第9章-轧制2012课件总678

材料成形工艺及控制第三篇塑性成形技术及工艺第9章金属轧制理论及工艺（7-8节）郑州大学李永刚2014年11月4日,9.3板带材生产,9.3.1热轧板带生产技术1.板带材产品概述板带钢按厚度可分为厚板、薄板和极薄带钢三大类。我国将：厚度60mm以上的钢板称为特厚板；2060mm的钢板为厚板；4.020mm的钢板为中板；0.24mm的钢板称为薄板；其中0.21.2mm又称为超薄板带；小于0.2mm的钢板称为极薄板带材，也称箔材。一般中厚板及薄板由热轧生产，目前先进的热轧线可以稳定生产1.21.8mm的薄板带，国外已有生产0.78mm厚的热轧卷成熟技术。箔材只能由冷轧生产。,第7次课开始（前PPT189页）,2014nianNO-7START,国内外特厚板轧机情况：目前最大规格特厚板轧机为5500mm。全世界已建成的5500mm轧机仅有6台，分别位于日本新日铁大分钢厂、JEF京滨厂（原日本钢管扇岛厂）、JEF仓敷厂（原川崎制铁水岛厂）、住友金属鹿岛厂、德国迪林根钢厂和中国鞍钢鲅鱼圈新厂。其他特厚板轧机：德国哈迪根厂4200mm轧机可轧制40t钢锭，生产厚至300mm钢板。法国敦刻尔克厂4300mm轧机，英国达尔泽尔厂4340mm厚板轧机，西班牙希抗厂3600mm厚板轧机都曾生产过建造航母用板，只不过焊接工作量要加大。,鞍钢5500mm四辊可逆式双机架宽厚板轧机，由一台5500mm四辊式粗轧机和一台5000mm四辊式精轧机及其他辅助设备共计40余台配套设备组成。生产钢板尺寸宽度为900-5300mm，厚度为5-150mm，最厚可达450mm，长度为3-25米。主要生产宽度4米以上军民用高强度宽厚船用钢板、舰艇板、核电用特种钢板、耐大气腐蚀板、大口径油气焊管和模具板等高技术含量、高附加值产品。我国于上个世纪80年代初投产的舞阳钢铁公司4200mm厚板轧机是国内第一台大单重特厚钢板轧机。进入新世纪以来，宝钢5000mm轧机、沙钢两套5000mm轧机、五矿营口5000mm轧机、湘钢5000mm轧机、鞍钢5500mm轧机、江阴兴澄4300mm轧机等先后投产，其中宝钢5000mm轧机、兴澄4300mm轧机、五矿营口5000mm轧机是能轧制大钢锭生产大单重特厚钢板轧机。,现化工业对热轧板的质量要求有以下几点：(1)尺寸精度高。尺寸精度主要是厚度精度，因为它不仅影响其使用性能，而且在生产中达到高精度的难度很大。(2)板形要求。板形要平坦，无浪形、瓢曲，才能有效使用。由于板带钢既宽且薄，对不均匀变形的敏感性特别大，所以要保持良好的板形就很不容易。(3)表面质量要好。表面不得有气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和压入氧化铁皮等，因为这些缺陷不仅损害板制件外观，而且往往对性能也有巨大的危害，成为产生破裂和锈蚀的策源地，成为应力集中的薄弱环节。(4)性能要好。板带钢的性能要求主要包括力学性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理或化学性能。,2.热轧板带材生产工艺特点板带钢的外形特点（宽厚比很大）和主要技术要求决定着生产的特点：(1)控制轧制压力。由于轧制压力巨大而且容易波动，以致影响到厚度和板形的波动，因而在生产中要采取种种措施以减小轧制压力波动的影响。(2)传统热轧采取升速轧制。由于板带表面积大散热快，造成头尾温差大，一般地在轧制中要采取升速轧制。抢时间，避免温降过大(3)板型和辊型控制。由于钢板宽厚比很大而带来变形敏感性增强，在轧制中要特别注意板形和辊形的控制。(4)表面氧化铁皮清除。由于板带钢表面积很大且对表面质量要求又高，在轧制中要特别注重表面的保护和氧化铁皮的清除。(5)热处理工艺。由于对板带钢的性能要求高，生产中除注意控制轧制工艺条件以外，还经常要采用热处理手段，使热处理工艺成为板带钢生产中不可缺少的环节。,辊型控制主要方法？,3.热带钢连轧的生产方式当前热轧板带主要有两种生产方式，即传统热连轧和薄板坯连铸连轧。1)传统热连轧方式一般将20世纪90年代以前的热带钢连轧称为传统带钢热连轧，年产量可达300万t。目前国内约有半数左右带钢是通过这种方式生产的。根据其技术特点，大致可分为三代，我国目前使用的热连轧机属于第三代热连轧机。(1)第一代热连轧机。20世纪50年代从前苏联引进的无厚度和板型控制的热连轧机，如鞍钢的1700mm热连轧机。(2)第二代热连轧机。20世纪70年代从日本引进的有厚度控制、但无板型控制的热连轧机，如武钢的1700mm热连轧机。(3)第三代热连轧机。20世纪80年代从德国及日本引进的有厚度、板型、微张力控制的热连轧机，如宝钢的2050mm及1580mm热连轧机。,2)薄板坯（中厚板坯）连铸连轧方式薄板坯（中厚板坯）连铸连轧自1990年得到实际应用以来发展很快，截止2005年底，世界建成的薄（中厚）板坯连铸连轧生产线近40套；2007年统计为83套。主要包括SMS的CSP、DEMAG的ISP、达涅利的FTSR、奥钢联的CONROLL以及住友的QSP等，另外国内鞍钢院自行设计的ASP线已有3条线投运。