大型棒材连铸坯热送热装技术的应用

大型棒材连铸坯热送热装技术的应用

1棒材产品的选择目前，随着国内汽车零部件制造、发电设备和工业机械制造产业的快速发展，对大木棒产品的需求不断增加。大木棒产品的使用主要是优质特殊产品，品质要求很高，生产难度大。过去，许多生产工艺用于确保产量。随着合金钢大方(圆)坯连铸技术、合金钢连铸坯热送热装、合金钢加热炉新技术、大型轧机,以及各种精整热处理等新技术、新设备在大型棒材生产线上的相继运用,使大规格优特钢棒材的生产产量和质量有了较大的提高,生产成本进一步降低。2在大型棒材生产中应用的主要新技术2.1生产大规格铝合金棒材的工艺条件优特钢棒材(特别是中、大规格)原多采用锻造工艺生产,成本较高,随着合金钢连铸和轧钢技术的不断进步,可采用轧制工艺来生产大规格合金钢棒材,但要求加大连铸坯的断面尺寸,以满足轧制压缩比,保证产品质量。目前兴澄特钢生产的连铸坯为国内断面尺寸最大的连铸坯,其尺寸为390mm×510mm(方坯)、,Φ800mm(圆坯)。2.1.1坯料断面尺寸的选择国内外对大方(圆)坯连铸坯断面尺寸范畴没有统一的规定标准,一般认为铸坯断面积大于220mm×220mm的为大方(圆)坯,其钢种一般有轴承钢、齿轮钢、弹簧钢和中高合金钢等。作为大型棒材生产线的一种轧制坯料,大方(圆)坯断面尺寸的选择要考虑到宽厚比和压缩比等因素。有研究表明,大方坯断面宽厚比B/H在1.2～1.5之间最为理想,在此宽厚比范围内的铸坯中间偏析、疏松等缺陷最少,轧制产品质量最佳。同时,为保证各钢种产品都能得到优良的力学性能,不同钢种的连铸坯在轧制过程中必须保证具有足够的压缩比,见表1。另外,大方坯的选择还要考虑下面两个因素:(1)轧机的辊径。为保证咬入角,轧辊名义直径与坯料高度之比Do/H应为2～3。(2)合理的初轧开坯轧制制度。初轧一般为奇数道次,Φ1000、Φ850mm初轧机的最大压下量分别为80～90、60～80mm。2.1.2铸坯冷却和铸坯冷却近年来,国内一些设计院多推荐采用大圆坯轧制大规格棒材产品,因为从理论上讲连铸大圆坯可获得等轴晶组织,铸坯表面和内在质量均最佳,而且冷却均匀,可较大程度地避免角部冷却速度快的缺点,从而在轧制时可避免轧制角裂等问题。但目前国内采用大圆坯轧制大规格棒材产品的生产线还相对较少(江苏淮阴钢厂采用Φ300、Φ450、Φ500mm连铸大圆坯),从技术及经验方面来讲,没有采用大方坯轧制技术经验娴熟丰富。2.2热送热装温度的控制为了节能降耗,同时由于无缺陷优质连铸坯生产技术的日趋成熟,大型棒材生产线多采用热送热装工艺。一般可热送热装的钢种有合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、齿轮钢,而以铝脱氧的低碳钢,如铆螺钢、冷镦钢等钢种,不可热送热装。为了保证加热质量,并避免加热中铸坯表面出现裂纹等缺陷,必须严格控制热送热装温度。温度在A1～A3的铸坯一般可直接送加热炉加热后轧制;温度在400℃～A1的铸坯,必须经保温热送至加热炉加热后轧制。连铸坯热送热装的低温界限为400℃,低于400℃就不再热送。