CN1972764B - 连续铸造与轧制间非连续金属带材及板材制造工艺与设备 - Google Patents

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Abstract

一种采用弓形连续铸造形式从厚度为30至300mm的毛坯(1)制造厚度为0.14-20mm的金属带材和厚度为10-100mm的金属板材的工艺与设备。经铸造后的毛坯(1)在感应炉(12)内加热，然后非连续地直接输送到轧制步骤(11)，而没有任何中间产品。轧制后的扁平产品经受控冷却后利用切割与拉坯机(14)拉坯成板材(20)，或者卷绕到卷轴上形成连续带材的带材卷(15)，该带材卷可由冷却系统(13)下游的切割装置(14’)来切割。可在轧制机架之间设置表面冷却装置(13’)。与厚度减缩和终端产品质量相关，通过下游方向的串级中的调节，从连铸至轧制终端的输料速度逐步增加。

Description

连续铸造与轧制间非连续金属带材及板材制造工艺与设备
技术领域
本发明涉及一种从金属连续铸造至最终轧制机架为止的非连续金属带材与板材制造工艺及相关系统，尤其涉及一种无任何中间产品的扁平钢产品的制造工艺及系统。 
背景技术
已知在钢产业中，考虑到原材料成本及电耗的增大、全球市场竞争的加大以及防污标准的限制，需要采用一定的方法来制造高质量的热轧带材卷及板材，其要求更低的投资成本及产品成本，进而使生产的带材厚度越来越小。结果是具有低电耗的终端产品的产业具有更高的竞争力，并使对环境的危害降至最低。 
近年来在这一方面已经有了长足的进步，如本专利申请人名下的专利EP0415987，0925132，0946316，1011896以及国际出版物WO2004/0262497所示。 
然而，尽管产品质量达到了最佳(尤其是钢带)，但其结果在紧密度和节能方面却不尽人意，而且会增加获得的扁平轧材的体积。 
以所述的EP0415787所谓“铸轧”为例，其在弓形铸造机上只配有一台轧制机，从而使中间产品在加热后还需要第二次轧制。 
在近年来公开的WO2004/026497中，所述“铸轧技术”采用连续铸造，且进行第一次轧制，不超过四台机架，从而获得中间产品，其在切割后进行加热，然后再进行塑性拉坯，并进行第二次轧制。根据该出版物WO2004/026497，在第一次粗加工后，还可以拉成板材，但不采用高质量板材所需的控制冷却系统。在实践中，板材拉制的可能性在下游处理失败的情况下只具有缓冲作用，从而避免连续铸造及后续生产线的中止，但与板材的程序性生产无关。 
“铸轧”这一概念还见于EP0823294专利，其配有三个不同的制造步骤：第一步是产生奥氏体毛坯，从而形成中间品；第二步是进一步加热该中间品至温度＜738℃，且按Fe/C图来进行相变；第三步是精轧，从而形成铁素体。该专利的主旨在于，采用铸轧概念，从而以三个不同的工艺步骤来获得厚度较薄的带材，但最后一步专用于铁素体，因而排除所谓的“质量流”(换言之，连续铸造出口处单位时间内的钢流量)允许通过一个单一制造步骤来获得超薄的奥氏体产品。 
专利EP0889762中公开了如何应用铸轧概念去不连续地一步制造薄带材，教导了如何将连续铸造具有大质量流(以m计的毛坯厚度乘以单位为m/min的出口速度＞0.487m2/min)毛坯的制造步骤，且连续铸造出口处为高温(约为1240℃)，和温度达到均匀后的轧制步骤结合起来。 
与EO0823294相同，EP0889762专利也教导在第一粗加工机架与最终精加工机架之间配用冷却步骤或加热步骤。模拟和试验证明，该专利的教导不适用于工业场合。连续铸造出口具有高温(约1400℃)从而在随后的轧制过程中尽量利用热物质这一想法固然令人生趣，然而在实际中是行不通的，因为发现如果在如此高温下大流量连续铸造毛坯，连续铸造出口处的表面温度将高达1150℃，从而会造成弯月区不规则，进而造成毛坯缺陷甚至断裂。 
发明内容
本发明旨在克服所述不足，采用一种新型的二次冷却系统，从而可适于大质量流，并提供感应加热，从而使毛坯温度至少提高100℃。 
本发明的目的在于，提供一种制造工艺，从而可在极紧凑的设备上，通过连续铸造与轧制之间无中间产品的一个单一连续步骤，来获得最大厚度为20mm至0.14mm的超薄热轧带材，以及厚度为10至100mm之间的高质量板材，从而可最大限度地利用熔化金属的全部能量。 