中国：我国自1999年8月第1条薄板坯连铸连轧生产线在珠江钢厂投产以来，中国连板坯连铸连轧工艺经历了设计、建设、运行、达产、产品开发、规模效益、关键装备国产化几个阶段，到2009年已建成和正在建设各种不同类型的薄板坯连铸连轧生产线合计14条，铸机30流，将形成年产能力3530万吨。目前，中国薄板坯连铸连轧生产线在数量、产能以及年产量方面都位居世界前列，并且在关键技术和产品研发等方面也取得了长足进步。（来自殷瑞玉院士在2009年薄板坯连铸连轧国际研讨会“薄板坯连铸连轧的进步及其在中国的发展一文”）连铸板坯厚度不同，相应的生产线设备配置也不同，见表9-5。,大致2013年数据,表1世界各种工艺薄板坯连铸连轧带钢生产线情况工艺名称已投产或在建项目备注生产线数流数生产能力,万t/aCSP28465470西马克公司开发ISP45580德马格公司开发fTSC6101330达涅利公司开发QSP36650住友公司开发CONROLL1170奥钢联公司开发ASP9181780鞍山钢铁公司开发ESP11150阿尔维迪公司开发合计528710030,表2薄板坯连铸连轧生产线地区分布国家或地区已投产或在建项目备注生产线数流数生产能力,万t/a中国20394710美国9161646意大利33390德国12200荷兰12130西班牙12180韩国24360俄罗斯11120二期再加一流连铸机,年产能270南非11120埃及23340土耳其23360加拿大12220墨西哥1190伊朗11150泰国23320印度22240马来西亚24400合计528710030,表9-5不同厚度的连铸坯相应生产线配置及特点,CSP工艺是目前推广最多的薄板坯连铸连轧生产线（SMS）CSP的含义：Compactstripprocess国内：珠钢；邯钢；包钢；涟钢；马钢；酒钢,CSP的液芯压下,液芯压下优点：（1）可增大结晶器出口铸坯厚度；（2）可轧制薄规格，减少能耗；（3）可减轻铸坯中心偏析，尤其减轻了Mn引起的偏析，改善铸坯中心疏松和细化晶粒，提高铸坯质量。,CSP生产线的特点-来自文献资料,(1)CSP生产线是世界上先进的工艺流程，装备水平高，采用全过程无氧化浇注，结晶器液面自动控制，液压振动结晶器，二冷自动配水，高压水除磷，辊缝调节，全活套张力控制，弯辊控制，凸度控制，板形控制二组计算机等先进技术。(2)CSP生产线实施全过程自动化控制，自动化水平高。(3)劳动生产率高。CSP生产线国际先进水平人均年产值约600万元人民币、人均产钢2500t/a，单位产品工资成本不到0.5，而其它工艺生产线一般为1320。(4)投资低。与传统的热连轧机相比，CSP生产线投资降低约40。(5)能耗低。CSP生产线省掉初轧工序，利用连铸坯的余热，直接热送热装至均（加）热炉及连轧机组轧制，大幅度降低生产能耗，仅为传统热连轧机的1/2左右，直接节能1931.8MJ/t，间接节能4244.2MJ/t。(6)生产成本低。CSP的生产成本约为常规轧机的78。(7)工序少。省去大量中间环节，从原料到成品所需生产时间短，约为2h，常规生产工艺流程约为28h；用户从产品订货到交货，最短时间仅用3天，而传统工艺需时为1015天。(8)占地面积少。CSP生产工艺线流程短，布局紧凑，比传统生产工艺占地面积少。(9)污染少。(10)成材率比常规轧机高1.8。(11)维修费用约为常规轧机的39%。,ISP工艺技术的特点：德马克（现与西马克合并）与意大利阿尔维迪联合开发）,（1）ISP工艺流程采用了液芯压下和固相铸轧工艺技术。（2）连铸机采用平行板式结晶器，并发展成带小鼓肚的橄榄球状，薄片式浸入式水口壁也增加了厚度，出钢口也改为底部出钢，寿命有较大提高。（3）ISP采用感应加热与热卷箱均热的衔接技术，该生产线的加热设备有感应炉和无芯卷取的热卷箱式均热炉组成，是世界上最短的薄板坯连铸连轧生产线，全长仅为180m。其采用平行板式结晶器，上口中部有凸度，连铸坯厚度增大到65mm，拉速为4.0至5.0m/min,连铸机上采用了23%的液芯减薄工艺。全线采用1组3架式的在线粗轧机，大压下量，轧制速度接近连铸机的拉速，有助于控制钢板边缘凸度，同时使用初轧机进行薄板坯在线轧制，芯部因在高温（1400至1500）下较低的变形阻力而发生的再结晶效果会远远好于传统轧制工艺。加热炉采用高效率节能型感应加热炉及克日莫纳保温炉或无芯卷取的热卷箱式炉，有高灵活性的温度控制能力。5机架精轧机工艺参数可灵活调整，成品为厚度1.0至19.0mm的热轧带卷。,FTSR技术特点,FTSR技术是由意大利达涅利公司开发出的又一种薄板坯连铸连轧工艺。该技术具有相当的灵活性，能浇铸范围较宽的钢种，可提供表面和内部质量、力学性能、化学成分均匀的汽车工业用板。主要技术特点是：（1）采用直弧型铸机，H2结晶器，结晶器液压振动，三点除鳞，浸入式水口，连铸用保护渣，动态软压下（分多段，每段可单独），熔池自动控制，独立的冷却系统，辊底式均热炉，全液压宽度自动控制轧机，精轧机全液压的AGC，机架间强力控制系统，热凸度控制系统，防止粘皮的辊星系统，工作辊抽动系统，双缸强力弯辊系统等。（2）可生产低碳钢、中碳钢、高碳钢、包晶钢、特种不锈钢等。