棒线材免加热直接轧制技术

王廷溥教授提供： 80年代初 美国AK厂 已使用免加热轧制， 但是未见报道。
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2 国内外发展状况
国内在棒线材节能减排方面做过很多努力，未能取得重大突破性进展 • 一些厂家尝试低温轧制（开轧温度～750 ℃），有报道，应用面不广 • 推广蓄热式加热炉取得一定的节能效果，属于局部改进 • 唐钢、新疆八一曾经引进棒线材无头轧制技术（焊接），问题较多 • 棒线材行业进入门槛低，微利生产，竞争激烈 • 需要在工艺流程上进行重大创新，适应发展要求 • 东北大学近来对轧钢生产流程创新做了大量的前期研究 在此背景下：东北大学与鞍山兴华轧钢厂合作开发出
铸坯各点的温度变化规律 坯壳的形成过程
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4 配套技术—2 提高铸坯温度
措施2：二冷区配水参数优化
• 调整二冷水的压力、流量、分布 • 在保证不发生漏钢事故前提下 • 减少热量散失 • 提高坯料平均温度 • 确定凝固终点 • 优化切断位置（必要并可能时）
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温 度
时间
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2 国内外发展状况
• 早期（1980’～1990’）日本开展了关于直接轧制（CC-DR）的大量研究 • 日本、意大利曾经开发出棒线材无头轧制技术，没有大范围推广 • 近期意大利推出棒线材直接轧制生产线流程，特征：隧道炉保温补热
结晶器 二冷区喷水阀门组态
偏差 冷却水控制量 温度设定值 温度实测值
温 度 偏 0 差 值
温度偏差上限值，增水
温度偏差下限值，减水
实测 温度
坯壳 钢水 凝固 终点 L
钢坯 切断处
温度控制死区的概念
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4 配套技术—2 提高铸坯温度
提高连铸坯温度的三个措施： 提高拉速（POSCO薄板坯拉速已达7m/s） 减少冷却水 加保温罩 前提： 不能出现露钢事故 与炼钢产量匹配 与轧钢产能匹配 技术支撑： 对凝固过程的数值模拟
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4 配套技术—2 提高铸坯温度
措施1：改进结晶器设计（加长、减水、优化圆角）
优化凝固过程，控制坯壳厚度，避免漏钢 凝固初期的温度分布的数值模拟计算
横断面温度分布
纵断面温度分布
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4 配套技术—2 提高铸坯温度
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4 配套技术— 4 车间平面改造
Z型布置：有二种方案，方案1：采用移钢机，优点：直来直去 缺点：钢坯要停下来
L
方案 2 ：采用并轨弯辊道，特点：坯料运行中不停，可缩短约1分钟
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4 配套技术— 4 车间平面改造
• 对二冷区的温度场进行模拟计算
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图3.3 小方坯连铸过程示意图 Fig. 3.3 Schematic diagram of small square billet CC 1
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4 配套技术—2 提高铸坯温度
现有棒线材生产工艺存在的问题：
• 能量陷阱（高温坯料冷却下来再加热，带来能量损失） • 热装热送 (HCDR) 有所改进，仍需加热 • 加热过程的经济账 - 燃料消耗（煤、油、气） - 氧化损失（~1.0%成材率） - 冷却水损失（节省二冷水） - 时间消耗（效率） - 加热炉操作、材料消耗 - 总图布置（投资）
常规轧制
中心 表面
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DROF
低温轧制
常规轧制、低温轧制与免加热的比较
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3 免加热轧制的基本特征
传撂时间数小时
常规 配水
冷却 运送 钢坯 切断 传统工艺 免加热工艺
入炉 加热
出炉 运送 轧制 成形 快速运送 冷却 剪切 包装 入库
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4 配套技术—1 缩短送坯时间
缩短钢坯运送时间的具体做法： • 钢坯切断后，所有涉及钢坯运行的部位提速 － 切断后辊道提速，移钢机提速，运输辊道提速 • 减少环节 － 能直行的就不用横移装置 － 能用爬坡辊道的不用提坯机 • 减少钢坯启停次数
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750 ℃
720~ 740℃
1050～ 1150 ℃
1040~ 1140℃
1000~ 1100℃
900 ℃
低温轧制
常规轧制
免加热轧制
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3 免加热轧制技术的基本特征
DROF特别适合对现有生产线进行改造，改造目标： • 提高铸坯温度，改善温度分布 • 缩短送坯时间，减少温降 • 完全不用加热炉，也完全不用补热装置（特色）
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节能减排轧制新技术讲座 之一
棒线材免加热直接轧制技术
Direct Rolling by Free-heating for Bar and Rod Mill （DROF－造福轧钢厂，向边际利润要效益的新技术）
东北大学 刘相华
2014年6月 沈阳
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• 免加热轧制技术取消现有工艺的加热环节是一项重大革新，
节能减排效果明显 • 在产能过剩、市场低迷，竞争激烈的形势下，具有重要意义 • 通过采用DROF新技术可为企业降低成本，增加效益
