薄板坯连铸连轧工艺生产优质带钢（QSP）

zhd1998cn

达涅利高质量带卷生产设备配置和设备设计理念
    一、优质带钢生产（QSP）
    QSP概念
    优质带钢生产（QSP）技术是达涅利为解决薄板连铸连轧工艺 局限性而推出的最佳工艺。QSP可根据市场具体要求，采用多种工艺布置形式来实现，但目标是一致的：通过采用立弯型fTSC（灵活的薄板坯连铸机）生产线，选择最合适的铸坯浇铸厚度，而对铸坯长度则没有限制，以便最大限度的发挥设备生产能力，同时满足所有的工艺要求。
    通过采用下列先进技术，QSP生产工艺可获得卓越的铸坯表面质量：
    ◆使用H2（高速高质量）结晶器和浸入式水口（均为达涅利专利技术），可确保铸坯获得优良的表面质量；
    ◆设在连铸机出口处的回转式除鳞机在铸坯进入加热炉之前，利用小流量高压除鳞水清除铸坯表面产生的氧化铁皮，以显著改善铸坯表面质量；
    ◆在粗轧机入口处和精轧机入口处配备高压水高效除鳞系统；
    ◆由于采用了结晶器动态流场优化设计和动态轻压下技术，可确保获得良好的铸坯内部质量，进而获得细晶粒组织的连铸产品，从根本上消除中心偏析。
    产品尺寸和几何精度控制：
    QSP设备可达到世界一流的产品尺寸和几何精度。目前，绝大多数产品的尺寸精度可以控制在ASTM标准尺寸公差的四分之一范围内。
    安装在轧机机架上先进的轧制控制系统，可确保在整个轧制过程中严格控制轧制精度，保证产品质量。
    达涅利威恩联合公司目前可提供全套薄板坯QSP连铸连轧设备，满足产品最终使用要求，设备生产能力可超过300万t。
    QSP工艺布置
    QSP的工艺布置就是要满足那些欲凭借优质钢种占领高端产品市场，并对产品质量有着严格要求的用户需要。
    事实上，与其他薄板坯连铸技术相比，QSP技术通常将连铸机设计成能够生产较厚的薄板坯（厚度达100mm）。这将使单流薄板坯连铸机生产能力达到200万t，而且还能够通过采用特有的设备布置方式，并利用金相组织控制技术，通过两步轧制，生产品种规格更加广泛的钢种。只要选择较厚规格的薄板坯，配合先进的温度控制系统，经过8道次轧制（2个粗轧机＋6个精轧机），可生产全部产品规格，包括厚度仅有0.95mm的超薄带钢。
    生产线投产后便可大批量生产高附加值带钢产品，创造良好经济效益，短期内即可收回用于建造QSP生产线的全部投资。而且整条生产线只需一台单流薄板坯连铸机，将来也无需再进行任何扩建。
    QSP技术包括下列工艺和设备：
    ◆利用与轧机布置在一条生产线上的达涅利立弯式fTSC生产线，生产高质量薄板坯；
    ◆在薄板坯连铸机出口处设有剪切和除鳞设备；
    ◆用于连接连铸机和轧机的隧道式加热炉，将铸坯加热至轧制温度；
    ◆由1台高压水除鳞机、1架上传动式立辊轧边机、1～2架粗轧机构成粗轧区，进行铸坯粗轧；
    ◆通过一条加热输送辊道，也可配备一个中间冷却系统，将轧件从粗轧机出口处运送至精轧机入口处；
    ◆再由一台高压水除鳞机和配备了最新一代带钢尺寸控制系统的5～6架4辊精轧机组成精轧区，进行中间坯的精轧；
    ◆成品带钢在输出辊道上通过穿水冷却来控制带钢最终温度，以确保产品最终性能；
    ◆通过一台或多台由一组对中定位的侧导向装置、转向夹送辊和三助卷辊式地下卷取机组成的卷取机组进行带钢卷取；
    ◆由步进梁式输送系统将带卷从地下卷取机取出，经过带卷打捆机、打号机和带卷检查站处理后，输送到冷却跨进行存放。
    QSP工艺布置在提高带钢产品质量方面优势突出，可大致归纳如下：
    ◆粗轧机和精轧机组都带有立辊轧边机，可确保带钢宽度控制精度；
    ◆粗轧机与精轧机分离，可提高设备生产操作灵活性，扩大产品范围；