,最早FTSRQ（FlexibleThinSlabRollingForQuality)，后改为FTSC（FlexibleThinSlabCasting）意大利达涅利,FTSC,中厚板坯技术：75130mm典型代表：奥钢联Conroll；住友QSP,CONROLL技术特点,是由奥钢联开发的，铸坯厚度可达130mm，厚度较厚，该技术与传统的热轧带钢生产相接近。主要技术特点是：（1）超低头弧形连铸机，平板式直结晶器，结晶器宽度自动调整，新型浸入式水口，结晶器液压驱动，旋转式高压水除鳞，二冷系统动态冷却，步进式加热炉，液态轻压下，液压AGC，工作辊带液压活套装置，轧机CVC技术等。（2）可生产低、中、高碳钢、高强度钢、合金钢、不锈钢、硅钢、包晶钢等。品种多，接近传统轧制,中厚板坯技术-提高产量,QSP技术特点,是日本住友金属开发出的生产中厚板坯的技术，开发的目的：在于提高铸机生产能力的同时生产高质量的冷轧薄板。主要技术特点是：（1）采用直弧型铸机，采用多锥度高热流结晶器，非正弦振动，电磁闸，二冷大强度冷却，中间罐高热值预热燃烧器，辊底式均热炉，轧辊热凸度控制，板形和平整度控制等。（2）可生产碳钢、低碳铝镇静钢（LCAK）、低合金钢、包晶钢等。,典型薄板坯连铸连轧线的温度控制（ISP线）,附表国内薄板坯连铸连轧生产线情况（2007年数据),我国13条薄板坯连铸连轧生产线的轧机配置,2005年我国各薄板坯连铸连轧生产线的主要品种、规格概况,鞍钢1700短流程薄板坯连铸连轧生产线,薄板坯连铸连轧,唐钢薄板坯连铸连轧,薄板坯连铸连轧,碳钢薄板坯连铸连轧产品,薄板坯连铸连轧,薄板坯连铸连轧的铸坯厚度为5090mm，连铸与轧制设备间多采用隧道式连接，其工艺特点有：针对不同钢种和所需带钢厚度，选择生产3570mm厚板坯；连铸结晶器内冷却强度大，柱状晶短，铸态组织晶粒细化；隧道式辊底式加热炉可以灵活控制板坯的加热工艺；选用板卷箱可以减少中间坯温降，缩短预精轧机和精轧机之间的距离；（热卷箱）（主要ISP线采用）精轧机组通常采用与普通精轧组上相似的轧制速度进行轧制；可增设近距离地下式卷取机用于生产较薄带钢；适于生产薄规格带材。,最近几年薄板坯连铸连轧发展,（一）生产率大幅度提高每条生产线的能力由最初的80万t/a（1台连铸机）、160万t/a（2台连铸机）提高到100120万t/a（1台连铸机）和200250万t/a。我国鞍山钢铁公司2150mm中等厚度板坯连铸连轧生产线设计能力达500万t/a。唐山钢铁公司fTSC线2005年产量首次突破300万t大关，月产量曾超过27.23万t。包钢、邯钢、涟钢等CSP线年产量均已超过设计能力，鞍钢2150mmASP线年产量也已接近500万t/a设计能力。生产率大幅度提高的主要原因是：铸坯厚度加大、连铸机拉速不断提高。CSP工艺63/48mm厚铸坯设计拉速达6m/min，fTSC等工艺90/70mm厚铸坯设计拉速为6m/min，实际拉速达到55.5m/min。轧机架数增多，轧制压力加大。技术操作熟练且结晶器结构改进，致使漏钢率减少、作业率提高。我国邯钢薄板坯连铸连轧生产线漏钢率2008年15月份平均为0.14%，低于2007年同期的0.18%，2008年3月更创造出0.05%的优异成绩。,（二）薄规格产品比例增加部分薄产品规格可代替冷轧带钢用于建筑业等，如意大利阿维迪公司ISP线生产厚度小于2.05mm钢带比例达54%，其中厚度为1.261.6mm的钢带生产比例为25%，厚度为1.01.25mm范围的钢带生产比例为14%，生产线所生产带钢最薄规格为0.7mm。我国珠江钢铁公司CSP线厚度小于2mm薄板占生产总量40.7%，新一代薄板坯连铸连轧带钢线最薄规格带钢均由厚1.2mm降至0.8mm。,（三）钢种范围扩大除一般钢种外，新增钢种有：美国曼斯菲尔德厂CONROLL线、纽柯公司克劳福兹维尔厂CSP线及意大利阿维迪厂ISP线成批生产铁素体不锈钢。许多钢厂生产油气长输管线用钢，2000年开始试生产管线钢，2002年开始生产APIX52、X60钢级管线钢，2003年试生产X70/80管线钢，2004年生产X70钢级管线钢。埃及EZZ厂采用fTSC线生产了北极严寒地区用X70管线钢，俄罗斯OEMK公司采用fTRC工艺建成一座年产120万t用于制造北极高寒地区X70管线钢的钢厂。包头钢铁公司CSP线也已生产出X60管线钢，成功地应用于输送管线。美国曼斯菲尔德厂CONROLL线和意大利阿维迪厂ISP线成批生产电机硅钢，我国马鞍山钢铁公司CSP线也生产电机硅钢。加拿大Algoma公司fTSC线成批生产包晶钢，以及屈优强度超过700MPa的低合金高强度钢板，我国本溪钢铁公司fTSC线也试生产出包晶钢。虽还没有成批生产汽车面板的生产实践，但美国Severcorr钢厂CSP线设计以汽车板为主，现刚投产，尚无这方面报导。从目前情况来看，除奥氏体不锈钢、变压器硅钢、镀锡板等尚在试验研究阶段外，估计薄板坯连铸连轧带钢生产线能生产薄带钢的覆盖面约在80%左右。,（四）工艺技术改进和创新在铸机结晶器方面做了很大改进。fTSC线采用长漏斗型结晶器和达涅利4孔式浸入式水口，可使钢水在结晶器内保持良好的流畅状态，促进初生坯壳均匀凝固，获得良好的表面质量。