CN111842484B - 一种基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法 - Google Patents

一种基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢铁材料连铸坯生产领域，本发明针对热芯大压下轧制技术的特点，公开了一种基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法。两辊交替工作的工艺参数设计包括两台轧机压下位置的选择，压下温度的选择，两轧辊的切换方式等。本发明涉及设备辅助系统包括控制系统、检测系统、冷却系统。其中检测系统实时监测铸坯表面温度和轧辊表面温度，并将信息反馈给控制系统；冷却系统用于改善轧辊的冷却条件；控制系统实现在特定参数下两台轧机交替进行热芯大压下轧制过程。本方法能大幅减轻轧辊的热疲劳，减少热芯大压下轧辊选材成本，从而更有效利用连铸过程产生的余热，生产更优质的铸坯。

Description

一种基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法
技术领域
本发明属于冶金轧制领域，尤其涉及一种用于厚板坯连铸机的大压下轧制方法。
背景技术
连铸坯热芯大压下轧制技术(Hot-core Heavy Reduction Rolling technology,HHR2)，即在连铸机出口处布置大压下量轧机，充分利用连铸余热，在连铸坯凝固末端直接进行大压下量轧制过程。连铸机的拉坯速度决定了大压下轧辊的工作速度，而连铸机的拉坯速度远远低于常规热轧的速度，这就导致了轧辊长时间与高温连铸坯接触；不同于常规轧制过程中分段轧制钢材的周期性工作，连铸过程持续生产连铸坯，这极大地恶化了轧辊的工作条件。轧辊长时间与高温连铸坯接触，工作条件恶劣，相比较于普通的热轧工艺更容易产生蠕变、热疲劳、应力松弛等显现。
当前现有技术有：一种连铸热芯轧制方法，申请号201410330441.8，其特点在于轧机后无需设置扇形段，直接替换为铸坯输送棍道，节省设备投资；但缺陷在于其轧制过程中需要判断液芯率，在实际使用中十分困难，而且液芯轧制压下量较小，在芯部也容易出现裂纹缺陷。一种连铸凝固末端重压下用增强型紧凑扇形段，申请号201611063063.7，该扇形段可显著提升连铸凝固末端压下量，防止铸坯反弹变形,其缺陷在于单个辊的直径较小，不利于铸坯中心孔洞的闭合，对于孔隙缺陷的改善有限。一种连铸机在线调厚辊式大压下液芯轧制方法，申请号 201010119734.3，其特点在于可根据目标厚度在线调整二辊轧机的辊缝，缺陷在于常规热轧轧机的轧辊难以满足在连铸机末端恶劣的工作环境，长时间与高温铸坯接触容易引发热裂，导致轧制压下过程失效。
发明内容
本发明提供一种厚板坯连铸末端两轧辊交替工作的热芯大压下轧制方法，用于将连铸坯轧成各种厚度的钢坯产品，目的是解决现有轧辊无法满足连铸末端热芯大压下轧制过程温度高、接触时间长的工作条件的问题。
根据上述发明目的，本发明提出了一种基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，连铸机末端沿拉坯方向连续布置两台配有辅助系统的大压下轧机，均位于最末台拉矫机之后，首台轧机(HHR2-A)位于最后一台拉矫机出口处，第二台轧机(HHR2-B)位于沿拉坯方向距离首台轧机出口位置L米处，两台轧机压下处的铸坯表面温差在小于等于80℃，且轧制位置的连铸坯固相率达到100％，轧机对铸坯进行10～15％压下量的大压下过程。
上述辅助系统由检测系统、控制系统及冷却系统构成；检测系统由多组红外温度传感器组成，实时监测铸坯表面温度和轧辊表面温度，并将信息反馈给控制系统；冷却系统由轧辊冷却装置组成，设于大压下轧机轧辊外围对轧辊喷雾冷却，用于改善轧辊的冷却条件；控制系统由可编程控制器PLC组成，以实现在温度或时间条件下，工作轧机的两个轧辊离开工作位置进行维护，维护轧机的轧辊进入工作状态并保持对连铸坯进行不间断大压下轧制的过程。
