CN110573269A - 用于金属带材和板材的多模式制造的设备和工艺 - Google Patents

Abstract

一种用于无头或批量生产厚度为0.6mm至50mm的热轧钢带材和板材的设备，包括薄板坯的具有液芯压下的连铸机(1)，随后是感应加热器(2)，在连铸机(1)和感应加热器(2)之间具有第一剪切机(3)，然后是轧机(4)，随后是第二剪切机(5)和具有冷却装置(6)和板材的推进器/堆垛机(7)的输出辊道，然后是第三剪切机(8)和多个卷取机(9)，并且所述设备还包括布置在连铸机(1)和第一剪切机(3)之间的最小压下轧制机架(10)，所述最小压下轧制机架(10)设计成执行仅约10％且在任何情况下不超过20％的板坯厚度压下量。

Description

用于金属带材和板材的多模式制造的设备和工艺

技术领域

本发明涉及一种在宽尺寸范围内连续或批量生产热轧带材和板材的设备和工艺，具有高的设备生产率和成本效益以及高的产品质量。

背景技术

众所周知，在钢铁工业中，考虑到原材料和所用能源的成本不断上升，全球市场需要更大的竞争力，以及污染方面日益严格的法规，特别需要一种高质量热轧钢带材和钢板材的制造方法，这种方法需要更低的投资和生产成本以及更大的生产灵活性。因此，最终产品加工业可以获得更大的竞争力和更低的能耗，这样也可以将对环境的负面影响降低到最低。

现有技术基本上是由同一发明人在他的在先专利中描述的，特别是为获得进一步的细节而参考的EP 1558408和EP 1868748。在EP 1558408中，使用了所谓的“铸轧”技术，该技术将薄板坯的连铸与液芯压下(LCR)结合到通过高压下轧机(HRM)或粗轧机的第一粗轧步骤，该粗轧步骤获得中间产品，在感应加热器中的加热阶段和随后的除鳞之后，该中间产品在精轧的第二阶段中进一步加工。

在上述专利EP 1558408中还预见到，在粗轧机下游的设备部分出现问题的情况下，作为应急系统在第一粗轧步骤之后提取粗轧板材的可能性，以防止连铸工艺和因此防止生产线上的生产的中断。由于没有生产优质板材所需的受控冷却系统，这些板材不能出售，并且必须必然地变成废料，以重新引入生产循环。

在EP 1558408和现有技术的其它设备中，在粗轧机的出口和精轧机的入口之间，中间产品显示出约230℃的温度下降，这必须通过感应加热器来补偿，使得在精轧机的出口处，产品仍然具有大于约820-850℃的温度，这对应于奥氏体温度范围的下限。

EP 1868748从设备紧凑性和节能的角度教导了一些改进，规定连铸在单个制造步骤中与轧制步骤直接相连，而没有连续性解决方案。实际上，不再有粗轧和精轧两个单独的轧制步骤，而是单个轧制步骤，为了限制板坯的温度损失，连铸出口和轧机的第一机架之间的距离将不大于50m。EP 1868748也只提供了“无头”模式的板材的生产，并且使用了用于卷材的相同冷却系统，这种解决方案被证明对于板材的生产不是最佳的，因为“无头”模式对于卷材更有效，并且板材的最佳冷却参数与卷材的冷却参数显著不同。

WO 2007/045988和DE 102011004245中描述了其他现有技术的铸造和轧制设备。在第一种实例中，铸造板坯在液芯压下到40mm之前具有50mm的最大厚度，并且经历通过位于铸造机下游紧邻处的夹送辊执行的3mm的最大厚度压下。在第二种实例中，粗轧机被布置在铸造机下游紧邻处，以执行达到70％的板坯厚度压下，但是在沿着后续轧制线出现问题的情况下，所述厚度压下可以暂时减小到零。

尽管就产品质量而言是最佳的，特别是对于钢带而言，但是利用上述专利的教导迄今所获得的结果表明在技术、设备、生产率和生产灵活性方面仍有改进的余地。以下领域已被确定为迫切需要的改进：

