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东北大学硕士学位论文摘要 本钢薄板坯连铸连轧生产线辊底式加热炉的研究与分析 摘要 薄板坯连铸连轧技术是2 0 世纪8 0 年代末世界钢铁工业发展的一项重大技术，该工 艺具有流程短、成本低、成材率高、产品质量好、品种覆盖面广等突出优点，而且投资 省，见效快，因而成为国际上竞相开发的重大工艺技术。 本文综述了薄板坯连铸连轧技术的概况，介绍了该技术在我国的发展及存在的问 题。阐明了该技术的工作原理和辊底炉的工作原理及其作用。 论述了本钢薄板坯连铸连轧生产线( b s p ) 的设计方案和技术、装备特点。 对意大利t e c h i n t 公司和美国b r i c m o n t 公司的辊底炉设计方案进行了总体比 较，对技术性能、炉辊、炉型结构、燃烧系统、自动化系统、国内国外设备分交比例六 个方面作了重点分析，确定了b s p 生产线辊底炉的总体方案。 对辊底炉重点技术的采用进行了论证。确定了坯料的摆渡方案。详细论证了新型耐 火材料陶瓷纤维模块的性能及选用原则，并对其施工要求作了详细说明。炉辊是重点设 备，其造价占总投资的3 0 ，通过对炉辊结构、辊环材质、耐火材料的类型及包扎方式 的分析，确定了炉辊的形式。烧嘴采用低氧化氮烧嘴，交叉布置在炉辊上方。燃烧控制 系统贯彻避免煤气富集的原则即升温时空气主导、降温时煤气主导的原则。 对辊底炉的控制系统的原理进行了详细说明，并分析了材料跟踪系统、燃烧系统、 二级计算机系统的相互关系及特点，并对安全系统作了说明，并对控制系统的优点加以 说明。 本溪钢铁公司是继珠钢、邯钢、包钢、唐钢、涟钢、马钢之后第七家引进此项技术 的。该工艺充分利用了铸坯的热能，又依靠辊底式加热炉的特殊功能和作用，使连铸与 连轧紧密协调地结合在一起并顺畅生产。本课题对薄板坯连铸连轧工艺进行了论述，尤 其是对辊底炉的设计进行了详细的分析，具有理论和实际应用意义。 关键词：薄板坯连铸连轧；辊底炉；水冷辊道；陶瓷纤维模块；燃烧控制。 i i 东北大学项士学往论文a b s 扛i d c t s t u d ya n da n a l y s i so fb e ng a n gt h i ns l a bc o n t i n u o u s l yc a s t i n g a n dr o l l i n gr o l l e rh e a r t hf u r n a c e a b s t r a c t t h i ns l a bc o n t i n u o u s l yc a s t i n ga n dr o l l i n gt e c h n o l o g yi sag r e a to n ei n1 9 8 8 s t h e p r o c e s sh a st h ea d v a n t a g e so fs h o r tf l o w , l o wc o s t , h i g hy i e l dr a t e ，g o o dq u a u t ya n dw i d e l y g r a d e s a n da l s oi ts a v e 8i n v e s t m e n t , t a k e se f f e c tf a s t s oi tb e c o m e st h eh n p o r t a n tp r o c e s s t e c h n o l o g yd e v e l o p e di nw o r l dw i d e t h ed i s s e r t a t i o ns u m m a r i e st h eb s pt e c h n o l o g ya n di t sd e v e l o p i n ga n dp r o b l e m se x i t e d i no u rc o u n t r y i ta l s oe x p l a i n si t sp r i n c i p a la n dt u n n e lf u i t l a c e sp r i n c i p a la n df u n c t i o n t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e sb e n g a n gb s pd e s i g np l a na n dt e c h n o l o g y ，e q u i p m e n t f e a t u r e s w i t h c o m p a r i n g t h e d e s i g np l a no fi t a l yt e c h i n tw i t ht h e o n eo fu s a b r i c m o n t ，w ep a ym o r ea t t e n t i o no nt h ef o l l o w i n g6p o i n t s ，i e t e c h n o l o g yp e r f o r m a n c e ， f u r n a c er