CN113578961A - 一种薄板坯连铸连轧生产中高碳钢的板形控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄板坯连铸连轧生产中高碳钢的板形控制方法，属于钢铁生产领域，方法步骤包括：炼钢工序、铸轧工序、缓冷工序；所述的铸轧工序包括连铸、粗轧、感应加热、精轧、层冷和卷取；所述的连铸中铸坯厚度90mm‑110mm，拉速控制在4.0m/min‑4.8m/min范围，铸坯断面温差控制在70℃以内；精轧工序中，F3工作辊采用高速钢轧辊，F4和F5工作辊采用高镍铬轧辊；F3工作辊凸度设定比生产其他钢种大200um，各机架负荷分配采取依次递减的原则。与现有技术相比较，本方法提高了直发卷板形良好率。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁生产方法，特别是薄板坯连铸连轧生产中高碳钢的板形控制方法。
背景技术
薄板坯连铸连轧中高碳钢具有尺寸精度高、组织无偏析、成分均匀、极限规格薄，可节约退火、冷轧成本等优势。下游客户主要为冷轧行业，主要加工工艺流程为酸洗（或纵剪→酸洗）→冷轧→退火→冷轧→分条，产品广泛应用于锯片、卷尺、物流拉紧器、票夹等五金行业。经调研，客户普遍对薄板坯连铸连轧中高碳钢薄规格产品优势和成品尺寸精度控制等方面较为认可和满意，但对直发卷开卷板形不良的质量异议或抱怨较多，具体问题为板形瓢曲严重，降低了客户纵剪和酸洗加工生产效率，严重的造成酸洗过程刮边、烂边、收卷不齐等，导致客户产品使用体验感和满意度下降。
检索文献，专利CN110624954A公开了一种热轧薄规格高强耐候钢的板形控制方法，针对耐候钢钢种特点，主要通过采取优化负荷分配、调整窜辊和弯辊、提高层流冷却均匀性和钢卷下线缓冷等措施，改善高强耐候薄规格的板形。专利号CN111250549A公布了一种通过调节向工作辊喷射的乳化液温度来改变工作辊凸度的方法，实现了板形的精密调控。专利号CN110404978A公布了一种通过结合带钢实时的速度和温度，对带钢全长的目标平直度进行动态补偿修正，对带钢全长的板形进行动态控制的方法。专利号CN111451294A公布了一种为提高热轧带钢板形精度质量，在带钢计算辊缝数值与轧制力负荷时，引入刚度调整校正系数计算的方法。总而言之，热轧常规板形控制思想主要为控制轧机负载的辊缝精度，减小轧制过程中的不均匀变形，或者通过优化二级模型计算和补偿刚度系数的方法，提高预计算精度。另外也通过控制层流冷却均匀性、钢卷下线缓冷等手段，减小内应力对板形的影响。
由于薄板坯连铸连轧产线布置和钢种工艺特点，与传统产线相差较大。在生产中高碳钢时，即使采取以上所述的板形控制思想和相应控制要点，依然出现因钢卷亮带或起筋带来的板形不良，直发卷板形不良率达30%以上，控制效果不佳，所以亟需研究制定出一种符合薄板坯连铸连轧产线特点和中高碳钢工艺要求的板形控制方法。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种薄板坯连铸连轧生产中高碳钢的板形控制方法，旨在降低直发卷板形不良率，满足客户酸洗、纵剪分条等下游工序原料要求，提升客户产品使用体验感和客户满意度。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种薄板坯连铸连轧生产中高碳钢的板形控制方法，方法步骤包括：炼钢工序、铸轧工序、缓冷工序；所述的铸轧工序包括连铸、粗轧、感应加热、精轧、层冷和卷取；其特征在于：所述的连铸中铸坯厚度90mm-110mm，拉速控制在4.0m/min-4.8m/min范围，铸坯断面温差控制在70℃以内；精轧工序中，F3工作辊采用高速钢轧辊，F4和F5工作辊采用高镍铬轧辊；F3工作辊凸度设定比生产其他钢种大200um，各机架负荷分配采取依次递减的原则。
上述粗轧工序中，中间坯厚度设定为8mm-20mm
上述粗轧出口温度控制在800℃-950℃；IH感应加热炉出口温度设定1100℃-1250℃；精轧出口温度控制780℃以上。
上述层冷和卷取工序中：正常生产时，层冷工艺为空冷，如钢卷出现亮带情况，开启层冷后段一组集管冷却水，水阀开启比例为30%-100%；控制卷取温度不低于580℃。
