从温度与热能利用着眼,钢材生产中连铸与轧制两个工序的衔接模式一般有如图2-5所示的五种类型。方式1为连续铸轧工艺,铸坯在铸造的同时进行轧制。方式1称为连铸坯直接轧制工艺(CC-DR),高温铸坯不需进加热炉加热,只略经补偿加热即可直接轧制。方式2称为连铸坯直接热装轧制工艺(CC-DHCR或HDR),也可称为高温热装炉轧制工艺,铸坯温度仍保持在A3线以上奥氏体状态装入加热炉,加热到轧制温度后进行轧制。方式3、4为铸坯冷至A3甚至A1线以下温度装炉,也可称为低温热装工艺(CC-HCR)。方式2、3、4皆须入正式加热炉加热,故亦可统称为连铸坯热装(送)轧制工艺。方式5即为常规冷装炉轧制工艺。可以这样说,在连铸机和轧机之间无正式加热炉缓冲工序的称为直接轧制工艺;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;而低温热装工艺,则常在加热炉之前还有缓冷坑或保温炉缓冲,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。从金属学角度考虑,方式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: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。故我国常统称方式1和2两类工艺为连铸一连轧工艺(CC-CR)。 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。其节能量与热装或补偿加热入炉温度有关。例如,铸坯在500℃热装时,可节能0.25×106kJ/t,600℃热装时可节能0.514×106kJ/t,即人炉温度越高,则节能越多。而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。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。同时能利用连铸连轧工艺保持铸坯在碳氮化物等完全固溶状态下开轧,将会更有利于微合金化及控制轧制控制冷却技术作用的发挥,使钢材组织性能有更大的提高。 实现连铸一连轧即CC—DR和CC—DHCR工艺的主要技术关键包括:1)高温无缺陷铸坯生产技术;2)铸坯温度保证与输送技术;3)自由程序(灵活)轧制技术;4)生产计划管理技术;5)保证工艺与设备可靠性的技术等多项综合技术。图2-6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。
2.2.3铸坯温度保证技术
提高铸坯温度主要靠充分利用其内部冶金热能,其次靠外部加热。后者虽属常用手段,但因时间短,其效果不太大,故一般只用做铸坯边角部补偿加热的措施。
为确保CC—DR工艺要求,其板坯所采用的一系列温度保证技术如图2-7所示。由图可知,保证板坯温度的技术主要是在连铸机上争取铸坯有更高更均匀的温度(保留更多的冶金热源和凝固潜热)、在输送途中绝热保温及补偿加热等,即(1)争取铸坯保持更高更均匀的温度,用液心凝固潜热加热表面的技术,或称为未凝固再加热技术。以前多考虑钢坯的连铸的过程,为了可靠地进行高效率生产,自然要充分冷却铸坯以防止拉漏;现在则又要考虑在连铸之后直接进行轧制,因此为了保证足够的轧制温度,就不能冷却过度。温度控制中这两个矛盾的方面给连铸连轧增加了操作和技术上的难度。在保证充分冷却以使钢坯不致拉漏的前提下,应合理控制钢流速度和冷却制度,以尽量保证足够的轧制温度。
