CN1291922A - 冷轧不锈钢带材的制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不锈钢薄带的制造方法,它包括在唯一一条加工生产线上按顺序地连续进行以下步骤:直接将液体金属连铸成不锈钢带材;对所述带材进行除鳞;冷轧所述带材;对带材进行退火和除鳞或光亮退火;例如用最终冷轧和/或通过使带材经过一台光整轧机而对带材进行精加工;卷取所述带材。本发明还涉及一种实施该方法的设备。
Description
本发明涉及不锈钢带材的制造。更确切地说，本发明涉及一种组合了从铸造到冷轧的所有加工工序的不锈钢带材的制造设备。
成卷地供应给客户的冷轧不锈钢带材通常是按照以下工序制成的：
-在带冷却的固定壁的无底结晶器中将液体金属连铸成约15-25厘米厚的板坯；
-将板坯热轧成几毫米厚的带材；
-可选择地进行带材的初次退火；
-通过机械的、化学的或电化学的手段或一系列这些处理手段对带材表面进行除鳞和清理；
-通常在包括许多机架的轧机中，基本上将带材冷轧到其成品厚度；
-退火；
-酸洗；以及
-在最后的成卷打包之前，使带材经过光整冷轧机。
冷轧也可以在几个被中间处理分开的步骤中进行。
冷轧后的退火和酸洗可以被光亮退火代替，这取决于所需的带材表面状态及其外观。
以上工序是在大多数彼此分开的设备中进行的，这要求必须进行许多次的打包操作，如中间卷取工序并需要将带卷从一台设备处运往另一台设备。
但是，在现有技术中已经公开了在单台在线地进行各步骤的设备上实施将热轧带材转变成已能出售的冷轧带卷的步骤。在文献EP 0695808中描述了这种设备的一个例子。
以上文献还提到了这样的可能性，即不是对由热轧板坯生产的带材进行加工，而是对由一台用于直接将液体金属连铸成几毫米厚的薄钢带的设备生产出的带材进行以上转变步骤，所述设备例如是通过在两个内冷的水平辊之间浇注液体金属而铸出带材的。可以任选地在连铸之后在与连铸相同的生产线上或在完全分开的设备上进行小压下量的热轧，其特定目的就是要限制带材的表面粗糙度并促成金属再结晶，以防止带材在后续的转变过程中表面出现褶皱状的变形。也可以在热轧机的下游和带材卷取设备的上游设置退火炉。
在任何情况下，冷轧不锈钢带材的生产线都很长并体现出了相当高的投资。由于需要在不总是位于相同车间内的设备之间多次转运中间产品(板坯和带卷)并且必须在其中几个上述工序之前重新加热产品以便使其温度从室温升高到所需的处理温度，所以这条生产线在能耗方面的成本也很可观。另外，存放尚未加工完的中间产品需要空间并使金属停止不前。
利用可直接铸造薄钢带的设备减少了这些缺点并取消了热轧工序或至少显著地减小了热轧规模。另外，如果在线地进行热轧而不需要中间卷取的话，则刚铸成的带材的潜热是有益的。
但是，仍然存在带材的表面质量问题。总是很难充分地避免在处理后所获得的带材的表面上出现氧化皮壳。另外，在钢材是更脆等级的钢如SUS 409铁素体不锈钢时，表面裂纹会经常出现在成品带材上并使得带材成为废品。
本发明的目的就是提出一种可经常获得非常好的带材表面质量的冷轧不锈钢带材的制造方法以及适用于该方法的制造设备。
鉴于以上目的，本发明提供了一种不锈钢薄带的制造方法，其中在一条加工生产线上按顺序地连续进行以下步骤：
-直接将液体金属连铸成不锈钢带材；
-对所述带材进行除鳞；
-冷却所述带材；
-对所述带材进行退火和酸洗或光亮退火；
-例如通过使带材经过一台光整冷轧机而精加工所述带材；以及
-卷取所述带材。
所述带材可任选地在连铸后马上接受热轧，而在所述热轧工序之后可以进行带材的退火。
本发明还提出了一种用于冷轧不锈钢带材的制造设备，该设备连续地包括以下部分：
-一台直接将液体金属连铸成薄钢带的连铸机；
-一台除鳞机；
-一台冷轧机；
-一个退火-酸洗设备或光亮退火炉；
-一台用于精加工带材的设备如光整冷轧机；以及
-一个带材卷取机，
所有这些设备都设置在同一条连续生产线上并且至少其中一部分由一个带材蓄料器分开。