同时设有漏钢和粘结预报系统及结晶器热像图防止粘结和漏钢，并及时对铸坯表面质量作出判断，CSP线也开始使用新型漏斗结晶器，采用Cu-Cr-Zr合金作为结晶器板，在结构上也使铜板壁厚不均匀，使其补偿结晶器内的非均匀热流，其目的是使结晶器铜板热面的温度尽可能均匀分布，保证结晶器内保护渣的熔化和流动均匀一致。普遍采用连铸机液芯压下技术（LCR），可调节板坯厚度。CSP工艺连铸机生产出70mm板坯采用液芯压下可达到厚55mm薄板坯，为生产超薄规格产品创造了原料条件，并同时改善了铸坯内部质量。fTSC工艺通过液芯压下将结晶器出口铸坯厚度由90mm厚度压缩至70mm。,大压下轧制技术。精轧机架均设计成可承受较大负荷，最大轧制力达44000kN，因而增大了轧制超薄规格产品的生产能力。热轧辊缝润滑技术。通过使用有效的辊缝润滑技术使薄规格的轧制生产难度降低，同时使轧机在轧制薄规格时出现的振动现象减少甚至消失。由于轧辊磨损的降低，提高了辊形精度，使轧制计划后期的产品表面质量得到提高。半无头轧制技术。以数倍定长度铸坯的浇铸和轧制代替单块加热和轧制，可以稳定轧制条件，利于提高产品质量和收得率，消除了和穿带及甩尾有关的麻烦，降低了废品率，提高了生产率，也为轧制薄规格产品提供了技术支撑。,连铸机板坯连铸结晶器电磁制动,连铸机板坯连铸结晶器电磁制动过程有两个基本效应，即制动效应和搅拌效应。电磁制动的工作原理是：在板坯结晶器的两个宽面处，外加一对恒定磁场，其方向从一个宽面垂直穿过钢水到达另一个宽面。从浸入式水口的两个侧孔吐出的流股，以相当大的速度垂直切割外加的恒定磁场，就在其中感应起电势。因钢水有导电率，感生感应电流，感应电流的方向与流股的方向和外加磁场方向互相垂直，符合右手定则。该感应电流与当地的外加恒定磁场相互作用，在流股上产生电磁力它们也相互垂直，符合Flaming左手定则。电磁力是体积力，作用在流股钢水的体积元上。由于从浸入式水口两个侧孔吐出的流股方向相反，其感生的感应电流方向也相反，因而电磁力的方向始终与流股的流动方向相反，从而制动了流股使其减速，这就是制动效应。由于制动的结果，流股分裂而造成分散的流动，这就是搅拌效应。借助这两个效应控制结晶器内钢水的流动，这就是板坯连铸结晶器电磁制动的工作原理。,另外：薄带连铸技术进入工业中试阶段,相当于-铝板铸轧技术,近终型浇铸,与连铸连轧过程相比，每吨钢可节省能源达800kJ，CO2排放量降低85%，NOx降低90%，SO2降低70%。薄带铸轧技术尤其适合我国钢铁工业的发展情况，由于能够有效抑制Cu、S、P等夹杂元素在钢材基体中的偏析，从而可实现劣质矿资源（如高磷、高硫、高铜矿或废钢等）有效综合利用，节省宝贵资源，是钢铁工业实现可持续发展的重要内容。,近终型浇铸,薄带连铸,薄带连铸工艺与其他工艺比较,近终型浇铸,近终型浇铸,薄带连铸技术与新材料开发,采用薄带连铸技术在新材料开发，特别是在生产很难热加工产品时，更是具有工艺上的优势，由于铸带是在冷却速度达到1001000C/s的条件下形成的，二次枝晶间距仅为2-5m，显微组织均质细晶，且具有遗传性，沿带厚成份偏析很小。这对高合金材料的生产十分有益，特别是在难以轧制的高合金薄带钢生产方面有着巨大发展潜力。例如,目前国外在开发的TWIP钢、INVAR合金、铁素体不锈、镁合金带、高硅钢等。,近终型浇铸,薄带连铸代表技术,2530mm,1320mm,6mm,ThyssenKruppSteel缩短热轧板生产工艺,近终型浇铸,2003年，建成一条带宽1200mm双辊薄带连铸中试线并投入使用。2004年，完成不锈钢成卷试验。2005年，完成碳钢成卷试验。2006年，完成硅钢成卷试验。2007年，展开第二阶段攻关。2008年，完成在线四辊热轧机的增设并成功投入试验。2009年2月，中国第一条薄带连铸连轧生产线宝钢股份薄带连铸产业化攻关项目全线投入试生产。,近终型浇铸,宝钢薄带连铸发展历史回顾,近终型浇铸,宝钢薄带连铸中试机组主要参数,影响薄带连铸产业化的主要问题是生产成本和表面质量。薄带连铸目前耐火材料消耗、结晶器消耗在工序成本中所占比例过高。薄带坯由于表比面积大，在生产过程中没有二次处理措施，对铸态的表面质量（裂纹、冷隔、表面凹坑、夹渣）要求非常高。带钢的断面形状和厚度公差。,近终型浇铸,影响薄带连铸产业化的主要问题,“冷隔”是水平连铸机实现间歇拉坯时在铸坯表面上留下的一种缺陷，它是水平连铸坯所特有的。冷隔深度相当于一个拉坯周期形成的坯壳厚度。它在铸坯表面上反复出现。,4.带钢热轧机的布置形式图9.46给出了各种带钢热轧机的概念设计。传统带钢热轧线可以生产所有的钢种，年产量可达500万t。图9.46(a)紧凑式带钢轧机线可以达到300万t。图9.46(b)四辊可逆式炉卷轧机也可生产所有钢种，年产量小于100万t。图9.46(c)CSP机组两流生产时年产量可达到250万t。图9.46(d、e),C-薄板坯连铸机；CB-卷取箱；CS-铸机剪切机或剪头机；DC-地下卷取机；DS-除鳞设备；E-轧边机；FM-精轧机；HC-热卷取机；LC-层流冷却；R-不可逆粗轧机；RR-可逆粗轧机；RHF-辊道炉膛加热炉；SSP-板坯定径压力机；TS-传递系统；WBF-加热炉,图9.46各种带钢热轧机的概念设计（较为常见的系统）,可逆轧机投资少,高温连铸坯的直接热装：加热炉：辊底炉、步进炉大压下轧制技术：CSP道次压下率最大达到60%。