连铸坯热装轧制一体化生产管理系统

实现连铸坯直接热装轧制，炼钢→连铸→热轧都须准时而稳定地在相同的时序中进行，一处出事，则全线受影响。因此工序节奏匹配和生产计划管理十分重要，需实行一体化生产管理。生产计划控制分为生产计划和实现控制两个主要阶段。在生产计划阶段通过研究订货目录、工序限制条件、生产标准、订货和交货时间等，制定出最佳生产计划;要安排好炼钢、连铸和轧钢等所有各机组的定期维修和零部件更换时间，做到停工时间最短，各项设备协调良好。现正通过引进人工智能来开发更先进的生产计划管理控制系统的技术。在实现控制阶段有生产执行管理系统。由于在连铸坯直接热装轧制工艺中从炼铁、炼钢直至轧钢是一种动态的物料流程控制系统，这种生产执行管理系统应该能做到：(1)能预先综合地制定计划，控制物料流量;(2)以分钟为单位精确显示一组物料的时间表，并能模拟适当的物流线，从而能及时修订或更换时间表;(3)针对执行时间表，对有关设备、操作和质量项目进行实现进展的实时检查。通过对每一组物料制度的时间表，使我们能够对于连续通过几个生产工序的物料建立准确的控制制度。

在传统连铸与轧钢生产中，连铸与轧钢是两个独自进行生产计划管理的车间。在连铸车间浇铸相同宽度、相同钢种的板坯时必须严格按序号浇铸。在轧钢车间，由于受到轧辊磨损的限制，必须按每套轧辊先轧宽板后轧窄板的程序进行生产，即所谓的“塔形计划”。但在实行连铸坯热装轧制时，炼钢→连铸→轧钢三者连成一体，服从于统一的生产计划，轧钢不能按传统的先宽后窄的生产程序独自安排计划，而必须服从炼钢与连铸的计划安排。产品必须是宽窄相混，进行所谓“锯齿形”生产，即进行板宽无规则变化的或程序自由的生产。为了实现自由程序轧制，必须大力减少轧辊的磨损，延长轧辊的使用寿命，保证板带的板形和厚度精度质量。板宽边部的温度比中部要低，而宽度方向的金属流动在边部又较大，因此与板带边部接触的轧辊表面局部磨损也要大。为了解决轧辊不均匀磨损问题，用耐磨材料制造工作辊，并在轧制中采用窜辊技术(即移动工作辊的技术，简称HCW或WRS)，以使磨损得以分散，其影响得以缩小。HCW技术由日本日立制作所于1982年开发并很快得到推广应用。以后日本川崎钢铁公司又进一步开发应用了K-WRS技术，其不同点只是将工作辊做成锥形再进行轴向移动。窜辊技术都是除工作辊做轴向移动以外，还配有强力弯辊装置以便能同时控制板形与厚度精度质量。

工作辊轴向移动的方法按其目的与效果可分3种：(1)周期移动法，即按一定周期移动工作辊，使轧辊磨损和热凸度平滑地分散开。采用此种方法还可使轧辊凸度适当相互抵消，使轧辊凸度在一个轧制周期内变动很小，从而使板凸度可以限制在一定的目标值内，提高厚度精度质量。(2)板带凸度控制法，即通过工作辊的移动，调节工作辊与支持辊辊身沿轴向的接触长度，借以消除板端外侧部分的工作辊与支持辊之间的负荷分布，抑制作用在工作辊变辊装置更有效地发挥作用，从而使板带凸度控制能力得到增强。(3)单侧锥形辊位置控制法，即工作辊辊身一端制成锥形，两锥形工作辊呈反向对称配置，根据轧件的厚度、宽度，沿轴向移动两辊锥度位置到最佳值，使板带边部轧薄减少及板带凸度得到改善。为了实现自由程序轧制，除采用移辊技术以外，还需采用板带凸度与平直度同时控制的技术，高精度轧制技术和自动控制及快速换辊技术。由于连铸坯直接热装工艺使轧钢作业更趋复杂，这就要求有精确的设定和监视，要求全面计算机自动控制;同时为了维持连续而稳定的生产，必须尽量减少轧机设备的事故和停工时间，以尽快的速度换辊和变换产品规格及钢种。快速操作也要求自动化，只有自动化才能保证快速度。