o l l ，f t l r n a c es t r u c t u r e ，c o m b u s t i o ns y s t e m , a u t o m a t i cs y s t e ma n dl o c a l & f o r e i g n p r o p o r t i o no f s c o p eo f s u p p l y , a n dt h e nd e c i d e dt h eb s pp l a l l i td e m o n s t r a t e st h et u n n e lf u i n a c e sk e yt e c h n o l o g y , d e t e r m i n et h es h u t t l ep l a nf o rs l a b a n da r g u et h en e wt y p er e f r a c t o r ym a t e r i a l s - c e r a m i cf i b e rb l o c k - p e r f o r m a n c ea n dc h o i c e r u l ea n dw e p u tf o r w a r d t h ed e t a i l e dr e q u i r e m e n tf o rt h ec o n s t r u c t i o n t h ef u r n a c er o l li st h e k e ye q u i p m e n t ，i t sc o s ti su pt o3 0 o f t o t a li n v e s t m e n t t h r o u g ht h ea n a l y s i so f r o l ls t r u c t u r e ， t i r em a t e r i a l ，r e f r a c t o r ym a t e r i a lt y p ea n di t sp a c k i n gp a t t e r n , w ed e t e r m i n et h er o l lt y p e t h e b u r n e r su l o wn o x , a r r a n g e do nt h eu p p e rs i d eo ft h er o l la c r o s s f o rt h eg a sc o n t r o l s y s t e m ，t h ep r i n c i p a li st oa v o i dg a sr i c h , i e w h e nt h et e m p e r a t u r er i s e s , t h ea i ri sd o m i n a n t , a n dw h e nt h et e m p e r a t u r ed r o p s ，t h eg a si sd o m i n a n t i te x p l a i nt h ec o n t r o lp r i n c i p a la n da n a l y s i st h er e l a t i o n s h i pa n df e a t u r ea m o n gt h e m a t e r i a lt r a c i n g , c o m b u s t i o ns y s t e m , l e v e l2 c o m p u t e rs y s t e m a n de x p l a i nt h es a f e t ys y s t e m ， a n da d v a n t a g e so f c o n t r o ls y s t e m b e n x is t e e li st h e7 血p l a n ti n t r o d u c i n gt h et e c h n o l o g ya f t e rz h us t e e l ，h a ns t e e l ，b a o 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t s t e e l ，t a n gs t e e l ，l i m as t e e la n dm as t e e l t h et e c h n o l o g ym a k e sb e s tt s oo f t h eh e a te n e r g y o fc a s ts l a ba n da l s od e p e n d so nt u n n e lf u r n a c e ss p e c i a lf u n c t i o n , c o n n e c t st h ec a s t e ra n dt h e m i l lt o g e t h e rc l o s e l y , a n dm a k e st h ep r o d u c t i o ns m o o t h l y t h i st o p i cd i s c u