在连铸机上尽量利用来自铸坯内部的热能主要靠改变钢流速度和冷却制度来加以控制。由于改变钢流速度要受到炼钢能力配合和顺利拉引的限制,故变化冷却制度(冷却方法、流量及分布等)便成为控制钢坯温度的主要手段。日本的一些钢厂在二冷段上部采取强冷以防鼓肚和拉漏,在中部和下部利用缓冷或喷雾冷却对凝固长度进行调整,在水平部分利用液心部分对凝固的外壳进行复热,并利用连铸机内部的绝热进行保温。这就是“上部强冷,下部缓冷,利用水平部液心进行凝固潜热复热”的冷却制度。通过采用这种制度及保温措施,可使板坯出连铸机时的温度比一般连铸大约高180℃,如图9-8所示。 为了使铸坯在其凝固终点处具有较高的表面温度,必须将铸坯完全凝固的时刻控制在连铸机冶金长度的末端,否则铸坯从完全凝固处到铸机末端区这一区间还要降温。为了将铸坯的完全凝固终
点控制在铸机的末端,可采用电磁超声波检测的方法(EMUST)。采用此种检测方法可以±0.5m的精度将铸坯的完全凝固终点控制在铸机的末端处。 液心尾端在板坯宽度中心处通常呈凸形,但为保证板坯边部的高温,该液心尾端两侧应呈凸起形。因此,专家对二次冷却方案进行了专门的研究。该方案的要点是,不对板坯的边部喷水,以使其保持较高的温度。用EMUST技术测定的液心尾部形状如图2-9所示。在不采用直接轧制工艺的常规连铸中,板坯的边角部温度远比中心部为低,如图2-10所示,在距离液
面50m处边部要比中部低约3000C。为了保证铸坯边角部温度较高且均匀,在二冷段对宽度方向的冷却也进行了控制。即在容易冷却的边部减少冷却水量,在中部适当加大水量,用不均匀的人工冷却来抵偿不均匀的自然冷却。同时还使板坯中部冷却区段的宽度与其总宽度之比保持一定。这样,由于板坯宽度变化引起的边部温度差也就可以消除。但边角部的温度只靠液心复热尚不能满足要求。还必须在铸机下部乃至切断机前后,另外采用板坯边角部温度补偿器和绝热罩才能得到所要求的边角部温度。从而使板坯各处温度达到均匀,以满足直接轧制的要求。(2)连铸钢坯的输送保温技术。在连铸生产过程中,为了减少铸坯边角部的散热,在二次冷却区的后面对铸坯的两侧采取了保温措施,即用保温罩将铸坯的两侧罩起来。经采用保温措施后,铸坯两侧表面的温度达到10000C以上。为防止连铸坯在连铸机外部的运送过程中的散热降温,使用了如图2-11所示的固定保温罩和绝热辊道,所谓绝热辊道是指用绝热材料包覆了50%表面的辊道,它可以防止因辊道传热而引起的铸坯散热。
近年来,为了满足直接轧制的温度要求,研制了可以迅速将定尺高温板坯从连铸机运往热带轧机的板坯运输保温车。表2-4为连铸板坯从连铸机到带钢厂运输距离超过1000m时的辊道和运输车方案进行的比较。由于运输车可使板坯边部在高温绝热箱内得到均热,因此,对于远距离连铸一连轧工艺,
运输车优于辊道。日本新日铁八幡厂已完成了高温板坯运输车的研制,早已投入工业化生产。(3)板坯边部补偿加热技术,可采用如下几种技术:1)连铸机内绝热技术已被广泛采用,以提高板坯边部温度,这种绝热技术与烧嘴加热技术相结合,就可以防止板坯边部过分冷却。该项技术对必须严格控制氮
化铝(AlN)沉淀的钢种特别有效。另外,与常规连铸相比其板坯边部温度提高约200℃(见图2-12)。2)在火焰切割机附近采用板坯边部加热装置。如果在火焰切割前对铸态的板坯加热,则其边部可被来自板坯中间部分的热量有效加热,从而防止氮化铝在边部沉淀,而且其纵向横向温度的不均匀分布可得到缓解。另外,热轧前的边部加热效率也得到提高,而且包括火焰切割前后板坯边部加热所需能量在内的总能耗还可降低,因此可以缩短边部加热系统的长度。板坯边部可以采用电磁感应加热或煤气烧嘴加热,两种方法的比较见表2-5。电磁感应加热装置开、关快速灵便、加热快、效率高、操作维修方便、环境污染少、铁皮损失小,在CC-DR工艺中最适于用作板坯边部补偿加热器。这种感应补偿加热器由三个电磁感应线圈组成,它们分别安装在铸坯边部的上面、侧面和下面,当感应电流通过线圈时所产生的热量可高效率地加热铸坯的边角部。此法加热铸坯边角部非常灵便,可按照所需要的温度进行加热。使用这种电磁感应加热装置,可在铸坯的输送速度为4m/min的情况下,使铸坯的边角部平均升温110℃以上。
如表2-5所示,煤气烧嘴加热系统需要较小的设备,在远距DR工艺中,该系统也能适用于