CN109647884B

CN109647884B - 一种无头连铸连轧生产中板的方法及装置

Info

Publication number: CN109647884B
Application number: CN201910073731.1A
Authority: CN
Inventors: 康永林; 田鹏; 朱国明
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2023-08-04
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: CN109647884A

Abstract

一种无头连铸连轧生产高中板的方法及装置，属于冶金轧钢领域。本发明工艺流程为连铸成连续坯→大压下连轧机组控制轧制→高压水除鳞→精整机轧制→冷却线→定尺切割→缓冷或空冷。本发明方法和装置解决了常规中板生产工艺因板坯火焰切割、加热炉加热/均热、立辊装置、多机架精轧、机架间除鳞、卷取机卷取等造成的资源和能源消耗高、生产周期长、头尾性能差等难题；具有产线布置紧凑、投资少、生产周期短、效率高、节能环保和成本低等优势，充分利用板坯内部潜热和逆向温度分布，显著提高了中板组织性能稳定性和一致性，并保证了良好的内部质量和尺寸精度，更重要的是为冶金轧钢技术提供了一个节能、高效、高质量、低成本生产中板的新方向。

Description

一种无头连铸连轧生产中板的方法及装置

技术领域

本发明属于冶金轧钢技术领域，特别提供了一种无头连铸连轧生产中板的方法及装置。

背景技术

无头连铸轧制技术是指钢水浇铸成连续板坯后直送轧机轧成带钢，生产线连续运行，其是近年来出现的可降低能耗、提高效率、减少成本的钢板轧制新技术，可实现整批次的性能稳定。目前包括ESP无头轧制技术、CEM紧凑式无头连铸及轧制技术、MCCR多模式连续铸轧技术、节能型-ESP工艺技术，主要用于生产薄规格和超薄规格热轧带钢。第一台全连续无头轧制热连轧带钢机是1996年在日本JFE公司千叶厂投用的，中间坯采用的感应加热连接法，与常规热连轧相比，成材率可提高1%~2%，辊耗降低1%~2%。随后日本新日铁和韩国浦项对其热连轧进行了无头轧制改造。阿尔维迪公司在2009年建成了世界上第一条无头连铸连轧生产线ESP，设计规格为0.8 mm~ 6.0 mm，与常规热连轧相比，能耗可提高40%~75%，生产效率提高25%~30%。中厚板轧机是轧钢设备之中的主力，代表一个国家的钢铁水平。中板指的是板厚为4 mm ~20 mm的热轧板，广泛应用于造船、大直径输送管、建筑构件、机械制造、压力容器、舰艇等，随着海上运输、能源和焊接技术的进步，对中板的数量和质量提出了更高的要求，包括高强度、高韧性、可焊性、抗层状撕裂、加工性等。目前日本的中厚板轧机性能和生产技术处于世界领先水平，如何有效改善中板内部质量和提高形状尺寸精度是中板应用面临的重点和难点。

目前ESP无头连铸连轧生产线主要包括连铸成坯、粗轧机组、感应加热炉、除鳞箱、精轧机组、冷却线、地下卷取机等。“一种薄板坯连铸连轧生产线及其生产工艺”（史东日，中国专利，201810823741.8）提出了的技术方案包括连铸机、摆剪、隧道式加热炉、除鳞机、粗轧机组、摆剪、剔坯装置、隧道式加热炉、除鳞机、精轧机组、冷却线、飞剪和卷取机组。“中厚板坯连铸连轧机组的直轧工艺”（黄浩东，中国专利，200410021047.2）提出了的工艺流程为转炉—LF炉—铸机板坯短尺—输送辊道—高压水除鳞—立辊定宽—粗轧机组—热卷箱—飞剪切头切尾—高压水除鳞—精轧机组—冷却线—卷取成成品。“中厚板坯连铸连轧板卷的生产工艺”（黄浩东，中国专利，200510046133.3）提出了的工艺流程为转炉—扒渣—LF/RH-TB炉—铸机—板坯加热—板坯除鳞—粗轧工艺—精轧工艺—带钢冷却线工艺—卷取工艺。“一种中厚板生产工艺”（郑龙弟；中国专利，200510032521.6）提出的工艺包括板坯加热、除鳞、轧机轧制、冷却线、热矫直机矫平、切边剪切边和定尺剪定尺。“一种中厚板生产工艺”（赵宗波，中国专利，201110363953.0）提出了工艺包括炼钢、连铸、液芯轧制、铸坯切割、在线感应加热、全纵向轧制、冷却、精整剪切。

