CN109482648A - Esp生产线粗轧段组织均匀化轧制***及其方法 - Google Patents

Esp生产线粗轧段组织均匀化轧制***及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***及其方法，包括在连铸机出口和粗轧入口间布置快速冷却装置对连铸坯进行快速冷却，使连铸坯表面形成冷壳，通过控制连铸坯厚度方向的非均匀温度场分布，使得连铸坯在粗轧过程中厚度方向的应变分布更加均匀合理。在粗轧后精轧前的中间区域，将原有的保温罩用带感应加热的保温装置进行替换，和感应加热炉配合，用于对中间坯进行两段加热。本发明的方法及其装置保证了连铸坯厚度方向的非均匀温度场分布，使得连铸坯在粗轧过程中厚度方向的应变分布更加均匀合理，同时通过对中间坯加热制度的控制，使其保持在一个温度较高的状态，在生产微合金钢时，能提高中间坯的合金固溶率，提升力学性能。

Description

ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***及其方法
技术领域
本发明属于钢铁材料工程领域，涉及一种ESP生产线轧制***及其方法，特别是一种ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***及其方法。
背景技术
在带钢的生产中，以热代冷生产超薄带钢是薄板坯连铸连轧的发展趋势，常规热轧带钢生产工艺由于污染重、能耗大，不适合生产超薄规格产品，随着薄板坯连铸连轧工艺的不断发展和进步，ESP(Endless Strip Production)短流程连铸连轧生产线可以实现带钢无头轧制，更适合生产超薄板的多相钢种，具有流程短、设备少、投资少、见效快、生产周期短、生产组织灵活、节约能源、成材率高等优点，被列为当今世界冶金工业的前沿技术。
ESP无头轧制生产线是由ISP生产线改进而来，实现了无头轧制热轧超薄带钢的工艺突破。
ESP生产线较ISP生产线相比，在连轧区域，最明显的改进是将原有的热卷箱用感应加热设备进行了替换，使中间坯在进入精轧之前快速进行加热，为生产超薄带钢奠定温度基础。生产线改进带来的优势显而易见，但缺点也不容忽视。缺少热卷箱的ESP生产线的产品质量虽然也能达到使用要求，但由于其晶体组织结构上的缺陷较原先的ISP生产线的产品相比综合力学性能略差；在生产过程，感应加热炉的持续加热将消耗大量的电能，约占整个生产能耗的40％-50％。这也说明ESP生产线还存在进一步优化改进的空间。
目前ESP生产线用于轧制的连铸坯厚度为70-90mm和90-110mm，经粗轧之后的中间坯厚度为10-18mm。由于连铸坯较厚，并且中间坯并未像ISP生产线那样经过热卷箱进行处理，因此在进入精轧前的中间坯的组织性能均匀性将不如改进前的ISP生产线，这将影响ESP生产线最终成品的质量。
发明内容
本发明的目的是针对以上存在的问题，通过对生产线设备的调整改进，从而控制连铸坯的心表温度，使得连铸坯在粗轧阶段沿厚度方向的应变分布更为均匀，最终达到均匀中间坯组织的目的。
本发明解决其技术问题的方案是提供一种ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***，包括连铸机，快速冷却装置，粗轧机组，带感应加热的保温装置，感应加热炉，高压除鳞机和精轧机组；其中在所述连铸机的出口和所述粗轧机组的入口之间布置快速冷却装置，所述快速冷却装置对连铸坯进行快速冷却，使连铸坯的心表温差控制在520℃到480℃之间，在粗轧后精轧前的中间区域，设置带感应加热的保温装置和感应加热炉，用于对粗轧后的中间坯进行二段加热。
优选地，所述快速冷却装置喷射在所述连铸坯上的冷却水位置距离粗轧机组的入口距离不大于0.15m。通过调节水压以及出水量将冷却系数控制在2500W/(m2·k)左右，冷却时间为8～10s，经过快速冷却，使连铸坯表面形成冷壳，为了防止连铸坯在冷却后回温过大，快速冷却装置冷却水喷射在连铸坯上的位置距离粗轧入口的距离应不大于0.15m。
