CN1228459C - 热轧钢坯出炉前局部强化加热方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热轧钢坯出炉前局部强化加热方法及装置，方法特点是包括以下步骤：1.计算钢坯出炉温度分布；2.钢坯在炉内局部强化加热的时间计算；3.基于上述计算得的数据，在加热炉均热段末建立一局部强化加热区或局部强化加热室，对钢坯两端沿长度200-300mm的局部范围强化加热，使局部区域温度高于均热段炉温80～120℃，加热时间20～30秒。装置的特点是在局部强化加热区或局部强化加热室的两侧墙或炉顶两侧至少置有1对烧咀，对已完成均热即将出炉的钢坯两端强化加热。本发明的优点是，减小钢坯在进轧机前沿钢坯长度方向的表面温差，提高轧制温度均匀性，提高产品轧制质量、减少废品率，轧机生产率提高，降低生产成本。

Description

热轧钢坯出炉前局部强化加热方法及装置

技术领域

本发明涉及一种热轧钢坯再加热，特别涉及一种热轧钢坯出炉前局部强化加热方法及装置。

背景技术

钢坯在热轧前需加热，按现有工艺希望在加热结束时出炉前钢坯温度被加热得越均匀越好。然而出炉温度均匀的钢坯通过辊道输送至轧机前，由于散热，使原来温度均匀的钢坯变得不均匀。这种现象在输送距离越长、辊道周边环境的冷却强度越大，钢坯进轧机时温度越不均匀。图1、图2是实测到的连铸板坯和连铸方坯在进轧机前沿钢坯长度方向的表面温度分布曲线。从实测曲线可得，连铸坯两端温度低于中间温度，现场俗称“大肚子”现象，温差约40～50℃(板坯)和50～70℃(方坯)。这样的温差对轧制温度均匀性要求较高的钢种(硅钢等)会造成轧制的质量问题，甚至会发生咬入困难(如轧制线材时)，进而影响轧钢生产。而目前，尚无一种能解决这一问题方法与装置。

发明内容

本发明的目的是为了减小钢坯在进轧机前沿钢坯长度方向的表面温差，提高轧制温度均匀性，提供一种热轧钢坯出炉前局部强化加热方法及装置。

本发明所提出的方法的特点是它包括以下步骤：

1、计算钢坯出炉温度分布

钢坯出炉温度分布要求可按下列传热模型经数值计算得到：

$\mathrm{\λ}\frac{{\∂}^{2}T}{{\∂X}^2}-\frac{\mathrm{\ϵ\σ}}{b_1}(T^4-T_{\∞}^4)=\mathrm{\ρc}\frac{\∂T}{\∂t}$

$X=0...\frac{\∂T}{\∂X}=0$

$X=L...-\mathrm{\λ}\frac{\∂T}{\∂X}=\mathrm{\ϵ\σ}(T^4-T_{\∞}^4)$

                 T＝τ  T＝f(x)其中λ、ρ、c、ε分别为坯料的导热系数、密度、比热及黑度，σ为斯蒂芬常数，b₁方坯取边长尺寸、板坯取厚度尺寸的一半，T为钢坯沿长度方向的温度分布，X为钢坯沿长度方向的坐标，T_∞为环境温度，τ为钢坯从出炉到轧钢机所需的传输时间，f(x)为τ时刻钢坯的温度分布；

2、钢坯在炉内局部强化加热的时间计算钢坯在炉内局部强化加热的时间下列传热模型计算

$\mathrm{\ρcLS}\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{d\τ}}=\mathrm{\α}(T_{\∞}-T)$

         τ＝0    T＝T₁

上式中ρ、c如前述，L＝200mm，S为坯料截面积，α为辐射当量换热系数，T∞为局部强化加热炉气温度，T为坯料端部温度，τ为局部强化加热时间，T₁为坯料离开均热段时的温度；