s e st h eb s p p r o c e s s ，e s p e c i a l l ya n a l y s e st h ed e s i g no f t h er o l l e rh e a r t hf u r n a c e i ti so f t h es i g n i f i c a n c eo f c o n n e c t i n gt h et h e o r ya n dt h ep r a c t i c e k e y w o r d s ：t h i ns l a bc o n t i n u o u s l y c a s t i n ga n dr o l l i n g ；r o u e rh e a r t hf u r n a c e ； w a t e rc o o l i n gr o l l e rt a b l e ；c e r a m i cf i b e rb l o c k ；c o m b u s t i o nc o n t r 0 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为 获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日期：五“名 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交 流。 学位论文作者签名：易) ，卅 e t 期：少形7 谚 另外，如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。 学位论文作者签名； 导师签名： 签字日期： 签字日期： 东北大学硕士学o - 磺e 文第一章绪论 第一章绪论 1 1 薄板坯连铸连轧技术概况 薄板坯连铸连轧技术是2 0 世纪8 0 年代末世界钢铁工业发展的一项重大技术， 由于薄板坯连铸连轧工艺具有流程短、成本低、成材率高、产品质量好、品种覆 盖面广等突出优点，而且投资省，见效快，因而成为国际上竞相开发的重大工艺 技术川。 1 9 8 9 年6 月，世界上第一条薄板坯连铸连轧生产线在美国的纽柯公司的克劳 福兹维尔厂( c r a w f o r d s v i l l e ) 投产，该生产线采用了西马克( s m s ) 的连铸连轧 技术( c s p ) ，设计年产量为8 0 万t 。1 9 9 2 年，一条年产5 0 万t 的短流程生产线 在意大利的阿维迪( a r v e d i ) 建成投产，并于1 9 9 3 年9 月达到设计产量。在此期 间，意大利、日本、奥地利等国也相继开发了自已的薄板坯连铸连轧技术，并处 于半工业试验阶段。 经过近2 0 年的不断发展完善，薄板坯连铸连轧生产线的产品质量和产量逐渐 提高，已经可以和传统的热轧流程相媲美2 1 。今日，薄板坯连铸连轧技术已经步 入了成熟期。 薄板坯连铸连轧工艺是连铸技术发展、成熟的必然结果，它打破了传统的生 产模式，将连铸与热带钢连轧有机地结合在一起。其工艺实质、特点与传统的生 产工艺有着显著的区别 3 1 ，其主要特点如下： ( 1 ) 板坯厚度减薄到合理的临界区间，可以省去传统工艺中的粗轧机 架，而只用4 架以上的精轧机架轧成热轧带卷。 ( 2 ) 通过一系列精确的工艺控制，将生产过程中各工序点的温度控制在合理 范围内，在连铸机和轧机之间通过辊底式加热炉对板坯加热，从而在充分节能的 前提下实现长时间连铸连轧工艺运行，达到充分利用能量的目的。 ( 3 ) 生产过程的物流维持在一个合理的范围内( 如铸速3 - 6 m m i n ) ，在保 持一定流量的前提下，控制合理的时间节奏。 ( 4 ) 半无头轧制技术克服了成批轧制或单卷轧制的通病，有利于生产宽而薄 的带钢，拓宽了产品大纲。同时，半无头轧制还可以提高收得率和生产率，降低 1 东北大学硕士学位论文第一章绪论 辊耗，缩短换辊时间。 ( 5 ) 通过粗轧机和精轧机之间的超快速冷却系统，使带钢温度在进入第一架 精轧机前降低到a t 3 以下，完成t a 的相变，即变成完全铁素体。铁素体轧制不 仅能节约能源，减少轧辊磨损和氧化铁皮，而且其产品加工成型性好，可以扩大 产品品种。 1 2 我国薄板坯连铸连轧技术的发展及有待解决的问题 1 2 1 我国薄板坯连铸连轧技术的发展 我国的薄板坯连铸连轧技术最早是由广州珠江钢厂、邯郸钢铁公司、包头钢 铁 公司与德国的西马克公司合作，并且三条生产线是以捆绑方式引进的。在这 三条生产线上均采用了德国l o i 公司的辊底式加热炉，并且摆渡方式都是摆动形 式。中国首条连铸连轧生产线珠江钢厂历经2 7 个月的建设，在9 9 年8 月7 日生产出了第一个热轧卷。该生产线的生产能力1 0 0 万吨年。邯郸的c s p 生产 线设计产量为2 4 8 万吨，该厂于1 9 9 9 年1 2 月1 0 日投产，于2 0 0 3 年3 月中旬完 成二期建设( b 线铸机、b 线炉、f 6 轧机) 。包头钢铁公司的c s p 全线设计产量 为1 9 8 万吨，该厂于2 0 0 2 年6 月投产，2 0 0 4 年产量为2 5 5 万吨。