连铸连轧工艺与技术(1)-莱钢

连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL连铸连轧工艺与技术主讲人：张晓明东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室莱钢2009-9-27连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL主要内容1连铸技术的发展概况2厚板坯连铸与轧制的衔接模式3自由程序轧制技术4厚板坯连铸连轧产品的质量控制5薄板坯连铸连轧技术的发展现状6薄板坯连铸连轧的关键技术问题7带钢直接连铸技术连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL金属连续浇铸思想的启蒙阶段第一阶段(1840～1930年)1840年美国人塞勒斯（Sellers）获得连续铸铅的专利；1856年英国人贝塞麦(HenryBessemer)提出了采用双辊连铸机浇铸出了金属锡箔、铅板和玻璃板，并获专利；1887年德国人戴伦（R.M.Daelen）提出了与现代连铸机相似的连铸设备的建议，在其开发的设备中已包括了上下敞开的结晶器、液态金属注入、二次冷却段、引锭杆和铸坯切割装置等。1连铸技术的发展概况连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL第二阶段(1940～1949年)1943年德国人永汉斯（S.Junghans）建成了第一台试验连铸机，提出了振动水冷结晶器、浸入式水口、结晶器保护剂等技术，取得工业规模的成功，奠定了现代连铸机结构的基础，结晶器振动成为连铸机的标准操作。图1-2S.Junghans专利原理1—中间包；2—保护剂加入装置；3—进水口；4—结晶器；5—铸坯；6—拉辊；7—出水口；8—压缩机；9—钢包；10—振动机构连铸特征技术的开发阶段连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL第三阶段(1950～1976年)传统连铸技术成熟阶段应用于工业生产5000多项专利代表性的技术弧形连铸机钢包回转台浸入式水口浇注结晶器保护渣电磁搅拌渐进弯曲矫直结晶器在线调宽中包塞棒控制连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL主要特点：①连铸比不断上升；②连铸生产效率不断提高（表现为铸机作业率、浇铸速率、拉坯速度、连浇炉数等主要指标的不断提高）；③浇铸品种逐渐扩大；④生产成本大大降低。第四阶段(20世纪80～90年代)传统连铸技术的优化发展阶段连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL传统钢铁生产流程20世纪90年代以来近终形连铸高效连铸电磁连铸紧凑化连续化高度自动化连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL通常是指以高拉速为核心，以高质量、无缺陷铸坯生产为基础，实现高连浇率、高作业率的连铸技术。高效连铸概念日本：•最高板坯铸速：3.2m/min;•月产量：20~45万吨;•连浇炉数：超过100炉；•作业率达92％。连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RALNNSC（NextNetShapeCasting）接近成品形状的浇注技术，其实质是在保证质量的前提下，尽量减小铸坯断面尺寸以减少甚至取代压力加工。近终形连铸钢铁生产的短流程工艺技术电炉炼钢直接还原(DRI)熔融还原(如Corex）近终形连铸概念连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL•薄板坯连铸－TSCC（ThinSlabContinuousCasting）•带钢直接连铸－DSC（DirectStripCasting）•喷雾成形技术－Ospray•异型坯连铸近终形连铸技术包含的主要内容2020年：传统连铸40％，薄板坯连铸50％，薄带连铸10％（日本估计）连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL电磁连铸技术电磁技术应用电磁力学特性电磁热特性电磁物理特性液面检测电磁下渣检测中间包感应加热注流约束电磁软接触电磁搅拌电磁制动已被用于工业生产连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL结晶器电磁制动工艺效果图结晶器电磁制动工艺效果图连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL连铸与轧钢的衔接模式2厚板坯连铸与轧制的衔接模式连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL类型1－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。类型2－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，简称为γHCR（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。连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL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）类型5即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。连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL类型1和2都属于铸坯热轧前基本无相变的工艺，其所面临的技术难点和问题也大体相似，只是DHCR有加热炉缓冲，对连铸坯温度和生产连续性的要求有所放宽，但它们都要求从炼钢、连铸到轧钢实现有节奏的均衡连续化生产。故我国常统称类型1和2两类工艺为连铸连轧工艺。类型2、3、4需入正式加热炉加热，故亦可统称为连铸坯热装热送轧制工艺。