所述辅助系统根据轧辊的温度变化曲线，由之前的温度变化速率以及当前温度，通过神经网络工具箱实现实时预测换辊时间点，为工程人员提供参考。
维护中的轧辊在冷却装置的冷却作用下实现降温效果；抬高轧辊后冷却装置同步打开冷却水收集槽，在水与铸坯接触前将使用过的冷却液收集并导出，当轧辊温度低于50℃时停止冷却液的输入。
所述的基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，包括步骤如下：
步骤1，在连铸坯到达热芯大压下轧机前，轧机开口度提升至能使引锭杆通过高度，完成引锭杆喂入轧机工序；
步骤2，在连铸坯引锭杆段顺利通过大压下轧机后，当检测系统反馈的连铸坯表面温度达到最低开轧温度Tmin时，Tmin＝Ar3-50℃，单位℃，轧机开始以设定压下速度带载压下，直至压下到目标厚度；Ar3为铁碳合金冷却时自奥氏体中开始析出铁素体的临界温度线；
步骤3，两轧辊交替工作；
步骤3-1，首台轧机进行工作时，第二台轧机的轧辊暂时抬高h离开工作位置，由轧辊冷却装置进行维护；h≥50+kH0，k为板坯压下百分数，取值范围0.1～0.15，H0为板坯初始厚度，单位mm；
步骤3-2，首台轧机工作达到换辊时间t时，第二台轧机的轧辊开始下落h进入工作位置；所述换辊时间t为轧辊的临界工作时间t1与轧辊的抬高或下降时间t2之差，即t＝t1-t2，单位 min；
步骤3-3，在第二台轧机进入工作位置并进行压下工作后，首台轧机离开原工作位置，进行维护；
步骤3-4，在n时间后，n≥L/vr-t2，单位min，vr为轧机的轧制速度；介于两台轧机之间未被轧制的板坯完全被第二台轧机轧制，此时第二台轧机可离开工作位置进行必要的维护工作；
步骤3-5，在首台轧机工作到达换辊时间t时，第二台轧机的轧辊进入工作位置，重复步骤3-1～3-5形成一个工作周期的循环。
换辊时间点由辅助系统确定，当轧辊温度T处于预设工作温度区间时，以换辊时间点t 作为切换时间，当温度高于预警温度Tmax时，即使未达到预设换辊时间节点t仍然执行换辊；当单个轧辊的工作时间小于一定值tmin或铸坯的表面温度低于最低开轧温度Tmin时，辅助系统执行停机指令。
上述轧辊的临界工作时间t1＝(2πrM)/vc，其中M为轧辊材料以GB/T15824-2008热作模具钢热疲劳实验方法中产生5000μm长度裂纹时的循环次数，r为轧辊半径，单位mm，vc为连铸坯的拉坯速度，单位m/min，此时轧制速度和连铸坯的拉坯速度相等。
上述轧辊的温度T低于预警温度Tmax，即T≤Tmax，单位℃；Tmax＝c×Te，其中c为安全系数，0.7≤c≤0.8，Te为GB/T15824-2008热作模具钢热疲劳实验方法中的上限加热温度，单位℃。
单个轧辊的工作时间小于tmin时，向控制系统发出停机指令，tmin＝t2+20s，单位s。
上述两台轧机使用平辊轧机，轧机轧辊均使用凸缘轧辊。
本发明有益效果是：1)压下点位于铸坯完全凝固的位置，金属完全凝固，具有一定的塑性和强度，在大变形时不易产生裂纹，且无需确定液芯位置，简化了连铸压下生产过程，对生产线改动较小，仅需增加两台轧机。2)铸坯能够从连铸过程直接获得较大温度梯度，轧制变形时连铸坯表面温度低，芯部温度高，变形更容易深入到板坯芯部，显著增强轧制过程中的变形渗透性，提高铸坯致密度。同时可通过动态再结晶显著细化奥氏体晶粒，促进应变诱导碳氮化物析出，消除粗大树枝晶铸态组织，对厚度方向上组织不均匀，缩孔，芯部疏松具有明显的改善效果。
本发明针对连铸机以及轧机的工作特点，提供一种连铸末端两轧辊交替工作的热芯大压下轧制方法。本发明解决了在连铸末端轧制时，普通轧辊无法满足高温、长时间接触的工作要求的问题，节约新轧辊开发成本；对生产线进行小幅改动，即可实现连铸末端厚板坯热芯大压下轧制改善铸坯疏松缺陷、改善铸坯质量、节约能源的目的。
附图说明
图1轧机布置图。