该设备还可任选地在连铸机的下游具有一台热轧机。该热轧机的后面可以跟随一个退火炉。
连铸机可以是双辊铸造型的连铸机。
本发明明确地包括在唯一一条生产线上连续地进行所有的将直接由液体金属铸成的薄钢带加工成冷轧不锈钢带材的方法步骤，即从连铸步骤起经过精加工步骤而到将带材包装成卷以便运给客户的步骤。
本发明人已经认识到，通过取消所有的带材通常不得不在来回转运之前所承受的中间卷取操作而明显减少了时常在由传统的非连续设备制造的冷轧带材上发现的表面裂纹和残余鳞疤。卷取不可避免地使带材承受张力，这可能足以在卷取过程中或在冷却带材的过程中毁坏特别脆弱的钢带，因此带材比较不可延展地保持卷绕状态。另外，如果在卷取前没有极好地清理带材，则带材处于紧绕状态的时间促使任何留在带材表面上的残余氧化皮深入带材表面层地结成硬壳。本发明的方法及其整条连续的生产线允许取消所有的中间卷取操作，因此消除了带材表面质量降低的主要起因。
还可以提出本发明的其它优点。
每个卷取操作明显地使构成带卷的带材头部和尾部变形。因此，这使得带材的这些部分成为废品并甚至会损坏其在下个加工步骤中要经过的设备部分。因此，消除这样的变形部分是很重要的。由此，在本发明方法中取消所有的中间卷取操作减少了在加工过程中成为废品的金属量并相应地减少了切断带材头尾的设备个数。
本发明的加工生产线可以比较紧凑并且在任何情况下具有比其所替代的不连续式(通常在配置上是分散的)设备少的落地点。另外，在一个地方并靠近生产线地配置其作用与设备的不同部分相同的各车间变得简单易行。
从一个设备向另一个设备转运带卷的操作被取消了，这在加工过程的总持续时间方面节省了大量时间。另外，常见的带卷转运具有使尚未准备好被运给客户的金属停止积压的缺点，因此使尚未能有回报的资金无法流通。另外，必须存放等候处理的带卷，而库存区增大了工厂的规模。本发明可以使制造冷轧带材的工厂以“生产节奏正合拍”的方式工作并具有那种运转的常见经济优势。
在连铸后并紧接在热轧前和热轧后，传统的板坯连铸机的使用产生了大量粘附力强的氧化皮。经验表明，薄钢带的直接连铸减少了在连铸之后以及在任选的热轧之后形成的氧化皮的总数量，尤其是如果在铸造设备的下部采用惰性气氛的话，例如使用一个在其下面保持非氧化或甚至还原性气氛的保护罩。此外，确实形成的氧化皮比在传统连铸和热轧设备中形成的氧化皮粘附力弱地粘在产品的表面上，这可能是由于产品保持高温状态的时间比较短而造成的。因此，使用者具有两个实施本发明的选择方案。
第一个供选方案就是要获得其表面质量一般比普通带材好得多的冷轧带材。为此，生产线(尤其是在冷轧前)要保留有与传统设备所用一样的除鳞设备。这些除鳞设备一般按顺序地包括：
-一个使热轧带材在其中弯曲并略微被拉伸的破鳞机，它使氧化皮层破碎；
-一个或多个机械除鳞工具，它可以单独地或串联地包括一个喷丸硬化设备、一个钢丝刷清理设备和一个用于喷射高压流体的喷流设备，后两个工具的作用主要是要完成去除一些由喷丸硬化处理松散的残余氧化皮和任何留在带材表面上的砂丸；以及
-一个化学和／或电解酸洗设备，它可以包括一个或多个相似或不同的其成分根据常用参数如钢种(这部分决定了氧化皮的成分和性质)、带材所需的表面光洁度类型和所需的处理时间而选择的液池。如果带材的温度在离开机械除鳞设备时比较高(特别是在带材接受了热轧并随后进行中间退火时，则情况就可能如此)，则可能需要在带材进入酸洗池之前冷却带材。
利用本发明方法的第二供选方案必然伴随着满足于从氧化皮结壳的角度出发只能与由传统方法获得的表面质量相提并论的普通的带材表面质量，但这是用简单的除鳞设备获得了这样的结果，因此这种除鳞设备的建造和运转成本比较低。例如，存在着以下供选方式：
-利用破鳞机分散氧化皮或限制氧化皮作用的严重性，这对减少出现在更脆的带材上的表面裂纹的危险很有用；
-降低喷丸硬化处理的强度，或者完全取消喷丸硬化处理，以便获得不太粗糙的且加工硬化不太强的带材表面；以及
-减少机械除鳞工具的数量和／或酸洗槽的数目。
