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1、1连铸坯热送热装工艺热技术概述蒋扬虎肖坤伟王德仓肖世华丁翠娇(技术中心)摘要简要回顾了连铸坯热送热装工艺的历史,介绍了该项技术的应用现状及可取得的技术经济效果,并重点从“通用高温坯生产技术”和“温度均匀性保证技术”两个方面介绍了连铸坯热送热装工艺的各项“热技术”。关键词连铸坯热送热装直接轧制加热炉1前言连铸坯热送热装工艺,是一项具有降低热轧加热炉燃耗、减少钢坯氧化烧损和提高热轧产量等多方面经济效益的技术。该项工艺是连铸技术的一项重大突破,它不仅对节能有重要意义,而且对改革传统的钢铁工业结构有深远的意义,它涉及从炼钢到热轧之间各个生产环节,是一项系统工程。目前世界许多钢铁企业根据自身的特点不同程
2、度上采用了该项技术。本文将对该项技术作一个初步的概括。2连铸坯热送热装技术的历史及现状1968 年美国麦克劳斯钢公司将连铸板坯装入感应加热炉,从而迈出了热装技术的第一步。70 年代初期,由于石油危机的冲击,日本钢2铁工业面临严重的能源问题,日本钢铁界以此为契机,开始研究和应用连铸坯热送热装工艺,1973 年日本钢管公司鹤见厂首先实现连铸坯热装轧制工艺(CCHCR);1981 年 6 月新日铁土界厂研究成功并在生产中实现了近程(连铸机终点和轧机始点之间距离为 130m)连铸直接轧制工艺(CCDR);1987 年 6 月新日铁八幡厂在生产中实现了远程 CCDR 工艺(连铸机终点和轧机始点之间距离为
3、 620m)。日本在该项技术上的成功,促进了世界各国对该项技术的研究和应用。经过80 年代世界各国钢铁界的努力,连铸坯热装和直接轧制工艺正日趋完善。按照温度的高低,连铸坯热送工艺可分为三种情况。(1) 热装轧制 HCR(Hot Charge Rolling)。将经过(或不经过)表面处理的热板坯在大约 400700装入加热炉。(2) 直接热装轧制 DHCR(Direct Hot Charge Rolling)。按照和连铸同一序号,将经过(或不经过) 表面处理的热板坯在大约 7001000装入加热炉。(3) 直接轧制 DR(Direct Rolling)。将与连铸同一序号的热板坯不经加热炉在约 1
4、100条件下直接轧制。日本的连铸坯热送热装和直接轧制技术发展最快,水平也最高。1983 年日本全国连铸坯的平均热装比已达 58%,新日铁公司的平均热装比达到 60%以上。新日铁君津厂 1987 年热装比在 75%以上,热装3温度高于 680。新日铁土界厂于 1981 年 6 月实现了 CCDR 工艺,1984 年 3 月 CCDR 占连铸坯的比例已接近 90%,到 1985 年,这个比例达到了 94%。水岛钢厂采用 HCCV 系统(铸坯自动热送系统),实现了连铸方坯的热送热装,热装率达到 99%,热装温度达到 720。在欧洲,连铸坯热送热装工艺也得到广泛研究和应用,如德国的不莱梅钢厂、比利时的
5、考克里尔公司彻它尔厂、法国的索拉克公司佛曼伦季厂、奥地利的林茨厂等均不同程度地采用了连铸坯热送热装工艺。我国连铸坯热送热装工艺的研究和应用起步较晚,武汉钢铁公司是国内第一家研究和应用该项技术的钢铁企业,1985 年 4 月开始在武钢二炼钢厂和热轧厂之间实行 CCHCR 工艺,但未进行系统的研究,而且由于设备装备水平等方面的限制,现仍停留在较低的 HCR 水平。“八五”期间,宝山钢铁总厂和北京科技大学等单位合作在连铸坯热送热装的热技术方面进行了大量的研究。鞍山钢铁公司在这方面也进行了一些研究和应用。总的来说,我国钢铁工业由于技术装备水平的限制,目前该项工艺的应用仍处在较低的水平。3连铸坯热送热装