1.引入以在铸造机和轧机之间的铸造板坯中断的情况下的“批量”模式或“组合”模式生产的可能性，换句话说，进入轧机的板坯是分离的，并且具有不同于连续铸造机中存在的板坯的速度。这种可能性提供了重要的设备和生产灵活性，因为：

·在厚度大于3mm的卷材的制造中，使用“批量”模式而不是“无头”模式避免了在两个连续卷材之间的公差范围之外的具有重量较大的带材件，由于生产调度要求，这两个卷材必须必然地具有不同的厚度。

·在厚度大于1.5-2.0mm的卷材制造中，连铸机的质量流量可能低于轧机的质量流量，由于更高的轧制速度和由此导致的热损失减少，因此“批量”模式允许降低能耗，特别是在感应加热器中。

·在制造优质板材时，由于必须保持被铸造钢的类型所需的降低的铸造速度，铸造机的质量流量必须低于轧机的质量流量。

·在制造两个相邻卷材之间具有显著厚度差异的卷材时，当没有材料通过时，需要改变轧制机架间隙中的设定值，“组合”模式允许主要以“无头”模式生产第一卷材，但是其最后部分通过切割板坯以“批量”模式生产，从而可以加速和更快地轧制，以便为生产不同厚度的第二卷材创造重新设定空轧机所需的时间间隔。

2.在轧制步骤之前提高板坯表面的质量；

3.在连铸机和采用“批量”技术的设备中使用的摆式剪切机之间引入“机械过滤器”，以避免在用摆式剪切机切割板坯时遇到的问题，这些问题可能会在铸造机器中远至铸模的弯月面的地方产生扰动。

4.在由于粗砾导致轧机不可用的情况下，通过生产可以随后被加热和轧制的板坯，而不是像在遵循现有技术教导的设备中那样可能被废弃的板材来提高设备的盈利能力。

5.通过引入轧制板坯的可能性提高设备的盈利能力：

·在相同的作业中生产，并且在所述作业中的熔融设备不可用的情况下，装载到生产循环中，特别是上述第4点中提到的板坯，和/或

·在某些情况下以优惠价格在市场上购买。

6.通过引入专用冷却系统，提高生产的板材的质量，该冷却系统后面可能有专用板材处理线。

7.通过将铸造速度提高到9m/min，从而将相对质量流量提高到8吨/分钟，将产量提高到4,000,000吨/年。

8.进一步提高带材宽度公差。

9.压下带材宽度，而不干涉连铸铸模中窄面的定位，这导致生产率的提高，因为它允许铸模宽度和因此质量流量保持不变。

10.进一步提高带材和板材两者的边缘质量。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于生产连续热轧带材或板材的解决方案，所述带材或板材具有0.6mm至12mm的带材厚度和12mm至50mm的板材厚度，或者在任何情况下，具有液芯压下的连铸机的出口处的板坯厚度的任何可能值的一半(所述厚度具有80mm的最小值、至少2100mm的最大宽度)，或任何可以预见的最大铸模宽度，与上述现有技术相比，板材和带材质量相同或更好，能耗更低，对环境的影响更小，生产率和灵活性更高。

这一结果是通过使用不中断铸造板坯的“无头”生产技术和铸坯在铸造机和轧机之间中断的“批量”或“组合”生产技术两者来获得的，以便实现在按照现有技术的教导建造的设备中没有的生产灵活性。