    ◆带有加热功能的输送辊道（HTT）可确保粗轧后的中间坯温度均匀一致，有利于提高精轧过程的稳定性；
    ◆在轧制API管线钢和需要进行铁素体轧制时，可在HTT加热输送辊道前面增设一个中间冷却系统；
    ◆3台高压水除鳞机布置在轧制线上（分别位于薄板坯连铸机出口、粗轧机入口和精轧机入口），可确保带钢获得优良的表面质量；
    ◆在精轧机入口处设有一台滚筒式切头飞剪，可确保薄带钢和超薄带钢轧制时穿带过程的稳定和安全。
    QSP工艺的主要优点
    粗轧机与精轧机分离
    在QSP设备工艺流程布局时，将轧机分为相对独立的粗轧和精轧两个单元，并且粗轧区与精轧区之间间隔适当距离，可显著提高轧机生产操作灵活性。
    粗轧机和精轧机对中间坯进行不同步轧制，这种相对独立性可以提高粗轧速度，从而降低轧件温度损失，减少氧化铁皮量。
    粗轧机轧制速度提高后，可防止工作辊出现局部过热现象，从而减少轧辊磨损。这样，有助于提高轧制过程稳定性，延长轧辊使用寿命，提高成品带钢质量。
    考虑到前几个轧制道次间隔时间是影响带钢内部组织再结晶的关键因素，因此采用QSP的工艺布置，粗轧区和精轧区之间间隔一定距离，再加上在粗轧机和精轧机之间设有HTT加热输送辊道和中间冷却区，因此中间坯在进入精轧机之前，就已经充分完成再结晶过程，并获得均匀一致的细晶粒组织，可使成品带钢具有更好的力学性能。
    粗轧机上配备立辊轧边机
    在粗轧机上配备立辊轧边机可对板坯进行有效的边部轧制，提高带钢宽度控制精度。另外在轧边过程中，还可实现边部组织再结晶，确保带钢边部质量，提高带钢边部力学性能。
    此外，采用立辊轧边机后，还可以将连铸机在线调宽过程中产生的楔形坯进行矫正，从而提高成材率。
    另一方面，立辊轧边机还可以像对中导向装置一样，更好地将板坯喂入粗轧机，提高粗轧机轧制生产稳定性。
    粗轧机与精轧机之间布置具有加热功能的输送辊道（HTT）
    加热输送辊道可有效提高所有钢种中间坯的温度均匀性，其主要作用不是对轧件进行加热，而是要确保中间坯在整个断面范围内温度恒定且均匀一致，并使中间坯头尾温差最小，确保精轧机获得稳定的轧制条件。
    此外，加热输送辊道还可以显著提高设备生产操作灵活性。在紧急情况下，整个炉顶可通过安装在各区域内的液压缸抬起，然后旁边的推钢机就会将板坯/中间坯从轧线上移走，而不会影响连铸机正常工作。由于能够及时清理废件，因此可显著缩短非生产时间。
    HTT前面设置中间冷却系统
    当需要采用热机械轧制和/或铁素体轧制工艺，以满足QSP产品大纲中某些钢种（如生产API管线钢或超低碳钢）的生产要求时，需要在粗轧机和输送辊道间配备一个带钢中间冷却系统，用于在粗轧机出口处将中间坯冷却至目标温度以下，以确保精轧过程轧件温度适宜。这样做的好处是：
    ◆通过中间冷却系统以及安装在加热输送辊道前的温度测量仪，可以准确控制带钢温度；
    ◆由于采用加热输送辊道，可确保中间坯整体保持温度均匀一致；
    ◆能够有效防止粗轧后轧件内部晶粒组织长大，确保最终产品获得致密的细晶粒组织；
    ◆精轧区不发生奥氏体-铁素体相变；
    ◆确保稳定的轧制条件。
    轧制线上布置3台高压水除鳞机
    在整个轧制线上布置有3台高压水除鳞机，可分别根据连铸机出口处（连铸氧化铁皮）、粗轧机入口处（一次氧化铁皮）和精轧机入口处（二次氧化铁皮）氧化铁皮生成状况，采用最优化的除鳞作业，提高带钢表面质量。
    由于隧道式加热炉炉内气氛容易使铸坯生成氧化铁皮，因此需要在粗轧机入口处配备第二台高压水除鳞机，用于彻底清除铸坯表面氧化铁皮，特别是能够消除连铸坯在连铸过程中产生的所有表面缺陷。
