板带生产工艺4(热轧薄板带钢生产).ppt

一 热连轧带钢生产二 中小型企业薄板带钢生产三 薄板带坯连铸 连轧及连续铸轧技术四 热轧带钢温度及组织性能的控制五 热连轧板带钢轧制规程设计 热轧薄板带钢生产 一 热连轧带钢生产 1924年第一台带钢热连轧机投产以来 连轧带钢生产技术得到很大的发展20世纪60年代 可控硅供电电气传动及计算机自动控制等新技术的发展液压传动 升速轧制 层流冷却等新设备新工艺的利用 热连轧机的发展更为迅速现代热连轧机的发展趋势和特点 第1 第2 第3代轧机特征参数 现代热连轧机的发展趋势和特点 1 为了提高产量而不断提高速度 加大卷重和主电机容量 增加轧机架数和轧辊尺寸 采用快速换辊及换剪刃装置等 使轧制速度普遍超过15 20m s 甚至高达30m s以上 卷重达45t以上 产品厚度扩大到0 8 25mm 年产可达300 600万t但到最近 大厂追求产量的势头已见停滞 而转向节约消耗 提高质量方向发展 现代热连轧机的发展趋势和特点 2 当前降低成本 提高经济效益 节约能耗和提高成材率成为关键问题 为此而迅速开发了一系列新工艺新技术突出的是普遍采用连铸坯及热装和直接轧制工艺 无头轧制工艺 低温加热轧制 热卷取箱和热轧工艺润滑及车间布置革新等 3 为了提高质量而采用高度自动化和全面计算机控制 采用各种AGC系统和液压控制技术 开发各种控制板形的新技术和新轧机 利用升速轧制和层流冷却以控制钢板温度与性能 板带热连轧机生产技术 厚度精度由过去人工控制的 0 2mm提高到0 05mm终轧和卷取温度控制在 15 以内在工业发达国家中 热连轧带钢已占板带钢总产量的80 左右 占钢材总产量的50 以上 因而在现代轧钢生产中占着统治地位 板带热连轧机生产技术 现代板带热连轧生产中还出现了很多新技术 1997年以后日本开发了无头轧制技术 全面提高了产量 质量和成材率 如表 随着薄板坯连铸连轧生产技术的发展 更多的新技术正在迅速产生和发展中 一 热连轧带钢生产 1 原料选择与加热2 粗轧3 精轧4 调宽轧制及自由程序轧制5 轧后冷却及精整6 热带连轧机工艺流程与车间布置7 连铸坯直接轧制工艺流程与车间布置 1 原料选择与加热 热连轧带钢用的原料主要是初轧板坯和连铸板坯由于连铸坯的优点 比初轧坯物理化学性能均匀 且便于增大坯重 故对热带连轧更为合适 其所占比重亦日趋增大 很多工厂连铸坯已达100 热带连轧机所用板坯厚度一般为50 300mm 多数为200 250mm 最厚达350mm 原料选择 近代连轧机完全取消了展宽工序 以便加大板坯长度 采用全纵轧制 故板坯宽度要比成品宽度大 由立辊轧机控制带钢宽度其长度则主要取决于加热炉的宽度和所需坯重 原料选择 板坯重量增大可以提高产量和成材率 但也受到设备条件 轧件终轧温度与前 后允许温度差 以及卷取机所能容许的板卷最大外径等的限制目前板卷单位宽度的重量不断提高 达到15 30kg mm 并准备提高到33 36kg mm 加热 板坯加热工艺及其所采用的连续加热炉型式 基本上与中厚板相类似 由于板坯较长 故炉子宽度一般比中厚板要大得多 其炉膛内宽达9 6 15 6m 加热 为了适应热连轧机产量增大的需要 现代连续式加热炉 无论是热滑轨式或步进式 一方面都采用多段 6 8段以上 供热方式 以便延长炉子高温区 实现强化操作快速烧钢 提高炉底单位面积产量另一方面尽可能加大炉宽和炉长 扩大炉子容量 为了增加炉长 最好采用步进式炉 它是现代热连轧机加热炉的主流 加热 为了节约热能消耗 近年来板坯热装和直接轧制技术得到迅猛发展热装是将连铸坯或初轧坯在热状态下装入加热炉 热装温度越高 则节能越多 热装对板坯的温度要求不如直接轧制严格直接轧制则是板坯在连铸或初轧之后 不再入加热炉加热而只略经边部补偿加热 