另外,不同钢种由于其含碳量和合金成分的不同,热送热装的温度也不同:中碳钢应采用中低温温送;高碳铬轴承钢应采用高温红送(GCr15热装温度为600～650℃);16MnCr5、SCM420、SCM822H、20CrMnTi、ZF7等低合金齿轮钢宜采用高温热装(SCM822H齿轮钢应避免在700～870℃进行热送热装,一般可在600℃以下或900℃以上热装);锰硫比较低(ω>(Mn)/ω(S)<30)的钢种,宜采用低温热装;高锰硫比和碳氮化物形成元素含量较高的钢种,则宜采用高温热装。2.3开/关控制大型棒材生产线的产品种类多,各钢种加热特性及加热曲线不同,对加热炉温度控制和炉内气氛控制的精度和灵活性提出了更高的要求。近年来提出了一种全新的加热炉设计理念,即数字化加热炉,能很好地满足大型棒材产品对加热质量的技术要求。数字化加热炉有如下特点:(1)加热炉为平顶箱型结构,烧嘴全部采用侧向调焰烧嘴。控制方面采用虚拟段概念,即每2个烧嘴作为一个控制段,温度控制更加灵活,取消了传统加热炉的分段控制模式。(2)烧嘴单独开/关控制。烧嘴只有打开和关闭两种工作状态,开/关控制通过空气和燃气管网上的开/关阀实现。烧嘴处于开状态时,烧嘴保持大负荷运行,火焰稳定,加热质量稳定。(3)加热负荷通过脉冲控制来调节。加热炉供热负荷由控制每对烧嘴的燃烧间隔时间和燃烧时间来调节,不能直接调节烧嘴流量大小;空燃比由燃嘴前的孔板调节,如果煤气、空气压力稳定,空燃比也保持不变。(4)采用二级控制系统,优化各钢种的温度控制。此类加热炉建立了一套关于温度控制和温度均匀性的详细数据资料,通过2级控制系统,不断计算和设定不同区域的温度设定值,精确控制每根钢坯的出炉温度。目前,石家庄钢铁公司Φ50～Φ150mm的棒材线上采用了数字化加热炉。2.4大型开坯轧轧坯料利用大型开坯轧机和大型短应力线轧机已在大型棒材生产线上得到成功应用。大型开坯轧机主要是用于半连轧生产线的开坯轧制,为连轧机组输送优质的粗轧坯料;大型短应力线轧机主要应用在连轧机组上。2.4.1半连轧大型棒材生产线自1980年以来,随着连铸坯一火成材技术的成熟运用,初轧-开坯工艺技术已逐渐淡退,同时大型开坯轧机也相继被淘汰。但2000年以后,我国不断增建大型棒材生产线,且大方(圆)坯连铸技术逐渐成熟,开坯轧制的连铸坯规格适应性广、生产灵活,且适合多品种生产,因此,大型初轧开坯轧机亦逐渐被恢复采用,有些厂家还在原开坯轧机后加上一组连轧机组,将其改造成半连轧大型棒材生产线,例如宝钢Φ1300mm初轧机、湘钢Φ750mm初车轧机、大连钢厂Φ750mm初轧机等;甚至有些原来没有初轧开坯机的厂家新上了二辊可逆式开坯机,例如,江阴兴澄Φ1000mm开坯机、淮阴Φ000mm开坯机、大连特钢Φ1000mm开坯机、无锡钢厂大棒线Φ850mm开坯机等。大型棒材半连轧生产线开坯+连轧的布置形式越来越受到钢厂的青睐。2.4.2连轧机组和生产线随着大规格连铸坯的应用,大型轧机特别是使用灵活、性能较好的大型短应力线轧机已被采用。当前,新建的大型棒材生产线其连轧机组大多采用大型短应力线轧机。例如,兴澄特钢大棒半连轧生产线的连轧机组采用3架Φ760mm和3架Φ670mm大型短应力线轧机;淮钢大棒半连轧生产线采用3架Φ900mm和3架Φ750mm大型短应力线轧机;大连特钢大棒半连轧生产线采用4架Φ850mm和4架Φ650mm大型短应力线轧机;石钢φ50～Φ150mm全连轧棒材生产线全线均采用了大型短应力线轧机,分别是6架Φ850mm、4架Φ750mm和5架Φ550mm轧机。