根据本发明的工艺的主要特性为：用于从厚度为30至300mm、宽度为600至4000mm的毛坯制造厚度为0.14mm至20mm的金属带材与厚度为10至100mm的金属板材，其中，毛坯通过连续铸造而获得，其出口处在单位时间内有大量物料或质量流通过，其中，连续铸造采用弓形模具，并在单个制造步骤中不连续地直接衔接轧制步骤，其特点是，首先减缩厚度，而且从其开始在模具内逐步增加，并在铸造与轧制的单个步骤中继续，然后进行二次冷却，从而在连续铸造出口获得一种截面呈倒置的温度梯度的毛坯，毛坯的平均表面温度为＜1150℃，而芯部的平均温度为＞1350℃，在铸造与轧制之间进行感应加热，在受控冷却下，对板材进行切割与拉坯，代替轧制带材的带材绕制，在从连续铸造开始的下游方向的串级中，还提供一种速度调节系统，其中，轧制端的所述铸造的送料速度对应于所期望终端产品的厚度减缩量而逐步增加，铸造与轧制之间的距离是工艺所允许的最次考虑因素。因此，主要包括一个连续铸造步骤及一个后续的在线轧制步骤，其直接连接而没有中间粗加工，且在连续铸造与轧制之间进行感应加热。 
本发明的另一目的在于，提供一种用于实施所述工艺的系统或设备，其中，轧制机架的工作过程为，在感应炉之后，在模具及连铸的下游处材料不连续，且连续铸造出口与第一轧制机架之间的距离最小。该设备的主要特性为：始于厚度为30至300mm、宽度为600至4000mm的毛坯(1)的、从由模具及后续的配有液芯缩减装置的弓形铸机组成的连续铸造开始的用于制造厚度为0.14mm至20mm的金属带材与厚度为10至100mm的金属板材，其特点是，所述模具在弯月处减去浸入式喷口所涉及的面积ST后的表面SM与毛坯在连铸出口处的截面积Sb之比为≥1.1，在连铸出口处设置一二次冷却系统，用于在连铸出口获得毛坯，毛坯剖面呈现倒置的温度梯度，而且毛坯截面的平均表面温度为＜1150℃，芯部的平均温度为＞1350℃，一精轧机以最大距离50m来直接连接于连铸系统，还包括感应加热器，其位于连铸出口与轧机之间，以及在后者的出口处的卷绕在最终冷却系统后的终卷轴上的带材卷的切割装置或者用于也由所述冷却系统冷却的板材拉坯的切割装置。
附图说明
参照下列设备实施方式及附图，可进一步理解本发明的其它方面和特征，其中： 
图1表示本发明设备示例，用于制造卷成带材卷的最小厚度为1mm的钢带材，或者最大厚度为100mm的板材； 
图2表示表示根据本发明的具有优选尺寸特征的连续铸造模具； 
图3表示从模具至最后轧制机架为止的厚度减缩量。 
具体实施方式
应注意的是，本说明用于制造碳钢或不锈钢钢板及/或薄和超薄带材，但本发明也适用于铝、铜或钛的带材或板材的生产。 
众所周知，从钢水包向浇口盘倒入钢水(熔化钢)，然后进入连续铸造模，出口处毛坯的厚度相对模具入口处的厚度已经缩小，处于30至300mm之间，其长度为600至4000mm之间。在液芯条件下在同一铸造步骤中采用二次冷却厚度持续减小，由此也在直接与连铸相连的轧制机架中直到结束为止，从而在工艺起始阶段最大限度利用液态钢的可用能量，直至达到所希望的厚度为止，其厚度对带材而言为0.14-20mm，而对板材则为10-100mm。 
已发现对于本发明的目的来说，所限定的材料流量或“质量流”的值较大，从而保证轧制工艺所需的温度及速度，使终端产品具有所需的厚度及表面与内部质量，而且从模具开始增加厚度减缩量。参见图3，厚度从模具本体开始减缩，其中，毛坯配有冠边的中心处在铸机中而首先减缩，从而使液芯厚度减小，并在最后的轧制机架处结束。应指出的是，在铸造过程的减缩步骤中，材料的输送速度是恒定的。 
参见图2，应注意的是，质量流与输料速度及毛坯的剖面SB成比例，尤其为实现根据本发明的上述目的，最佳比率在SM与SB之间确定，其中，SM是减去浸入式喷口所涉及的面积ST后对应于弯月区的水平截面的状态下的模具内液钢表面(或一般熔融体的表面)，而SB则是毛坯在连铸出口处的垂直截面。 
该比率SM/SB必须为≥1.1，从而保证液态钢(或熔化钢)的流量受到限制，并使模具内及弯月波的涡动降低至最小。 
另一方面，液态钢的流量如果较大，则需要加大毛坯的二次冷却的电能。现有技术的对策一般是增加冷却水流量。但冷却水流量如果过大，则难以排出水，易于停留在喷口前端，从而妨碍了优质终端产品所必需的冷却均匀性。如果水压处于15与40巴之间，而且喷口与毛坯之间的距离为＜150mm，则虽然“物质流量”较大，可以获得有效的毛坯冷却，并可获得优质终端产品所必需的温度(横向及纵向)均匀性。通过所述参数，来自喷口的水最好穿过蒸汽膜，从而在毛坯与冷却水之间形成隔绝(Leidenfrost效果)。 