主要的轧机配置方案：506367F；70901R+6F;901002R+56F;中厚板10015012R+67F。,薄板坯连铸连轧生产中轧制部分的特点,粗轧机,精轧机,薄板坯连铸连轧在中国,（1）常规热轧带钢工艺及设备布置-中厚板坯,课下了解,常规热轧的设备布置-示例1,板坯：厚度180250mm宽度6502180mm长度411m成品：厚度1.225.4mm宽度6502130mm代表生产线：鞍钢1780武钢2250等,课下了解,板坯：厚度180250mm宽度6502180mm长度411m成品：厚度1.225.4mm宽度6502130mm生产线：攀钢1450,层流冷却,常规热轧的设备布置-示例2,课下了解,（2）薄板坯连铸连轧工艺,薄板坯连铸连轧流程1,课下了解,薄板坯连铸连轧设备布置1CSP,生产能力:,-单线:,-双线:,铸坯厚度:,成品宽度:,150万吨/年,250万吨/年,5570mm,900.1680mm,成品厚度:,1.2.20mm,生产线：珠钢CSP包钢CSP,课下了解,薄板坯连铸连轧流程2,课下了解,薄板坯连铸连轧设备布置2UTSP(FTSC),生产能力:,-单线:,-双线:,铸坯厚度:,成品宽度:,150万吨/年,250万吨/年,7090（100）mm,850.1680mm,成品厚度:,0.8.12.70mm,生产线：唐钢UTSP本钢连铸连轧线,课下了解,（3）中厚板坯连铸连轧热轧带钢工艺,连铸,定尺坯加热,精轧,轧后冷却,卷取,钢卷运输,开卷检查,钢卷打包,钢卷称重,钢卷打号,钢卷入库,定尺坯切割,工艺流程,板坯库,热坯下线,冷坯装炉,可逆粗轧,热卷,课下了解,中厚板坯连铸连轧设备布置,层流冷却系统,F1,F2,F3,F4,F5,F6,除鳞1,F7,加热炉,大立辊,卷取机1,卷取机2,R1,定宽压力机,切头剪,除鳞2,精轧机,卷取机3,板坯：厚度135180mm宽度6502080mm长度617m成品：厚度1.212.7mm宽度6502030mm生产线：鞍钢1700唐钢1700,热卷箱,课下了解,5.热轧薄板生产设备1)加热区设备对于传统热连轧生产工艺，由于提高板坯热装率和热装温度是最有效地节能措施，因而配置上下两面多段供热的步进梁式加热炉是最佳选择。薄板坯连铸连轧线：一般采用隧道式炉底加热炉，也可选择步进梁式加热炉或在粗轧机与精轧机之间选用感应加热炉及热卷箱。隧道式炉底加热炉分为加热段、均热段和缓冲段，炉长约150200m，集加热、均热、保温、输送及缓冲等功能为一体。板坯以连铸速度入炉，接近轧机时开始减速，并与轧机速度相同。板坯头部进入轧机时，其他部分仍然在炉内保温，所以保证了板坯的横断面与纵向的温度分布均匀，降低了AGC系统的控制要求，原始组织的均匀和轧制过程温度的均匀保证了产品性能和质量的稳定和均匀。ISP薄板坯连铸连轧线采用的是长度为1820m的感应加热炉及热卷箱，炉子是由排列在辊道上的一组感应线圈组成，每米一个感应线圈，板坯在辊道上运行时穿过感应线圈，高频电流的集肤效应使板坯表面温度升高，弥补表面温降。热卷箱由气体加热，起卷取和开卷作用。,加热炉,传统热轧板带：步进梁式加热炉CSP，FTSC工艺：常用辊底式隧道加热炉;ISP工艺：常用感应加热技术；CONROLL工艺：常用步进梁式加热炉。,中板坯,辊底式隧道加热炉,又名直通式辊底隧道炉或隧道式辊底加热炉，采用气体燃料。炉长200m左右，内有150160个耐热辊道辊。分为加热段（40m）、均热段、缓冲段（100m，可保证铸坯加热到1200左右的开轧温度）、和出料段。该炉将连接连铸机和连轧机的输送辊道和加热炉合为一体，炉体为直通隧道，内装耐热辊道。铸坯出连铸机后边以拉坯速度前进，边加热，达到加热温度后，加速运行到炉尾，以轧机的咬入速度出炉，出炉进入轧机。,感应加热,在加热炉中采用排列在辊道上的一组感应线圈进行感应加热的技术，称为感应加热。炉长20m左右，每米设置一个感应线圈，形成与带钢传送方向成垂直的电感应场。由控制加热段和均热段组成。改变线圈中电流强度可以控制加热速度，改变电流频率可以调节对钢坯的加热深度。经过加热的铸坯进入克日莫纳炉的卷曲机卷成带卷。,步进梁式加热炉,分三段：加热段，缓冲保温，出料段。基本特征：炉底由固定梁和步进梁（移动梁）组成。铸坯在炉底上的移动靠移动梁做矩形轨迹的往复运动，可将铸坯放置在固定梁上由进料端一步一步的送到出料端。,步进梁式加热炉移动梁的运动,加热方式的优缺点,辊底式隧道加热：使用最多，可靠性强，工艺顺畅，使用灵活；占地太大，生产线过长，维修费相对高（耐热辊的定期更换）。感应加热：缓冲时间长，可灵活调整加热温度和深度，占地小；新技术，不成熟，维护困难，投资相对大。步进梁式加热：最简单，技术成熟，投资少，使用维修费用低，易掌握；对铸坯单重有限制，如果单重太大，炉子过宽，会导致投资增加很多。