本发明中采用的改进所讨论的设备和工艺的有利措施包括：

a)在连铸机和感应加热器之间引入最小压下量轧制机架(所谓的“轻压道次(kisspass)”机架)，该机架允许实现：

·通过在连铸机出口处对构成板坯表面的粗晶粒进行再结晶，优化板坯的晶体结构，以便获得较小的晶粒，这些晶粒在随后的轧制步骤中往往较不容易彼此分离，

·在铸造机和随后的剪切切割机之间创建“机械过滤器”，以避免使用“批量”技术的现有技术设备中遇到的上述问题。

b)引入窄面立式轧制机架(轧边机)，优选地定位在第一轧制机架(即“轻压道次”机架)的上游，以便：

·使板坯的边缘再结晶，这些边缘是最冷的部分，因此对裂纹的形成最敏感。

·成形板坯边缘，以最小化后续轧制步骤中的张应力，

·改善最终客户要求的日益严格的宽度公差，

·在不降低设备生产率的情况下，将板坯在每一侧上的宽度压下达到50mm。

c)在“轻压道次”机架和感应加热器之间引入互连辊底炉或步进梁炉，该炉使得可以：

·在轧机不可用的情况下，排空板坯，这些板坯随后可能被再次拿来以用于生产，而不是成为可能报废的板，

·在三种生产操作模式之间进行选择，即“无头”(最适合薄带材的生产)或“组合”和“批量”(最适合较厚带材的生产和板材的生产)，

·从在环境温度下引入炉中的板坯开始生产循环，

·一旦轧机再次可用，储存并装载由于轧机中的粗砾而用作缓冲器的炉中生产并存在的热板坯。

d)为轧机下游的板材引入特定的冷却系统，之后可能会有专用的板材处理线。

附图说明

通过参照作为图1附上的本发明的唯一附图对其实施例的以下详细和非限制性的描述，根据本发明的设备和工艺的进一步的优点和特征对于本领域技术人员来说将是显而易见的，图1示出了设备在其最完整的实施例中的示意图。

具体实施方式

参照图1，可以看到，根据本发明的设备通常包括连铸机1，在一定距离处跟随有感应加热器2，在它们之间有摆式剪切机3，然后是轧机4，接着是旋转剪切机5和具有冷却装置6和用于板材的推进器或推进器/堆垛机7的输出辊道，最后是在地下卷取机9之前的高速剪切机8。

更具体地，连铸机1包括铸模，随后是弯曲的液芯压下部分，以在达到9m/min的铸造速度生产最小厚度为80mm，例如100mm×2100mm的板坯。然后，在进入精轧机4之前，所述板坯由感应加热器2加热，在图示的示例中感应加热器2包括四个线圈，精轧机4包括如图示的示例中的多达七个机架和初始机架(例如，在图示示例中的前两个)中较大直径的工作辊，其中板坯以不断减小的压下率(例如，58％、52％、47％、43％、40％、35％、30％)经历逐渐的厚度压下。

精轧机4还可以在前两个机架之后的任何位置包括位于轧制机架之间的冷却和/或加热装置(例如气体或感应加热器)，以便能够通过使被轧制材料的温度适应其特定特性和需求来更好地控制轧制条件。

所得到的带材然后被冷却装置6冷却，最后被地下卷取机9卷绕，并且当卷材达到预期重量时，被高速剪切机8切割。替代地，如果板坯仅被压下到板厚，那么它被旋转剪切机5切割成板材，并且所述板材可能在冷却装置6的第一部分中已经被冷却之后，被推进器或推进器/堆垛机7移出生产线。

本发明的第一新颖方面在于连铸机1和摆式剪切机3之间存在所谓的“轻压道次”机架10，所述机架10执行仅约10％且在任何情况下不超过20％的厚度压下量，因此从约8mm的最小压下量开始，这具有冶金目的而不是机械目的。事实上，如上所述，该最小压下量旨在通过对从连铸机出来的粗晶粒进行再结晶来优化板坯表面的晶体结构，以便获得较小的晶粒，这些晶粒在轧机4中进行的实际轧制步骤中不太容易彼此分离。该设备还优选地包括在连铸机1和机架10之间的附加感应加热器11(在图示示例中包括两个线圈)，以及除鳞机12，用于：a)避免延展性牵引温度范围，b)保持熔析溶液中的元素，以及c)改善“轻压道次”压下的结果(类似地，另一除鳞机13优选地设置在轧机4之前)。