以上各种中厚板轧轧制方法和无头连铸连轧技术各有自己的特点，但也存在自身的不足，特别是包括板坯火焰切割、加热炉加热/均热、立辊装置、多机架精轧、机架间除鳞、卷取机卷取等，造成资源和能源消耗高、生产周期长、头尾性能差等难题，以及薄板坯无头连铸连轧产品主要面向薄规格和超薄规格热轧带钢的问题，同时上述方法生产的热卷还需开平和矫平为平板，增加了后道工序。为了降低生产成本和实现稳定连续可靠的工业化生产，各国学者、研究人员以及工业界仍在不断努力和探索，试图找到新的中板轧制技术和装置，达到简化工艺、降低成本、提高效率和质量等目的，推动无头连铸连轧和中板轧制的工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有中板生产方法和装置上存在的工艺流程复杂、生产效率低、能耗大、成本高、成材率低、性能稳定性差等问题，提供了一种无头连铸连轧生产中板的方法和装置。该装置创新传统中厚板轧制技术和薄板坯连铸连轧技术，采用无头连铸连轧生产中板，连铸通过电磁搅拌、液芯压下等获得高质量连续连铸坯，减少了常规连铸后火焰切割成定尺板坯的工艺并改善了现场环境，减少了常规轧制时的板坯加热工艺和多道次精轧工艺或者薄板坯粗轧前的板坯加热或精轧前的感应加热等，同时整个浇次仅进行一次切头和切尾，省缺了连铸切割烧损、加热炉的氧化烧损、加热炉燃料和能耗等，显著降低了切头和切尾的损耗，提高了产量、成材率和性能稳定性；采用连铸高拉速技术，将传统的拉速≤2 m/min提高到3 m/min ~ 8 m/min；将传统的粗轧机组和精轧机组缩减为大压下连轧机组轧制；为了保证中板表面质量防止氧化铁皮压入等，配置了两点高压水除鳞装置，一点位于大压下连轧机组前，一点位于精整机前；为了保证中板形状尺寸精度等，设置一架精整机实现高精度尺寸和形状控制轧制；为了省略下游用户的开平和矫平工序采用无卷取工艺，配置了两架等离子切割机或激光切割机等切割装置来实现在线快速定尺切割平板，避免了飞剪等造成的近切口区翘曲等，保证了中板平直度和切口质量；随后根据钢种不同在缓冷坑缓冷或在成品库堆垛缓冷或直接空冷，获得理想的高质量中板。该产线具有布置紧凑、投资少、生产周期短、效率高、节能环保和成本低等优势，充分利用板坯内部潜热和逆向温度分布，显著提高了中板组织性能稳定性和一致性，并保证了良好的内部质量和形状尺寸精度。

一种无头连铸连轧生产中板的方法，其特征在于：工艺流程为：连铸成连续坯→高压水除鳞→大压下连轧机组控制轧制→高压水除鳞→精整机轧制→冷却线→定尺切割→缓冷或空冷。

进一步地，本发明具体工艺步骤为：

1）按照生产要求得到合格的钢水，在连铸机内浇铸成坯，连铸大包温度≥1510℃。

2）高压水除鳞装置清除表面氧化铁皮，为保证除鳞效果，除鳞水压力为30 MPa ~50 MPa，确保入大压下连轧机组前表面干净，防止因氧化铁皮压入影响平板表面质量。

3）直接送入大压下连轧机组轧制进行逆温轧制，轧制温度控制在板坯表面温度区1250℃~950℃，大压下连轧机组轧制优选3机架；铸坯处于反向温度分布，即内部温度明显高于表面温度。由于铸坯心部温度高且软，可以更好的调节凸度和楔形等和获得致密的心部组织，可提高材料性能。

4）高压水除鳞装置清除表面氧化铁皮，为保证除鳞效果，除鳞水压力为30 MPa ~50 MPa，确保入精整机前表面干净，防止因氧化铁皮压入影响平板表面质量。

5）精整机在950℃~800℃温度区进行控制轧制，确保表面质量和形状尺寸精度；为实现高精度控制轧制，要求精整压下率为3%~25%。

6）冷却线是为了控制组织相变，获得理想的显微组织，冷却速度为5℃/s ~ 60℃/s，可根据钢种采用前段、后段或分散等冷却策略。

7）在线快速定尺切割，配置了多架等离子切割机或激光切割机切割装置，优选2架，来保证中板的平直度和切口质量。

8）切割的定尺中板根据钢种不同在成品库缓冷坑缓冷或在成品库堆垛缓冷或直接空冷，最终获得理想的高质量中板。

进一步的，步骤1）为保证连铸连轧，要求大包容量≥200吨，中包容量≥45吨；结晶器配有电磁制动、电磁搅拌等，提高钢水洁净度和改善铸坯化学成分偏析，配有智能专家系统等提高铸机作业率和生产安全性；扇形段配有液芯压下、轻压下和二冷动态配水功能，减轻中心疏松和中心偏析，提高铸坯内部质量；