即直接进行的轧制 粗轧 热带轧制和中厚板轧制一样 也分为除鳞 粗轧和精轧只是在粗轧阶段的宽度控制不但不用展宽 反而要采用立辊对宽度进行压缩 以调节板坯宽度和提高除鳞效果 立辊轧机采用上传动的型式比下传动要好 前者又是万向接轴式较滑键式好 粗轧 万向接轴式的大立辊结构简单 造价较滑键式便宜7 15 但它使吊车轨面标高加大 甚至超出由轧机决定的轨面标高之上 若受条件所限 也可采用上传滑键式的大立辊板坯除鳞以后 接着进入二辊轧机轧制 此时板坯厚度大 温度高 塑性好 抗力小 选用二辊轧机即可满足工艺要求 粗轧 随着板坯厚度的减薄和温度的下降 变形抗力增大 而板形及厚度精度要求也逐渐提高 故须采用强大的四辊轧机进行压下 才能保证足够的压下量和较好的板形 为了使钢板的侧边平整和控制宽度精确 在以后的每架四辊粗轧机前面 一般皆设置有小立辊进行轧边 粗轧 现代热带连轧机的精轧机组大都是由6 8架组成 并没有什么区别 但其粗轧机组的组成和布置不同 这正是各种形式热连轧机主要特征之所在如图为几种典型轧机的粗轧机组布置形式示意图 热带连轧机主要分为全连续式 半连续式和3 4连续式三大类 粗轧 粗轧 不管是哪一类 实际上 其粗轧机组都不是同时在几个机架上对板坯进行连续轧制的 因为粗轧阶段轧件较短 厚度较大 温度降较慢 难以实现连轧 也不必进行连轧 粗轧 因此各粗轧机架间的距离须根据轧件走出前一架以后再进入下一机架的原则来确定 其数值一般如下 粗轧 随着板坯厚度减小和长度的增加 必然引起粗轧机架间距的增大 使轧制流程线延长 轧制温降增大 次生铁皮增多 带来很多不利为了缩短机架之间的距离 粗轧机组最后两架采用了连续式布置 其中一架用交流电机传动 另一架用直流电机传动 以调节轧制速度 满足连轧要求 其两架中心距离约为10米 粗轧 半连续式轧机有两种形式 图 c 中粗轧机组由一架不可逆式二辊破鳞机架和一架可逆式四辊机架组成 主要用于生产成卷带钢 由于二辊轧机破鳞效果差 故现在已很少采用图 d 中粗轧机组是由两架可逆式轧机组成 主要用于复合半连续轧机 设有中厚板加工线设备 既生产板卷 又生产中厚板 这样半连续式轧板粗轧阶段道次可灵活调整 设备和投资都较少 故适用于产量要求不高 品种范围又广的情况 粗轧 为了大幅度提高产量 广泛采用全连续式轧机全连续就是指轧件自始至终没有逆向轧制的道次半连续则是指粗轧机组各机架主要或全部为可逆式而言 全连续式 如图 a 全连续式轧机粗轧机由5 6个机架组成 每架轧制一道 全部为不可逆式 大都采用交流电机传动优点 轧机产量可高达400 600万t 年 适合于大批量单一品种生产 操作简单 维护方便缺点 设备多 投资大 轧制流程线或厂房长度增大 粗轧 为了减少粗轧机架 有的连续式轧机第一或第二架设计成下辊可以利用斜楔自由升降 借以实现空载返回再轧一道 以减少轧机的数目 可称为空载返回连续式轧机如图 b 所示 对一般连续轧机 空载返回再轧的操作方法只是当其他粗轧机架发生故障或损坏时才采用 粗轧 全连续式轧机的粗轧机组每架只轧一道 轧制时间往往要比精轧机组的轧制时间少得多 即粗轧机的利用率并不很高 或者说粗轧机生产能力与精轧机不相平衡近年来 为了充分利用粗轧机 同时也为了减少设备和厂房面积 节约投资 而广泛发展一种3 4连续式新布置形式 它是在粗轧机组内设置1 2架可逆式轧机 把粗轧机由六架缩减为四架 粗轧 根据某厂的计算资料可知 在一定生产条件下 当轧制1 5mm及12 7mm厚的产品时 粗轧机组轧制节奏约为35s 而精轧机组轧制节奏分别约为130s和40s较厚的板带 薄弱环节已不是轧机而是加热炉了 可见 对绝大多数产品 轧机的薄弱环节不是在粗轧机组 3 4连轧机已能够满足精轧能力的要求 粗轧 3 4连轧机的可逆式轧机可以放在第二架 