保温罩与补温炉在镍及镍合金板带材热轧工艺设计中的应用

中国冶金装备网—中国冶金人的网保温罩与补温炉在镍及镍合金板带材热轧工艺设计中的应用摘要：介绍了保温罩与补温炉在镍及镍合金板带材热轧工艺设计中的应用。提出了主要的工艺要求及设备性能要求。关键词：保温罩；补温炉；镍；镍合金；板带；热轧ApplicationofInsulationMantelandHeatingFurnaceintheNickelandNickelAlloyStripHot-RollingProcessingDesignWangDemi，ZhangHui，LiuYan，YuLing，ZhouWei(BERISEngineeringandResearchCo.ltd,baotou014010)Abstract:theapplicationofinsulationcoverandheatingfurnaceinthenickelandnickelalloystriphotrollingprocessingdesign.Putsforwardthemainprocessrequirementsandequipmentperformancerequirements.isputforwardso.Keywords:insulationMantle,heatingfurnace,nickel,nickelalloy,strip,hot-rolling中冶东方工程技术有限公司在国内某“5000t/a镍及镍合金板带材”工程设计当中，针对产品大纲要求以及镍及镍合金材料的热加工特点，设计开发了镍及镍合金板带材热轧工艺的“补温炉/保温罩”方案。1.产品大纲及特点热轧产品大纲：设计规模：5000t/a，预留1万t/a产能。合金品种：纯镍、软磁合金、膨胀合金、电阻电热合金、耐蚀合金、耐热合金等。原料：锻坯。最大坯重750kg。原料规格：厚(70～120/150mm)×宽（200～610mm）×长（1300～1800mm）。热轧板材规格：厚（4～20mm）×宽（200～640mm）×长（1000～3000mm）。热轧卷材规格：厚（4～8mm）×宽（200～610mm）。生产线特点：年产量5000t/a，是国内其他同类企业能力的2-3倍，同时预留发展到10000t/a能力；品种全，规格范围大，以精密带为主同时还包括生产难度较大的高温合金，产品最大幅宽达610mm，其他厂家主要以精密带为主；最大坯重达750kg,是国内其他厂家的3-4倍，大坯重的直接优点是成材率提高，同时产品质量稳定段大幅度提高。作为难变形有色金属的代表镍及镍基合金板带材加工一直是金属压延加工领域的一大难题，为适应大坯重、多品种的轧制温度要求，热轧生产线采用专门的补温升温设施，即利用保温罩和补温炉对高温合金等进行在线保温、补温。2.工艺过程描述补温炉位于高压水除鳞箱后、立辊轧机前，主要功能为了完成轧制过程中由于温降，导致不能继续轧制，需要将轧制的中间坯料送到补温炉进行加热补温，在温度达到要求后再继续进行轧制，直到轧制成品。轧制补温炉在一般情况下位于轧线之外，当需要进行补温时通过横移机构，将在线的机前辊道进行替换，补温炉移入轧线内，坯料进入补温炉，补温炉离线（也可在线）对板坯进行补温，当温度达到要求后，补温炉再次移入轧线，补温炉在线直至本块钢轧制完成。补温炉移出轧线，下一块板坯进行正常轧制，当需要补温时，重复上述过程。补温炉离线补温时，可穿插轧制其它不需要补温的规格产品。保温罩安装在四辊轧机的机后延伸辊道和立辊轧机的机前延伸辊道上，采用电加热形式，主要解决轧制时后几个道次轧件变薄所致的辐射温降较重的问题，通过加设带电加热的保温罩，一方面降低辐射温降，同时对温度进行补偿，保证轧制温度在工艺要求范围内。保温罩可分组开启，当出现故障时，可以完全打开满足吊车起吊等操作，开启由液压控制。图1、图2分别为补温炉和保温罩平、立面布置示意图。图1：补温炉和保温罩平面布置示意图图2：补温炉和保温罩立面布置示意图3.保温罩的应用3.1工艺要求热轧板带材具有表面积与体积比值大的特点，其散热方式主要是辐射散热，中间坯在辊道上输送过程中，辐射散热约占90%，对流散热约占9%，与辊道接触的传导散热不到1%。采用保温罩，可以使中间坯大大减少辐射温降，我国武钢2250mm、宝钢2050mm、1580mm和鞍钢1780mm热轧机机组均采用了这种装置。由于镍合金变形温度高且范围窄，特别是采用大坯重锻坯（本项目最大坯重750kg）作为热轧原料时，在精轧阶段具有轧件长度更长、厚度更薄，从而轧制时间更长、轧件温降和头尾温差更大的特点，有些合金虽然经过中间道次加热补温，但由于温降过快、头尾温差过大，若不采用保温罩仍不能顺利轧制。所以，为保持轧件温度，在四辊轧机入口和出口侧辊道上方设置了保温罩，以减小轧制时板带辐射温降，减小头尾温差，使整个轧件温度得到均匀化，保证轧制顺利进行。同时，对于确保产品通板差、保证头尾轧制质量也非常有好处。某合金在未使用保温罩情况（不减少辐射温降，辐射温降系数取1）与使用保温罩情况（认为减少辐射温降约2/3，辐射温降系数取0.33），轧件温度计算结果比较见表1。通过对各合金轧制温降计算比较分析得出：在使用保温罩情况下，对于5mm以上精密带材可以一火轧成，不用中间补温加热。保温罩的形式有两种，一种是带加热保温罩，一种是无加热保温罩，前者保温效果是后者的两倍，根据计算结果，无加热保温罩难以保证终轧温度，为更好的保证轧制温度，建议采用带加热保温罩。