进一步地，本发明采用无头连铸连轧技术，连铸拉速3 m/min ~ 8 m/min，连铸坯厚度为80mm ~ 150mm，中板厚度为4mm ~ 20mm。

一种无头连铸连轧生产中板的装置，装置由大包、中包、带电磁搅拌的结晶器、带压下的扇形段、高压水除鳞装置、大压下连轧机组轧制、高压水除鳞装置、精整机、冷却线、在线快速定尺切割装置、成品库组成；大包、中包、带电磁搅拌的结晶器、带压下的扇形段构成板坯连铸机；板坯连铸机与大压下连轧机组轧制、高压水除鳞装置、精整机、冷却线、在线快速定尺切割装置、成品库顺序相接。

本发明中主要工艺的作用及机理：

采用连铸连轧技术，连铸后直接进行轧制，省缺加热工序，结构布置更趋完善，工艺流程周期缩短，投资少；采用无头轧制技术，减少切头和切尾损失，提高了生产效率和产量；采用无卷取技术，通过在线快速定尺切割得到定尺的高质量中板，省略了下游用户开平和矫平等工序。

本发明与现有技术对比，具有以下优点：

1）采用连铸连轧技术，不用辊底式加热炉或精轧前不用感应加热炉对板坯进行加热，减少了氧化烧损、加热炉燃料和能耗以及设备的投入，提高了金属收得率和成材率，降低了能耗、生产成本和投资。

2）通过无头轧制技术省缺了连铸火焰切割烧损，减少了切头率和切尾率，提高了成材率，轧制过程更加稳定；同时提高连铸拉速，减少了轧制道次和除鳞次数，提高了生产效率和产量。

3）采用无卷取技术，通过在线快速定尺切割得到定尺的高质量中板，避免了常规飞剪造成的翘曲现象，省略了下游用户开平和矫平等工序，避免了下游工序造成的废品和次品。

4）该产线具有布置紧凑、投资少、生产周期短、效率高、节能环保和成本低等优势，充分利用板坯内部潜热和逆向温度分布，显著提高了中板组织性能稳定性和一致性，并保证了良好的内部质量和形状尺寸精度。

附图说明

图1为一种无头连铸连轧生产中板的方法和装置生产线流程图。

图2为一种无头连铸连轧生产中板的方法和装置生产线温度分布图。

图3为一种无头连铸连轧生产中板的方法和装置生产线厚度分布图。

具体实施方式

一种无头连铸连轧生产中板的装置，装置由大包2、中包3、带电磁搅拌的结晶器4、带压下的扇形段5、第一高压水除鳞装置6、大压下连轧机组轧制7、第二高压水除鳞装置8、精整机9、冷却线10、在线快速定尺切割装置11、成品库12组成；大包2、中包3、带电磁搅拌的结晶器4、带压下的扇形段5构成板坯连铸机1；板坯连铸机1与第一高压水除鳞装置6、大压下连轧机组轧制7、第二高压水除鳞装置8、精整机9、冷却线10、在线快速定尺切割装置11、成品库12顺序相接。

实施例1：

符合管线钢X65化学成分及质量百分含量的钢水在连铸机内浇铸成坯，开启结晶器电磁搅拌和智能专家系统，执行扇形段液芯压下和二冷动态配水功能，连铸大包温度为1540℃，大包容量220吨，中包容量45吨，连铸拉速3 m/min，板坯厚度为80mm；除鳞压力为48MPa；直接送入大压下连轧机组轧制进行轧制，铸坯表面温度为1250℃ ~ 1100℃；除鳞压力为48 MPa；精整机压下率3%，温度为920±10℃；层冷策略采用前段冷却，冷速为60℃/s；经等离子切割装置切为长12 m的定尺中板，成品厚度为4.0 mm，在成品库堆垛缓冷，获得均匀的≥50%的针状铁素体+多边形铁素体+少量珠光体组织，最终得到满足要求的高质量中板。