图2辅助系统的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，钢水浇注进入中间包后，经过结晶器和连铸机的扇形段和水平段，在水平段的最后一台拉矫机后设置HHR2大压下轧制设备，此时钢坯液芯已经完全凝固；HHR2-A轧机与HHR2-B轧机间距L为5m，此时两个压下位置的铸坯表面温差为80℃；连铸机拉坯速度vc为11.5mm/s，铸坯初始厚度H0为200mm，直至目标压下量k为10％，最低开轧温度Tmin为850℃。
两轧机轧辊抬升高度h为150mm；预设换辊时间点t为30min；轧辊的临界工作时间t1为 31min；轧辊的抬高或下降时间t2为1min；单个轧辊最低工作时间tmin为15min，预警温度Tmax为 800℃。
在连铸坯到达热芯大压下轧机前，轧机开口度提升至能使引锭杆通过高度，完成引锭杆喂入轧机工序。在连铸坯引锭杆段顺利通过大压下轧机后一定距离后，当检测系统反馈的连铸坯表面温度达到最低开轧温度时，轧机开始以设定压下速度带载压下，直至目标压下量。
在工作30min后，HHR2-A轧机到达预设工作时间，此时HHR2-B轧机已经下落至工作位置。当HHR2-B轧机开始正常进行工作后HHR2-A轧机抬升至维护位置，冷却水收集槽旋转放下，并且由冷却装置进行水冷。
HHR2-A轧机维护14.5min后，开始下落至工作位置并进行压下工作，14.5min后两台轧机之间的连铸板坯已经被HHR2-B轧机完全轧制，此时HHR2-B轧机已工作30min，满足了单个轧辊的工作时间，抬升150mm进入维护状态。
此时，一个工作循环完成，当HHR2-A轧机工作至预设工作时间后重复上述动作。
在工作一定时长后，HHR2-A轧机的轧辊在冷却后进入工作位置，未能完成31min的预设工作即发生轧辊温度持续高于预警温度800℃，此时执行以温度为标准的换辊准则，即当轧辊温度持续高于800℃超过1min时执行换辊动作。
在此前的基础上，工作一段时间后发现，HHR2-A轧机的轧辊的工作时间低于15min即持续高于预警温度，控制系统执行停机动作，HHR2-A轧机暂停使用，在HHR2-B轧机工作班次结束后暂停大压下板坯的生产，对两个轧机的轧辊进行维护，必要时进行在线换辊以保证生产正常进行。
实施例2
上述生产线在对200mm厚的板坯进行压下量为10％(20mm)的大压下轧制生产过程中，需要将产品规格切换为目标压下量15％(30mm)的板坯生产，按照以下步骤进行。
当HHR2-A轧机处于工作状态时切换产品规格，在换辊时间点时，HHR2-B轧机下落至工作位置，压下量改为30mm；14.5min后或轧辊温度上升至预警温度，当HHR2-A轧机再次进入工作状态时，改变HHR2-A轧机的压下量为30mm；此时一个工作循环完成，产品规格切换为170mm的板坯。
当HHR2-B轧机处于工作状态时切换产品规格，在换辊时间点时，HHR2-A轧机下落至工作位置，压下量改为30mm；到达换辊时间点时，HHR2-B轧机的压下量改为30mm，此时一个工作循环完成，产品规格切换为170mm的板坯。
要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，其特征在于，连铸机末端沿拉坯方向连续布置两台配有辅助系统的大压下轧机，均位于最末台拉矫机之后，首台轧机HHR2-A位于最后一台拉矫机出口处，第二台轧机HHR2-B位于沿拉坯方向距离首台轧机出口位置L米处，两台轧机压下处的铸坯表面温差小于等于80℃，且轧制位置的连铸坯固相率达到100％，轧机对铸坯进行10～15％压下量的大压下过程；
所述辅助系统由检测系统、控制系统及冷却系统构成；检测系统由多组红外温度传感器组成，实时监测铸坯表面温度和轧辊表面温度，并将信息反馈给控制系统；冷却系统由轧辊冷却装置组成，设于大压下轧机轧辊外围对轧辊喷雾冷却，用于改善轧辊的冷却条件；控制系统由可编程控制器PLC组成，以实现在温度或时间条件下，工作轧机的两个轧辊离开工作位置进行维护，维护轧机的轧辊进入工作状态并保持对连铸坯进行不间断大压下轧制的过程；