连铸坯热送将炼钢、连铸与轧钢连接为一个统一的生产体系，必须保证实现炼钢→连铸→轧钢的同期连续生产，也即要求连铸与连轧之间的合理衔接和柔性化生产，需尽可能减少因更换铸坯和产品规格品种、轧辊、导卫装置，改变轧制工艺及事故处理的时间，以保证生产过程的节奏和连续性。这在扁平材连铸坯热装轧制工艺中包括有灵活变更宽度技术、自由规程轧制技术等;在长型材连铸坯热装轧制工艺中则包括有柔性开坯、中轧、精轧技术等。结晶器在线调宽技术已在许多钢厂得到广泛应用。一般采用微机控制结晶器的调宽过程，结晶器可按照事先设定的程序自动进行调宽，达到设定的宽度以后即自动停止。调宽速度一般不小于30mm/min，可达64mm/min以上，且在调宽过程中连铸机的拉速能稳定在1.6m/min。连铸机虽可进行铸坯调宽，但一则其能力有限;二则为了稳定浇注作业，稳定炼钢与连铸的节奏均衡匹配及减少锥形板坯长度，还应尽量减少结晶器宽度的调节变化，而将调节板坯宽度规格的主要任务交给轧钢完成。为此，在轧钢厂要设立调宽轧机、调宽压力机或立辊轧边机，以实现宽度大压下轧制。有的工厂还利用粗轧机组的立辊和使用中间机架(精轧前的M机架)的立辊进行轧边，提供一种宽度自动控制(AWC)的功能，使轧制因结晶器宽度改变而形成的锥形板坯时，板带钢的宽度得到较精确的控制。

为保证铸坯热装，尤其是直接热装，必须设法使铸坯保持较高的温度。即以充分利用铸坯内部的冶金潜热为主，其次才是靠外部加热。对于铸坯热装工艺主要是使铸坯保持较高的连铸机出坯温度和输送途中绝热保温两个方面。在连铸机上尽量利用来自铸坯内部潜热主要靠改变浇注速度和冷却制度来加以控制。由于改变浇注速度要受到炼钢能力配合和顺利拉坯的限制，故变化冷却制度便成为控制钢坯温度的主要手段。一些工厂采取在二冷段上部强冷以防鼓肚和拉漏，在中部缓冷或喷雾冷却以调整凝固长度，在下部绝热保温利用液芯潜热对凝固外壳进行复热的冷却制度，可使连铸出坯温度比一般连铸的大约高出120～180℃。

为了使铸坯在凝固终点处具有较高的表面温度，必须将铸坯凝固终点控制在连铸机冶金长度的末端处，为此采用电磁超声波检测的方法(E-MUST)对凝固终端进行检测与控制，精度可达到±0.5m。对于要严格控制氮化物和碳化物析出的钢种，还必须注意保持容易冷却的铸坯边角部也有较高的温度，这可在二冷段减少边角冷却，甚至在铸机下部或切割机前后设置边角部温度补偿加热器和绝热罩，来保持所要求的边角部温度。为了防止连铸坯在出连铸机以后的转运过程中散热降温，近距离输送通常使用带保温罩的绝热辊道。这种辊道用绝热材料包覆了铸坯50%的表面，具有较好的保温性能。而远距离输送则采用高速铸坯保温车，这种保温车除具有保温功能外，还有使铸坯均热的能力。在输送距离超过1000m时，高速铸坯保温车与保温辊道相比，输送速度快3倍，输送时间缩短了2/3，保温效果提高8倍。两者具体性能比较见表。

保温辊道与保温车使用性能比较

对于连铸坯低温热装轧制工艺，铸坯在装入加热炉之前往往还采用保温坑进行铸坯保温，允许铸坯在装炉之前有更长的等待时间，给生产计划管理以更大的灵活性。

连铸坯的缺陷主要有：(1)表面缺陷，如振动痕迹、表面裂纹、表面夹渣、气孔和气泡、表面增碳和偏析、凹坑和重皮、切割端面缺陷等;(2)内部缺陷，如内部裂纹、偏析条纹、断面裂纹和中心星状裂纹、中心疏松、中心偏析、非金属夹杂物等;(3)形状缺陷，如鼓肚与菱变等。其中对连铸坯热装影响最大的是表面裂纹缺陷。在传统工艺中，为清除铸坯表面缺陷，可在铸坯精整区进行热清理。而在连铸坯热装轧制工艺中，为保证铸坯入炉温度，无法对铸坯表面进行热清理。