3.2设备性能要求(1)保温罩入口要带有防翘头导卫。(2)为避免保温罩受水汽影响，应将保温罩下方辊道设计为内水冷。(3)保温罩内部设置热源反射、轻质高保温材料，真正发挥保温效果。(4)保温罩开启由液压控制，保证开启角度70°以上，便于处理故障。道次厚度压下率轧件长度未使用保温罩使用保温罩进口/mm出口/mm%m辐射温降系数头部温度/℃尾部温度/℃辐射温降系数头部温度/℃尾部温度/℃180.4364.3520.002.2511120.001118.1711120.001118.17264.3551.4820.002.8111112.911112.4711112.911112.47351.4840.1522.003.6111105.361099.490.331105.361102.92440.1530.5224.004.7411092.021089.310.331095.411094.85530.5223.8022.006.0811081.441070.130.331086.841082.41623.8018.5722.007.8011060.451051.700.331072.421069.52718.5714.4822.0010.0011038.881019.770.331056.071048.81814.4811.3022.0012.8211003.56989.460.331031.421028.52911.309.0420.0016.021971.99944.270.331009.101000.45109.047.2320.0020.031928.95924.070.33983.51980.97117.236.0017.0024.131902.21838.320.33955.14934.60表1：使用/不使用保温罩温度计算比较4.补温炉的应用4.1工艺要求中间坯加热在钢铁生产中已有实例，如：ISP热轧工艺粗、精轧之间采用感应加热炉；常规热连轧中精轧前带钢边部加热器等。由于本项目采用大坯重锻坯，最大750kg；产品范围广，包括高温合金等难轧产品，对轧制温度条件要求较高。对于某些薄规格产品在使用保温罩情况下，仍不能一火轧成，因此设置了在线辊底式补温炉。某高温合金轧制补温道次计算见表2。通过对各品种规格计算比较分析得出：对于加工温度要求严格的高温合金（最佳温度范围1020-1120℃）和4mm以下的精密带材，需进行中间补温加热，以满足轧制温度要求。道次厚度/mm轧件长度不补温补温备注进口出口m保温措施头部温度/℃尾部温度/℃保温措施头部温度/℃尾部温度/℃1119.9191.731.57自然1120.001119.05自然1120.001119.05（1）不补温情况下：第11-13道次不能进行轧制。（2）根据根据轧制温度要求：需在第291.7366.962.15自然1118.141115.30自然1118.141115.30366.9648.882.94自然1114.091110.97自然1114.091110.97448.8835.694.03自然1108.241108.51自然1108.241108.51535.6926.765.38保温罩1104.091100.05保温罩1104.091100.05626.7620.347.07保温罩1093.091091.05保温罩1093.091091.05720.3415.879.07保温罩1079.661073.15保温罩1079.661073.1511道次前，和第13道次前安排补温。815.8712.5311.48保温罩1056.651056.34保温罩1056.651056.34912.5310.0314.35保温罩1037.411029.43保温罩1037.411029.431010.038.1217.72保温罩1007.921005.38保温罩1007.921005.38118.126.2523.01保温罩980.38967.71罩+炉1110.001110.00126.255.1328.06保温罩937.91931.00罩+炉1066.991039.91135.134.0035.97保温罩897.27882.95罩+炉1110.001110.00表2：补温道次温度计算补温加热采用电加热辊底式炉，能保证中间坯的加热均匀性和加热效率，在较短的时间内将中间坯加热到轧制温度。同时在线补温实现了长板带连续在线轧制，克服了以往中间坯分段下线补温的缺点，提高了生产率，保证了产品质量和成材率。4.2设备性能要求(1)补温炉入口要带有防翘头导卫。(2)炉辊间距设计合理，避免中间坯的头部在传送过程中插入炉辊下部，避免带坯塌腰。(3)炉辊应具有正反转和调速功能，以满足不同中间坯在炉内摆动要求，避免带坯的变形及头部下挠。(4)在加热炉分段控温方面，需要考虑存在头尾的温度较低，带钢全长存在温度差，在加热功率分配方面要合理分配。5.结论（1）该方案借鉴钢铁生产中保温、补温的成熟经验，用于镍及镍合金板带材生产，能够适应大坯重、多品种的轧制温度要求。（2）保温罩可使轧制过程中的辐射温降损失减小约2/3；从而对于5mm以上的精密带全部可以一火轧成，不用中间加热。（3）采用辊底式补温炉，对加工温度要求严格的高温合金（最佳温度范围1020-1120℃）和4mm以下的精密带材，进行中间补温加热，以满足轧制温度要求。文章来源：中国冶金装备网