作为国内最早 的c s p 生产升线，上述的三条线取得了成功，并且积累了非常多的经验，为以后 的同类生产线的建设提供了宝贵的经验。 唐山钢铁公司的薄板坯连铸连轧生产线是国内第四家生产线。该线引进日本 三菱的技术和部分关键设备，该线的加热炉是由美国b r i c m o n t 公司负责技术 总承包，摆渡方式为横移形式。该线的设计产量为2 5 0 万吨年，于2 0 0 2 年1 月 2 8 日投产。该线的意义在于突破了德国西马克公司的独家技术，为短流程工艺的 多样化提供了借鉴。 ， 马鞍山钢铁公司是国内第五家引进该技术的，该线的总包商是德国的西马克 公司，加热炉为意大利的德兴公司作技术总负责，设计产量为2 6 0 万吨年。涟源 钢铁公司是国内第五家引进短流程技术的，总包商是西马克公司，加热炉是美国 的b r i c m o n t 公司做技术总负责，摆渡方式为摆动形式，全线设计产量为2 3 0 万吨年，该厂于2 0 0 4 年2 月正式投产。随后又有本溪钢铁公司和通化钢铁公司 2 东北大学硕士学位论文第一章绪论 的生产线投产。 薄板坯连铸连轧技术自问世以来，发展迅猛，目前已经发展到以半无头轧制 和铁素体轧制为主要技术特征的第二代产品【4 1 。我国目前已经有1 0 多条薄板坯连 铸连轧生产线投产，这将为我们提供更多更好的实践经验，薄板坯连铸连轧技术 凭借其独特的优势，在我国必将有更广阔的发展前景。 1 2 2 需要解决的问题 应该说薄板坯连铸连轧的技术在我国的应用得到了很大的发展，但是，必须 看到还存在相当多的问题，其主要表现是： ( 1 ) 厚规格的产品产量较大，1 - 2 m m 的薄规格产量很小，还没有充分发挥 薄板坯连铸连轧生产线的特点或优势。 ( 2 ) 铸机速度慢，入炉温度低。 ( 3 ) 半无头轧制，铁素体轧制等新功能没有充分开发利用。 ( 4 ) 生产事故，设备事故发生较多，备品备件尚有很大部分依赖进口，成本 较高。 对于生产工艺的研究和有关设备的性能掌握和功能的开发也是非常重要的， 但是这些是长期予以关注的问题，否则是无法发挥该生产线优势的【5 1 。 1 3 薄板坯连铸连轧技术工作原理，加热炉的作用及与特点 1 3 1 薄板坯连铸连轧技术工作原理 连铸坯在进入加热炉前由摆动剪按要求切成定尺板坯，然后进入加热炉进行 加热，板坯从隧道式加热炉出炉后，通过火焰切割机，由r l 轧机入口辊道，经 过粗轧侧导板，运送到粗轧除鳞机，板坯经过除鳞机由e l 立辊轧机来控制板坯 宽度，粗轧机r 1 、r 2 对板坯进行轧制。然后，中间辊道把板坯送到精轧机，中 间辊道上有保温罩和冷却装置。板坯先经侧导板、切头飞剪，迸入糖轧除鳞机， 由精轧机f 1 f 5 进行轧制。轧机轧制后的板材经由输出辊道、高速飞剪入口辊道、 入口侧导板、入口夹送辊到达高速飞剪，在半无头轧制时，长坯的板材由高速飞 剪分剪成定长板材、单尺坯板材轧制时直接经由高速飞剪的填充辊道向后传输， 依次经过1 群侧导板、l 撑夹送辊，进入1 撑卷取机，实现卷取；或通过卷取机机上辊 3 东北大学硕士学位论文第一章绪论 道、2 撑侧导板、2 群夹送辊，进入2 样卷取机，实现卷取。钢卷分别由l 撑、2 撑卸卷小 车卸下，由钢卷运输线上设备接卷、在实现钢卷表面检查、切样检查( 部分钢卷) 、 打捆、称重、喷号后运输到各钢卷跨。 1 3 2 辊底式加热炉的作用及特点 辊底式加热炉是薄板坯连铸机与轧机之间的桥梁，是薄板坯连铸连轧生产线 的重要设备，其主要作用是： ( i ) 将薄板坯按工艺要求均匀地加热到轧制温度。 连铸坯的入炉温度一般在8 5 0 1 0 5 0 之间，出炉温度( 轧制温度) 一般在 1 0 5 0 11 5 0 在炉内需对板坯提高温度5 0 3 0 0 。出炉板坯的温度保证值为： 板坯长度与宽度方向温差垫1 0 ，板坯边部( 距边部4 0 m m 范围内) 温度最大可 以高出规定值4 0 。 ( 2 ) 炉子可以储存若干块单尺坯，当轧机换辊或出现事故时，连铸轴生产的 板坯可在炉内储存，以保证连铸机的正常生产，炉子起到了缓冲储存作用，而这 一时间的长短即称为缓存时问。一般来说，辊底炉的缓存时间( 在轧制单尺坯时) 不低于1 2 分钟，以保证轧机有充足的换辊和处理事故时间。 ( 3 ) 在薄板坯连铸连轧生产线上，除了辊底式加热炉外，还有部分生产工艺 使用电感应加热、钢卷保温炉和较短的辊底式炉组合、步加式加热炉来满足上述 要求，但由于各种因素，以上工艺没有得到较大发展。目前，较长的辊底式加热 炉仍是薄板坯连铸连轧生产工艺的主流设备【6 】。 1 4 辊底式加热炉的主要结构与工作原理 1 4 i 炉型结构 早期的辊底式炉炉长不超过2 0 0 m ，随着入炉板坯长度与厚度的增加，尤其 是半无头轧制工艺的出现，辊底式加热炉的长度也随之明显增长，荷兰的 h o o g o v e n s 厂辊底式加热炉炉长已达到3 1 5 m 。炉长的确定与缓冲时间、供热 模式、倍尺坯倍尺数及建设场地有关。在2 流( 连铸) 2 线( 加线炉) 生产时， 二线炉内的板坯传送到一线炉的方式有两种：横移式与摆动式。目前，两种传送 方式共存，其优缺点比较各有不同，但摆动传送方式为s m s 专利技术，虽然摆动 4 东北大学硕士学位论文第一章绪论 方式比横移方式略胜一筹，可炉子供货商只有在s m s 总包的情况下才可以使用摆 动技术。 