CN1278790C - 异形钢的连铸连轧生产工艺和弧形同步运动式结晶器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种异形钢的连铸连轧生产工艺，它是采用超高拉速近终型连铸技术与新一代钢铁材料轧制技术相结合，可实现全线全自动控制；它具有生产效率高、能耗低，工艺紧凑，在连铸时不需要使用任何保护渣或润滑剂，结晶器和坯壳保持同步运动，连铸机启动时只采用引锭头封住结晶器底部，坯壳从结晶器脱模后，经过二冷段，由夹持辊送入轧矫机矫直后直接轧制，工艺过程紧凑、物流合理、对环境友好，可实现异形钢材的铸轧一体化生产，特别是可实现近终形异形H型钢的铸轧一体化生产，是原近终形连铸异形坯H型钢生产工艺线投资的1/10～1/5。

Description

异形钢的连铸连轧生产工艺和 弧形同步运动式结晶器

技术领域

本发明属于钢材的生产工艺，特别是涉及连铸连轧一体化生产技术，具体来说，涉及异形断面钢型材的近终型铸轧一体化生产。

背景技术

为了进一步提高生产效率、降低成本，近终形连铸连轧是发展的主流。而近终型薄带钢连铸连轧技术走在了前面。例如：(1)CSP生产工艺：施罗曼一西马克(SMS)紧凑热带钢生产(CSP)是利用漏斗型结晶器解决钢水供应问题，连铸机为立弯式，生产铸坯直接送入辊道式加热炉加热、高压水除磷后，由多架精轧机轧制。(2)ISP生产工艺：在线热带生产(ISP)工艺由德马克开发，铸坯略厚于60mm，具有两面平行的直结晶器，在线轧制分两步：一是在结晶器下部轧辊把铸坯软压下；二是感应加热至1100-1500℃后，用三架精轧机轧。(3)CASTRIP生产工艺：据报道，美国纽克公司最近又开发了双辊连铸技术(CASTRIP)，能直接连铸出厚度约0.7-2.0mm的碳钢钢带(UCS)；在许多情况下，UCS产品不需要进一步热轧、酸洗和冷轧，而被用户直接使用；CASTRIP是由两个辊相对旋转，钢水在两辊组成的弯月面初开始凝固。随着铸坯从熔池向下运动，坯壳不断长厚，在辊的咬入点，两面的坯壳完全融合在一起成为一条连续的钢带并从连铸机下方出来，该连铸机拉速最大为150m/min(米/分)。

对于型钢来说，以工字钢为代表，出现了近终形工字异型连铸坯。这种近终形工字异型坯的特点是平均翼缘厚度和腹板厚度小于100mm。西马克在美国Chaparral钢厂建设的连铸机成功的连铸出了厚度50mm的连铸坯。

从60年代初，人们就已开发出“狗骨”形异型断面坯(腹板厚度大于50mm)连铸技术，用于生产大规格H型钢。目前的现有技术中，多采用冶炼炉——连铸——切割——热送热装——加热炉——万能轧机——精轧机的工艺流程。采用该工艺压缩比取值较大，金属收得率低、生产效率较低、能耗高，且生产线长、投资巨大。

H型钢也称平行翼缘工字钢或平行宽边工字钢，是一种截面面积的分配更加优化、强重比较大的高效型材。目前的H型钢生产线的工艺特点是：以方坯、矩形坯或异形坯为原料，经开坯机大压下量轧制，形成狗骨状中间坯料，经万能粗轧和万能精轧，形成最终的H型钢产品。采用近终形连铸异形坯为原料的H型钢生产工艺线，投资最省，流程最短，是最有发展潜力的H型钢生产工艺线。

目前这种工艺存在的主要问题是如何提高连铸机铸速及产量，以与轧机能力相平衡。近终形连铸异形H型钢生产工艺线，虽然投资省，一条年产100万吨H型钢生产线投资仍需30～50亿元，投资额仍较大。异型钢近终形连铸，由于(如H型钢的腹板厚度小于30mm)表面积相对较大、断面复杂，利用传统连铸技术表面质量难以控制、拉坯阻力大、浇注困难等原因难以实现，而能否实现高拉速是实现连铸连轧的一个限制性环节。