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1 技术背景和发展趋势
1 近距离一字型布置：
4 配套技术— 4 车间平面改造
连铸与轧机布置的几种方式： 推荐新建厂采用，留足连铸坯并轨和低温坯剔除距离
2 远距离一字型布置：（～100m） 提高辊道速度（3-5m/s), 距离不是大问题，100m 距离可在半分钟内完成
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• 不需要补热，更加节能 • 无隧道炉，不需要特殊保温装置 • 生产线短，设备改造投资少 • 简单易行，方便对现有生产线进行改造
缺点：
• 钢坯仍需切断，没有无头轧制的优点 • 无头轧制的DROF技术，已申报专利，将在下步推出
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加保温罩的效果：
4 配套技术—2 提高铸坯温度
平均温度影响 有保温罩 无保温罩 差值
切割完方坯后 （4分钟）/℃
转移方坯 （1分钟）/℃
传送方坯 （30秒）/℃
达到轧机 （1分钟）/℃
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4 配套技术—1 缩短送坯时间
在免加热工艺中缩短从钢坯切断到进轧机的时间至关重要： • 时间就是温度 • 时间就是直轧率 • 时间就是效益 缩短时间的措施： • 辊道提速 • 改变运送流程
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二冷区凝固壳厚度变化与切断处温度分布的数值模拟结果
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4 配套技术—2 提高铸坯温度
措施3：加保温罩减少铸坯的温降，可加保温罩的部位： 切断后辊道（留出处理事故空间） 拉坯机到切割机之间 快速送坯辊道 按拉速运行， 时间长，保 温效果明显
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内容提要
• 技术背景和发展趋势 • 国内外发展状况
• 免加热轧制的基本特征
• 实施免加热轧制技术的配套技术 • 经济效益和社会效益 • 结束语
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1 技术背景和发展趋势
国家“十二五规划” 提出节能减排目标： • 单位GDP能耗下降16% • 二氧化碳排放降低17% • 主要污染物排放总量减少8到10% 钢铁行业是耗能和排放的大户，节能减排压力巨大 • 现有棒线材生产工艺不做重大变化，节能空间十分有限
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4 配套技术—3 连铸坯温度的反馈控制
• 为了保证切断点处的连铸坯温度，进行温度闭环控制 • 根据实测表面温度来控制二冷区冷却水阀门组态 • 配套技术：凝固终点位置预报，保证切断处的安全距离
进入粗轧机组的轧件温度降低，需要校核轧机的能力（电机功率） 重点校核粗轧机组前4架，特别是第3架和第4架 优化粗轧机组的负荷分配，使负荷裕量尽量均匀分布 据经验，用150方坯轧制12－30mm螺纹钢时： － 前4架电机功率大于600kW把握较大 － 前4架电机功率小于400kW需谨慎 带孔型轧制和浅槽轧制比无孔型轧制有利 － 对改善咬入条件有利
1 连铸机
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切断机 3 钢坯 4 辊道 5 移钢机 6 加热炉
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10 冷床
7 粗轧机组
8 中轧机组
9 精轧机组
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3 免加热轧制技术的基本特征
DROF与现有意大利推出的直接轧制技术相比有以下优点：
铸坯 二冷 优化 配水
传撂时间小于2-5分钟 连铸区 衔接区 免加热工艺与传统工艺的对比
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轧制区
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表面与中心温差大
3 免加热轧制的基本特征
• 钢坯未经加热，表面温度比常规轧制开轧温度低 • 但是钢坯中心温度比表面温度高得多，有利于变形深透 • 有利于内部缺陷压合，改进内部质量 • 粗轧阶段内部高温区温度向外扩散、产生均温作用，使表面温度上升
棒线材免加热直接轧制技术
通过生产流程的革新实现大幅度节能减排
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3 免加热轧制的基本特征
免加热轧制技术的核心是：坯料不经加热炉直接轧制，基本特征如下： • 开轧温度在常规轧制和低温轧制之间，终轧温度与常规轧制相差不大 • 提高铸坯温度，缩短连铸到轧制的时间，保证较好的开轧温度
－ 减少宽展，可提高变形效率
－ 节省电能消耗，增加辊耗
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5 可行性研究 – 温度衔接
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4 免加热轧制技术的配套技术
5 项配套技术（不一定全部采用，&为强力建议采用）
• 缩短钢坯运送时间 &&&
• 提高钢坯温度&&& -- 有条件地提高拉速 -- 二冷配水优化：控制钢坯的温度分布，减少温降& -- 加保温罩 • 连铸坯温度的反馈控制，包括凝固终点预报，避免漏钢&& • 钢坯流程（车间平面图）改造：绕过加热炉，快速移送 • 粗轧机配套改造：验算电机能力，优化负荷分配&
缺点：钢坯要停下来
4 L型布置：有二种方案，方案1：采用移钢机、转钢机，优点：直来直去
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方案 2 ：采用并轨弯转辊道，特点：坯料运行中不停，坯料不宜太长
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4 配套技术— 5 轧机负荷分配优化