对于不必要求最佳表面质量的钢种(例如用于制造汽车排气系统的钢材)来说，甚至可以完全取消酸洗。在这种情况下，当带材离开机械除鳞设备时，不再需要冷却带材，即使带材事先接受了热轧和中间退火处理。接着，可以在比通常情况高的温度下并可以以比通常情况大的压下率(通过增加额外的轧机机架或通过增大现有轧机机架的压下率)开始进行冷轧。这在产品的制造方面开辟了新的前景。
唯一的附图是表示本发明设备的一个例子的视图。
它首先包括一台用于连续铸造薄钢带的设备1，该设备由盛有待浇铸的液体金属的钢水包2、带有一液体金属喷管4且给一结晶器供应液体金属射流5的中间包3构成，所述结晶器包括两个彼此沿相反方向转动的内冷的水平辊6、6’。它们的圆柱形侧表面限定出了一个其最小宽度等于要铸造的带材厚度且侧面由被压靠在水平辊6、6’的端部上的耐火材料板7封闭的浇注空间。对于这种连铸机来说，液体金属在结晶器内凝固成厚度大约为1-10毫米的不锈钢薄带8，并且连续地通过未示出的夹送辊从结晶器中拉出薄带。带材8接着最好经过一个保护罩9，其中保持可能是最低的氧化能力的气氛，利用中性气体如氩气或氮气或还原性气体如氢气来限制在带材表面上形成氧化皮。保护罩9的壁板还将来自带材8的辐射反射回带材上，从而减少了带材8的热损失。然后，带材8按照现有技术中已知的方式进入一个热轧机10中，它的作用就是减小带材厚度，以便封闭任何的内气孔并使晶粒再结晶，而再结晶尤其是对避免在随后由带材8制成的拉制产品中出现表面褶皱状变形是很有利的。接着，如果需要退火这样的热处理，则再按照现有技术中已知的方式使带材8进入退火炉11。
上述设备部分对应于薄带连铸设备和过去可直接与之相连的加工设备的常见形式。连铸设备可以是除双辊连铸机外的其它类型的连铸设备，例如在移动带之间进行浇注或在单个滚筒上进行浇注，它们可以制造出比上述1-10毫米略厚或略薄的带材。类似地，热轧机10和退火炉11不是必需的，因为它们的设置和使用与热轧机10的设置和使用无必然关系。相反地，如果需要对刚铸出的带材8进行更复杂的热处理和热机械处理，则很容易在生产线上设置其它设备如附加的炉子和冷却设备。
带材8接着进入第一带材蓄料器12中，它使生产线的连铸-热处理部分与下个生产线部分分开，其中使带材8接受除鳞处理。蓄料器12能使带材8穿过生产线的这两个部分的速度彼此无关并且可以在暂时中断其中一个部分的工作的同时继续给另一个部分供应金属。
当离开蓄料器12时，带材8进入属于现有技术中已知类型的破鳞机13中，它破裂并减薄尽管已为此采取了预防措施但仍可能已在带材8的表面上形成的氧化皮层。带材随后进入喷丸硬化设备14中，在此通过将金属小球或陶瓷球喷射到带材8的表面上而使氧化皮碎裂。接着，最好通过钢丝刷清理设备15清理带材表面而使之没有残余的氧化皮并且可能的话清除掉可能已嵌入带材表面内的砂丸，例如可以用一台对带材喷射高压水的设备取代或补充所述钢丝刷清理设备。带材8的表面清理最好通过使带材8经过一个或多个包含化学和／或电解酸洗池的酸洗槽16、17而告结束，所述酸洗池的性质如现有技术中已知的那样是由带材8的成分、带材8需要在酸洗槽16、17中停留的时间、带材8所需的表面光洁度的类型等确定的。如果需要，第一酸洗槽16的前面是一台用于冷却带材8的冷却设备。酸洗槽最好配备有能使带材8绕过或进入其中的设备，这要视当时的需要来决定。清洗设备18和干燥设备19(和／或任何其它的适当设备)接着从带材8的表面上除掉任何残留的少许酸洗液。
在不超出本发明的范围的情况下，可以改动上述生产线的除鳞部分的设计(它只包括现有技术中已知的部件)。已经在前面描述了可以设想到的简化这个设备部分的方案及其简化方式。
带材8接着进入第二带材蓄料器20中，它使生产线的除鳞部分与冷轧部分分开并且使这两部分独立工作。
在所示例子中，本发明设备的冷轧部分包括一台带三个轧机机架的传统轧机，它们基本上将带材8轧制到其成品厚度，但是应当管理解，这种设计形式绝不构成对本发明的限制。可以使用更多或更少的轧机机架或森吉米尔式轧机。轧机21的前面是一台剪切机22，它在更换轧机21的轧辊时将带材8切断以便中断给轧机21的供料。当在轧机21的工作中出现这样的中断时，没有必要停止设备的上游部分的运转，这是因为可以在第一、第二蓄料器12、20中继续积蓄带材8。按照已知的方式，轧机21的后面是去脂设备23和干燥设备24。