此外，铸造合金中存在的低熔点元素(例如，在电弧炉中由废料生产的钢中的铜和锡)倾向于聚集在晶粒的边缘，使得所述边缘甚至更弱，并且问题随着所述低熔点元素的集中而明显增加。通过这种“轻”压下道次实现的这些晶粒的重组和精炼提供了双重优点，即能够：a)在随后的第一个实际压下步骤中施加更高的压下率，而不会在表面破坏材料，和b)即使使用更便宜和更低质量的废料，即包含更高浓度的杂质(如铜和锡)的废料，也能获得同样高质量的带材/板材。

应该注意，“轻压道次”机架10优选地包括相对于轧机4中的第一机架具有较小直径的工作缸，因为它必须在尽可能少地冷却板坯的同时施加最小的压下量，由此较小的接触弧是足够的并且是优选的，其优点在于轧坯表面的张应力被最小化。

通过如上所述在连铸机1和摆式剪切机3之间布置“轻压道次”机架10获得的另一个优点是，在所述两个部件之间创建了“机械过滤器”，以便在剪切机3下游的设备部分中有粗砾的紧急情况下，当板坯被剪切机3切割时，避免连铸机1中的任何干扰。

本发明的第二新颖方面在于轧边机14的存在，即窄面立式轧制机架，其优选地定位在“轻压道次”机架10的上游紧邻处，并且优选地位于感应边缘加热器15的前面，即具有仅加热板坯的边缘的C形线圈的加热器。然而，轧边机14也可以与与其相应的感应边缘加热器15一起布置在轧机4的上游紧邻处，感应边缘加热器15可以布置为与感应加热器2相邻，在其任一侧上。

如前所述，轧边机14的添加允许板坯边缘(板坯边缘是最冷的部分，因此对裂纹的形成最敏感)再结晶，以使它们成形，从而在随后的轧制步骤中最小化张应力并提高宽度公差。此外，轧边机14可以将每一侧的板坯宽度压下达到50mm，由此可以获得更窄的带材/板材，而无需对铸模进行任何干预，因此不会降低设备生产率。

本发明的第三新颖方面在于在“轻压道次”机架10和感应加热器2之间存在互连炉16，该互连炉16适于允许板坯S的引入/移出和受控前进。典型的示例是通常约30m长的气体加热辊底炉或步进梁炉，但是显然可以使用其他等同类型的炉。

所述炉16紧接在附加的摆式剪切机17之前，因此，如前所述，本设备不仅能够在轧机4不可用的情况下通过堆垛机18排空可重复使用的板坯，而且能够在“无头”和“批量/组合”操作模式之间进行选择，并且能够在环境温度下将市场上购买的板坯装载到互连炉16中(通过装载站19)。炉16还用作缓冲器，以便在轧机4再次可用时将由于轧机4中的粗砾而在炉中储存和生产的热板坯保持并随后装载到轧制线上。

注意，“轻压道次”机架10位于连铸机1和附加摆式剪切机17之间，因此如上所述，它也在所述两个部件之间充当“机械过滤器”，以便当板坯被剪切机17切割以选择“批量/组合”模式时，避免连铸机1中的任何干扰。

考虑到板坯厚度压下量的给定百分比意味着长度增加的相应百分比，因为板坯宽度保持不变，应当注意，“轻压道次”机架10可以用作炉16上游的第一轧制道次，这正是因为它执行了约10％且在任何情况下不超过20％的厚度压下量。这种压下量比根据现有技术的粗轧机或精轧机的第一机架中的厚度压下量(约为50-70％)要小得多，现有技术的压下量将导致炉16的长度不可接受。事实上，炉的尺寸必须能够保持与批量生产循环中要生产的成品带材卷或板材叠堆的重量相对应的重量的板坯，由此过薄的板坯将具有不可接受的长度以获得所需的重量。

