11.连铸工艺与设备-连铸连轧的匹配

1/68连铸工艺与设备11.连铸连轧的匹配课程编号：01014901课程类型：选修课学时：32学分：2开课对象：材料成型及控制工程专业本科生先修课程：认识实习、机械设计、金属学、生产实习2011.5.31钢铁生产工艺流程发展方向：连续化、紧凑化、自动化。实现钢铁生产连续化的关键之一是实现钢水铸造凝固和变形过程的连续化，亦即实现连铸-连轧过程的连续化。连铸与轧制的连续衔接匹配问题包括产量的匹配、铸坯规格的匹配、生产节奏的匹配、温度与热能的衔接与控制以及钢坯表面质量与组织性能的传递与调控等多方面的技术，其中产量、规格和节奏匹配是基本条件，质量控制是基础，而温度与热能的衔接调控则是技术关键。11.1连铸与轧制的衔接工艺3/6811.1连铸与轧制的衔接工艺4/68连铸坯的断面形状和规格受炼钢炉容量及轧材品种规格和质量要求等因素的制约。铸机的生产能力应与炼钢及轧钢的能力相匹配，铸坯的断面和规格应与轧机所需原料及产品规格相匹配(见表2-1及表2-2)，并保证一定的压缩比(见表2-3)。为实现连铸与轧制过程的连续化生产，应使连铸机生产能力略大于炼钢能力，而轧钢能力又要略大于连铸能力(例如约大10%)，才能保证产量的匹配关系。11.1钢坯断面规格及产量匹配衔接5/68表2-1铸坯的断面和轧机的配合6/68表2-1铸坯的断面和轧机的配合7/68表2-2铸坯的断面和产品规格的配合8/68轧制压缩比：是指铸坯横截面积与所轧钢材横断面积之比，压缩比是为了保证最终产品的组织结构和机械性能所需要的最小变形量，是保证内在质量所需的一个经验数据。高的压缩比可以使变形深透更完全，再结晶晶粒细化，性能较好。对一般普碳钢连铸坯，如生产只要求强度性能达标的钢材产品，压缩比为4～5时就可满足要求。而对于优质钢、合金钢连铸坯，最小压缩比值不得低于10。9/68炼钢技术的进步提高了钢的纯净度，近终形连铸对凝固过程和凝固组织的优化控制，使得保证钢材性能所需的最小压缩比发生了变化。除杂质总量外，杂质的种类、粒度和分布也影响压缩比的选择。当钢中S、P、N、H、O等杂质总量继续下降时，加上连铸质量的提高，达到钢材基本性能要求的最小压缩比会继续下降。炼钢-连铸-轧钢三者技术进步的相互影响，将最终实现铸-轧一体化，即实现所谓的“极限近终形连铸”加“最小压缩比轧制”的低能耗、低成本的铸-轧一体化。这不仅对板材生产，而且也是棒、线、型材生产发展的要求。10/68铁碳平衡图11/6811.2连铸与连轧衔接工艺类型连铸与轧钢的衔接模式12/68类型1’—CR(Cast-Rolling)类型1—CC-DR类型2—γ-HCR或DHCR类型3—(α＋γ)HCR类型4—CC-αHCR类型5—CC-CCR冷装炉轧制钢材生产工艺趋向：连续化，铸轧一体化。连铸连轧的定义：1及2能实现均衡连续化生产，无相变工艺。11.2连铸与连轧衔接工艺类型13/68类型1为连铸坯直接轧制工艺，简称CC-DR(ContinuousCasting-DirectRolling)或称HDR(HotDirectRolling)特点：铸坯温度在1100℃以上，铸坯不需进加热炉加热，只需在输送过程中进行补热和均热，即直接送入轧机进行轧制。在连铸机与轧机间只有在线补偿加热而无正式加热炉缓冲工序。11.2连铸与连轧衔接工艺类型14/68类型2为连铸坯直接热装轧制工艺，简称DHCR(DirectHotChargeRolling)或称为高温热装炉轧制工艺，简称γ-HCR(γ-HotChargeRolling)特点：装炉温度在700～1000℃左右，即在A3线以上奥氏体状态直接装炉，加热到轧制温度后进行轧制。只有加热炉缓冲工序且能保持连续高温装炉生产节奏的称为直接(高温)热装轧制工艺。15/68特点：装炉温度一般在400～700℃之间。而低温热装工艺，则常在加热炉之前还有保温坑或保温箱等，即采用双重缓冲工序，以解决铸、轧节奏匹配与计划管理问题。