如上所述，如果带材在较高的温度下进入设备的冷轧区并且尤其是如果没有使用酸洗设备的话，则所述冷轧区可以包括一台第二冷轧机。
带材8随后进入第三蓄料器25中，它使生产线的冷轧部分与退火-酸洗部分分开并且使这两部分独立工作。
在所示例子中，生产线的退火-酸洗部分的起点是一台传统的退火炉26，随后是冷却设备27，带材8在冷却设备的下游进入盛有其成分在本领域中已知的液池的化学和／或电解酸洗槽28、29中。酸洗槽28、29最好都配备有这样的设备，即根据工作人员的选择，所述设备能使带材8经过酸洗槽或绕过它们。唯一的视图示出了两个酸洗槽，但酸洗槽的个数显然可以根据需要而更多或更少。在本发明设备的这个部分中进行的退火-酸洗处理与通常在传统的冷轧带材制造设备中进行的处理没有什么特殊的不同之处。带材8接着经过清洗设备30和干燥设备31。
退火炉26可以在其入口处具有一个感应加热系统。这提供了很强的瞬时加热能力，而这将带材8快速地加热到其名义加工温度。也可以方便地改变加热能力，这使得易于通过调整由感应加热系统传给带材8的能量而改变带材8在退火炉26内的停留时间，以便进行理想的冶金处理。从整体上讲，这在控制生产线方面提供了更大的自由度。
如上所述，上述退火-酸洗部分可以被一台光亮退火炉所代替，这取决于要制造的产品的类型。
带材8接着进入第四蓄料器32中，它使生产线的退火-酸洗部分与光整冷轧机33分开并且使它们独立地工作。
可配置张力平整机34的光整冷轧机33具有给带材赋予其最终的冶金结构和表面状态的传统作用，这与很小地减小带材厚度密切相关。同样地，本发明设备的光整冷轧机与过去用于现有技术的冷轧生产线上的光整轧机没有区别。
带材8随后进入第五蓄料器35，它使生产线的光整冷轧机33与卷取部分分开并且可以与带材穿过光整冷轧机33的速度无关地调节带材8的卷取张力和速度。
在离开蓄料器35之后，带材最好穿过剪边机36，它切掉了不具有足够的所需冶金质量的带材边缘。接着，在其前面为剪切机38的卷取机37中包装带材，所述剪切机在卷取机37快要充满带材时切断带材8。虽然只画出了一个卷取机37，但显然必须至少设置两台卷取机，从而一旦一台卷取机卷满带材，则可以将带材送入另一个空卷取机中，这与传统的冷轧生产线是一样的。
作为其的一种替换形式，如果在几个明显分开的阶段内减小带材8的厚度是理想的，则本发明的设备可以配备有一台第二冷轧机，它例如设置在退火-酸洗区之后。第二冷轧机的后面可以设置另一个退火-酸洗区。
不言而喻的是，可以给本发明的设备添置任何通常在本领域中已知的独立设备中存在的且本说明书中没有提到的辅助设备，例如用于监测表面质量和产品的平直度的设备。
如果可以不中断冷轧设备的工作地处理数量多于连铸机能连续铸造的产量的钢时，可以设置第二连铸机(它可以任选地配备自己的热轧机和／或其自己的退火炉)以及将由其中一台连铸机铸出的带材的尾端与由另一台连铸机生产出的带材的前端连接起来的对接设备。例如，可以就在设备的除鳞部分的上游进行这两个带材端部的对接。
为了最好通过计算机来控制本发明的设备，选择带材8的成分、其它冶金特性和成品厚度并根据要遵守的冶金规定和设备各部分的相应生产速率来设定设备各部分的工作参数。作为一条总的原则，必须据其设定设备的工作参数的参考步骤是带材8在退火炉26内的停留时间。根据在该加工阶段具有预定厚度的带材8而计算出的该步骤所需的时间尤其是决定了以下参数：
-带材8在连铸机1中的连铸速度和其离开连铸机1时的厚度；
-在热轧机10(如果该设备包括一台热轧机的话)的热轧步骤与冷轧机21的冷轧步骤之间的带材8的厚度压下量的分配情况；以及