辊底式加热炉的炉体结构发展至今变化不大，炉体结构的主要特点为： ( 1 ) 低热惰性。为了适应入炉板坯多品种规格和连铸拉速的变化，要求炉子 热惰性小，能根据需要即时调节炉温，因此，除炉底储渣斗和炉辊下部侧墙外， 其余的炉墙和炉顶均采用耐火陶瓷纤维模块。 ( 2 ) 活动炉顶。为了便于处理炉内的事故坯，加热炉各个单元的炉顶均采取 活动炉顶，在两个相邻的单元之间有一小段的固定炉顶，每个单元的长度一般在 1 0 m 左右。 ( 3 ) 炉底排渣装置。炉底没有漏斗状的储渣斗，氧化铁皮掉入储渣斗内，储 渣斗底部有活动的排渣门，常采用压缩空气作动力，排渣时将渣门打开，氧化铁 皮掉入下方的铁皮斗，用叉车清运走。 1 4 2 工作原理 1 4 2 1 概述 铸机出坯之后，由炉子入口侧的摆动式飞剪将板坯切成所需要的长度，通常 单尺坯最大轧制长度为3 3 米。这样，将板坯进行短时间加速，使切割面之间产生 工艺所需的间隔( 1 5 2 m ) ，铸机在此过程中发出必要的模拟信号。 该板坯入炉后，其炉内运行速度与连铸速度同步，直到将板坯尾部运 送至加速辊上。板坯在加热段与传送段持续被加热以达到所需的轧制温度并 保持温度均匀后，以最佳的速度穿过传送段( 板坯通过炉子的速度范围是 2 o m m i n 6 0 o r o j m i n ) 。在出炉端，板坯运行速度与第一架轧机的轧制速度保持 同步，轧机发出必要的模拟信号。 正常条件下，板坯在炉内沿炉长方向运行并进行加热。物料跟踪系统 通过炉子自动化系统操作、观测( 光电管) 并计算每块板坯在炉内的位置， 所占炉子空间及板坯运行时间。 在炉内缓冲或处于事故状态时，炉辊可将板坯逆向传送( 并摆动) ，进行暂 时储存。 1 4 2 2 机械控制与板坯跟踪 机械控制的主要对象是炉辊和助燃风机。 5 东北大学硕士学位论文第一幸绪论 当板坯入炉时，炉子入口段的辊速与铸速同步，当炉前摆剪切断板坯时后， 炉辊短时加速，使上一块坯尾与下一块坯头留有1 5 m 2 m 的距离，然后辊速恢复 到与铸还同步。当板坯加热结束时，炉辊加速将板坯送到炉子的保温段，当收到 轧机的要钢信号后，板坯以轧机入口速度出炉。当处在待轧状态时，板坯在炉内 进行前后摆动。 助燃风机采取变频调速，以保证最佳的风压和流量。 在炉长方向上设有多套光电管，以检测板坯位置并实施跟踪。 1 4 2 3 温度控制系统与炉子计算机 炉子温度控制系统的对象是炉子各段的燃烧，其目的是使板坯在规定的时间 内被均匀地加热到轧制温度。 一般在炉前安装时间1 台光学高温计，将板坯的入炉温度输入炉子计算机， 炉子计算机根据铸机提供的钢种、铸速、坯宽、坯厚以及轧钢温度、轧制速度等 数据，计算出炉子各段的供热量和设定断温，然后向各个燃烧系统发出指令，各 段便按要求将炉内板坯准确地加热到须期温度。 温度控制系统还对炉压、换热器前烟气温度、冷风总管压力、热风温度、须 热煤气温度及压力，炉辊冷却水温度等实行自动控制和监视。 温度控制系统还可以执行冷炉点火升温和降温、停炉等控制程序。在炉子出 口处安装1 台光学高温计，测出实际的板坯出炉温度，用于修正各段炉温。 1 5 国内部分辊底式加热炉的主要技术参数。 表1 1 国内部分薄板坯连铸连轧生产线辊底式加热炉的主要技术参数 t a h l e l 1m a i nt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sf o rl o c a lp a r to f b s pt u n n l ef u r n a c e 邯钢连铸连轧厂2 4 8 盒篓：7 7 ； 7 09 0 0 - , 9 5 0 摆动 l o i 包钢薄板厂 1 9 8 a b 耋墓；9 0 9 l 6 7 9 0 0 - - 9 5 0摆动l o i 唐钢薄板厂2 5 0 含篓翟； 9 09 1 0 1 0 9 0 横移 b d c m 。n t 马钢薄板厂 2 2 0 含羹；器 9 09 0 0 1 0 5 0摆动t 色c h i n t 本钢热连轧厂2 8 0 ：袭；舅 9 09 1 5 1 1 6 0 横移 b r i c m o n t 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 6 本课题的主要研究任务 ( 1 ) 在对薄板坯连铸连轧技术的发展与现状进行总结的基础上，对薄板坯连 铸连轧的工艺进行研究分析，并结合本钢的实际生产情况分析本钢薄板坯连铸连 轧生产线( b s p ) 采用的总体方案。 ( 2 ) 对本钢薄板坯连铸连轧生产线的辊底式加热炉的方案进行研究，详细 分析辊底炉的主要性能特点，并确定最终方案。 ( 3 ) 研究辊底炉所采用的主要技术，重点是摆渡方案的确定；耐火陶瓷纤维 模块的选用原则及施工方法；分析燃烧系统的供热方式及烧嘴特性；分析不同的 水冷炉辊结构特点并确定炉辊的结构和材质；根据炉子的工艺要求确定燃烧控制 方式。 ( 4 ) 分析辊底炉的材料处理系统、燃烧控制系统、二级系统的相互关系，明 确各自功能。 