也可以放在第一架 前者优点是大部分铁皮已在前面除去 使辊面和板面质量好些 但第二架四辊可逆轧机的换辊次数比第一架二辊可逆式要多二倍 一般还是倾向于前者优点 3 4连轧机较全连轧机所需设备少 厂房短 总的建设投资要少5 6 生产灵活性稍大些 缺点 可逆式机架的操作维修要复杂些 耗电量也大些 对于年产300万t左右规模的带钢厂 采用3 4连轧机一般较为适宜 粗轧 粗轧机组各机架都采用万能轧机 轧机前都带小立辊 主要目的是用以控制板卷的宽度 同时也起着对准轧制中心线的作用各水平辊机架和立辊机架的压下规程或轧辊开度 由计算机通过数学模型进行设定 速度规程也按一定程序进行控制 由于立辊与水平辊形成连轧关系 为了补偿水平辊辊径变化及适应水平辊压下量的变化 立辊必须能进行调速 随着板卷重量和板坯厚度的增加 要求增加每道的压下量 为此要求增大电机功率和轧辊直径 以提高咬入能力和轧辊的扭转和弯曲强度 现代热连轧机工作机架轧辊直径范围 粗轧 在粗轧机组最后一个机架后面 设有带坯测厚仪 测宽仪 测温装置及头尾形状检测系统 利用此处较好的测量环境和条件 得出必要的精确数据 以便作为计算机对精轧机组进行前馈控制和对粗轧机组与加热炉进行反馈控制的依据为了减少输送辊道上的温度降以节约能耗 近年来很多工厂还采用在输送辊道上安置绝热保温罩或补偿加热炉 器 或在轧件出粗轧机组之后采用热卷取箱进行热卷取等新技术 辊道保温罩绝热块的结构 如图所示 它利用逆辐射原理 以耐火陶瓷纤维做成绝热毡 受热的一面覆以金属屏膜 受热时金属膜 0 05 0 5mm厚 迅速升至高温 然后作为发热体将热量逆辐射返回给钢坯 粗轧 优点 保温结构简单 成本低 效率高 采用它以后可降低加热炉出坯温度达75 从而提高成材率0 15 节约燃耗14 还可提高板带末端温度约100 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 并可使带坯在中间辊道停留达8min而仍保持可轧温度 便于处理事故 减少废品 提高成材率 粗轧 1982年在英国BSC的纳肯特厂投产应用以来 已被德国 法国 美国等很多工厂采用 取得了显著效益为防止板料在轧制过程中其横向边角部的温降 还研究成功了多种在精轧机入口处加热板坯边角部的技术 主要有电磁感应加热法 煤气火焰加热法和保温罩加热法等 日本新日铁界厂为实现CC DR工艺而采用煤气火焰加热法后 使厚2 0mm的带钢在精轧机出口处的温度 距边缘40mm处 升高约18 使带钢质量得到明显提高 热卷取箱结构 其主要优点为 1 粗轧后在入精轧机之前进行热卷取 以保存热量 减少温降 保温可达90 以上2 首尾倒置开卷 以尾为头喂入轧机 均化板带的头尾温度 可以不用升速轧制而大大提高厚度精度 主要优点 3 起储料作用 这样可增大卷重 提高产量4 可延长事故处理时间约8 9min 从而可减少废品及铁皮损失 提高成材率5 可使中间辊道缩短约30 40 节省厂房和基建投资因此在热轧带钢生产中采用热卷取箱是发展的方向 粗轧 采用这些新技术都可使板坯加热与出炉温度得以降低 若采用低温轧制技术使板坯出炉温度由1250 C降至1150 C 可节能 16 7 29 3 107J t 远大于轧机电耗的增加值 2 1 107J t 并对减少烧损和提高成材率十分有利若是采用无头轧制工艺 则板坯在热卷及开卷之后经切头 尾 剪 进入移动式焊接机 川崎为感应加热镦锻焊接机 大分厂为激光焊接机 焊接后用滚削式刮刺机进行刮削毛刺 图14 13 再经高压水除鳞进行精轧 3 精轧 由粗轧机组轧出的带钢坯 经百多米长的中间辊道输送到精轧机组进行精轧 精轧机组的布置比较简单 如图所示 带坯在进入精轧机之前 首先要进行测温 测厚并接着用飞剪切去头部和尾部 