3、基于上述计算得到钢坯两端沿长度200-300mm的局部范围内，加热温度需比其他钢坯范围提高4～10℃的这一数据，在加热炉均热段末建立一局部强化加热区或局部强化加热室，对钢坯两端沿长度200-300mm的局部范围强化加热，使局部区域温度(即局部区域炉温)约高于均热段炉温80～120℃，加热时间20～30秒。

为了实现上述方法而设计的装置为：

1、在加热炉均热段末建立的局部强化加热区的两侧墙至少置有1对烧咀，对已完成均热即将出炉的钢坯两端强化加热。

2、在在均热段结束处，增设一局部强化加热室，局部强化加热室的两侧墙或炉顶两侧至少置有1对烧咀对已完成均热即将出炉的钢坯两端强化加热。

采用本发明，减小连铸钢坯在进轧机前沿钢坯长度方向的表面温差，提高轧制温度均匀性，提高产品轧制质量、减少废品率，轧机生产率提高，降低生产成本。

附图说明

图1为尺寸为10000×2000×230mm的板坯沿长度方向温度分布曲线；

图2为尺寸为11000×140×140mm的方坯沿长度方向温度分布曲线；

图3为板坯两端需强化加热范围示意图；

图4为方坯两端需强化加热范围示意图；

图5为局部强化加热区结构示意图；

图6为图5之A-A剖面图；

图7为局部强化加热室结构示意图；

图8为图7之A-A剖面图。

具体实施方式

本方法是基于钢坯出炉温度分布要求的计算和钢坯在炉内局部强化加热的时间计算，详述如下：

1、出炉温度分布要求的计算

钢坯出炉温度分布要求可按下列传热模型经数值计算得到：

$\mathrm{\λ}\frac{{\∂}^{2}T}{{\∂X}^2}-\frac{\mathrm{\ϵ\σ}}{b_1}(T^4-T_{\∞}^4)=\mathrm{\ρc}\frac{\∂T}{\∂t}$

$X=0...\frac{\∂T}{\∂X}=0$

$X=L...-\mathrm{\λ}\frac{\∂T}{\∂X}=\mathrm{\ϵ\σ}(T^4-T_{\∞}^4)$

                    T＝τ  T＝f(x)其中λ、ρ、c、ε分别为坯料的导热系数、密度、比热及黑度，σ为斯蒂芬常数，b₁方坯取边长尺寸、板坯取厚度尺寸的一半，T为钢坯沿长度方向的温度分布，X为钢坯沿长度方向的坐标，T_∞为环境温度，τ为钢坯从出炉到轧钢机所需的传输时间，f(x)为τ时刻钢坯的温度分布。

计算举例：对长为12m、截面为140×140mm²的45^#线材坯料，取其到轧机时的温度分布为：x＝0处T＝1000℃；x＝6m处T＝960℃。经计算得坯料端部温度与相邻部位温度的情况如下：(℃)

传输冷却时间	25秒	35秒	40秒	45秒
					坯料端部温度	988	1001	1007	1014
离端部200mm处的温度	984	994	998	1004

从上表的数据可得到在传输冷却时间为25～45秒的时间范围内，坯料端部温度应比离端部200mm处的温度高4～10℃。

2、强化加热的时间计算

钢坯在炉内局部强化加热的时间下列传热模型计算

$\mathrm{\ρcLS}\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{d\τ}}=\mathrm{\α}(T_{\∞}-T)$

                    τ＝0  T＝T₁上式中ρ、c如前述，L＝200mm，S为坯料截面积，α为辐射当量换热系数，T_∞为局部强化加热炉气温度，T为坯料端部温度，τ为局部强化加热时间，T₁为坯料离开均热段时的温度。

计算举例：取L＝200mm处的温度作为坯料离开均热段时的温度，T_∞按经验取1100℃，局部强化加热所需的时间如下(秒)

坯料离开均热段时的温度(℃)	984	994	998	1004
					局部强化加热所需的时间	20	25	27	30

3、基于上述计算得到钢坯两端沿长度200-300mm的提高4～10℃的这一数据，在均热段末建立一局部化加热区或局部强化加热室，对钢坯两端沿长度200-300mm，如图3、图4标有斜线部分所示，局部范围强化加热，使局部区域温度(即局部区域炉温)约高于均热段炉温80～120℃，加热时间20～30秒。