实现无缺陷连铸坯生产的关键是冶炼和连铸工艺的改进。为防止连铸坯裂纹的产生，从根本上说就是要尽可能增加钢的抗裂性，避免或减缓各种内应力和外应力，消除可能造成应力集中的薄弱部位。为此，应采取的主要技术措施有：(1)适当调整钢种成分，严格控制S、P、O、N等杂质含量;(2)采用炉外精炼及真空处理技术，进行脱气除硫，提高钢水纯净度;(3)采用全程保护浇注，以保证钢的纯净度，并稳定控制结晶器内液面波动，以利于增加坯壳的厚度和均匀性，减少表面裂纹和夹渣的形成;(4)增大中间罐容量和钢液深度，设置挡渣墙，促进夹杂上浮排除。调整钢液温度，实现低过热度浇注，并采用连铸电磁搅拌技术以扩大等轴晶带，减小中心疏松和偏析;(5)改善连铸二冷制度，采用气—水喷雾冷却，实行弱冷、均冷的二冷工艺，并提高矫直温度以抑制氮化物析出，以防止裂纹缺陷的产生等;(6)提高连铸设备的对弧精度、加强坯壳支托(如二冷辊分段配置、细辊密排等)，采用压缩铸造、轻压下和多点矫直等技术，以减小和分散各种变形应力，防止裂纹产生。

随着炼钢和连铸技术的不断进步，大部分的普通碳素钢连铸坯已基本达到无缺陷的要求。但对某些要求较高的特殊钢连铸坯，还应在切断之后进行热检测和热清理。例如，可用各种探测仪检测出铸坯缺陷性质，以联动火焰清理对缺陷进行热清理，同时反馈了解产生缺陷的工艺因素，并及时修正。各国钢厂使用的热检测方法中，表面质量检测主要采用光学法、感应加热法和涡流法，而内部缺陷的检测则主要采用超声波和电磁超声波方法。

连铸坯热送的主要作用是：

(1)利用连铸坯物理显热能，节约能源消耗。连铸坯热送的节能效果与生产条件、板坯热装率和热装温度有关。据资料报道，在500℃热装，可减少燃耗30%左右，在800℃热装，至少可降低燃耗50%。通常板坯装炉温度每升高100℃，可使燃耗减少(63～72)×10kJ/t，即热装温度愈高，节能效果愈显著。

(2)提高金属收得率。在连铸坯热送工艺中，由于实现了无缺陷铸坯的生产，取消了传统工艺中的表面缺陷火焰清理，可使金属收得率提高2%。其次，传统工艺冷装炉加热产生的氧化铁皮损失为1%，热装炉时降为0.5%～0.7%，加热时间缩短也减少了氧化铁皮的生成。

(3)缩短生产周期和生产工艺流程，缩减厂房面积。节约基建投资和生产费用，降低生产成本等。连铸坯热送将连铸与轧钢两大工序相连接，实现了连续化生产，向短流程，高效率、节能、节省投资、减少环境污染方面跨进了一大步。实现连铸坯热送，要求连铸与轧钢工序同步作业，以保证整个系统均衡、不间断的连续化生产。因此，必须确保热送过程中物流、能流与信息流的畅通。实现连铸坯热送的关键技术为无缺陷铸坯生产技术、高温铸坯生产技术、连铸与连轧的合理衔接与柔性化生产技术和一体化生产管理系统;同时，以改进工艺和设备可靠性的技术相配合。

根据铸坯入炉温度分为连铸坯直接热装和连铸坯热装两种形式。

(1)连铸坯直接热装轧制，简称CC-DHCR。连铸坯温度在A3以下，A1以上，铸坯直接送加热炉加热后轧制。加热炉在连铸机和轧机间起缓冲作用。铸坯处于γ α两相区，铸坯组织部分经过γ→α→γ相变，既有原始粗大的奥氏体晶粒，又有经相变的奥氏体细晶粒，经加热后的铸坯为混晶组织，微量元素的析出和溶解程度不同，需采取相应的轧制工艺，以获得质量优良的最终产品。此外，对一些低合金钢和中、高碳钢等，特别是电炉钢，由于氮含量较高，还需注意因AlN析出而形成表面裂纹，导致表面质量变坏而不能实行直接热装。

(2)连铸坯热装轧制，简称CC-HCR。连铸坯温度在A1以下，400℃以上，铸坯不放冷即送保温设备(保温坑、保温车和保温箱等)中保温，然后再送加热炉加热后轧制。保温设备在连铸机和加热炉之间起缓冲和协调作用，使生产工序匹配和物流管理具有更大的灵活性。其铸坯组织状态与常规冷装炉铸坯状态基本相同。但对于某些低合金钢、中高碳钢，在冷却过程中易产生裂纹，热装导致表面变坏。一般将铸坯温度达400℃作为热装的低温界限;400℃以下热装的节能效果较小，且此时表面已不再氧化，故一般不再称做热装。