发明内容

本发明的目的是要提供一种异形钢的连铸连轧生产工艺，它具有生产效率高、能耗低，工艺紧凑，可实现异形钢材的铸轧一体化生产，特别是可实现近终形异形H型钢的铸轧一体化生产。

本发明的目的是这样实现的：采用超高拉速近终型连铸技术与新一代钢铁材料(形变诱导铁素体相变)轧制技术相结合，可实现全线全自动控制。

其工艺流程如下：

钢水供应——受钢区——弧型同步运动式结晶器(近终型连铸坯)——二冷区——轧矫机——隧道式钢坯温控炉——精轧机组

本发明通过采用同步运动式结晶器可实现近终型异形坯的连铸，如生产H型钢近终形连铸坯的腹板厚度最小可达16mm(毫米)，并且浇铸速度最高可达120m/min(米/分)，足以与后续轧制的精轧机组在线匹配，实现异形钢材的铸轧一体化生产。

本发明连铸机采用的同步运动式结晶器包括两条各带有半边H型钢坯型凹槽的链条，即内弧链条和外弧链条的结晶器铜壁均有半边近终形凹槽，使内弧链条和外弧链条相对组(扣)合后形成的结晶器内腔为H型，也可为圆形、方坯、矩形等任意形状。两链条各自形成环状，均由传动机构驱动。

连铸机在启动时不用引锭杆，只采用引锭头封住结晶器底部；为了防止在浇注过程中钢水的二次氧化，需要对钢流采用浸入水口保护，并在浸入水口接缝处吹氩气保护。凝固的连铸坯壳随结晶器同步运动到结晶器底部自动与结晶器脱离后，经过二冷段，由夹持辊送入轧矫机直接矫直。为了使带液芯的钢铸坯从结晶器中拉出后快速凝固，需要在二冷区直接对钢铸坯喷水冷却。再利用专用轧矫机在铸坯完全凝固的状态下进行单点矫直。

为此在连铸坯型设计时，内弧和外弧的腿部均成一定斜度，约为2-5度，最好为2～3度；内弧的腿部略厚于外弧的腿部。进入下一工序轧矫机孔形时，内弧厚的部分首先接触轧矫机的上轧辊，使其在内弧腿部变形，并沿腿高方向自内弧向外弧依次进行，根据金属塑性变形原理，依靠腿部不同的金属延伸量使内外弧趋于一致，达到矫直目的。

为了使钢坯的走向为弧型，在连铸机的结晶器内弧链条的内侧设有弧型导向滑轨，外弧链条由张力轮向外拉紧，使外弧链条尽量靠近内弧链条，在内、外弧链条的结合区段形成H型钢坯型内腔。为了使钢液在结晶器内冷却、初步凝固成型，在两链条的结合区段的四周设有喷水装置。内弧链和外弧链的结晶壳节的与坯壳直接接触面(结晶壁)为铜合金，以提高传热效率。内弧链和外弧链每条链的传动机构是至少两个传动轮。由于结晶器壁与坯壳之间无相对运动，不存在滑动摩擦，可以实现复杂断面高速浇铸，浇铸速度可以达到10-120m/min(米/分)，且铸态组织好，无偏析，表面质量好。

由于从二冷区出来的铸坯是弯曲的，必须矫直，本发明利用专用轧矫机设在弧形连铸机90度弧处，在铸坯完全凝固的状态下进行单点矫直。轧矫机利用金属流变理论，在孔形内进行形变和矫直。

本发明此种设计可以使铸机半径减小到2m(米)，可大大降低连铸机厂房高度，减少投资；同时利用轧矫机矫直可以提高铸坯表面质量，减少表面缺陷。轧矫后的坯料可以直接供用户使用，也可以经过隧道式钢坯温控炉，进入由1至3架精轧机组成的精轧机组，利用形变诱导相变生产新一代钢铁材料的H型钢。