本发明的实施以三段式加热炉为例，如图5、图7所示，加热炉由预热段1、加热段2、均热段3组成，为实现热轧钢坯出炉前局部强化加热法装置其特点为：

1、在加热炉均热段3末建立一局部强化加热区4，即在炉子均热段末将出炉门的两侧墙，根据钢坯种类，至少置有1对烧咀5，对已完成均热即将出炉的钢坯两端强化加热。在不改变现有炉型的前题下，在炉子均热段即将出炉门的两侧墙(离出口0.3～2米)将炉内壁改建成半园弧内凹侧墙6，如图5、图6所示，并在两侧内凹炉墙里各装有1对(加热方坯时)、2～3对(加热板坯时)烧咀。对已完成均热即将出炉的钢坯两端强化加热，强化加热区域的炉温大于均热段炉温80～120℃，加热时间20～30秒。

2、在均热段结束处，增设一局部强化加热室7，局部强化加热室的两侧墙或炉顶两侧，根据钢坯种类，至少置有1对烧咀5对已完成均热即将出炉的钢坯两端强化加热。局部强化加热室的烧咀安置在两侧墙或炉顶两侧半园弧内凹状处，安装1对烧咀(加热方坯时)、2～3对烧咀(加热板坯时)，如图7、图8所示。强化加热室两侧的炉温大于均热段炉温80～120℃，加热时间18～30秒钟。以上所述的半园弧内凹状处安装烧咀的优点是能形成均匀热辐射。

Claims (2)

1、一种热轧钢坯出炉前局部强化加热方法，其特征在于，方法步骤为：

(1)计算钢坯出炉温度分布

钢坯出炉温度分布要求可按下列传热模型经数值计算得到：

$\mathrm{\λ}\frac{{\∂}^{2}T}{\∂X^2}-\frac{\mathrm{\ϵ\σ}}{b_1}(T^4-T_{\∞}^4)=\mathrm{\ρc}\frac{\∂T}{\∂t}$

             X＝0 $\frac{\∂T}{\∂X}=0$

             X＝L $-\mathrm{\λ}\frac{\∂T}{\∂X}=\mathrm{\ϵ\σ}(T^4-T_{\∞}^4)$

             T＝τ T＝f(x)

其中λ、ρ、c、ε分别为坯料的导热系数、密度、比热及黑度，σ为斯蒂芬常数，b₁方坯取边长尺寸、板坯取厚度尺寸的一半，T为钢坯沿长度方向的温度分布，X为钢坯沿长度方向的坐标，T_∞为环境温度，τ为钢坯从出炉到轧钢机所需的传输时间，f(x)为τ时刻钢坯的温度分布；

(2)钢坯在炉内局部强化加热的时间计算

钢坯在炉内局部强化加热的时间下列传热模型计算

$\mathrm{\ρcLS}\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{d\τ}}=\mathrm{\α}(T_{\∞}-T)$

            τ＝0 T＝T₁

上式中ρ、c如前述，L＝200mm，S为坯料截面积，α为辐射当量换热系数，T_∞为局部强化加热炉气温度，T为坯料端部温度，τ为局部强化加热时间，T₁为坯料离开均热段时的温度；

(3)基于上述计算得到钢坯两端沿长度200-300mm的局部范围内，加热温度需比其他钢坯范围提高4～10℃的这一数据，在加热炉均热段(3)末建立一局部强化加热区(4)或局部强化加热室(6)，对钢坯两端沿长度200-300mm的局部范围强化加热，使局部区域温度即局部区域炉温高于均热段炉温80～120℃，加热时间20～30秒。

2、一种为热轧钢坯出炉前局部强化加热方法的装置，其特征在于，在加热炉均热段(3)末建立的局部强化加热区(4)的两侧墙或在均热段结束处增设的局部强化加热室的两侧墙或炉顶两侧至少置有1对烧咀(5)。

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