类型3、4为铸坯冷至A3甚至A1线以下温度装炉，称为低温热装轧制工艺，简称HCR(HotChargeRolling)16/68类型5为传统的连铸坯冷装炉轧制工艺，简称CCR(ColdChargeRolling)特点：连铸坯冷至常温后，再装炉加热后轧制，一般连铸坯装炉的温度在400℃以下。17/68CC-DR和HCR工艺的主要优点：1.节约能源消耗节能量与热装或补偿加热入炉温度有关，入炉温度越高，则节能越多；直接轧制比常规冷装炉轧制工艺节能80%～85%。2.提高成材率，节约金属消耗加热时间缩短，烧损减少，DHCR或CC-DR工艺，可使成材率提高0.5%～1.5%。3.简化生产工艺流程减少厂房面积和运输设备，节约基建投资和生产费用。11.2连铸与连轧衔接工艺类型18/684.生产周期缩短从投料炼钢到轧制出成品仅需几个小时；直接轧制时从钢水浇注到轧出成品只需十几分钟。5.产品的质量提高加热时间短，氧化铁皮少，钢材表面质量好；无加热炉滑道痕迹，使产品厚度精度也得到提高；有利于微合金化及控轧控冷技术的发挥，使钢材组织性能有更大的提高。11.2连铸与连轧衔接工艺类型19/6811.3连铸坯热装及直接轧制技术发展概况连铸连轧技术的起源传统轧钢工序能源消耗情况加热炉－57.5%电能－38.6%其他－3.9%。节能的潜力20世纪50年代初期，开始实验研究工作，先后建立了一些连铸连轧试验性机组进行探讨。20/68在线同步轧制带液芯轧制热装炉轧制直接轧制20世纪70年代中期以前，工业性试验研究和初步应用阶段。所采用的主要实验研究方案主要方式20世纪60年代后期，出现了工业生产规模的连铸连轧试验机组。11.3连铸坯热装及直接轧制技术发展概况21/68连铸－在线同步轧制连铸与轧制在同一作业线上，铸坯出连铸机后，不经切断即直接进行与铸速同步的轧制。含义先轧制后切断，铸与轧同步，铸坯一般要进行在线加热均温或绝热保温，每流连铸需配置专用轧机(行星轧机或摆锻机和连锻机)，轧机数目1～13架。特点11.3连铸坯热装及直接轧制技术发展概况22/68操作复杂，对工艺装备和自动控制要求高，增大了技术实现的难度；连铸速度太慢，一般只为轧制速度的10%左右，铸－轧速度不匹配，严重影响轧机能力的发挥，在经济上并不合算；轧制速度太低使轧辊热负荷加大，使辊面灼伤和龟裂，影响了轧辊的使用寿命，增加了换辊的次数。优点生产过程连续化程度高，可实现无头轧制，增大轧材卷重，提高成材率及大幅度节能等。缺点20世纪70年代中期后，在线同步轧制停止发展。11.3连铸坯热装及直接轧制技术发展概况23/68带液芯铸坯的直接轧制指铸坯未经切断的在线轧制，它除了具有上述在线同步轧制的主要优缺点外，还有其自己特点。含义优点可减少铸坯中心部位的偏析，消除内部缩裂、中心疏松及缩孔等缺陷；显著降低单位轧制力，有利于节能；铸坯潜热得到充分利用，通过液芯复热更容易保证连铸连轧过程中所需要的较高铸坯温度。11.3连铸坯热装及直接轧制技术发展概况24/6820世纪70年代末期以来，液芯轧制试验研究报道很少。1972年11月在日本钢管公司京滨厂首次实现CC-HCR工艺，到1979年日本已有11个钢厂实现了HCR工艺。11.3连铸坯热装及直接轧制技术发展概况25/6811.4CC-HCR工艺的优点在连铸机和轧机之间不存在同步要求，并且可利用加热炉进行中间缓冲，大大减少了两个工序之间互相牵连制约的程度，增大了灵活性，提高了作业率；可实现多流连铸共轧机，使轧机能力得到充分发挥；缩短生产周期，显著节能，可通过加热均温使铸坯塑性改善和变形均匀，有利于钢材质量提高。26/68CC-HCR工艺适合于以下情况：连铸机与轧机相距较远，无法直接快速传送；连铸机流数较多，管理较复杂，需要用加热炉作缓冲；轧制产品规格多，需经常换辊和交换及变换规程或轧制宽度大于1500mm宽带钢产品；钢种特性本身要求进行均热以提高铸坯塑性及物理机械性能。