这也是上述20％压下量极限背后的基本原理，否则很明显，“轻压道次”机架10中的更大压下量将有助于在可能具有更少机架的轧机4中更容易地获得期望的最终厚度。然而，还存在取决于合金成分的“冶金极限”，由此“轻压道次”机架10只能实现最大厚度压下，该最大厚度压下适于获得所需的晶粒再结晶，而不会导致板坯表面破裂。

本发明的第四新颖方面在于，冷却装置6可以包括第一冷却部分，该第一冷却部分能够执行相当于板材淬火的板材的超快速冷却。在随后的加工步骤中的后续回火将提供比现有技术设备生产的板材质量更高的板材，现有技术设备的冷却部分仅针对带材进行了优化。

替代地，板材专用冷却装置20可以离线布置，使得由推进器或推进器/堆垛机7移除的板材经历多级高压冷却，即每个强烈冷却阶段之后是板材的温度在连续冷却之前有时间变得基本均匀的间隔。以这种方式，可以获得每个钢种所需的冷却模式，冷却装置20之后可以是回火炉21、另一受控冷却装置22、平整机机架23和辊式矫直机24，用于板材的完整处理(或者在特定的冷却装置20中冷却，或者在冷却装置6的上述超快速冷却部分中冷却)。

另一种可能性是提供一种冷却装置6，该冷却装置6可以容易地调节到特定于板材的设置，并且在这种情况下，显然推进器/堆垛机7或附加推进器/堆垛机7’将位于冷却装置6和卷取机9之间。以这种方式，冷却装置6可以适当地用于冷却高质量的带材和高质量的板材。

因此，根据本发明的上述设备适用于生产高质量的带材和高质量的板材两者，或者是在不中断铸造机1和轧机4之间板坯连续性的“无头”模式下(即轧机4的进入速度通过轻压道次机架中的速度增加与铸造速度相关联)，或者是在进入轧机4的板坯与铸造机1中的板坯分离的“批量/组合”模式下。

此外，这种设备还可以使用来自互连炉16的板坯作为起始材料，或者在环境温度下通过装载站19装载，或者当炉16用作缓冲器时在炉16本身中保持高温。

Claims (22)

1.一种用于无头、批量或组合生产厚度为0.6mm至50mm或铸造板坯的最大厚度的一半的热轧钢带材和板材的设备，包括连铸机(1)，在所述连铸机(1)的出口处具有最小厚度为80mm的薄板坯的液芯压下，随后是感应加热器(2)，在所述连铸机(1)和所述感应加热器(2)之间具有第一剪切机(3)，然后是轧机(4)，随后是第二剪切机(5)和具有冷却装置(6)和用于板材的推进器或推进器/堆垛机(7)的输出辊道，然后是第三剪切机(8)和多个卷取机(9)，其特征在于，所述设备还包括布置在所述连铸机(1)和所述第一剪切机(3)之间的最小压下轧制机架(10)，所述最小压下轧制机架(10)设计成从约8mm的厚度压下量开始执行仅约10％且在任何情况下不超过20％的板坯厚度压下量。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括布置在所述连铸机(1)和所述最小压下轧制机架(10)之间的附加感应加热器(11)和除鳞机(12)。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述最小压下轧制机架(10)包括相对于所述轧机(4)中的所述第一机架直径较小的工作缸。

4.根据前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括轧边机(14)，所述轧边机(14)设计成在每一侧上将板坯宽度压下达到50mm，所述轧边机(14)优选地定位在所述最小压下轧制机架(10)或所述轧机(4)的上游紧邻处。

5.根据前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备还包括布置在所述轧边机(14)之前的感应边缘加热器(15)。

6.根据前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括在所述最小压下轧制机架(10)和所述感应加热器(2)之间的互连炉(16)，所述互连炉(16)设计成允许板坯(S)的引入/移除和受控前进，优选为气体加热辊底炉或步进梁炉，所述炉(16)的尺寸为保持重量对应于批量生产循环中要生产的成品带材卷或板材叠堆的重量的板坯(S)。