    类似现象也发生在加热输送辊道上，只是由于轧件温度较低，氧化铁皮生成量较少。安装在精轧机入口处的第三台高压水除鳞机，可以彻底清除中间坯在经过加热输送辊道时生成的氧化铁皮，获得清洁的带钢表面。
    这些措施可有效消除在轧制过程中将氧化铁皮“轧入”带钢表面的现象，从而可显著提高成品带钢质量，提高带卷一级品率。
    精轧机入口处安装滚筒式头尾飞剪机
    在QSP精轧机前设有一台滚筒式带钢头尾飞剪机，以确保带钢头尾形状规整，特别是在轧制薄带钢和超薄带钢时飞剪作用更明显。规整的带钢头部，便于精轧机准确平稳穿带。而规整的尾部形状，可避免工作辊被带钢“咬辊”。
    总之，滚筒式头尾飞剪机有利于轧制过程保持稳定，降低废品率，同时延长轧辊使用寿命，提高设备生产能力。
    带钢层流冷却系统
    在输出辊道上，设有一个层流冷却系统。冷却系统由多组水幕喷淋式冷却器组成，其中最后一组专门用于精确调整（微调）带钢卷取温度。由水幕装置和流量调节阀组成的水幕层流冷却系统，可将带钢温度控制在预先设定的温度范围内，从而确保带钢形成所需金相组织，达到要求的力学性能，并保证地下卷取机顺利完成卷取作业。
    当生产双相钢和TRIP钢时，还需要采取特殊设计，增加辅助设备，以满足稳定生产此类特殊钢种的要求。当需要采用强冷时，可在输出辊道起始位置增设强制冷却区。
    二、紧凑的QSP工艺布置方案（fTSR）
    fTSR（灵活的薄板坯连轧）是一种紧凑的QSP工艺布置方案。其特点是在降低投资费用和提高设备生产能力两者之间，寻找一个最佳平衡点。从工艺设备配置角度来讲，要比QSP工艺更简单。因为它不需要设置加热输送辊道。这使得从粗轧机和精轧机之间的布置变得非常紧凑，而且粗轧机和精轧机采用串列布置，同步工作。因此，fTSR布置方案保留了QSP工艺布置的绝大多数优点（如在轧制线上设置3个除鳞点，粗轧机配备立辊轧边机，在精轧入口处设置切头剪，设有带钢中间冷却系统和高效的水幕冷却系统），但工艺布置却更加紧凑。
    fTSR可生产范围广泛的各类钢种（包括中、高碳钢），可满足绝大部分市场要求。但由于没有较长的中间辊道和相应的加热输送辊道设备，它在特殊钢种生产方面受到一定限制。例如不适于采用热轧工艺生产的某些特殊钢种，如用于北极高寒地区的API管线钢。
    与QSP工艺相比，由于在正常情况下，薄板坯厚度一般只有70mm（也可能达到85mm），因此fTSR设备生产能力略显不足（单流薄板坯连铸机最大生产能力可达160万t）。
    从另一方面来讲，采用紧凑布置，并将粗轧机与精轧机串列分布，因而使fTSR工艺只需配备更少的机架（2架粗轧机＋5架精轧机），再加上几台特殊设备，如高速剪切机、穿带装置和高速卷取机，即可采用半无头轧制工艺，生产最小厚度可达0.8mm的超薄带钢。
    由于开始时只需投入较少资金，仅配备一台单流薄板坯连铸机即可。以后可根据需要增加第二流薄板坯连铸机，就能够将设备生产能力扩大一倍。由于经济效益显著，fTSR布置方案具有极大的吸引力。
    为将设备生产能力增加到400万t，可在设计时预留将来增加第三台单流薄板坯连铸机的余地，以最大限度地提高热轧设备利用率，将设备生产能力提高到传统式半连续热带轧机的生产水平。
    三、结论
    经过生产实践检验，QSP概念充分表明，达涅利设备不仅能够成功地生产市场需要的所有钢种，其中包括北极高寒地区对产品质量和性能具有严格要求的API管线钢，而且能够在将来进一步改变薄板坯生产工艺路线，扩充所能生产的钢种范围。
    与传统厚板坯生产工艺路线相比，新工艺可减少设备投资，降低转换成本和现金成本，带来更出色的经济效益。
    QSP及其紧凑式fTSR工艺是满足如设备生产能力、产品内部质量和表面质量、钢种生产范围、新一代热轧厂生产高附加值产品等要求的最佳方案。