6、技术的技术经济效益与传统冷装炉 CCR(Cold Charge Rolling)比较,连铸坯热装和直接轧制能产生多方面的技术经济效果。这些技术经济效益归纳起来如下。(1) 降低加热炉燃耗4一般来说,连铸坯热装温度每提高 100,加热炉燃耗可降低5% 6%,加热炉燃耗与连铸坯热装温度及热装比的关系如图 1 所示。(2) 提高加热炉产量连铸坯热装温度每提高 100,加热炉产量可以增加 10%15%,加热炉产量与连铸坯热装温度之间的关系如图 2 所示。(3) 减少钢坯氧化烧损连铸坯装炉温度的提高,使在炉加热时间大幅缩短(图 3),钢坯氧化烧损相应减少。一般冷装炉钢坯烧损为 1.5%2%, 有的甚至达
7、 2.5%以上,热装炉条件下,氧化烧损可降至 0.5%0.7%,这对提高成材率是有利的。(4) 其它方面效益除了上述三方面效益外,连铸坯热装技术还可产生缩短生产周期、减少仓库面积、降低运输费用等方面的效益。(5) 连铸坯热装对产品质量的影响图 4 以模型的形式,示出了连铸坯经铸造、加热、热轧、加速冷却直至卷取的热轧工艺流程。途径 1 为 CCDR 工艺,途径 23 为CCDHCR 工艺,途径 4 为 CCHCR 工艺( 基本同于途径 5),途径 5为 CCCCR 工艺。途径 13 增加了控制析出物的自由度,可以把加工热处理技术和微合金化技术巧妙地结合起来,实现钢的细晶粒或再结晶组织结构,在现有
8、工艺的基础上,生产出更高强度的钢材。5图 1加热炉燃耗与热装比、热装温度的关系(设冷装炉燃耗为 1.67GJ/h)1.热装温度 3002.热装温度 4003.热装温度 5004.热装温度 6005.热装温度 7006.热装温度 8007.热装温度 9008.热装温度 10009.热装温度 110010.连铸连轧6图 2加热炉产量增加率与热装温度的关系(加热炉冷装时产量设为 100)图 3在炉加热时间与热装温度的关系(以加热到开轧温度 1230的时间计)图 4连铸坯经冷却、加热、轧制到卷取的轧钢控制模型图7图 5连铸坯热送热装工艺中温度和时间的关系DR铸后 1h 或更短(以 min 为单位)CC
9、R铸后数天(以天为单位)图 6连铸坯温度和冷却方式之间的关系图 7液芯边缘凸出形状84连铸坯热送热装技术的基本条件迄今,世界各国采用连铸坯热送热装(CCHCR 和 CCDHCR)或直接轧制(CCDR)技术的企业很多,虽然各企业采用的技术措施有所不同,但是这些技术措施大致可以归纳为无缺陷钢坯生产技术、高温坯生产技术(温度保证技术)、连铸和轧制过程中的在线调宽技术、生产管理计算机系统四个方面,它们构成了实现 CCHCR、CCDHCR 和 CCDR 工艺的基本条件。采用 CCHCR、CCDHCR、CC DR 工艺的主要目的是节能,对于 CCHCR、CCDHCR 工艺,要求尽可能提高连铸坯的装炉温度;
10、对于 CCDR 工艺,则要求尽可能不加热就能满足热轧要求的温度。连铸坯在各种不同工艺下的温度变化情况如图 5 所示,保证连铸坯具有一定的温度是实现连铸坯热送热装工艺的先决条件。作者分析了各企业连铸坯热送热装工艺采用的各种“热技术”,认为这些技术大致可分为两大类,即“通用高温坯生产技术”和“温度均匀性保证技术”。5连铸坯热送热装热技术5.1通用高温坯生产技术所谓“通用高温坯生产技术”,是指对 CCHCR、CCDHCR、CCDR 工艺都适应的技术 ,这些技术包括 :(1) 高速浇铸技术通过采用一些技术措施,提高铸速有利于提高钢坯温度,这一技术9对于 CCDR 工艺尤其重要。日新吴厂最大铸速达到 1