7 东北大学硕士学位论文第二幸本钢薄板坯连铸连轧生产线( b s p ) 总体方案设计 第二章本钢薄板坯连铸连轧生产线( b s p ) 总体方案设计 本钢薄板坯连铸连轧生产线( 以下简称b s p ) 项目开始于2 0 0 2 年1 1 月，分 别与外商进行了3 个月的技术谈判和2 个月的商务谈判，经过技术、商务、进度、 服务等多方面的比较，最后选择了日本三菱商事( m i t s u b i s h i ) 为总包商，意 大利达涅利公司( d a n i e l i ) 分包连铸机，日本三菱日立公司 ( m i t s u b i s h i h i t a c h i ) 分包连轧机，美国布里克蒙公司( b r i c m o n t ) 分包 加热炉和日本三菱电机公司( m i t s u b i s h i e l e c t r i c ) 分包连轧机电气工程。 轧机的配置选择了两架粗轧机、五架精轧机( 2 r + 5 f ) 配置的p c 轧机。 本钢薄板坯连铸连轧生产线工程分两期建设，一期工程为一流薄板坯连铸连 轧生产线，年产热轧板卷1 5 0 万吨，在线设备总重量约1 0 0 0 0 吨，装机总容量约 9 0 0 0 0 k w ，于2 0 0 5 年4 月2 5 日投产。二期增建一流薄板坯连铸机和一条辊底式 加热炉，使连铸连轧生产线达到2 8 0 万吨热板卷的生产能力，二期工程于2 0 0 5 年7 月投产。 2 1 基本钢种和产品大纲 对于超薄带钢生产线来说，两架粗轧机、五架精轧机、高速飞剪、两台地下 卷取机是比较合理的布置方式，可生产产品的厚度范围为o 8 1 2 7 m m ，奥氏体轧 制和铁素体轧制以及a p i 钢等各种钢种，并可应用灵活的温度控制功能及先进的 半无头轧制技术。 ( 1 ) 产品方案： 连铸坯厚 热轧带钢厚度 热轧带钢宽度 钢卷内径 钢卷外径 7 0 、8 5 m m o 8 - 1 2 7 m m 8 5 0 17 5 0 m m 垂7 6 2 m m * 12 0 0 - , 2 0 0 0 m m 8 东北大学硕士学位论文g - - 章本钢薄板坯连铸连轧生产线( b s p ) 总体方案设计 最大卷重3 1 5 吨 单位卷重 1 8 k g m m 产品最大厚度可达1 6 r a m 。 生产线具有生产最大外径为q b 2 1 0 0 m m 钢卷的能力，此时对应的最大单位卷 重为2 3 k g m m ，最大带钢宽度为1 3 5 0 m m 。 ( 2 ) 生产钢种： 薄板坯连铸连轧线生产的钢种为：碳素结构钢、优质碳素结构钢及合金钢。 各种钢所占比例见表2 1 表2 1 典型钢种 t a b l e2 1 t y p i c a ls t e e lg r a d e ( 3 ) 金属平衡： 从供给薄板坯连铸机合格钢水到合格铸坯，金属收得率为9 7 5 ；热轧成材 9 东北大学硕士学位论文第二章本钢薄板坯连铸连轧生产线( b s p ) 总体方案设计 率9 8 5 。详见金属平衡图( 图2 1 ) 。 图2 1 金属平衡图 f i g 2 1m e t a lb a l a n c ef i g u r e 1 0 连轧成材宰9 7 5 0 东北大学硕士学位论交第二章本钢薄板坯连铸连轧生产线( b s p ) 总体方案设计 2 2 工艺流程 薄板坯铸机结晶器出口铸坯9 0 m m ，经软压下之后，铸机出口板坯厚度为7 0 或8 5 r a m 。铸机出口的摆式剪可将板坯切成1 0 3 3 m 长的坯料，用于单坯轧制，板 坯最长2 2 0 m ，用于半无头轧制。 板坯通过横移式加热炉时，被加热到轧制所需温度，约1 0 5 0 1 1 5 0 ( 3 。此 外，辊底炉还具有缓冲功能，可在换辊及轧机故障时间内存留板坯。 出炉板坯经高压水除鳞机除去板坯表面的氧化铁皮，经r 1 入口的立辊轧机 调整到粗轧机入口要求的宽度。立辊轧机通过液压伺服阀和a w c 控制来保证宽 度的精确性，再通过四辊粗轧机( r 1 和r 2 ) 将板坯* l * t j n1 1 3 4 m m 厚度的中间 坯。 粗轧机和精轧机之间的辊道上，设置有保温罩和中间冷却设各。保温罩可在 奥氏体轧制期间为中问坯保温：在铁素体轧制对，通过中间冷却设备把中间坯温 度降到a t 3 温度以下。精轧除鳞机前的切头剪切除中间坯的头和尾，并经除鳞机 除去板坯表面生成的二次氧化铁皮。然后，经过5 架精轧机的轧制，将中间坯轧 制成要求的产品厚度。 精轧机出口的输出辊道和带钢冷却系统，有最佳的长度和足够的冷却能力来 满足奥氏体轧制和铁素体轧制，并具有有限的空冷范围，可获得冶金要求的卷取 温度。卷取机之前设置有一对夹送辊和一台高速飞剪，能够在半无头轧制时，将 带钢切成所需长度。两台液压卷取机装配有先进的快速打开控制( q o c ) 系统及 新型的无级膨胀卷筒，能够生产出紧密的并且优质的钢卷。工艺平面布置见附图。 2 3 主要技术功能 薄板坯连铸连轧线采用了7 0 m m 和8 5 m m 的中厚度连铸坯，更有利于提高机 组产量和铸坯的内部表面质量。采用半无头轧制技术，实现了大批量超薄带钢生 产的稳定操作，并配置了较长的辊底炉，以适应半无头轧制工艺的需要。在粗、 精轧机组之间设置了带钢冷却系统，可实现低碳和超低碳钢的铁素体轧制。