为了稳定维持连铸坯热装轧制生产线正常运行，必须保证每一工序的操作和设备事故降到最低限度，使各项电气机械设备都能稳定可靠地连续运行。设备的可靠性比较容易理解。所谓工艺的可靠性包括了产量与质量的可靠性及生产持续时间的可靠性。所有这些都应靠设备诊断和工艺诊断技术来保证。要定期进行连铸机离线设备诊断和维护。对于在线的各种机电设备，特别是支撑和冷却设备都应经常进行细致的在线诊断检查，以便利用浇铸间隙时间进行检修。要利用安装在关键部位的各种传感器直接检查铸流情况和进行工艺诊断。例如用振动传感器探测结晶器和铸流的相互摩擦的异常现象等以预报拉漏事故;用电磁超声波法和辊子反作用力法探测铸坯凝固终端等等。通过及时采取防治措施，保证产品质量和生产线正常进行。2100433B

连铸坯热装轧制是连铸坯出连铸机切断后，在热状态下直接送至轧钢车间的加热炉，经加热后轧制的工艺过程，又称连铸热装或连铸一热装轧制。根据铸坯入炉温度分为连铸坯直接热装和连铸坯热装两种形式。

连铸坯热装轧制，简称CC-HCR。连铸坯温度在A1以下，400℃以上，铸坯不放冷即送保温设备(保温坑、保温车和保温箱等)中保温，然后再送加热炉加热后轧制。保温设备在连铸机和加热炉之间起缓冲和协调作用，使生产工序匹配和物流管理具有更大的灵活性。其铸坯组织状态与常规冷装炉铸坯状态基本相同。但对于某些低合金钢、中高碳钢，在冷却过程中易产生裂纹，热装导致表面变坏。一般将铸坯温度达400℃作为热装的低温界限;400℃以下热装的节能效果较小，且此时表面已不再氧化，故一般不再称做热装 。

连铸坯直接热装轧制，简称CC-DHCR。它是指连铸坯温度在A3以下，A1以上，铸坯直接送加热炉加热后轧制。加热炉在连铸机和轧机间起缓冲作用。铸坯处于γ α两相区，铸坯组织部分经过γ→α→γ相变，既有原始粗大的奥氏体晶粒，又有经相变的奥氏体细晶粒，经加热后的铸坯为混晶组织，微量元素的析出和溶解程度不同，需采取相应的轧制工艺，以获得质量优良的最终产品。此外，对一些低合金钢和中、高碳钢等，特别是电炉钢，由于氮含量较高，还需注意因AlN析出而形成表面裂纹，导致表面质量变坏而不能实行直接热装 。

连铸坯热送的主要作用是：

(1)利用连铸坯物理显热能，节约能源消耗。连铸坯热送的节能效果与生产条件、板坯热装率和热装温度有关。据资料报道，在500℃热装，可减少燃耗30%左右，在800℃热装，至少可降低燃耗50%。通常板坯装炉温度每升高100℃，可使燃耗减少(63～72)×10kJ/t，即热装温度愈高，节能效果愈显著。

(2)提高金属收得率。在连铸坯热送工艺中，由于实现了无缺陷铸坯的生产，取消了传统工艺中的表面缺陷火焰清理，可使金属收得率提高2%。其次，传统工艺冷装炉加热产生的氧化铁皮损失为1%，热装炉时降为0.5%～0.7%，加热时间缩短也减少了氧化铁皮的生成。

(3)缩短生产周期和生产工艺流程，缩减厂房面积。节约基建投资和生产费用，降低生产成本等。连铸坯热送将连铸与轧钢两大工序相连接，实现了连续化生产，向短流程，高效率、节能、节省投资、减少环境污染方面跨进了一大步。实现连铸坯热送，要求连铸与轧钢工序同步作业，以保证整个系统均衡、不间断的连续化生产。因此，必须确保热送过程中物流、能流与信息流的畅通。实现连铸坯热送的关键技术为无缺陷铸坯生产技术、高温铸坯生产技术、连铸与连轧的合理衔接与柔性化生产技术和一体化生产管理系统;同时，以改进工艺和设备可靠性的技术相配合 。