按如上所述控制二次冷却，具有冷却毛坯表面同时使毛坯的中间部分保持最大温度的特殊效果。 
其目的在于，使毛坯在连续铸造出口处的表面平均温度达到＜1150℃，从而避免所谓的“凸起”影响，即，在铸造轧辊之间产生毛坯膨胀，从而使弯月区不规则，进而影响产品质量，并使铸机出口处毛坯中部的平均温度尽量高，且在任意场合下均为＞1300℃，从而在轧制时，以最小的分离力来获得最大的减缩。 
这对于工艺在低投资(小型机架)及同一产品厚度所需的低电耗的经济性是有利的。在这一方面，应注意，根据本发明，与传统技术不同，无需过大的电耗便可降低最终厚度，且KW值与铸机出口处的毛坯厚度(SpB)成比例。比如，对1600mm的毛坯而言，前五个机架的所需电耗为： 
1号机架：KW＜SpB X 20 
2号机架：KW＜SpB X 40 
3号机架：KW＜SpB X 70 
4号机架：KW＜SpB X 85 
5号机架：KW＜SpB X 100 
上述内容以例子形式反映在图3中，其以图表形式表示，对应于逐渐的厚度减缩量，以及用各机架的对应尺寸所示的前五个轧制机架的增加的电耗。 
通过采用弓型铸机，其高度低于立式铸机，固化毛坯内的铁素体压力对于相同截面及连 续铸造出口速度而言是较低的，从而可避免膨胀或将其降至最小。 
关于图1，是根据本发明的设备或布局的示例，从通过模具10的在连续铸造出口处的毛坯1开始。毛坯1的厚度为30至300mm之间，宽度为600至4000mm之间，通过用于加热机架上游的感应炉12及除鳞机16直接输送给轧制步骤11。连续铸造机出口与轧机11的第一机架之间的距离不大于50mm，从而限制毛坯的温度损失，这样导致额外的优点，设备更加紧凑，从而减小空间。从连续铸造至最终轧制机架为止的整个工艺的输料速度得到增加，且对应于所期望的终端产品所需的各厚度减缩量，而质量流保持恒定。在线轧机11包括一个或多个机架，用于达到所需的最终厚度；比如，图1所示的机架为七个(V1-V7)。轧辊的直径范围最好为300至800mm之间。在这一范围内，可结合终端产品厚度来获得足够的减缩，并可获得各轧辊的良好冷却效果，从而避免产生所谓的“烧裂纹”。 
根据本发明的设备，尤其是轧机11，但从连续铸造机10开始，配有一个用于控制在下游串级中的速度的系统，其中，配备了装置14用于切割缠绕在终卷轴上的带材卷，在终端冷却系统13之后。在后者的上游配备一台切割装置14’，代替另一台工作，用于可能的板材20拉坯，并考虑到板材厚度(达到100mm)通常高于带材，其处于更上游的位置，在数量低于图示的轧制机架后， 
还进一步提供了一种受控冷却系统，用于在拉坯机14’之前冷却板材。 
除了带材冷却系统13之外，在其上游还配有至少一个冷却系统，用于冷却毛坯1的表面，图中以二个相邻轧制机架之间的相对的箭头(如13)来表示，从而形成所谓的机架间冷却机13’，用于限制二次重新氧化现象。 
如上所述，从连续铸造至终端轧制机架为止的整个工艺的输料速度逐步增加，并对应于终端产品的特性尤其厚度及质量所需的厚度减缩量。为此，通过引入一种与传统轧机所采用的在上游方向的串级中调节策略相反的调节策略，提供了一种在从连续铸造开始的在下游方向的串级中的速度调节系统。 
如果将这种在上游方向的串级中的调节用于本发明设备，或者用于其它专利工艺及设备(尤其是EP0889762)，通过连续铸造，其直接与轧制步骤相接但又不连续，则不可避免地会造成铸造速度波动，对毛坯质量即材料表面均匀性及内部性能产生不利影响。 
因此，通过克服常规的技术偏见，采用了一种沿下游方向的串级中的调节概念，其中，铸造速度是预定的，并对下游机架的速度参数进行速度校正，还考虑了本发明相对其它技术的设备中的轧机的操作差异。事实上，根据现有技术，带材在各机架已关闭后进入其内，根据规定的流量所需要的厚度，在各轧辊之间设置夹持器，同时在串级中沿着上游方向进行调 节，从而校正夹持有材料的机架速度。反之，在根据本发明的工艺及设备中，毛坯进入轧辊呈开启状态的各机架内，轧辊在毛坯头通过后关闭，直至使夹持器达到对应于所需减缩量。 
图1表示感应炉12、除鳞机16及轧制机架入口及出口处各种工艺参数(厚度，减缩量％，温度及速度)变化的示例。为此，使用了符号IN及OUT对应于符号IH用于感应炉，而DES用于除鳞机，V1-V7对应于图1的各机架。对后者而言，只示出了四个出口参数，但轧机的第一个机架V1除外，其中还示出了入口值。尤其应注意的是，根据本发明，从例如初始厚度为70mm的毛坯开始，初始速度为6.5m/min，则如何用总长度为70m的设备获得约1mm的厚度。还应注意的是，对末端机架出口处的带材温度而言，应能确保轧制奥氏体相。 