,课下了解-提高板厚精度措施之一,减少加热钢坯上的黑印和保持钢坯的均匀加热利用步进式加热炉及合适的加热方式，轧制中采用黑印自动补偿技术，炉内采用绝热滑道和交错布置方法，以及钢坯热装入炉等技术都能有效地减少钢坯的黑印。（加热不均匀）加热炉内(除炉膛处)全部采用陶瓷纤维耐火材料、采用先进的控制方式(如计算机模糊控制)等可以改善加热温度控制的灵敏度。目前加热温度偏差控制较好的指标是15范围之内。,变形抗力轧制压力,塑性曲线斜度,2)粗轧区设备粗轧区中设备包括粗轧除鳞设备、定宽压力机、立辊轧机、水平轧机、保温罩、热卷箱等。一般在粗轧机最后机架后设有测温仪、测宽仪及头尾形状检测系统。几个概念：定宽压力机、立辊轧机、热卷箱粗轧机的布置形式是根据产量、板卷重量等诸多因素而决定的。粗轧机的布置形式主要有全连续式、3/4连续式、半连续式和其他形式，如图9.47所示。由于全连续式生产线过长，很少采用，目前广泛采用的是1/2连续式和3/4连续式。热卷箱用于热带生产中，具有减少带坯首尾温差、降低生产投资、提高产品机械性能等优点，热卷箱布置在粗轧机之后。,第7次课结束,立辊轧机和调（定）宽压力机随着初轧板坯被连铸板坯的取代，为减少铸机板坯宽度的调整范围，提高连铸机的生产能力，改善带坯宽度质量等，发展了立辊轧机和定宽压力机。立辊轧机有2大类：普通立辊轧机和带有自动宽度控制（AWC）功能的重型立辊轧机。立辊轧机进行的侧压过程总是与水平轧机组合完成。本钢1700轧机和宝钢2050轧机均配有AWC功能的重型立辊轧机。调宽压力机（Sizingpresses）有2个基本类型，即长锤头调宽压力机和短锤头调宽压力机。鞍钢1780轧机和武钢2250轧机分别引进日本和德国定宽压力机。武钢、马钢、邯钢2250轧机和宝钢1880轧机同时配有立辊轧机和定宽压力机。,定宽压力机-提高板带宽度精度措施之一,板坯定宽侧压机(SP)钢坯定宽侧压技术目前已经在日本、德国等国家得到了成功的应用。近年来我国的热轧带钢厂也从国外引进了这套技术。该技术目的：（1）可明显提高产品质量，尤其是宽度精度；（2）使轧件头部鱼尾状和断面狗骨状现象有明显的改善。（3）减少连铸坯规格、提高收得率和提高热装、热送比例等优点。,主要是轧制外端的影响,不是轧机，是压力机,轧边机-改善板带宽度精度等,轧边机为立辊式轧机在热轧中间坯进入精轧机组之前进行一下轻微的压边操作，可使显微组织再次结晶，从而提高钢坯边部的韧性，大大减少轧制中产生裂纹的可能性，带钢的边部质量也可明显提高，并保证带宽精度。此外，轧边机的轧辊还可以起到一定的导向作用。,图9.47粗轧机的四种布置形式(a)全连续式；(b)3/4连续式；(c)1/2连续式；(d)单机可逆式,粗轧机的布置形式：是根据产量、板卷重量等诸多因素而决定的。粗轧机的布置形式主要有全连续式、3/4连续式、半连续式和其他形式，如图9.47所示。,带钢粗轧机布置形式及特点课外知识,带钢热连轧机主要有全连续式、半连续式、3/4连续式三种布置形式，它们的区别集中在粗轧区。（1）全连续式带钢热连轧机的主要特点（指粗轧机）：轧机均为不可逆轧机，带钢在粗轧区轧制时，每架轧机只按板坯的前进方向轧制一道，并且不形成连轧；（2）半连续式带钢热连轧机的主要持点（指粗轧机）：是至少有一架可逆式轧制，带钢在粗轧区内采用可逆式轧制，进行多道次压下，在粗轧机组不形成连轧；（3）3/4连续式带钢热连轧机的主要特点（指粗轧机）：带钢在粗轧区部分轧机采用可逆式轧制，而在最后的两架粗轧机内形成连轧。,全连续式带钢热连轧机自动化程度高、产量高，但设备多、投资大，轧制流程长，因此轧件热量损失过多，不利于保温、抢温轧制。特别是在生产过程中，由于每架轧机只轧一道次，使得粗轧机大部分时间处于闲置状态，因此设备利用率过低。为此，目前广泛采用半连续及3/4连续式带钢热连轧机，节约设备投资，提高粗轧机组的利用率，并缩短轧线长度，减少轧件的热量损失。近年来，由于粗轧机控制水平的提高和轧机结构的改进，轧机牌坊强度增大，轧制速度也相对提高，粗轧机单机架生产能力增大，轧机产量已不受粗轧机产量的制约，因此，（1/2）半连续式粗轧机发展较快。但由于可逆式轧机操作维修复杂，能耗大，所以对于年产300万t以上规模的带钢厂，3/4连续式带钢热连轧机成为主流。,3)精轧区设备精轧区设备的布置形式已相对定型：一般由切头飞剪机、边部加热器、高压水除鳞箱、精轧机组、机架间活套、快速换辊、轧辊在线磨削等装置组成。精轧机是热带钢连轧线上的核心设备，主要进行对带钢的厚度减薄和板型控制，是决定产品质量的主要工序设备，轧机的各种先进技术几乎都集中在精轧机组上，如精轧除鳞、边部加热器、AGC系统、弯辊系统、新型板型控制手段（PC轧机、CVC轧机、WRB轧机等）、精轧机间低惯量活套装置、在线磨辊装置（ORG）、工作辊轴移（WRS）技术等。边部加热器的功能是对带坯边部温度进行加热补偿，目前采用的边部加热器主要有保温罩式煤气烧嘴火焰型边部加热器和电磁感应加热型边部加热器两种。,轧辊在线磨削装置的主要功能是消除轧辊表面在服役期中的不均匀磨损，使轧辊保持较高的辊型精度和表面粗糙度，以利于自由程序轧制的实现。