切头的目的是为了除去温度过低的头部以免损伤辊面 并防止 舌头 鱼尾 卡在机架间的导卫装置或辊道缝隙中 精轧机组 精轧 有时还要把轧件的后端切去 以防后端的 鱼尾 或 舌头 给卷取及其后的精整工序带来困难 现代的切头飞剪机一般装置有两对刀刃 一对为弧形刀 用以切头 这有利于减小轧机咬入时的冲击负荷 也有利于咬钢和减小剪切力 另一对为直刀 用于切尾 两对刀刃在操作上比较复杂 实际上往往都是一对刀刃 切成钝角形或圆弧形 据现场反映 这样做 在尾部轧制后并没有出现燕尾 甚至有的工厂对厚而窄的带钢根本不剪尾部 飞剪型式有曲拐式和转鼓式两种 二者各有利弊 应按其具体情况选型 精轧 带钢钢坯切头以后 即进行除鳞 现代轧机已取消精轧水平辊破鳞机 只在飞剪与第一架精轧机之间设有高压水除鳞箱以及在精轧机的前几机架之前设高压水喷嘴 利用高压水破除次生氧化铁皮即可满足要求 除鳞后进入精轧机轧制 精轧机组一般由6 7架组成连轧 有的还留出第八架 九架的位置 增加精轧机架数可使精轧来料加厚 提高产量和轧制速度 并可轧制更薄的产品 因为粗轧原料增加和轧制速度提高 必然减少温度降 使精轧温度得以提高 减少头尾温度差 从而为轧制更薄的带钢创造了条件 精轧 过去精轧机组速度的提高 主要受穿带速度及电气自动控制技术的限制 为了稳妥安全防止事故 精轧机穿带速度不能太高 并且在轧件出末架以后 入卷取机以前 轧件运送速度也不能太高 以免带钢在辊道上产生飘浮 故在六十年代以前轧制速度长期得不到提高 精轧 只有随着电气控制技术的进步 出现了升速轧制 层流冷却等新工艺新技术以后 采取了低速穿带然后与卷取机同步升速进行高速轧制的办法 才使轧制速度大幅度提高 精轧 图中 A 段从带钢进入F1 F7机架 直至其头部到达计时器设定值P点 0 50m 为止 保持恒定的穿带速度 B 段为带钢前端从P点到进入卷取机为止 进行较低的加速 C 段从前端进入卷取机卷上后开始到预先给定的速度上限为止 进行较高的加速 此加速主要取决于终轧温度和提高产量的要求 一般的精轧速度变化图 精轧 D 达到最高速度后 至带钢尾部离开减速开始机架 F1 为止 维持最高速度 E 带钢尾端离开最末机架后 到达卷取机前要使带钢停住 但若减速过急 则会使带钢在输出辊道上堆叠 因此当尾端尚未出精轧机组之前 就应提前减速到规定的速度 F 带钢离开最末架 F7 以后 立即将轧机转速回复到后续带钢的穿带速度 精轧 由于采取升速轧制 可使终轧温度控制得更加精确和使轧制速度大为提高 现在末架的轧制速度一般已由过去的10m s左右提高到24m s 最高可达28m s 甚至30m s 可以轧制的带钢厚度薄到1 0 1 2mm 甚至到0 8mm 精轧 提高精轧机组的轧制速度 要求相应增加电机功率 目前 精轧机每架电机功率为6000 12000kW 由于精轧机架数增多 头几架压下量和轧制力矩增大 为保证扭转强度 要求增大精轧工作辊辊径 而对于后面的轧机 由于压下量变小 可采用较小的工作辊径 日本最近在热连轧机上进行试验 将后几架轧机的上工作辊直径由650mm改成408mm 采用单辊传动的异径辊轧制 使轧制压力降低20 40 近年国外研究采用将粗轧后的带坯进行卷取再进入精轧机轧制的技术 用以代替升速轧制 已取得良好的经济效果 精轧 为适应高速度轧制 必须相应地有速度快 准确性高的压下系统和必要的自动控制系统 才能保证轧制过程中及时而准确地调整各项参数的变化和波动 得出高质量的钢板 精轧机压下装置的型式最常见的是电动蜗轮蜗杆式 近代发展的液压压下装置在热带连轧机上也已开始采用 它的调节速度快 灵敏度高 惯性小 效率高 其响应速度比电动压下的快七倍以上 但其维护比较困难 并且控制范围还受到液压缸的活塞杆限制 因此 有的轧机把它与电动压下结合起来使用 