优选地，上述的快速冷却装置的长度由连铸机的拉坯速度确定。目前用于ESP生产线的连铸机拉坯速度最大为7m/min，因此冷却装置的长度的设定可由不同的拉坯速度进行比例化设定。通过本发明人的大量实验研究发现，快速冷却装置的长度设置为0.85-1.2m为更加优选的方案。
优选地，在粗轧后精轧前的中间区域，将原有的保温罩用带感应加热的保温装置进行替换，和原生产线的感应加热炉配合，用于对中间坯进行两段加热。而且本发明的带感应加热的保温装置为能实现先进行感应加热随后进入保温的装置。
将保温罩用带感应加热的保温装置替换后有如下三点好处：
一是原有的保温罩虽然能有效的对中间坯进行保温，但在不同的拉坯速度下，中间坯在进行保温时存在40～85℃的温降，而感应加热的功率与提高的温升为线性关系，若是用感应加热的方式在粗轧结束时对中间坯开始加热，可以快速的缩小中间坯在粗轧后的心表温差，使中间坯温度达到均温的时间缩短，并抵消掉因冷却装置的设置带来的温降，同时，快速的升温可以释放在粗轧过程中产生的应变累积，使中间坯的组织分布更为均匀。
二是粗轧入口前对连铸坯的快速冷却会导致在粗轧结束时的中间坯的整体温度较未改进前低，可能超过原有生产线感应加热设备的升温能力，无法保证对精轧入口的温度控制，所以需要用带感应加热的保温装置替换只具有保温功能的保温罩；
三是两段加热可以灵活控制加热温度，方便提高中间坯的合金固溶率，提升板材质量。
为了不影响废板推出及收集装置等ESP生产线该段原有并行设备的布置及功用，上述用于替换传统保温罩的带感应加热的保温装置组合长度和原有保温罩长度一致。
本发明的另一方面还提供了一种利用前述ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***进行的ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制方法，其中所述连铸坯在进入所述粗轧机组前先经过快速冷却装置，通过调节水压以及出水量将冷却系数控制在2500W/(m2·k)左右，冷却时间为8～10s，经冷却，连铸坯的心表温差控制在520℃～480℃，在进入粗轧前，连铸坯经1.5s回温，心表温差控制为420℃～380℃，连铸坯经粗轧之后将由带感应加热的保温装置和感应加热炉进行加热升温，在第一段加热中，先将中间坯加热至1000℃左右，随后的第二段加热中再将中间坯加热至1180℃。
本发明的技术方案可以达到的有益效果如下：
1、由于连铸坯冷壳的存在，轧制时心部将优先变形，粗轧后的中间坯的组织均匀性将较未改进前有所提高。
2、通过对生产线设备的替换，改进了原先的加热制度，在保证不影响后续工序的前提下，降低了加热能耗，快速的升温可以释放在粗轧过程中心部产生的应变累积，使中间坯的组织分布更为均匀。
3、改进后的加热制度使中间坯在高温的时间延长，在生产微合金钢时，有利于合金元素的固溶，中间坯的合金元素固溶率将较未改进前有所提升。
通过在连铸连轧生产线中加入快速冷却装置及将保温装置替换为带感应加热的保温装置，两者与原有生产线上装置综合作用，保证了连铸坯厚度方向的非均匀温度场分布，使得连铸坯在粗轧过程中厚度方向的应变分布更加均匀合理，同时降低了加热能耗，通过灵活控制加热温度，在生产微合金钢时，方便提高中间坯的合金固溶率，提升了板材的力学性能。
附图说明
图1是本发明ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***的结构示意图；
图2是本发明的轧制过程中应变最大值位置图；
图3是本发明轧制后应变情况图。
具体实施方式
本发明通过控制连铸坯厚度方向的非均匀温度场分布，使得连铸坯在粗轧过程中厚度方向的应变分布更加均匀合理，从而达到均匀化轧制的目的。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进行说明。