连铸－连轧工艺，简称CC-CR（ContinuousCasting-ContinuousRolling）连铸坯热装热送轧制工艺连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL1)连铸坯及轧材质量的保证技术；2)连铸坯及轧材温度的保证技术；3)板坯宽度的调节技术和自由程序轧制技术；4)炼钢－连铸－轧钢一体化生产管理技术；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CC-DR和DHCR工艺的主要技术关键连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL图1-5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连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL3自由程序轧制技术(1)一个换辊周期内轧制带钢的长度(总轧制长度、同宽轧制长度)；(2)为保证板形和板凸度良好所必须的辊型曲线；(3)为避免带钢产生局部高点采用的“棺”型轧制规程；(4)为确保板厚的高精度和精轧机组稳定穿带，避免带钢的厚度和硬度较大的跳跃。自由程序轧制(SFR－ScheduleFreeRolling)技术由新日铁八幡厂于1982年开发并应用于生产。常规轧制生产的限制条件连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL自由程序轧制技术可以摆脱常规轧制生产的限制条件，进行不同钢种、厚度、宽度的混合轧制，消除了连铸工序对钢种和板坯宽度方面的限制。它是由很多相关的单项技术构成的综合技术，主要包括轧辊磨损的均匀化减轻化技术(如工作辊横移、新材质轧辊、润滑轧制、在线磨辊等技术)；高精度轧制技术(高精度设定模型、高精度宽度控制、蛇行控制、板凸度和板形同时控制等技术)；综合计算机应用技术；生产工序管理技术等。自由程序轧制技术连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL自由程序轧制与常规轧制时热带轧机操作情况比较连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL50不同钢种混合轧制数1130连铸坯宽度数量1种8种工作辊辊型曲线9023同宽轧制长度/km0.25～4倍0.5～2倍板厚变化自由0由窄变宽自由程序轧制常规轧制项目国外某厂采用自由程序轧制与常规轧制情况的比较连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL工作辊横移技术„HC轧机是1972年由日本日立公司研制的6辊轧机，通过中间辊的横移来控制板形和板凸度。„HC轧机优点：¾消除有害弯矩¾充分发挥液压弯辊的控制效果，具有较高的板凸度控制能力¾可实现自由程序轧制„若单纯在末架或最后两架用HC轧机进行板凸度控制时，往往板形会恶化，板凸度控制范围较窄，比全部使用四辊轧机提高不大。此外，HC轧机具有结构复杂，造价高，操作、改造、维修难等缺点。连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL„鉴于6辊HC轧机的上述缺点，日立制作所八十年代初开发了工作辊横移轧机(HCW-轧机)，并于1982年在新日铁八幡钢铁厂精轧机上首次实际应用，且取得了良好的效果，基本上实现了宽度的自由程序轧制。„与传统的四辊轧机相比，HCW在辊型和轧机型式本身并没有多大的变化，因此还存在许多不足，还很难实现不受厚度和钢种限制的轧制程序。此外，对于7机架轧机来说，只有F4～F7均安装HCW轧机才能获得比较好的控制效果，因此，对已有轧机的改造来说，改造规模大，投资大，停产时间长，这是它的不足。连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL„通过工作辊沿轴向往返移动，可以分散轧辊局部的过量磨损，使热凸度均匀分布。„工作辊横移策略：定步长周期横移和变步长周期横移两种。定步长周期横移：每轧一卷(或几卷)上下轧辊沿轴向向相反方向移动一小距离，移动到极限位置后，再向各自的相反方向按照相同的步长移动，这种移动方式算法简单，容易实现。变步长移动：根据磨损量的分布情况来确定每一步的横移距离，初始阶段采用较小的移动距离，当接近极限位置时，采用较大的横移距离，这样可使磨损分布更为均匀。连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL描述横移的参量：横移幅度S；所轧的卷数n；横移增量△S。不采用横移时：轧辊局部磨损量随轧制卷数的增加呈线性增大，轧制10卷后轧辊的磨损量就达到了假设允许极限10μｍ。采用A策略：轧制50卷后才能达到允许轧辊磨损极限。采用B策略：在达到允许的磨损极限前，可轧制140卷带钢。不同横移策略时轧辊的局部磨损情况横移策略A是：△S＝20ｍｍ，n＝1；横移策略B是：△S＝10mm，n＝2。横移幅度S＝100ｍｍ，轧制带钢宽W＝1000ｍｍ，轧制带钢的卷数为140卷。连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL„传统四辊轧机不足：凸度控制能力不足；工作辊呈阶梯状磨损；不能实现从窄向宽的带材轧制；同宽轧制时，与带材边部接触的轧辊出现局部磨损，造成带材边部增厚，给下道工序的轧制带来困难，轧制数量也会受到限制。„HCW轧机的轧辊移动按其目的与效果不同可分为周期移动法、板带凸度控制法和单侧锥形辊位置控制法三种。A周期移动法(CS法)连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL传统方法：F4机架工作辊磨损出现异常断面形状。CS法：F5机架工作辊被磨损成平滑的锥状，使局部的异常磨损均匀分布，大大降低同宽轧制长度条件限制，并可实现由窄至宽的轧制。传统方法和工作辊周期横移法轧辊磨损情况的比较连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RAL传统方法和工作辊横移法轧辊热凸度的比较传统轧制中，由于轧辊受热部位与板宽相同，热凸度较大，可达285μm；采用CS法后，轧辊的受热区域扩大为板宽加横移量，热凸度曲线变得平滑，使带宽范围内的热凸度降低到传统轧机的一半左右。连铸连轧工艺与技术连铸连轧工艺与技术RA