11、.8m/min;在住友金属公司鹿岛厂,270mm 厚的低碳钢板坯的铸速为 2.0m/min,中碳钢的铸速为 1.6m/min;日本钢管福山厂最高铸速达到 2.7(3.0)m/min,80%的板坯是以 2.0m/min 以上的速度浇铸。(2) 二次弱冷却技术和凝固末点控制技术通过采用降低二冷区的喷水密度或气雾冷却的方法,均有助于提高连铸坯的温度,最好是将凝固末点控制在连铸机的尾端。新日铁八幡厂通过采用弱冷却利用凝固潜热,使连铸坯的中心和边角部温度提高了 160200。连铸坯温度和冷却方式之间的关系示意图如图 6所示。(3) 输送过程保温及快速输送技术输送过程的保温技术有:采用绝热辊道和保温罩(对
12、辊道运输而言)、高保温运输台车(对铁路运输而言)、缓冲保温坑(对 CCHCR 和CCDHCR 而言)。而且 ,应尽量缩短连铸坯输送到加热炉(对 CCHCR 和 CCDHCR 工艺而言)或热轧机前(对 CCDR 工艺而言)的时间,一方面可以通过缩短连铸机到热轧之间的距离达到这一目的,如新日铁土界厂、日新吴厂、日本钢管公司福山厂和住友金属公司鹿岛厂等,80 年代初期,在原热轧机附近安装了连铸机,实现了 CCDHCR 和近程 CCDR 工艺;另一方面,则可通过提高运输的速度达到目的,如新日铁八幡厂连铸坯高速运输台车的平均速度达到200m/min,最高速度达到 250m/min,实现了远程 CCDR
13、工艺。5.2温度均匀性保证技术10所谓“温度均匀性保证技术”,是针对 CCDR 工艺而言的,虽然高温坯的中间部位温度达到热轧的要求,但是铸坯边角部的温度要低一些,不能保证理想的轧制温度,作者将提高连铸坯边角部的温度从而改善温度均匀性的技术称为“温度均匀性保证技术”,这些技术包括:(1) 连铸机内保温技术连铸机内,通过采用在连铸坯的边角部安装保温装置的方法,可较大幅度地提高铸坯的边角部温度。(2) 液芯边缘 “凸出”技术通过重点在连铸坯的中心喷水,而在连铸坯的两边不喷水的二冷模型,使液芯向两边“凸出”(呈两重山形),如图 7 示,利用液芯凝固潜热可有效地提高铸坯边缘的温度。新日铁八幡厂用这种方法
14、,使连铸坯边角部温度提高了 80。(3) 切割处保温及加热技术在连铸坯切割处设置保温罩,并采用气体烧嘴加热。这样不仅可以提高铸坯边缘的温度,而且可降低铸坯长度方向边缘温度的差值。采用这一方法,新日铁八幡厂连铸坯长度方向的温差由原来的 90降到 20。缩短切割时间也有助于减少切割期间的散热,日本钢管公司福山厂为此研制了一种 550mm/min 的切割装置。(4) 轧前边角部温度补偿技术 ETC(Edge Temperature Compensator)在热轧前,通过采用感应加热或煤气烧嘴加热的方法,快速提高铸坯的边角部温度以达到热轧要求。这一技术已被许多企业采用。11(5) 连铸坯长度方向温度补
15、偿技术对于远程 CCDR 工艺,连铸坯长度方向的温差也是一个问题。由于在热轧初期产生温度最低点,而连铸坯前部一般是低温部位,若在此处开始轧制是不利的。新日铁八幡厂采用将铸坯前后调转进行轧制的方法,取得了较好的效果。(6) 精轧机前的温度补偿技术 EQC(Edge Quality Compensator)在 CCDR 工艺中,为了获得理想的精轧温度,有的企业在精轧机前安装了边角部温度补偿器。如日新吴厂、日本钢管公司福山厂、新日铁土界厂均采用了这一技术。6结论本文简要回顾了连铸坯热送热装技术的历史,介绍了该项技术的应用现状及可取得的技术经济效果,在实施该项技术的四个基本条件中,保证连铸坯具有足够高的温度是实施该项技术的先决条件,作者重点从“通用高温坯生产技术”和“温度均匀性保证技术”两个方面介绍了连铸坯热送热装技术的各项“热技术”。蒋扬虎,男,高级工程师(收稿日期:19980213)