本发明的近终型连铸为单流连铸，浇铸速度10-120m/min(米/分)，浇铸半径一般为3.0m(米)左右。钢水由注入装置进入同步运动式结晶器，通过结晶器链条的转动，带动铸坯前进，形成15-30mm(毫米)厚度的坯壳后脱模。经过气雾喷水二次冷却系统的强制冷却，铸坯进入轧矫机时完全凝固。进入轧矫机的连铸坯应内侧腿厚度大于外侧腿厚度，或轧矫机上辊侧壁斜度小于下辊侧壁斜度，在轧矫机内利用金属流变完成轧矫，即使铸坯进入矫直机时内弧侧腿部首先接触辊面发生变形，完成矫直过程。

在轧制前需要通过隧道式钢坯温控炉进行温度调节，均匀铸坯的温度，使铸坯温度达到800℃±50℃。轧制采用微张力连续轧制，利用形变诱导铁素体相变以及铁素体动态再结晶原理，在780℃～820℃温度下轧制，采用低温大变形，以获得5～10μm(微米)细小的铁素体晶粒，生产高强度H型钢。

经过低温轧制后的钢材需要通过高压水快速冷却到600℃～550℃以下。采用快速冷却的目的是为了防止发生形变诱导相变产生的铁素体组织发生恢复，通过快速冷却将细化的铁素体组织保留下来，以获得所需要的组织性能。

采用快速异型飞剪目的是将连续轧制的H型钢产品进行在线分段，分段飞剪剪刃采用异型剪刃。

本发明结构紧凑、生产效率高、产品质量好。其特点是：

(1)连铸过程中不需要使用任何保护渣或润滑剂。

(2)同步运动结晶器和坯壳保持相同的运动速度，无需结晶器振动。

(3)连铸机启动时不用引锭杆，只采用引锭头封住结晶器底部，凝固的坯壳从结晶器脱模后，经过二冷段，由夹持辊送入轧矫机直接矫直。

(4)在浇注过程中，采用惰性气体氩气保护，防止二次氧化。

(5)铸轧一体化，全过程自动控制。

(6)工艺过程极其紧凑、物流合理、对环境友好。

(7)投资省，是近终形连铸异形坯H型钢生产工艺线投资的1/10～1/5。

附图说明

发明的具体工艺和设备结构由以下的附图为实施方案给出。

图1是异形钢全连续铸轧生产线示意图；

图2是同步运动式结晶器的结构示意图；

在图1中，1是钢水注入装置、2是同步运动式结晶器、3是二次冷却系统、4是近终形连铸异形坯导辊、5是轧矫机、6是隧道式钢坯温控炉、7是精轧机组、8是快速异型飞剪、9是收集装置。

在图2中，21是内弧链、22是外弧链、23是弧形导向滑轨、24是链条传动装置、25是张力轮。

具体实施方式

下面结合附图并以附图为实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明异形钢的连铸连轧生产工艺，是采用超高拉速近终型连铸技术与新一代钢铁材料生产技术相结合，其工艺流程为：钢水供应——受钢区——连铸——二冷区——矫直——隧道式钢坯温控炉——精轧。

所说的超高拉速近终型连铸是在弧形同步运动式结晶器中进行，单流连铸，浇铸速度10-120m/min，浇铸半径2.50-4.50m，最好的浇铸半径为3m。为了防止在浇注过程中的二次氧化，需要对钢包采用氩气保护。在连铸机启动时采用引锭头封住结晶器底部。

在二冷区直接向铸坯喷水冷冷却铸坯至进入轧矫机时完全凝固，铸坯矫直是在轧矫机中采用单点矫直。

轧矫后的坯料可以直接供用户使用，也可以经过隧道式钢坯温控炉，进入由1至3架精轧机组成的精轧机组。在轧制前钢坯需要在隧道式钢坯温控炉中进行温度调节，均匀铸坯的温度，使铸坯温度达到800℃±50℃；轧制采用无张力连续轧制。轧制是采用无张力连续轧制，直接进行精轧，连铸坯不需分段，采用无头轧制方式。轧制温度应控制在750℃～850℃间，最好控制在780℃～，820℃之间。经过低温轧制后的钢材需要直接喷水，快速冷却到600℃～550℃以下。