此外， 还与常规热轧一样采用了必要的控制手段，主要的技术功能如下： ( 1 ) e 1 立辊轧机上应用了自动宽度控制( a w c ) ，采用短行程控制 模式，通过调节辊缝实现板坯宽度控制。 1 1 东北大学硕士学位论文第二幸本钢薄板坯连铸连轧生产线( b s p ) 总体方案设计 ( 2 ) r 1 到f 5 所有机架都配备了快速响应液压缸，能够高精确度地 控制带钢厚度，实现最重要的控制功能之一：自动厚度控制a g c 。 ( 3 ) 1 1 2 机架设有工作辊正弯辊装置。 ( 4 ) 在f l 至f 3 机架上应用了轧辊动态交叉装置( d p c ) 和工作辊弯 辊装置，具有较强的板凸度控制能力，其动态特性满足了半无头轧制工艺在 轧制负荷下调整板凸度的要求，实现在半无头轧制期间带钢凸度控制。 铸机 辊底式加热炉( 保持板坯温度均匀) 浦压除鳞机( 板坏除鳞) 立辊轧机( 板坯宽度调整) 粗轧机( 4 辊不可逆粗轧机) 中间冷却系统( 铁素体轧制时粗轧坯冷却) 切头剪( 较薄规格及事故状态下剪切) 精轧除鳞机( 中间坯除鳞) 精轧机( 5 架4 辊精轧机) 出口厚度：0 8 1 2 7 r a m 带钢冷却系统( 带钢冷却) 高速飞剪( 半无头轧制时带钢剪切) 两台地下卷取机( 带钢卷取) 钢卷运输机( 产品包装及存放) 发运 图2 2 工艺流程图 f i g 2 2p r o c e s sf l o wc h a r t 1 2 东北大学硕士学位论文 第三章b s p 辊底炉总体方案论证 第三章b s p 辊底炉总体方案论证 3 1b s p 辊底炉技术方案的确定 技术谈判期间，美国的b r i c m o n t 公司，意大利的t e c h i n t 公司，中国的 凤凰工业炉公司分别提供了四个版本的技术附件，共计1 2 个技术附件，总计有横 移和摆动两大方案。由于摆动的摆渡方案是西马克公司的专利，日本三菱公司不 可以采用此摆渡方案，三菱公司作为总机械商中标，跟标的炉子公司最后也只有 横移方案可用。所以，最后的方案选择主要集中在两家国外公司针对三菱公司生 产线所作的横移方案。因为凤凰工业炉公司的电器控制部分需要外协力量，不具 备独立完成项目的能力，而且国内尚没有自己独立设计的先例，我们并对该公司 未作重点考虑。 3 1 1t e c h i n t 公司的方案要点 ( 1 ) 技术性能 最高炉温1 2 0 0 。c ；板坯出炉温度1 1 5 0 c j1 0 c ，半无头+ 1 5 c 。 辊间距1 2 5 0 m m 。 最大缓冲时间 1 0 m i n 。 t o p 点煤气量：2 9 0 0 0 n m 3 h 实际煤消耗量2 3 5 0 0n m 3 h 。 t o p 点氮气量5 0 0n m 3 , , h 。 t o p 冷却水量6 7 0n m 3 h 。 冷却水入口温度3 2 ，冷却水出口温度4 4 ( 2 。 9 0 0 c 无负荷消耗7 0 4 0 n m 3 h ；1 1 0 0 。c 无负荷消耗9 1 7 0 n m 3 h ；1 1 5 0 c 无负荷 消耗9 7 3 0 n m 3 。 烧嘴型式低n o x ，高调节比，高速烧嘴数量1 1 9 个。 烧嘴前空气温度5 0 0 ，烧嘴前煤气温度3 0 0 1 2 ，空气压力4 0 0 0 p a ，煤气压 力3 0 0 0 p a ，燃烧控制双交叉限幅控制，烧嘴火焰长度1 2 1 8 m 。 ( 2 ) 炉辊 炉辊由厚壁无缝碳素钢管制作。支撑钢坯的结构为4 个辊环，辊环直径大于 】3 东北大学硕士学位论文第三章b s p 辊底炉总体方案论证 耐火材料包扎直径，辊环由耐热合金制作轮环设计为三部分( 均分为三个扇形结 构) ，以消除热膨胀产生裂纹。轮环焊接在水冷辊上，轮环在辊与辊之间是交叉 布置。外层低水泥浇注料的干燥无需干燥炉。 金属部分保证使用寿命为1 5 年。 外边包扎两层耐火材料，内层为纤维纸，外层为特殊的低水泥浇注料，耐火 材料的保证寿命为大于8 个月。 辊子外径：3 4 0 m m 。 换辊时间：2 0 m i n 。 炉辊耐材在室温条件下干燥，干燥时间为7 天。不需要干燥炉。 一个辊子设一个热电阻温度计，冷却水温度超温时报警。 ( 3 ) 炉体结构 炉体为钢结构，分成若干个单元，其热膨胀可以在段内自行消除。炉辊不在 炉子骨架上，炉辊和炉体是相互独立的，炉顶两个炉段之间有一个桥接，炉顶为 可移动的纤维模块结构和钢骨架的组合体，炉侧墙也为纤维模块结构和钢骨架的 组合体，纤维模块结构厚度为2 5 0 毫米。炉体辊道以下为漏斗形结构，主要用于 氧化铁皮的暂时储存处。炉衬耐火材料为低水泥浇注料、轻质浇注料和硅钙板。 炉内炉墙没有耐热合金缓冲挡板。钢结构单元长度5 6 0 0 m m 分段。 表面温度：炉顶，侧墙：1 0 0 c ，炉底：9 5 ( 2 ( 4 ) 燃烧控制系统 控制区数量分为八段，烧嘴在炉辊上部，交叉布置。烧嘴火焰长度l 1 8 米。 空气和煤气实行比例燃烧，双交叉限幅控制。煤气热值波动较大时，采用在线煤 气热值仪补偿调节。 ( 5 ) 控制和自动化 加热模型 1 ) 物料温度的计算 计算出炉内物料各节点的温度。 