自由程序轧制：传统轧制程序：在传统的热轧带钢生产中，每次换辊后轧辊为冷态，没有热凸度，为了维持正常生产所需要的凸度，必须按一定的规程组织轧钢生产，产品的宽度轧制顺序应首先安排宽度较窄的“烫辊材”，使轧辊生成较为稳定的热凸度，然后按照一定的步长，逐渐增加宽度，达到最大可轧宽度，在稳定生产一段时间后，轧辊开始在最大宽度上的磨损增加，又需逐渐地减小宽度，直到轧到最小宽度后，轧辊报废。除了宽度方面的限制之外，轧件的厚度和硬度指不同钢种变形抗力的差别的跳跃也不能太大。缺陷：这种安排轧制计划的方式与钢材买方市场的现实相矛盾，目前在世界范围内生产能力过剩，轧钢厂只能按照用户的需求安排轧制计划，而不能拘泥于形式。另一方面，以大幅度节能为目标开发出的连铸连轧直接轧制技术，也需要突破传统轧制计划的限制，开发应用自由程序轧制技术。,随着轧制技术的不断发展，特别是热轧工艺润滑、在线辊型检测、在线磨辊、高精度板形控制，工作辊横移、交叉，定宽压力机和高精度宽度控制以及耐磨性能优良的新材质轧辊等技术的相继开发与应用，保证了轧辊磨损、板厚、板形控制等技术问题，使得有可能突破传统轧制计划的限制，实现自由程序轧制技术。活套装置设置在精轧机组两机架间，主要有气动型、电动型、液压型三种，目前多用电动型和液压型。其作用有：消除带钢头部进入下机架时产生的活套量；轧制中通过调整活套维持恒张力轧制；施加微张力保持轧制状态稳定。,4)轧后冷却装置控制冷却技术为获得良好机械性能的热轧带钢，轧后要进行水冷，使带钢迅速冷却到所要求的卷取温度。为此在精轧机与卷取机之间设置一段水冷区，利用水冷设备对板带进行冷却。带钢轧后冷却装置形式主要有层流冷却、水幕冷却、高压喷水冷却，其中层流冷却的水流为层流，水压稳定，控冷效果最好。5)卷取设备热带钢卷取机分地上式和地下式两种，现代热连轧机生产线上主要采用具有三个助巻辊的地下式卷取机。,5.薄板坯连铸连轧工艺制度1)温度制度在传统的热轧生产中，随着板坯的大型化和轧制时间的增长，增加了轧件尾部的温降，加大了头尾部的温差，导致精轧温度不一。（为保证厚度控制及板型等工艺稳定：工艺上要求抢时间、尽可能加速轧制）薄板坯连铸连轧工艺的温度制度与传统的热轧带钢生产有很大的不同。首先是薄板坯不经过冷却到室温再升温的过程，板坯在出连铸机后，内部温度通常在1000以上，表面和边角温度最低也在900以上，然后以拉速直接进入隧道式加热炉（CSP工艺），加热补温约1520min。当板坯的温度达到要求，即温差不大于10时，板坯加速运行到炉尾，以轧机入口速度出炉，除鳞后轧制。当板坯头部进入轧机时，板坯的其他部分仍然在炉内保温，所以不会有温降的问题，这样就保证了在轧制过程中板坯均以完全相同的条件进入轧机轧制。（轧制工艺参数比较稳定、好控制）,2)速度制度传统的热轧带钢生产，由于在轧制过程中温度降的原因，为了避免因温度降造成的头尾温差而产生的厚度精度差、板形不好和性能不均匀一致等的质量问题，在轧制过程中必须要升速轧制。一旦当带钢头部进入卷取机，全线的所有设备，包括所有的辊道、精轧机组的各架轧机和卷取机等，开始同步升带轧制。当带钢一离开轧机则所有辊道和轧机又恢复到穿带速度等待下一块钢。升速轧制的目的有两个：有利于产量的提高；部分解决了带钢温降引起的质量和生产问题。薄板坯连铸连轧中上述的两个问题都不再存在，由于隧道式或感应式加热炉就布置在轧制线上，板坯未轧部分可以仍在炉内保温，不会有头尾的温差问题；一套连轧机的生产能力远远超过连铸机的生产能力，即使两台连铸机给一台轧机提供板坯，轧机生产能力仍然有富裕，所以对于薄板坯连铸连轧升速轧制就变得没有必要。,3)变形制度传统热连轧机组的压下规程：设定主要是合理地分配各道次的压下量，确定各机架的实际轧出厚度。其原则一般是充分利用开轧时高温的有利条件，把压下量尽量集中在前几架轧机。对于薄规格的产品在后几架轧机上为了保证板形、厚度精度及表面质量，压下量逐渐减小。但对于厚规格的产品，后几架轧机的压下量也不宜过小，否则对板形不利。通常在确定变形制度时：第一架轧机可以适当地有稍小的压下量，避免板坯过厚或厚度波动带来的咬入困难；第二和第三架轧机要充分利用设备能力，尽量给予可能大的压下量；以后的压下量逐渐减小，到最末一架轧机压下量一般在10%15%左右。表9-6为国内某热轧厂的现代化热连轧机精轧机组的典型压下规程。,表9-6传统热连轧机精轧机组的典型压下规程示例,压下率的变化,薄板坯连铸连轧过程的变形制度制定的基本原则：并没有根本的变化，但因该工艺在坯料、温度制度、轧机布置与传统热轧机组有较大不同，因此变形量普遍有了较大的增加。表9-7是薄板坯连铸连轧CSP的压下规程。,表9-7CSP薄板坯连铸连轧的典型压下规程,薄板坯连铸连轧的优势与缺点：来料的尺寸精度高，温度控制均匀，所以产品的质量好，性能均匀；但是比传统板坯薄了较多，传统板坯通常是从200300mm轧到2.0mm，而薄板坯一般是从50100mm轧到2.0mm，很明显压缩比小，这对于产品性能的提高是不利的。因此：到目前为止，薄板坯连铸连轧生产的品种只能覆盖板带产品的75%左右，还有相当一部分产品，特别是高质量的产品尚处于开发实验阶段。6.板带钢热连轧技术发展趋势1)带钢热连轧机的布置紧凑化。前述，带钢热连轧机主要有全连续式、半连续式、3/4连续式等布置形式，它们的区别集中在粗轧区，目前新建轧机多采用半连续式、3/4连续式紧凑型的布置形式。