近年来,国内外一些设计研究单位在不断地对大型短应力线轧机进行改造更新,其规格也不断增大。2.5分类新技术的应用为了保证产品表面及内部质量,现代大型棒材生产线一般都会配置精整热处理线,主要包括缓冷、矫直、倒棱、探伤、剥皮及热处理等工序。2.5.1成品冷床的冷却在大型棒材生产线上,一般采用缓冷箱或缓冷坑对产品进行缓冷。根据实践经验,45钢以上的中高碳钢和合金结构钢、含Ni、Cr的合金结构钢、弹簧钢、轴承钢等一般都不能在成品冷床上均匀冷却,应快速收集吊装入缓冷坑或缓冷箱中缓冷,其目的是为了消除钢材中的白点、防止产生表面裂纹、降低钢材硬度等。入坑(箱)温度须在650℃以上,缓冷时间视钢种与规格而定,一般需要32～36h。缓冷箱一般不能做得过大,否则吊运较麻烦,若缓冷效果不好时还需增加后续热处理工序,因此,采用缓冷坑相对比较合理,缓冷坑大概可按产量的30%进行配置。当生产直径大于Φ80mm、钢种为一般优质碳素结构钢、低碳合金结构钢时,即可在成品冷床上进行冷却。2.5.2精矫直机矫直机大规格棒材的矫直不仅是为了给无损探伤提供适宜平直度的棒材和碾掉产品表面的薄氧化铁皮,也是为了满足成品棒材的质量要求。矫直机主要有二辊、七辊、九辊等型式。二辊矫直机主要用于精矫直,成品为银亮材,该矫直机矫直盲区小,矫直精度高。当棒材通过两个交叉成一定角度、上凹下凸、辊面呈特殊曲线的矫直辊时,棒材受压被反曲且高速旋转前进,最终使棒材超过弹性极限以达到期望的矫直结果。二辊矫直机的矫直精度可达到1/1000mm。七辊或九辊矫直机主要用于粗矫直,产品为黑皮材,该矫直机矫直盲区较大,矫直精度较差。1台七辊或九辊矫直机矫直跨度一般不大于3倍,矫直能力为3～5万t/a。与其他多辊矫直机相比,二辊矫直机由于矫直能力较大、矫直精度及质量较高,所以适用于大规格棒材的矫直。2.5.3去除毛刺和变形由于大规格棒材在轧线上定尺剪切时,端部可能会产生大的毛刺和变形,因此需进行倒棱以去除这些毛刺和变形,从而防止刮伤探伤探头,也有利于自动标签机的自动贴签,且能提高产品的外部质量。2.5.4表面缺陷探伤一般采用表面探伤和内部探伤两种方式对大规格棒材进行探伤检测。表面探伤主要有磁粉探伤、涡流探伤等。磁粉探伤是根据磁力的作用检测出产品表面及近表面的裂纹、白点、夹杂物等缺陷;而涡流探伤则是利用电磁感应的作用来检测产品表面及表层裂纹缺陷。内部探伤主要是采用超声波检测,其精度可达Φ2mm平底孔。2.5.5精皮线加工大棒材为了能去除探伤检测出的产品表面裂纹、压痕等缺陷,根据实际需要在精整线上配置剥皮机组,采用砂轮打磨精剥皮去除棒材表面的裂纹等缺陷,加工出高光洁、高精度的大棒材,以满足产品表面质量的要求。2.5.6精整量大,投资少大规格棒材的热处理设备主要有车底式炉和辊底式炉两种。车底式炉的热处理能力较小,约为8000～10000t/a,且处理后产品表面质量较差,氧化铁皮较多,钢材易弯曲,后续精整量大,但投资少,占地面积小;辊底式炉在炉辊上面和下面的炉膛上都可布置烧嘴,加热均匀,加热速度较快,广泛应用于常化、退火、淬火、回火等热处理工艺。无论是车底式炉还是辊底式炉,都要求严格控制炉温和炉内气氛。加热方式主