2 ) 在炉时间的预测 为了预测钢坯的出料温度，要对钢坯在各段停留的时间按钢坯所停留的位置、 每根钢坯出料间隔的时间以及当轧机停轧所延误的时间进行计算。 3 ) 延时功能 1 4 东北大学硕士学位论文 第三章b s p 辊底炉总体方案论证 当生产暂停，如轧机出现故障时，该系统能自动降低炉温，防止钢坯过烧现 象发生。延时分下面两种情况：可预见延时( 计划延时) 和不可预见延时( 非计 划延时) 。 4 ) 出料温度预测 钢坯出料温度是根据钢坯在炉时间和炉子各段的实际温度计算出来的。 5 ) 炉温设定值的计算 通过数学模型计算出最佳的炉温设定值。 6 ) 自学习反馈控制 将轧机后的实际出料温度和目标温度进行比较，如果偏差超过一定值，炉子 出钢温度将被修正各供热区段设置独立的炉温控制回路，采用以温度为主环，空 煤气流量调节为副环的带动态修正的双交叉限幅炉温控制模式。 物料控制模型 板坯运动由变频装置驱动炉辊实现，根据板坯跟踪信号和计算机系统指令， 可以驱动每根辊子以铸速、最高速度和轧机入口速度运行。轧机一但停止要钢、 被加热好的板坯在炉内保持前后运动。无负荷炉辊匀速回转。板坯运行亦由p l c 监视，炉子装料端、出料端设置工业电视摄像机用于监视板坯和设备的运行情况。 炉子摆动段中间炉门和a 炉出口炉门的动作均由p l c 控制。 物料跟踪： 二级计算机从进料到出料对物料进行跟踪。炉内物料跟踪对炉温控制非常重 要。物料跟踪的基本原理是保持炉内所有物料的映象。各根物料的信息由物料跟 踪功能管理。基本数据来自连铸系统或由操作人员由键盘输入。基本数据的删除 或修改可由终端的键盘进行。修改后的数据将被传送到轧机计算机。 1 ) 跟踪开始 当物料送入炉子时，物料跟踪开始。此时，基本数据由连铸系统通过t c p i p 接口传送到物料跟踪系统。 2 ) 炉内物料移动位置 钢坯在炉内移动位置随时受到物料跟踪系统的监测。 3 ) 摆渡时机的优化 根据当前坯料的位置速度、轧机的速度、连铸速度等数据计算出最佳的摆渡 时机。 】5 东北大学硕士学位论文g - - 章b s p 辊底炉总体方案论证 4 ) 跟踪结束 当物料出炉时，跟踪系统将那些已出炉物料的跟踪数据传输到轧线系统。 5 ) 跟踪的手动校正 如果物料的位置发生错误，操作者可通过终端修正 ( 6 ) 设备分交 耐火陶瓷纤维：分交国外。 横移摆动车：除变频器和控制仪表设备外，其他全部采用国产设备或者分交 国内。 摆动车介质软管：分交国外。 烧嘴，烧嘴砖；分交国外。 炉辊及耐火材料，炉辊齿轮减速电机、旋转接头及变频器分交国外。轴承、 轴承座、联轴器和水冷胶管分交国内。 润滑系统：建立润滑泵站，自动润滑系统控制阀和执行机构分交国外。 控制仪表及设备：分交国外。 ( 7 ) 保证值 炉辊耐火材料使用寿命：全部炉辊有2 0 耐火材料耗损的保证寿命为1 2 个 月。 炉辊金属使用寿命：从第一块板坯出炉开始保证寿命1 8 个月。 标准板坯氧化铁皮耗损为小于o 5 。 半无头板坯氧化铁皮耗损为小于1 o 。 板坯温度保证值：标准板坯l1 5 0o c 士1 0o c ；半无头板坯11 5 0o c 士1 5o c 产量；3 2 5 t h 。 换辊时间：2 0 r a i n 。 。 3 1 2b c m o n t 公司的方案要点 ( 1 ) 技术性能 最高炉温：1 2 0 0 坯料出料温度：1 1 0 0 1 2 1 1 5 0 坯料温度均匀性：4 - 1 0 1 2 ，半无头+ 1 5 c 最大缓冲时间( 两流) ： _ _ 1 0 m i n 1 6 东北大学硕士擘位论文第三章b s p 辊廒炉总体方案论证 t o p 煤气量：3 1 0 0 0n m 3 h t o p 氮气量：3 0 0n m 3 h t o p 冷却水量：6 6 0n m 3 h 冷却水入口温度；3 2 冷却水出口温度( 最大) ：5 0 炉辊冷却水的能耗：3 5 k w ( 2 9 m 3 h ，温升1 0 ( 2 ) t o p 事故水：3 3 0n m 3 h 烧嘴型式：低n o x ，中心风 烧嘴燃烧控制方式：控制区内每个烧嘴连续燃烧 炉温控制：空气和煤气比例燃烧，双交叉限幅控制，在控制区内，烧嘴始终 是在连续燃烧，炉温的变化主要依赖调节空气和煤气流量的大小，即使炉内没有 板坯，控制区内烧嘴始终要连续燃烧，高温烟气通过烟道连续排出。 炉温控制设备特点：设备简单，投资少，在烧嘴进口位置仅有空煤气手动截 止阀，每个控制区内还有空气煤气流量孔板，和空气煤气气动调节阀。 烧嘴火焰长度：1 1 1 8 m 。 ( 2 ) 炉辊 水冷辊材料：冷拔厚壁低合金碳素钢管( 低碳钢) 。 辊环结构和耐热合金：辊环设计为三部分( 均分为三个扇形结构) ，以消除 热膨胀产生裂纹轮环焊接在水冷辊上，轮环在辊与辊之间是交叉布置。 炉辊直径：3 0 5 m m 。 换辊时间：2 0 分钟。 炉辊支撑钢结构：炉辊支撑钢结构独立安装在基础上，不受炉子钢结构变形 的影响，炉辊安装调节完成后，就成一个独立的系统。 用干燥炉对包扎完耐火材料的炉辊进行烘烤，干燥温度为3 0 0 ，干燥时间 为2 4 小时。 辊间距：1 2 0 0 r a m 。 水冷辊水温监测：热电阻温度计超温报警，两