如图1所示，一种ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***，包括连铸机1，快速冷却装置2，粗轧机组3，带感应加热的保温装置4，感应加热炉5，高压除鳞机6和精轧机组7；在连铸机1出口和粗轧机组3入口间布置快速冷却装置2，快速冷却装置对连铸坯进行快速冷却，在粗轧后精轧前的中间区域，设置带感应加热的保温装置4和感应加热炉5用于对粗轧后的中间坯进行保温和加热。
经过快速冷却装置2的快速冷却，使从连铸机1出来的连铸坯表面形成冷壳，为了防止连铸坯在冷却后回温过大，快速冷却装置冷却水喷射在连铸坯上的位置距离粗轧入口的距离不大于0.15m。
上述的快速冷却装置的长度由连铸机的拉坯速度确定。目前用于ESP生产线的连铸机拉坯速度最大为7m/min，因此冷却装置的长度的设定可由不同的拉坯速度进行比例化设定，如表1。本发明通过大量实验获得快速冷却装置的长度优选设置为0.85-1.2m。
表1拉坯速度和冷却区域长度设定
拉坯速度m/min 5m/min 6m/min 7m/min
冷却长度m 0.85 1 1.2
以连铸坯厚80mm，中间坯厚18mm，拉坯速度为6m/min为例。在改进前，从连铸机1出来的连铸坯经自然冷却后心表温差为110℃，在粗轧第一道次的轧制过程中，沿厚度方向最大应变出现在13mm处，历经三机架粗轧3之后，平均温度为981℃，在中间坯进入感应加热炉5之前温度降为930℃，随后经过感应加热炉5加热至1180℃，经高压除鳞机6除鳞，最后进入精轧机组7进行精轧。
在改进之后，连铸坯在进入精轧前先经过快速冷却装置2，经冷却，连铸坯的心表温差可达500℃，在进入粗轧前，连铸坯经1.5s回温，心表温差为400℃，在粗轧第一道次的轧制过程中，由于连铸坯冷壳的存在，沿厚度方向最大应变值出现在20mm处，历经三机架粗轧之后，平均温度为949℃，由于改进后的生产线将保温设备用带感应加热的保温装置4替换，连铸坯经粗轧之后将直接进行加热升温，由于板材在粗轧过后表面温度为930℃，心部温度为968℃，在粗轧后先对中间坯进行感应加热，迅速提高中间坯表面温度，降低心表温差，使中间坯的整体温度提升，通过感应加热保温设备使中间坯在进入后续感应加热炉之前的温度能达到1000℃左右，随后的第二段加热中再将中间坯加热至1180℃。
在改进后的粗轧第一道次中，如图2，应变最大值出现的位置较改进前加深了7mm，表面应变降低，沿厚度方向的应变分布也更加均匀，心部变形更加充分；在第三道次轧制时，如图3，由于板带整体温度较改进前低，表面的累积塑性应变虽然有小幅提高，但心部同样也有小幅提高，有利于提高中间坯的组织性能均匀性。
在ESP生产线中，通常情况下，与保温罩并列放置的为钢板离线装置，其功能是***、抽出引锭杆，将无法继续轧制的连铸坯或中间坯推出轧线。在输送辊道上设有的保温罩，在停止轧制和生产中厚板时打开，在进行无头轧制时可以减少热量损失。在原有生产线上，钢板离线装置必不可少，因此在原生产线设计时，与离线装置并列的轨道上添置保温设备对中间坯进行保温，用于减少温降。中间坯在经过保温罩之后，整体温度会变的较为均匀，因此，在后续的感应加热过程中，可以看作将温度均匀的板带进行升温。在本发明中，通过对生产工艺的改进，可以避免在粗轧结束后中间坯先经过保温罩保温再加热可能出现的后续升温不足的状况，因此本发明的一个重要改进点在于将用带感应加热的保温装置替换原有的传统保温设备，能在避免上述状况可能发生的同时降低加热能耗。
在加热或保温过程，对于微合金钢来说，合金元素的固溶和温度密切相关，越接近合金元素的全固溶温度，合金元素的固溶越充分，固溶率越高，在后续的轧制过程抑制奥氏体再结晶的效果就越明显；但是，温度的过高会引起奥氏体的不均匀长大，在随后的轧制过程中出现混晶现象。
在本发明中，在连铸机1的出口和粗轧机组的入口之间布置快速冷却装置，快速冷却装置2对连铸坯进行快速冷却，在粗轧后精轧前的中间区域，设置带感应加热的保温装置4和感应加热炉5，用于对粗轧后的中间坯进行二段加热。连铸坯在进入粗轧机组3前先经过快速冷却装置2，通过调节水压以及出水量将冷却系数控制在2500W/(m2·k)左右，冷却时间为8～10s。经冷却，连铸坯的心表温差控制在520℃～480℃，在进入粗轧前，连铸坯经1.5s回温，心表温差控制为420℃～380℃，连铸坯经粗轧之后将由带感应加热的保温装置4和感应加热炉5进行加热升温，在第一段加热中，先将中间坯加热至1000℃左右，随后的第二段加热中再将中间坯加热至1180℃。其中，将第一段加热设定为1000℃的原因如下：