所述基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，具体为：
步骤1，在连铸坯到达热芯大压下轧机前，轧机开口度提升至能使引锭杆通过高度，完成引锭杆喂入轧机工序；
步骤2，在连铸坯引锭杆段顺利通过大压下轧机后，当检测系统反馈的连铸坯表面温度达到最低开轧温度Tmin时，Tmin＝Ar3-50℃，单位℃，轧机开始以设定压下速度带载压下，直至压下到目标厚度；Ar3为铁碳合金冷却时自奥氏体中开始析出铁素体的临界温度线；
步骤3，两轧辊交替工作；
步骤3-1，首台轧机进行工作时，第二台轧机的轧辊暂时抬高h离开工作位置，由轧辊冷却装置进行维护；h≥50+kH0，k为板坯压下百分数，取值范围0.1～0.15，H0为板坯初始厚度，单位mm；
步骤3-2，首台轧机工作达到换辊时间t时，第二台轧机的轧辊开始下落h进入工作位置；所述换辊时间t为轧辊的临界工作时间t1与轧辊的抬高或下降时间t2之差，即t＝t1-t2，单位min；
步骤3-3，在第二台轧机进入工作位置并进行压下工作后，首台轧机离开原工作位置，进行维护；
步骤3-4，在n时间后，n≥L/vr-t2，单位min，vr为轧机的轧制速度；介于两台轧机之间未被轧制的板坯完全被第二台轧机轧制，此时第二台轧机可离开工作位置进行必要的维护工作；
步骤3-5，在首台轧机工作到达换辊时间t时，第二台轧机的轧辊进入工作位置，重复步骤3-1～3-5形成一个工作周期的循环。
2.如权利要求1所述的基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，其特征在于，辅助系统根据轧辊的温度变化曲线，由之前的温度变化速率以及当前温度，通过神经网络工具箱实现实时预测换辊时间点，为工程人员提供参考。
3.如权利要求1所述的基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，其特征在于，维护中的轧辊在冷却装置的冷却作用下实现降温效果；抬高轧辊后冷却装置同步打开冷却水收集槽，在水与铸坯接触前将使用过的冷却液收集并导出，当轧辊温度低于50℃时停止冷却液的输入。
4.如权利要求1所述的基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，其特征在于，换辊时间点由辅助系统确定，当轧辊温度T处于预设工作温度区间时，以换辊时间点t作为切换时间，当温度高于预警温度Tmax时，即使未达到预设换辊时间节点t仍然执行换辊；当单个轧辊的工作时间小于一定值tmin或铸坯的表面温度低于最低开轧温度Tmin时，辅助系统执行停机指令。
5.如权利要求1所述的基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，其特征在于，轧辊的临界工作时间t1＝(2πrM)/vc，其中M为轧辊材料以GB/T15824-2008热作模具钢热疲劳实验方法中产生5000μm长度裂纹时的循环次数，r为轧辊半径，单位mm，vc为连铸坯的拉坯速度，单位m/min。
6.如权利要求1所述的基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，其特征在于，两台轧机使用平辊轧机，轧机轧辊均使用凸缘轧辊。
7.如权利要求4所述的基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，其特征在于，轧辊的温度T低于预警温度Tmax，即T≤Tmax，单位℃；Tmax＝c×Te，其中c为安全系数，0.7≤c≤0.8，Te为GB/T15824-2008热作模具钢热疲劳实验方法中的上限加热温度，单位℃。
8.如权利要求4所述的基于两轧辊交替工作的连铸板坯热芯轧制方法，其特征在于，单个轧辊的工作时间小于tmin时，向控制系统发出停机指令，tmin＝t2+20s，单位s。
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