7.根据前述权利要求所述的设备，其特征在于，所述互连炉(16)紧接在第四剪切机(17)之前，并且设置有用于将板坯(S)从所述炉(16)中排出的堆垛机(18)和用于将板坯(S)装载到所述炉(16)中的装载站(19)。

8.根据前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，所述冷却装置(6)包括第一冷却部分，所述第一冷却部分能够执行相当于板材的淬火的所述板材的超快速冷却。

9.根据前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括板材专用离线冷却装置(20)，所述板材专用离线冷却装置(20)对由所述推进器或推进器/堆垛机(7)移除的板材提供多级高压冷却。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述设备还包括板材处理线，板材处理线接收来自所述冷却装置(6)的所述超快速冷却部分或来自所述板材专用离线冷却装置(20)的板材，所述处理线依次包括回火炉(21)、受控冷却装置(22)、平整机机架(23)和辊式矫直机(24)。

11.根据前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，所述冷却装置(6)可以被调节到特定于板的设置，并且推进器/堆垛机(7’)位于所述冷却装置(6)和所述卷取机(9)之间。

12.根据前述权利要求中任何一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括位于所述轧机(4)的所述轧制机架之间的，在前两个轧制机架之后任何位置处的冷却或加热装置。

13.通过根据权利要求1至12中任何一项所述的设备连续或批量生产厚度为0.6mm至50mm或铸造板坯的最大厚度的一半的热轧钢带材和板材的工艺，包括：用最小厚度为80mm的薄板坯(S)的液芯压下连续铸造(1)；随后在感应加热器(2)中加热；精轧(4)；受控冷却(6)和最终剪切(5；8)，其特征在于，所述工艺还包括在感应加热器(2)中的所述加热之前从约8mm的厚度压下量开始的初轧(10)，其中所述板坯(S)具有仅约10％且在任何情况下不超过20％的厚度压下量。

14.根据前述权利要求所述的工艺，其特征在于，在所述初轧(10)之前是在附加感应加热器(11)中的加热和除鳞(12)。

15.根据权利要求13或14所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括所述板坯的窄侧的立式轧制(14)，在每一侧上的可能宽度压下量达到50mm，所述立式轧制(14)紧接在所述初轧(10)或所述精轧(4)之前发生。

16.根据前述权利要求所述的工艺，其特征在于，在所述立式轧制(14)之前是在感应边缘加热器(15)中加热板坯边缘。

17.根据权利要求13至16中任何一项所述的工艺，其特征在于，在板材生产的情况下，所述受控冷却(6)包括相当于板材淬火的板材的超快速冷却。

18.根据权利要求13至16中任何一项所述的工艺，其特征在于，在生产板材的情况下，所述工艺还包括在所述精轧(4)之后所述板材的移除(7)，以及在板材专用离线冷却装置(20)中所述板材的多级高压冷却。

19.根据权利要求17或18所述的工艺，其特征在于，所述工艺还依次包括在所述板材的超快速冷却或多级高压冷却后的所述板材的回火(21)、受控冷却(22)、平整(23)和矫直(24)。

20.根据权利要求13至16中任何一项所述的工艺，其特征在于，在板材生产的情况下，所述受控冷却(6)被调节到特定于板材的设置，并且所述板材的所述移除(7’)发生在所述受控冷却(6)之后。

21.根据权利要求13至20中任何一项所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括使用来自所述互连炉(16)的板坯(S)作为起始材料的步骤，所述板坯(S)或者在环境温度下通过所述装载站(19)装载，或者当所述炉(16)用作缓冲器时在所述炉(16)自身中保持高温。

22.根据权利要求13至21中任何一项所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括用所述第四剪切机(17)切割板坯(S)，并且在所述互连炉(16)下游的所述设备的部分中出现故障的情况下，通过所述堆垛机(18)将所述板坯从所述互连炉(16)中移除的步骤。