最后，应该想到根据本发明的工艺及相关设备还可用于制造连续带材及板材，不仅是碳钢或不锈钢，还包括铝、铜或钛。 

Claims (10)

1.一种用于从厚度为30至300mm、宽度为600至4000mm的毛坯制造厚度为0.14mm至20mm的金属带材与厚度为10至100mm的金属板材的制造工艺，其中，毛坯通过连续铸造而获得，其出口处在单位时间内有质量流＞0.487m2/min的物料通过，其中，在连续铸造与轧制的单个制造步骤中，连续铸造采用弓形模具，并连续地直接衔接轧制步骤，其特征在于，首先减缩厚度，而且从其开始在模具内逐步增加，并在连续铸造与轧制的单个制造步骤中继续，然后进行二次冷却，从而在连续铸造出口获得一种截面呈倒置的温度梯度的毛坯，毛坯的平均表面温度为＜1150℃，而芯部的平均温度为＞1350℃，在铸造与轧制之间进行感应加热，在受控冷却下，对板材(20)进行切割与拉坯，代替轧制带材的带材绕制，在从连续铸造开始的下游方向的串级中，还提供一种速度调节系统，其中，轧制端的所述铸造的送料速度对应于所期望终端产品的厚度减缩量而逐步增加，铸造与轧制之间的距离是工艺所允许的最次考虑因素。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，在所述轧制步骤之中及/或之后，还提供至少一个受控冷却步骤。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，获得的所述质量流的毛坯厚度为＞30mm，速度为＞4m/min。
4.一种始于厚度为30至300mm、宽度为600至4000mm的毛坯(1)的、从由模具及后续的配有液芯缩减装置的弓形铸机组成的连续铸造开始的用于制造厚度为0.14mm至20mm的金属带材与厚度为10至100mm的金属板材的设备，其特征在于，所述模具在弯月处减去浸入式喷口所涉及的面积ST后的表面积SM与毛坯(1)在连铸出口处的截面积Sb之比为≥1.1，在连铸出口处设置一二次冷却系统，用于在连铸出口获得毛坯，毛坯剖面呈现倒置的温度梯度，而且毛坯截面的平均表面温度为＜1150℃，芯部的平均温度为＞1350℃，一轧机(11)以最大距离50m来直接连接于连铸系统，还包括感应加热器(12)，其位于连铸出口与轧机(11)之间，以及在后者的出口处的卷绕在最终冷却系统(13)后的终卷轴(15)上的带材卷的切割装置(14)或者用于也由所述最终冷却系统(13)冷却的板材(10)拉坯的切割装置(14’)。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述轧机(11)至少有一个机架，最多为二十个机架。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述轧机(11)具有至少五个机架，前五个机架所需的动力由下列函数来确定：铸造出口处的毛坯厚度(SpB)乘以某个数值，该数值对宽度1600mm而言，从第一机架到第五机架，分别为20、40、70、85和100，对更大的宽度，则根据实际宽度与1600mm之比按比例相应增大这些乘数。
7.根据权利要求4-6任一所述的设备，其特征在于，还包括一个基于加压水的表面冷却系统(13’)，该系统在至少二个相邻轧机之间，设有朝向毛坯(1)的相对的喷口。
8.根据权利要求4所述的设备，其中，铸造二次冷却中的水压处于10与40巴之间，而且冷却喷口相对毛坯(1)的距离为≤150mm。
9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，包括用于轧机(11)的轧辊，其直径为300至800mm之间。
10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述用于切割并拉坯板材(20)的装置(14’)在所述表面冷却系统(13’)的下游，而且处于所述最终冷却系统(13)的上游，在该最终冷却系统的下游设有所述的带材卷的切割装置(14)，用于在该带材卷卷绕结束后切割所轧制的带材。
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