11.4CC-HCR工艺27/68小型材的CC-DR美国纽克公司达林顿厂和诺福克厂于20世纪70年代末，采用2流小方坯连铸机配置感应补偿加热炉和13架连轧机，实现了小型材的CC-DR工艺。宽带钢的CC-DR新日铁于1981年6月在世界上首次实现了宽带钢CC-DR工艺，同年底日本的室兰厂、新日铁大分厂、君津厂和八幡厂，日本钢管公司福山厂等都相继实现了连铸坯热装和直接轧制工艺。11.4CC-DR工艺28/6820世纪80年代中后期，最值得注意的重大新进展主要有远距离连铸-直接轧制工艺。1987年6月新日铁八幡厂实现了远距离CC-DR工艺，随后川崎制铁水岛厂也开发成功了远距离CC-DR工艺。在欧洲，发展比日本晚一些，80年代中期开始。①德国不莱梅钢厂装炉温度500℃，热装率30%；②德国蒂森钢铁公司的布鲁克豪森厂平均装炉温度为400℃。11.4CC-DR工艺29/68宝钢2050mm热带轧机于1995达到热装率为60%，平均热装温度为500～550℃。本钢1700mm热连轧厂铸坯平均装炉温度为500℃，热装率80%左右。我国CC-DR和HCR工艺的研究和应用情况20世纪80年代中期开始武钢1985年4月实现了HCR工艺，热装温度在400℃左右，热装率可达60%以上，平均热装温度达550℃以上。上钢五厂及济南钢铁总厂的远距离HCR工艺。在20世纪80年代末11.4CC-DR工艺30/681)连铸坯及轧材质量的保证技术(高温无缺陷铸坯生产技术)；2)连铸坯及轧材温度保证和输送技术；3)板坯宽度的调节技术和自由程序(灵活)轧制技术；4)炼钢-连铸-轧钢一体化生产计划管理技术；5)保证工艺与设备的稳定性和可靠性的技术等多项综合技术。实现连铸-连轧，即CC-DR和DHCR工艺的主要技术关键：11.4CC-DR工艺31/68下图为连铸一连轧工艺与主要技术示意图，由图可见，要实现连铸与轧制有节奏地稳定均衡连续化生产，这5个方面的技术都必须充分发挥作用。因此也可以广义地说，这些技术都是连铸与轧制连续生产的衔接技术。但其中在连铸与轧制两工序之间最明显、最直观的衔接技术还是铸坯温度保证与输送技术。11.4CC-DR工艺32/68连铸－直接轧制(CC-DR)工艺与采用的关键技术A保证温度的技术1－钢包输送；2－恒高速浇注；3－板坯测量；4－雾化二次冷却；5－液芯前端位置控制；6－铸机内及辊道周围绝热；7－短运送线及转盘；8－边部温度补偿器(ETC)；9－边部质量补偿器(EQC)；10－中间坯增厚；11－高速穿带B.保证质量的技术1－转炉出渣孔堵塞；2－成分控制；3－真空处理RH；4－钢包－中间包－结晶器保护；5－加大中间包；6－结晶器液面控制；7－适当的渣粉；8－缩短辊子间距；9－四点矫直；10－压缩铸造；11－利用计算机系统判断质量；12－毛刺清理装置C保证计划安排的技术1－高速改变结晶器宽度；2－VSB宽度大压下；3－生产制度的计算机控制系统；4－减少分级数D保证机组可靠性的技术1－辊子在线调整检查；2－辊子冷却；3－加强铸机及辊子强度33/68连铸坯热送热装和直接轧制工艺的主要优点是：(1)利用连铸坯冶金热能，节约能源消耗。节能效果显著，直接轧制可比常规冷装炉加热轧制工艺节能80%～85%；(2)提高成材率，节约金属消耗。由于加热时间缩短使铸坯烧损减少，例如高温直接热装(DHCR)或直接轧制，可使成材率提高0.5%～1.5%；(3)简化生产工艺流程，减少厂房面积和运输各项设备，节约基建投资和生产费用。11.5连铸与轧制衔接模式与工艺34/68(4)大大缩短生产周期，从投料炼钢到轧出成品仅需几个小时；直接轧制时从钢水浇铸到轧出成品只需十几分钟，增强生产调度及流动资金周转的灵活性；(5)提高产品的质量。大量生产实践表明，由于加热时间短，氧化铁皮少，CC-DHCR工艺生产的钢材表面质量要比常规工艺的产品好得多。CC-DR工艺由于铸坯无加热炉滑道冷却痕迹，使产品厚度精度也得到提高。同时能