,目前已到85%2011年,2)宽度动态控制由于在板带轧制过程中各因素的波动将造成板带宽度的改变，要得到精确宽度的成品，还必须采用宽度动态控制。板宽动态控制是热轧生产中的一个重要环节，其控制效果直接影响带钢成品宽度精度。目前采用板宽动态控制技术有：自动宽度控制(AWC)、连续宽度控制(PWC)、短行程控制(SSC)等。3)中间坯保温技术粗轧机出口带坯长度可达8090m，进精轧机轧制过程中，为了减少输送辊道上的温度降，近年来很多工厂采用在输送辊道上安置绝热保温罩或补偿加热炉：有效地提高了进入精轧的中间坯温度，从而可降低加热炉出坯温度，提高成材率，节约燃耗；还可减少带钢头尾温差，使板带温度更加均匀，可轧出更宽、更薄、重量更大及精度性能质量更高的板卷。,4)中间坯边部感应加热技术带坯在轧制过程中，边部散热较快，其温降大于中部温降，温差大约为100，导致带钢横截面上晶粒组织不均匀，性能差异大，还会出现边部裂纹和对轧辊严重的不均匀磨损。因此，在精轧机组前对带坯边部进行加热，将温度补偿到与中部温度一致。一般采用电磁感应加热器，可使带坯边部温度提高3050，使带钢横向温度更加均匀，减少带钢边部裂纹，以适应轧制薄规格产品和硅钢、不锈钢、高碳钢等特殊品种的钢。5)增设热卷箱技术热卷箱安装于粗轧机的延伸辊道和切头飞剪之间，将粗轧机轧成的中间带坯卷成热钢卷，然后通过其中的开卷机构将热钢卷的头部(粗轧机最后道次的尾部)，引入夹送辊进行压平矫直，并使带坯的头部能顺利地通过切头飞剪和精轧前除鳞箱后送入到精轧机组。,热卷箱设置在末架粗轧机后和精轧机组切头飞剪前。热卷箱布置在粗轧机之后，飞剪机之前，采用无芯卷取的方式将中间带坯卷成钢卷，然后将带坯尾部变成头部进入精轧机进行轧制，可基本消除头尾温差。应用热卷箱技术具有如下优点：（1）降低中间带坯头尾温差，因而消除带钢纵向厚度偏差，改善产品技术性能。（2）精轧机组不必采用“升速轧制”，简化自动控制，同时节省电耗。（3）在原有生产线上进行改造时，粗轧机与精轧机组之间的中间辊道长度已经确定，由于热卷箱允许卷取与开卷同时进行，因而可以起到储料作用，通过增大中间坯长度，提高产量。（4）减少带坯在空气中的骤冷时间，表面的氧化铁皮较少，改善了带钢的表面质量，同时在卷取过程中易使氧化铁皮剥落，有利于精轧时除鳞。（5）热卷箱可起保温缓冲作用，从而延长事故处理时间，从而提高了收得率，同时可协调粗轧机与精轧机组的轧制节奏。,6)组织性能控制与铁素体区轧制技术热轧板带钢的内在质量除了受材料本身化学成分的影响之外，很大程度上取决于轧制过程中的变形制度和冷却制度。通过控制变形量的分配、终轧温度、卷取温度、冷却速度，可以控制产品的晶粒度、析出、相变、微结构形态、组织织构等组织结构特征和屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、韧性等力学性能参数。热轧带钢中最有效的组织性能控制手段是通过控制轧件在层流冷却区的冷却过程来控制卷取温度。铁素体区轧制工艺：又称为温轧，是在Ar3温度以下轧制，由于温度低，可降低加热温度，可以节约燃料，开发加热炉的潜在生产力，提高效益，还可以大幅度降低由此产生的氧化铁皮损耗，提高了成材率和带钢的表面质量，并使冷轧前酸洗效率提高。,“控轧控冷”核心,铁素体轧制,传统热轧带钢生产：精轧温度需在Ar3以上，以保证良好的力学性能。但是随着轧制厚度的变薄（尤其小于1.4mm以下时），完全奥氏体状态轧制愈加困难。,传统轧制与铁素体轧制过程比较,采用低温轧制的工艺布置,铁素体区轧制适宜钢种：低碳钢，铝镇静钢：C=0.015%0.04%,Mn0.3%;超低碳无间隙原子钢（IF钢）：C0.005%,Mn0.3%。,铁素体轧制的优点：,避免两相区轧制时由于流变应力的突变及非均匀变形导致的带材跑偏和板型缺陷；避免两相区轧制引起的带钢力学性能不均匀和产品厚度的波动；可以降低板坯的加热温度，不仅节约能源，还可以提高产品的质量。低的加热温度能够减少细小弥散的第二相粒子的形成，降低了再结晶温度，对产品的性能有利。减少氧化铁皮和工作辊的磨损，提高带钢表面质量；降低输出辊道上冷却水的消耗。可以提高成材率。因为较低的板坯加热温度。精轧温度控制在铁素体区，降低了轧制负荷。因为铁素体和奥氏体的晶体结构不同，体心立方结构的铁素体晶体滑移系较面心立方的奥氏体晶体滑移系多，因而在一定温度范围内容易变形，从而降低了变形抗力。降低轧辊磨损。提高板卷的深冲性能，可以部分取代冷轧板。传统的生产工艺热轧后因为相变过程的存在无法形成有利于深冲性能的111/ND织构。,7)自由规程轧制热轧板带与冷轧板带不同，在轧制过程中轧辊凸度变化较大。所以传统的热轧带钢生产中：每次换辊后轧辊为冷态，没有热凸度，为了维持正常生产所需要的凸度，必须按一定的规程组织轧钢生产，产品的宽度轧制顺序应首先安排宽度较窄的“烫辊材”，使轧辊生成较为稳定的热凸度，然后按照一定的步长，逐渐增加宽度，达到最大可轧宽度，在稳定生产一段时间后，轧辊开始在最大宽度上的磨损增加，又需逐渐地减小宽度，直到轧到最小宽度后，轧辊报废。显然这种安排轧制计划的方式与钢材买方市场