与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：
1、本发明从解决钢卷亮带入手，符合产线特点和中高碳钢工艺要求，直发卷板形不良率降低至10%以内；
2、本发明创新地运用开启适量层冷冷却水的方法，使带钢在卷取前提前发生相变，有效地解决了薄板坯连铸连轧生产中高碳钢因钢卷边部亮带而导致的板形不良问题，提高了直发卷板形良好率；
3、本发明不仅提高了产品使用体验感和客户满意度，同时也为薄板坯轧制中高碳钢保持国内领先优势，提供了有力保障。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明提供一种薄板坯连铸连轧生产中高碳钢的板形控制方法。
具体的生产步骤包括：
（1）炼钢工序。
将原材料依次进行脱碳炉和精炼炉冶炼，出钢成分符合标准要求。
（2）连铸工序。
将合格的钢水浇铸成连续的铸坯。铸坯厚度90mm-110mm，连浇阶段拉速控制在4.0m/min-4.8m/min范围，铸坯断面温差控制在70℃以内。
本发明之所以控制连浇阶段拉速在4.0m/min-4.8m/min，原因在于是因为薄板坯连铸连轧生产线中连铸工序与轧制工序刚性连接，无传统加热缓解作为缓冲，连铸的拉速是整条生产线的速度基础，中高碳钢热变形抗力高，轧制负荷大，板形敏感性强，生产难度大，因此要控制拉速在4.0m/min-4.8m/min，过高过低都会产生不良影响。此外，铸机拉速影响轧辊的转速，影响单位时间内轧辊冷却水对轧辊的冷却效率，进而影响轧辊热凸度和轧制稳定性。
而本发明之所以控制铸坯断面温差控制70℃以内。是因为薄板坯连铸连轧产线感应加热炉为表层集肤加热，加热深度有限，且加热时间短。较大的铸坯温差（＞70℃）无法通过感应加热有效改善，进而会导致精轧轧辊的不均匀磨损，影响断面控制的圆滑性，加剧带钢的不均匀变形。
（3）粗轧工序。
中间坯厚度设定为8mm-20mm。
如选择更薄的中间坯，粗轧轧制负荷会大幅增加，粗轧出口中心线会出现较大的波动，粗轧的不稳定，就会同步影响精轧和卷取区域的稳定性。如选择更厚的中间坯，一方面会直接增加精轧负荷，直接影响精轧的稳定性，另一方面会导致精轧轧机振动，出现带钢表面震痕。
粗轧出口温度控制在800℃-950℃。
（4）感应加热。
IH感应加热炉出口温度设定1100℃-1250℃。
（5）精轧工序。
精轧出口温度控制780℃以上。
本发明之所以控制粗轧出口温度控制在800℃-950℃，IH感应加热炉出口温度设定1100℃-1250℃，精轧出口温度控制780℃以上，是因为较高的终轧温度，可以保证中高碳钢始终处于奥氏体区域轧制，保证二级负荷模型计算的精度，增强轧制的稳定性。另外因IH感应加热的最大升温能力在300℃左右，故需保证粗轧出口温度在800℃以上。
F3工作辊采用高速钢轧辊，F4和F5工作辊采用高镍铬轧辊。本发明之所以要求后段轧辊F3采用高速钢，F4、F5采用高镍铬材质。是因为中高碳钢合金含量高，热摩擦系数大，轧辊的磨损相对偏快，F3采用高速钢，可以提升轧辊抗不均匀磨损能力和辊形保持能力。另中高碳钢轧制中心线稳定性相对其他钢种偏差，存在废钢风险，F4、F5使用高镍铬轧辊，可减小发生事故时，轧辊掉肉剥落几率（高镍铬轧辊比高速钢轧辊抗裂纹扩展能力要强），防止事故进一步扩大。
F3工作辊凸度设定比生产其他钢种大200um，各机架负荷分配采取依次递减的原则，本发明之所以要求F3工作辊凸度相对生产其他钢种时略大。是因为中高碳钢铸坯两侧最边部温度比中间低很多，导致轧辊两侧边部对应位置的热凸度小，即实际在机承载辊缝两侧比中间大，这对于控制带钢断面两侧翘边不利。增加F3辊形凸度，可有效补偿在机实际辊缝形状，减轻两侧翘边趋势。另外机架负荷分配采取依次递减的原则，主要是为遵守等比例凸度控制原则，保证横断面各点的均匀变形。
（6）层冷和卷取。
正常生产时，层冷工艺为空冷，如钢卷出现亮带情况，开启层冷后段一组集管冷却水，水阀开启比例为30%-100%；控制卷取温度不低于580℃。