以电动压下作为粗调 以液压压下作为精调 精轧 在精轧机组各机架之间设有活套支持器 作用 一 缓冲金属流量的变化 给控制调整以时间 并防止成叠进钢 造成事故二 调节各架的轧制速度以保持连轧常数 当各种工艺参数产生波动时发出信号和命令 以便快速进行调整三 带钢能在一定范围内保持恒定的小张力 防止因张力过大引起带钢拉缩 造成宽度不均甚至拉断 最后几个精轧机架间的活套支持器 还可以调节张力 以控制带钢厚度因此 对活套支持器的基本要求便是动作反应要快 而且自动进行控制 并能在活套变化时始终保持恒张力 精轧 活套支持器可分为电动 气动 液压及气 液联合的几种过去的电动恒力矩活套支持器的缺点是张力变化较大 动作反应慢 控制系统复杂 但近来采用晶闸管供电并改进了控制系统 出现的恒张力电动活套支持器 其反应灵活 便于自动控制 故在新建的热带连轧机上得到应用 活套支持器 液压的活套支持器反应迅速 工作平稳 但维护困难气 液联合驱动的活套支持器 可用在精轧机组最后两台轧机之间调节带钢张力 精轧 为了灵活控制辊形和板形 现代热带连轧机上皆设有液压弯辊装置 以便根据情况实行正弯辊或负弯辊近代热连轧机一般约每4小时换工作辊一次 全年换辊达2000次以上 为了提高产量 必须进行快速换辊以缩短换辊时间 过去的套筒换辊方式已被淘汰 现在以转盘式和小车横移式换辊机构比较盛行 后者比前者结构简单 工作可靠 但在换支撑辊时需将小车吊走或移走 精轧 为了使带钢厚度及机械性能均匀 必须使带钢首尾保持一定的终轧温度1 控制调整精轧出口速度是控制终轧温度的最重要 最活跃和最有效的手段实践表明 只需采用0 025 0 125m s2的加速度 即可使终轧温度维持恒定范围2 在各机架之间设有喷水装置 也可起一定的作用 精轧 为测量轧件的温度 在精轧入口和出口处都设有温度测量装置为测量带钢宽度和厚度 精轧后设有测宽仪和X射线测厚仪测厚仪和精轧机架上的测压仪 活套支持器 速度调节器及厚度计式厚度自动调节装置组成厚度自动控制系统 用以控制带钢的厚度精度 无头轧制工艺与传统轧制工艺的比较图 精轧 无头轧制 在传统轧制机组上 将经粗轧后的中间坯进行热卷 开卷 剪切头尾 焊接及刮削毛刺 然后进行精轧 精轧后再经飞剪切断然后卷取 优点 1 无穿带问题 按一定速度及恒定张力进行轧制 不受传统轧法的速度限制 不仅可使生产率提高15 而且提高厚度精度及改善板形 使成材率也提高0 5 1 0 2 无穿带 甩尾 瓢浮等问题 带钢运行稳定 可生产0 8 1 0mm薄带材3 有利于润滑轧制 大压下量轧制及进行强力冷却 为生产表面与性能质量好的板带创造了条件 轧后冷却及卷取 精轧机以高速轧出的带钢经过输出辊道 要在数秒钟之内急冷到600 左右 然后卷成板卷 再将板卷送去精整加工从前在连轧机后的输出辊道上曾经设立精整加工线 或在最后一架之后设置飞剪 直接将带钢剪成定尺 或者将停留在输出辊道上的带钢由拖运机移至旁边辊道上进行矫直和剪切 这些都随着轧出速度的不断增高而受到淘汰 轧后冷却及卷取 实践表明 采用轧后卷取的方法是先进 可靠而又经济的方法 依靠它才能进一步提高轧制速度和轧件长度 保证高生产率 轧后冷却及卷取 从最后一架精轧机到卷取机只有120 190m的距离 由于轧速很高 要在5 15s之内急速冷到卷取温度曾经是一个限制着轧速提高的困难问题 并且对热轧带钢组织和性能的要求也必须在较低的卷取温度和很高的冷却速度才能满足近年出现了高冷却效率的层流冷却方法 它采用循环使用的 流量达200m3 min低压大水量的高效率冷却系统 轧后冷却及卷取 经过冷却后的带钢即送往2 3台地下卷取机卷成板卷 卷取机的数量一般是三台 交替进行工作 由于焊管的发展 要求生产16 20mm甚至22 25mm的热轧板卷