-积聚在各蓄料器12、20、25、32、35中的带材8的长度，这些蓄料器(其数目可以比在此例举出的更多或更少)例如给设备赋予了足够的操作灵活性并且防止了带材8在酸洗槽16、17、28、29内停留太短或太长的时间，而这可能相应地造成酸洗不充分或者过酸洗并且不必要地消耗了金属。
Claims (19)
1．一种不锈钢薄钢带的制造方法，其中在唯一一条加工生产线上按顺序地连续进行以下步骤：
-直接将液体金属连铸成不锈钢带材；
-对所述带材进行除鳞；
-冷轧所述带材；
-对所述带材进行退火和酸洗或光亮退火；
-例如通过使带材经过一台光整冷轧机而对所述带材进行精加工；以及
-卷取所述带材。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，在两个沿相反方向转动的内冷的水平辊之间连铸出所述带材。
3．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述连铸带材是经过热轧的。
4．如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在连铸后或在其经过热轧后，对所述带材进行退火。
5．如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述带材通过喷丸硬化处理和／或钢丝刷清理和／或对其喷射流体而去除氧化皮。
6．如权利要求5所述的方法，其特征在于，在除鳞处理之前，使带材经过一台破鳞机。
7．如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，它包括冷轧带材的第二步骤，随后任选地是一个退火和酸洗步骤。
8．如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，根据带材退火步骤所需的时间来控制该加工生产线的工作。
9．一种用于制造冷轧不锈钢带材(8)的设备，它连续地包括：
-一台直接将液体金属连铸成薄钢带(8)的连铸机；
-一台除鳞机；
--台冷轧机(21)；
-一个退火-酸洗设备(26，27，28，29，30，31)或一台光亮退火炉；
-一台用于精加工带材(8)的设备如光整冷轧机(39)；以及
-一个用于卷取带材(8)的卷取机(37)，
所有这些设备都设置在同一条连续的生产线上并至少其中一部分由带材蓄料器(12，20，25，32，35)分开。
10．如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述连铸机是一台在两个沿相反方向转动的内冷的水平辊(6，6’)之间进行铸造的设备(1)。
11．如权利要求9或10所述的设备，其特征在于，它在连铸机的下游包括一台热轧机(10)。
12．如权利要求9-11之一所述的设备，其特征在于，它在连铸机或热轧机(10)的下游有一个退火炉(11)。
13．如权利要求9-12之一所述的设备，其特征在于，除鳞机包括一个喷丸硬化设备(14)和／或一个钢丝刷清理设备(15)和／或一个用于向带材(8)的表面上喷射流体的喷流设备。
14．如权利要求13所述的设备，其特征在于，除鳞机的前面是一台破鳞机(13)。
15．如权利要求9-14之一所述的设备，其特征在于，除鳞机的后面设有一个用于酸洗带材(8)的酸洗设备(16，17，18，19)。
16．如权利要求9-15之一所述的设备，其特征在于，退火炉(26)在其入口处具有一个用于感应加热带材(8)的系统。
17．如权利要求9-16之一所述的设备，其特征在于，它包括一台用于冷轧带材(8)的第二冷轧设备，在该设备的后面任选地设置一台第二退火-酸洗设备。
18．如权利要求9-17之一所述的设备，其特征在于，光整冷轧机(33)的后面是一台张力平整机(34)。
19．如权利要求9-18之一所述的设备，其特征在于，它包括一台第二连铸机和一个用于将由其中一台连铸机铸出的带材的尾端与由另一台连铸机铸出的带材的前端接合在一起的对接设备。
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