以上层冷、卷曲控制的出发点在于：因为中高碳钢下游工序主要为冷轧，为降低强度，利于客户冷轧加工，正常情况下层冷工艺设定为空冷。但在实际生产中，部分钢卷常出现边部亮带或起筋的情况，造成直发卷开卷板形不良。对于亮带或起筋，常规轧线的控制思想主要是通过控制精轧出口断面的圆滑性，控制局部高点。但在薄板坯连铸连轧产线生产中高碳钢时，即使断面控制圆滑，也会出现亮带或起筋的情况，且亮带与断面高点位置不对应。将卷取温度控制在中高碳钢种珠光体相变点以下，使得带钢在卷取前已经发生相变，可以有效避免了因带钢在卷取过程中发生珠光体相变体积膨胀，而造成的带钢边部在卷取机夹送辊倒角压靠下产生的亮带问题。
因此，当钢卷出现亮带时，可采取开启层冷后段一组集管冷却水（阀比例20%-100%）的手段，额外降温10℃-20℃，使得1#卷取机变为2#卷取机，2#卷取机变为3#卷取机；但考虑到层冷开水会导致带钢强度有一定程度地上升，不利于冷轧加工，须控制卷取温度不低于580℃。
（7）缓冷。
卷取后入库堆垛缓冷48小时以上。
为了更好地比较本申请工艺和现有技术，进行了对比试验。
（1）薄板坯连铸连轧生产50钢
实施例1~4采用本发明方法，F3工作辊采用高速钢轧辊，F4和F5工作辊采用高镍铬轧辊；对照例1采用本集团低碳钢板形控制生产方法。
各组工艺流程均为：混铁炉→铁水预处理→脱碳炉→LF精炼→连铸→粗轧→感应加热→精轧→层冷→卷取→缓冷→成品。
所有组别，铁水、废钢等原材料依次进行脱碳炉冶炼、LF精炼，钢水成分控制为：C：0.47%-0.55%、Si：0.17%-0.37%、Mn：0.50%-0.80%、P≤0.035%、S≤0.030%、Cr≤0.20%、Ni≤0.30%、Cu≤0.25%，余量为Fe和杂质。
在实施例1~4中，薄板坯连铸连轧生产50钢的工艺流程为混铁炉→铁水预处理→脱碳炉→LF精炼→连铸→粗轧→感应加热→精轧→层冷→卷取→缓冷→成品。
本实施例铁水、废钢等原材料依次进行脱碳炉冶炼、LF精炼，钢水成分控制为：C：0.47%-0.55%、Si：0.17%-0.37%、Mn：0.50%-0.80%、P≤0.035%、S≤0.030%、Cr≤0.20%、Ni≤0.30%、Cu≤0.25%，余量为Fe和杂质。
1.经LF精炼的钢水所经过连铸连轧产线的连铸、粗轧、精轧、卷取、层冷、缓冷工艺生产不同厚度的热轧带钢。
2.连铸拉速4.0m/min-4.8m/min，铸坯厚度110mm，铸坯断面温差为50℃-68℃。
3.将铸坯经三道次粗轧进行轧制，中间坯厚度8mm-20mm，粗轧出口温度800℃-950℃。
4.将粗轧中间坯产品经感应加热IH炉加热，IH出口温度控制在1100℃-1250℃；
5.将经感应加热中间坯经5道次精轧轧制成1.5mm-3.5mm厚度热轧带钢，精轧出口温度控制在780℃-880℃；
6.开启层冷后段一组集管冷却水，上、下阀开启比例为30%-80%，将钢带经层流段冷却至590±10℃，然后进入卷取机卷取为钢卷；
7.将钢卷缓冷48小时后放行。
生产的50钢的力学性能见下表：
| 订单规格(mm*mm) | 屈服强度Re(MPa) | 抗拉强度Rm(MPa) | 伸长率A% | 屈强比 | |
| 实施例1 | 2.00×1250 | 513 | 815 | 19.0 | 0.63 |
| 实施例2 | 2.30×1250 | 552 | 843 | 19.0 | 0.65 |
| 实施例3 | 2.50×1250 | 542 | 845 | 20.0 | 0.64 |
| 实施例4 | 2.50×1250 | 482 | 777 | 21.0 | 0.62 |
实施例1~4合计生产59卷50钢，外观质量正常，无亮带，厂内跟踪部分钢卷开卷板形良好，未收到客户板形异议投诉，层冷开水未对性能造成明显影响。
（2）薄板坯连铸连轧生产65Mn
实施例5~8采用本发明方法，F3工作辊采用高速钢轧辊，F4和F5工作辊采用高镍铬轧辊；对照例2采用本集团低碳钢板形控制生产方法。
各组工艺流程均为：混铁炉→铁水预处理→脱碳炉→LF精炼→连铸→粗轧→感应加热→精轧→层冷→卷取→缓冷→成品。
所有组别，铁水、废钢等原材料依次进行脱碳炉冶炼、LF精炼，钢水成分控制为：C：0.62%-0.70%、Si：0.17%-0.37%、Mn：0.90%-1.20%、P≤0.035%、S≤0.030%、Cr≤0.20%、Ni≤0.30%、Cu≤0.25%，余量为Fe和杂质。
在实施例5-8中，薄板坯连铸连轧生产65Mn的工艺流程为混铁炉→铁水预处理→脱碳炉→LF精炼→连铸→粗轧→感应加热→精轧→层冷→卷取→缓冷→成品。