实施例:2：

符合工程机械用钢Q355C化学成分及质量百分含量的钢水在连铸机内浇铸成坯，开启结晶器电磁搅拌和智能专家系统，执行扇形段轻压下和二冷动态配水功能，连铸大包温度为1535℃，大包容量350吨，中包容量75吨，连铸拉速8 m/min，板坯厚度为150mm；除鳞压力为32 MPa；直接送入大压下连轧机组轧制进行轧制，铸坯表面温度为1150℃ ~ 1000℃；除鳞压力为32 MPa；精整机压下率24%，温度为820±10℃；层冷策略采用分散冷却，冷速为5℃/s；经激光切割装置切为长10m的定尺中板，成品厚度为20.0mm，在成品库空冷，获得均匀的多边形铁素体+少量珠光体组织，最终得到满足要求的高质量中板。

实施例3 :

符合中高碳钢65Mn化学成分及质量百分含量的钢水在连铸机内浇铸成坯，开启结晶器电磁制动、电磁搅拌和智能专家系统，执行扇形段液芯压下、轻压下和二冷动态配水功能，连铸大包温度为1515℃，大包容量280吨，中包容量60吨，连铸拉速5.5 m/min，板坯厚度为110 mm；除鳞压力为40 MPa；直接送入大压下连轧机组轧制进行轧制，铸坯表面温度为1100℃ ~ 950℃；除鳞压力为40 MPa；精整机压下率12%，温度为850±10℃；层冷策略采用后段冷却，冷速为30℃/s；经激光切割装置切为长8 m的定尺中板，成品厚度为12.0 mm，在缓冷坑缓冷，获得均匀的珠光体组织，最终得到满足要求的高质量中板。

Claims

1.一种无头连铸连轧生产中板的方法，其特征在于：工艺流程为：连铸成连续坯→高压水除鳞→大压下连轧机组控制轧制→高压水除鳞→精整机轧制→冷却线→定尺切割→缓冷或空冷；

其具体工艺步骤：

1）按照生产要求得到合格的钢水，在连铸机内浇铸成坯，连铸大包温度≥1510℃；

2）第一高压水除鳞装置清除表面氧化铁皮，为保证除鳞效果，除鳞水压力为30 MPa ~50 MPa，确保入大压下连轧机组前表面干净，防止因氧化铁皮压入影响平板表面质量；

3）直接送入大压下连轧机组轧制进行逆温轧制，轧制温度控制在板坯表面温度区1250℃~950℃，大压下连轧机组轧制选3机架；铸坯处于反向温度分布，即内部温度明显高于表面温度；

4）第二高压水除鳞装置清除表面氧化铁皮，为保证除鳞效果，除鳞水压力为30 MPa ~50 MPa，确保入精整机前表面干净，防止因氧化铁皮压入影响平板表面质量；

5）精整机在950℃~800℃温度区进行控制轧制，确保表面质量和形状尺寸精度；为实现高精度控制轧制，要求精整压下率为3%~25%；

6）冷却线是为了控制组织相变，获得理想的显微组织，冷却速度为5℃/s ~ 60℃/s，根据钢种采用前段、后段或分散冷却策略；

7）在线快速定尺切割，配置了多架等离子切割机或激光切割机切割装置，来保证中板的平直度和切口质量；

2.根据权利要求1所述的一种无头连铸连轧生产中板的方法，其特征在于：步骤1）为保证连铸连轧，要求大包容量≥200吨，中包容量≥45吨；结晶器配有电磁制动、电磁搅拌，提高钢水洁净度和改善铸坯化学成分偏析，配有智能专家系统提高铸机作业率和生产安全性；扇形段配有液芯压下、轻压下和二冷动态配水功能，减轻中心疏松和中心偏析，提高铸坯内部质量。

3.根据权利要求1所述的一种无头连铸连轧生产中板的方法，其特征在于：采用无头连铸连轧技术，连铸拉速3 m/min ~ 8 m/min，连铸坯厚度为80mm ~ 150mm，中板厚度为4mm ~20mm。

4.一种无头连铸连轧生产中板的装置，其特征在于装置由大包（2）、中包（3）、带电磁搅拌的结晶器（4）、带压下的扇形段（5）、第一高压水除鳞装置（6）、大压下连轧机组轧制（7）、第二高压水除鳞装置（8）、精整机（9）、冷却线（10）、在线快速定尺切割装置（11）、成品库（12）组成；大包（2）、中包（3）、带电磁搅拌的结晶器（4）、带压下的扇形段（5）构成板坯连铸机（1）；板坯连铸机（1）与第一高压水除鳞装置（6）、大压下连轧机组轧制（7）、第二高压水除鳞装置（8）、精整机（9）、冷却线（10）、在线快速定尺切割装置（11）、成品库（12）顺序相接。