1、升温范围在设备允许的加热能力之内，并且改进之后不会造成原有感应加热设备的功率浪费。
2、可以避免奥氏体出现不均匀长大的现象。
3、在生产微合金钢时，可以使合金元素固溶更加充分。
通过本实例的方法对ESP生产线粗轧段方法和装置进行改进，使连铸坯沿厚度方向的应变分布更为均匀，提高了心部形变，从而使粗轧后的中间坯组织更为均匀，同时对粗轧后的加热段设备进行替换，改变了原有的加热制度，不仅能弥补因轧前冷却导致轧后中间坯温度偏低，单一加热设备升温能力不足的可能，在保证不影响后续工序的前提下，降低了加热能耗，同时，快速的升温可以释放在粗轧过程中产生的应变累积，使中间坯的组织分布更为均匀；进一步的改进后的加热制度使中间坯在高温的时间延长，在生产微合金钢时，有利于合金元素的固溶，中间坯的合金元素固溶率将较未改进前有所提升。
本发明通过在连铸连轧生产线中加入快速冷却装置及将保温装置替换为带感应加热的保温装置，两者与原有生产线上装置综合作用，保证了连铸坯厚度方向的非均匀温度场分布，使得连铸坯在粗轧过程中厚度方向的应变分布更加均匀合理，同时降低了加热能耗，通过精确控制精轧入口的温度控制，灵活控制加热温度，在生产微合金钢时，方便提高中间坯的合金固溶率，提升了力学性能。
本申请中所述的降低加热能耗，是指在粗轧结束后中间坯存在心表温差时对其进行加热，即心部的温度未扩散至表面前进行加热，此时加热的厚度将变小，在加热至同样的加热目标温度时，减少了加热能耗。
本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。

Claims (5)

1.一种ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***，包括连铸机，快速冷却装置，粗轧机组，带感应加热的保温装置，感应加热炉，高压除鳞机和精轧机组，其特征在于，在所述连铸机的出口和所述粗轧机组的入口之间布置所述快速冷却装置，所述快速冷却装置对连铸坯进行快速冷却，使连铸坯的心表温差控制在520℃到480℃之间，在粗轧后精轧前的中间区域，设置带感应加热的保温装置和感应加热炉，用于对粗轧后的中间坯进行二段加热。
2.如权利要求1所述的ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***，其特征在于，所述快速冷却装置喷射在所述连铸坯上的冷却水位置距离粗轧机组的入口距离不大于0.15m。
3.如权利要求1或者2所述的ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***，其特征在于，所述快速冷却装置的长度设置为0.85-1.2m。
4.如权利要求1或者3所述的ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***，其特征在于，所述带感应加热的保温装置为先进行感应加热随后进入保温的装置。
5.一种利用权利要求1-4之一的ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制***进行的ESP生产线粗轧段组织均匀化轧制方法，其特征在于，所述连铸坯在进入所述粗轧机组前先经过快速冷却装置，通过调节水压以及出水量将冷却系数控制在2500W/(m2·k)左右，冷却时间为8～10s，经冷却，连铸坯的心表温差控制在520℃～480℃，在进入粗轧前，连铸坯经1.5s回温，心表温差控制为420℃～380℃，经粗轧之后形成的中间坯将由带感应加热的保温装置和感应加热炉进行加热升温，在第一段加热中，先将中间坯加热至1000℃左右，随后的第二段加热中再将中间坯加热至1180℃。
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