在设计连铸坯型时，连铸坯内侧厚度大于外侧厚度，即结晶器的内弧链半边型钢(或近终型)的凹槽大于或略大于外弧链半边型钢的凹槽，或者是轧矫机上辊侧壁斜度小于下辊侧壁斜度。具体设计根据弧度的不同在尺寸上有所差异。如生产H型钢，其内侧腿厚度应略大于外侧腿厚度，以在下一轧矫工序时，内侧腿发生延伸变形与外侧腿厚度相同，达到铸坯矫直。

本发明中所采用在连铸机，其结晶壁的内弧链21由多节结晶壳节连接形成环链，外弧链22由多节结晶壳节连接形成环链，内弧链21和外弧链22均由两个传动轮24驱动。结晶壳节的结晶壁和结晶壳节的结晶壁均是半边H型钢(或近终型)的凹槽，两结晶壁相对组合可形成H型孔。在内弧链21与外弧链22相对组合区段的内弧链21一侧设有向外鼓出的弧形导向滑轨23，在外弧链22环链的环路上设有向外拉紧链22的张力轮25，使结合部分紧靠链条21，形成H型空腔。

在内弧链21和外弧链22相对组合的区段的四周设有喷水装置，喷水装置的压力嘴喷水是直接冲击结晶壳节的外侧。

传动轮24均为齿轮，使内弧链21和外弧链22的两端做圆弧运动，齿轮咬入内弧链21和外弧链22的咬入点为辊柱接触，以减小磨损。

Claims (10)

1、一种异形钢的连铸连轧生产工艺，工艺流程为：钢水供应——受钢区——连铸——二冷区——矫直——隧道式钢坯温控炉——精轧，其特征是所说的连铸是在弧形同步运动式结晶器中进行，该结晶器包括两条各带有半边钢坯型凹槽的链条；在浇注过程中需要对钢流采用浸入水口保护，并在浸入水口接缝处吹氩气保护；在二冷区直接喷水冷却铸坯至进入轧矫机时完全凝固，铸坯矫直是在轧矫机中采用单点矫直；轧制前需要在隧道式钢坯温控炉中进行温度调节，使铸坯温度均匀达到800℃±50℃。

2、根据权利要求1所述的连铸连轧生产工艺，其特征是连铸为单流连铸，浇铸速度10-120m/min，浇铸半径2.50-4.50m。

3、根据权利要求1或2所述的连铸连轧生产工艺，其特征是连铸机启动时采用引锭头封住结晶器底部。

4、根据权利要求1所述的连铸连轧生产工艺，其特征是轧矫后的坯料可以直接供用户使用，也可以经过隧道式钢坯温控炉，进入由1至3架精轧机组成的精轧机组。

5、根据权利要求1或4所述的连铸连轧生产工艺，其特征是轧制时直接进行精轧，连铸坯不需分段，采用无头轧制方式，轧制温度控制在780℃～820℃。

6、根据权利要求5所述的连铸连轧生产工艺，其特征是经过轧制后的钢材需要快速冷却到600℃～550℃以下。

7、根据权利要求1所述的连铸连轧生产工艺，其特征是所述工艺适用于H型、圆形、方坯或矩形钢的生产。

8、根据权利要求1所述的连铸连轧生产工艺采用的弧形同步运动式结晶器，其特征是所说的结晶器包括两条各带有半边钢坯型凹槽的链条，所说的链条分别为内弧链(21)和外弧链(22)，内弧链(21)和外弧链(22)各自形成环路，在内弧链(21)的内侧设有弧型导向滑轨(23)，在外弧链(22)的环路上设有向外拉紧的张力轮(25)，在内弧链(21)和外弧链(22)两条链条结合区段设有喷水装置。

9、根据权利要求8所述的弧形同步运动式结晶器，其特征是结晶器内腔为H型、圆形、方坯或矩形。

10、根据权利要求8或9所述的弧形同步运动式结晶器，其特征是结晶器应保证内弧链半边型钢的凹槽大于外弧链半边型钢的凹槽。

Images