得到的单根铸坯快速出坯，用具有保温的快速热送辊道33，在爬坡中迅速输送到轧钢生产线；用高温检测仪391获取连铸坯温度信息，传递到感应加热炉382中；感应加热炉382根据获取的钢坯温度信息，制定电磁感应加热参数(频率，电流，时间)，实现钢坯表面温度达到1250℃左右，进加热炉前钢坯平均温度＞1180℃；用高温检测仪392获取连铸坯温度信息，传递到加热炉35中；加热炉35制定均温和降温的加热曲线，实现钢坯均热高温扩散退火和末端降温，出加热炉温度为1100℃左右；除磷机36迅速对出加热炉的高温钢坯用高压水去除表面氧化皮；高温检测仪393获取检测钢坯温度(目标值1100℃)上传给轧线二级控制系统，下发到水箱冷却控制系统，制定水冷参数(喷嘴数、水压和水量)；若连铸工艺故障产出不合格钢坯，或轧制生产线有换辊、停产检修、事故等情况时，连铸坯经钢坯下线装置34，逐根运输到线下冷却，对于温度不合格钢坯，采用感应加热炉381离线加热到1000℃，经辊道33送入轧线。
综上可知，本发明通过添加热送保温辊道、电磁感应炉、连铸坯质量检测、钢坯剔废等设备，保证送往粗轧机组的连铸坯均温在1200℃左右，横断面温差低于50℃，头尾温差＜50℃，同时铸坯表面和内部质量合格，实现连铸后热送后到加热炉设备，免去室温钢坯升温过程，直接高温扩散退火后，经除磷进入轧制机组生产轴承钢，利于低温轧制工艺。降低生产运营成本，大幅提高轴承钢生产效率，提高成品质量。
本发明的工艺最大化利用连铸坯余热，节约能耗，提高加热炉作业效率和轧线产量，减轻水箱能力，利于LTR工艺实施，在实际生产中，系统充分地控制连铸后GCr15钢坯到轧线加热炉前的温度演变过程，优化加热炉加热工艺制度，在最短工序时间里既满足GCr15钢坯高温扩散退火工艺，使合金元素均匀化，又降低开轧温度，利于LTR。

Claims (10)

1.一种轴承钢棒材连铸系统，其特征在于，所述的系统至少包括按工艺要求顺序连接的多流连铸机、铸坯液压剪切装置、切后辊道、具有保温的快速热送辊道、加热炉；
在轧钢生产线热送辊道入口设置第一高温检测仪；
其中，铸坯液压剪切装置切割多流连铸机输出的高温连铸坯料；切割后高温连铸坯料经切后辊道输送到热送辊道入口；所述的第一高温检测仪，用以获取热送辊道处连铸钢坯温度信息并传递到加热炉中；
加热炉根据得到的连铸钢坯温度，实时制定升温加热—均热高温扩散退火—降温的最优加热曲线。
2.如权利要求1所述的轴承钢棒材连铸系统，其特征在于，所述的系统还包括设置在加热炉后的除磷机和粗轧机，在除磷机和粗轧机之间设置第二高温检测仪；所述的第二高温检测仪获取检测钢坯温度上传给轧线二级控制系统，下发到水箱冷却控制系统以制定水冷参数。
3.如权利要求2所述的轴承钢棒材连铸系统，其特征在于，所述的水冷参数包括喷嘴数、水压和水量。
4.如权利要求1所述的轴承钢棒材连铸系统，其特征在于，所述的系统包括：在快速热送辊道一侧设置钢坯下线装置；根据第一高温检测仪温度检测结果判定供给的连铸钢坯是否满足热送条件，不满足则用钢坯下线装置将钢坯推送到连铸冷床的离线处理坯料区域，对钢坯用离线的电磁感应加热炉升温，随后再送回到快速热送辊道。
5.一种轴承钢棒材连铸系统，其特征在于，所述的系统至少包括按工艺要求顺序连接的多流连铸机、铸坯液压剪切装置、切后辊道、具有保温的快速热送辊道、第一加热炉和第二加热炉；
在轧钢生产线热送辊道入口设置第一高温检测仪；
在第二加热炉入口设置第二高温检测仪；
其中，铸坯液压剪切装置切割多流连铸机输出的高温连铸坯料；切割后高温连铸坯料经切后辊道输送到热送辊道入口；所述的第一高温检测仪，用以获取热送辊道处连铸钢坯温度信息并传递到第一加热炉中；
第一加热炉根据得到的连铸钢坯温度，使连铸钢坯达到预定参数。
所述的第二高温检测仪，用以获取第一加热炉加热后的连铸钢坯温度信息并传递到第二加热炉中；第二加热炉实时制定升温加热—均热高温扩散退火—降温的最优加热曲线。
6.如权利要求5所述的轴承钢棒材连铸系统，其特征在于，所述的系统还包括设置在第二加热炉后的除磷机和粗轧机，在除磷机和粗轧机之间设置第三高温检测仪；所述的第三高温检测仪获取检测钢坯温度上传给轧线二级控制系统，下发到水箱冷却控制系统以制定水冷参数。
7.如权利要求5所述的轴承钢棒材连铸系统，其特征在于，所述的系统包括：在快速热送辊道一侧设置钢坯下线装置；根据第一高温检测仪温度检测结果判定供给的连铸钢坯是否满足热送条件，不满足则用钢坯下线装置将钢坯推送到连铸冷床的离线处理坯料区域，对钢坯用离线的电磁感应加热炉升温，随后再送回到快速热送辊道。
8.一种轴承钢棒材连铸工艺，其特征在于，所述的工艺由连铸系统完成，所述的系统至少包括按工艺要求顺序连接的多流连铸机、铸坯液压剪切装置、切后辊道、具有保温的快速热送辊道、加热炉；
所述的工艺包括下述步骤：
铸坯液压剪切装置切割多流连铸机输出的高温连铸坯料；
切割后高温连铸坯料经切后辊道输送到热送辊道入口；
获取热送辊道处连铸钢坯温度信息并传递到加热炉中；
加热炉根据得到的连铸钢坯温度，实时制定升温加热—均热高温扩散退火—降温的最优加热曲线。
9.一种轴承钢棒材连铸工艺，其特征在于，所述的工艺由连铸系统完成，所述的连铸系统至少包括按工艺要求顺序连接的多流连铸机、铸坯液压剪切装置、切后辊道、具有保温的快速热送辊道、第一加热炉和第二加热炉；在轧钢生产线热送辊道入口设置第一高温检测仪；在第二加热炉入口设置第二高温检测仪；
所述的工艺包括下述步骤：
铸坯液压剪切装置切割多流连铸机输出的高温连铸坯料；
切割后高温连铸坯料经切后辊道输送到热送辊道入口；
获取热送辊道处连铸钢坯温度信息并传递到第一加热炉中；
第一加热炉根据得到的连铸钢坯温度，使连铸钢坯达到预定参数；
所述的第二高温检测仪，用以获取第一加热炉加热后的连铸钢坯温度信息并传递到第二加热炉中；
第二加热炉实时制定升温加热—均热高温扩散退火—降温的最优加热曲线。
10.如权利要求9所述的轴承钢棒材连铸工艺，其特征在于，所述的预定参数为实现钢坯表面温度达到1200-1250℃左右，进第二加热炉前钢坯平均温度＞1180℃。
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