本实施例铁水、废钢等原材料依次进行脱碳炉冶炼、LF精炼，钢水成分控制为：：C：0.62%-0.70%、Si：0.17%-0.37%、Mn：0.90%-1.20%、P≤0.035%、S≤0.030%、Cr≤0.20%、Ni≤0.30%、Cu≤0.25%，余量为Fe和杂质。
1.经LF精炼的钢水所经过连铸连轧产线的连铸、粗轧、精轧、卷取、缓冷工艺生产不同厚度的热轧带钢。
2.连铸拉速4.0m/min-4.8m/min，铸坯厚度110mm，铸坯断面温差40℃-65℃。
3.将铸坯经三道次粗轧进行轧制，中间坯厚度8mm-20mm，粗轧出口温度800℃-950℃。
4.将粗轧中间坯产品经感应加热IH炉加热，IH出口温度控制在1100℃-1250℃；
5.将经感应加热中间坯经5道次精轧轧制成1.8mm-3.5mm厚度热轧带钢，精轧出口温度控制在780℃-880℃；
6.开启层冷后段一组集管冷却水，上、下阀开启比例为100%，将钢带经层流段冷却至590±10℃，然后进入卷取机卷取为钢卷；
7.将钢卷缓冷48小时后放行。
生产的50钢的力学性能见下表：
| 订单规格(mm*mm) | 屈服强度Re(MPa) | 抗拉强度Rm(MPa) | 伸长率A% | 屈强比 | |
| 实施例5 | 2.00×1250 | 683 | 1018 | 20.5 | 0.67 |
| 实施例6 | 2.50×1250 | 657 | 1004 | 18.0 | 0.65 |
| 实施例7 | 2.00×1250 | 737 | 1072 | 15.0 | 0.69 |
| 实施例8 | 2.30×1250 | 704 | 1050 | 16.0 | 0.67 |
实施例5-8合计生产101卷65Mn，外观质量正常，无亮带，厂内跟踪部分钢卷开卷板形良好，未收到客户板形异议投诉，层冷开水未对性能造成明显影响。
需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种薄板坯连铸连轧生产中高碳钢的板形控制方法，方法步骤包括：炼钢工序、铸轧工序、缓冷工序；所述的铸轧工序包括连铸、粗轧、感应加热、精轧、层冷和卷取；其特征在于：所述的连铸中铸坯厚度90mm-110mm，拉速控制在4.0m/min-4.8m/min范围，铸坯断面温差控制在70℃以内；精轧工序中，F3工作辊采用高速钢轧辊，F4和F5工作辊采用高镍铬轧辊；F3工作辊凸度设定比生产其他钢种大200um，各机架负荷分配采取依次递减的原则。
2.根据权利要求1所述的薄板坯连铸连轧生产中高碳钢的板形控制方法，其特征在于：所述粗轧工序中，中间坯厚度设定为8mm-20mm。
3.根据权利要求1所述的薄板坯连铸连轧生产中高碳钢的板形控制方法，其特征在于：所述粗轧出口温度控制在800℃-950℃；IH感应加热炉出口温度设定1100℃-1250℃；精轧出口温度控制780℃以上。
4.根据权利要求1所述的薄板坯连铸连轧生产中高碳钢的板形控制方法，其特征在于：所述层冷和卷取工序中：正常生产时，层冷工艺为空冷，如钢卷出现亮带情况，开启层冷后段一组集管冷却水，水阀开启比例为30%-100%；控制卷取温度不低于580℃。
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Denomination of invention: A method for controlling the shape of medium and high carbon steel produced by thin slab continuous casting and rolling Effective date of registration: 20231215 Granted publication date: 20230310 Pledgee: Rizhao Bank Co.,Ltd. Pledgor: RIZHAO STEEL HOLDING GROUP Co.,Ltd. Registration number: Y2023980072204 |
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