高寒用管线钢薄板坯连铸设备及工艺路线

1 背景

　　CRC厂每年将生产  120 万t热轧钢卷，供  OMK 集团位于维克萨和阿尔梅季耶夫斯克的生产厂用于生产直径21 mm～530 mm的钢管。

　　这是在俄罗斯安装的第一套薄板坯连铸连轧设备，同时也是世界上第一套利用薄板坯工艺路线生产北极高寒地区用  API 管线钢的生产设备。

　　除生产轻型钢外，CRC厂的设备还可以将目前紧凑型钢铁厂的产品范围大幅扩展至高附加值钢种，如  API X65 和  X70，二者可在低至  –60℃的温度下以及腐蚀性环境中使用。

　　2 工艺布局

　　俄罗斯  OMK 集团CRC厂设备由以下部分组成。

　　达涅利单流  FTSC（灵活型薄板坯连铸机）采用动态轻压下工艺，可在连铸机出口处铸造厚度达  90 mm 的板坯。

　　在连铸机的设计特性方面（即板坯厚度选择、动态轻压下策略及二次冷却设计）给予了特别关注，以满足产品大纲的要求。

　　在工厂设计中，预留了第二流，以便将来进行扩建。

　　集成在连铸机中的在线高压除鳞机。该设备与薄板坯连铸机的抽出装置结合，包括一个旋转除鳞机，通过使用高压  -  低流量喷雾装置在板坯进入隧道炉前对其进行除鳞。

　　除鳞机旋转臂上安装有  8 个喷嘴（4 个上喷嘴和  4 个下喷嘴）。相比普通的除鳞机（如在机架  R1 和  F1前安装的除鳞机），喷嘴的数量约减少了80%。通过这种设计，可以实现较高的除鳞效率，以及较低的温度损失(约  5℃)。进行处理之后，板坯上将不含氧化铁皮，可以进入隧道炉中。这种方法可避免对炉辊造成损坏，而且便于在隧道炉内从氧化铁皮层厚度和成分方面对氧化铁皮增长进行控制。板坯表面上的氧化铁皮厚度和成分也将更加均匀。

　　轧机通过一个辊式隧道炉与连铸机（CCM）相连，形成一体。隧道炉的设计长度为  200m。隧道炉最多能够容纳  5 块最大长度为  37.5m的板坯。这一出色的缓冲能力使得即使在更换工作辊或自动化故障造成的轧机停工时，也不会使连铸作业中断，从而不会影响连铸机的工作。

　　3 隧道炉后安装的轧机设备

　　（1）2 号除鳞箱

　　2号高压除鳞装置（常规箱式）位于隧道炉的出口处，用于使板坯表面尽量保持整洁，并从板坯表面除去隧道炉内板坯加热过程中产生的氧化铁皮。该除鳞箱配有4个除鳞集管（2 个在上，2 个在下），工作压力为  220 巴。 

　　（2）立辊轧机  E1

　　一台立辊轧机安置在粗轧机架的入口处。轧机用于轧制板坯的侧面，以便使其宽度保持在设定的公差值内，同时提高棱边质量。轧制由一组液压缸实施，液压缸最高可达到  4000kN 的轧制力。2个带槽轧辊有助于实现高质量的轧边作业，从而避免发生边折结果。

　　两个  4辊粗轧机架  R1 和  R2 在连续粗轧机组中。两机架均拥有  46000kN 的轧制力，通过放置在轧机窗口顶部的2个  HAGC（液压自动厚度控制）液压缸实现，轧机窗口上装有压力和位置传感器，用来保证轧辊定位和动态间隙控制时的适当反应时间。上支撑辊的平衡通过放置在轧机机架顶部的横梁实施并由2个液压缸进行调节，而上工作辊的平衡则通过放置于平衡块（连接在轧机窗口上）上的液压缸实现。  

　　两机架均配有1台功率为  9000kW的交流电机，该电机通过齿轮轴连接到机架上，即通过变速箱和齿轮座单独配置方式进行工作。 

　　此外，粗轧机架还安装有一个工作辊快速更换系统。该系统包括2个行冲程液压缸（每机架一个），用于经工作辊插入轧机机架或从其中抽出，以及一个液压操控的可移动平台。

　　（3）中间层流冷却

　　紧挨粗轧机组后安装了一个用于中间坯的中间层流冷却的部分，以便控制和实现中间坯最佳的温度曲线，该部分对特殊钢种尤其重要。其包括一套水幕层流冷却系统。每根集管均配有一套比例阀和流量计，用以方便地控制和修正水量。此外，上集管可通过液压缸进行提升，以防在紧急情况下造成损坏，并确保为下方安置的辊道提供简便的维修条件。

　　（4）热传送辊道（HTT）

　　为了保证精轧热传送辊道开始前中间坯温度完全均匀分布，轧机安装了一个热传送辊道（HTT）。这一传热传送辊道台由一个带有一套独立加热段的辊道组成，各加热段均配有烧嘴。如遇紧急情况，每段均可通过液压缸进行提升。此外，在  HTT 段放置有一套推钢机，如果需要将钢材快速退出，则推钢机可用于将中间坯移到生产线下。

　　（5）转鼓式飞剪

　　在钢材到达精轧机之前，一个转鼓式飞剪将对中间坯进行切头切尾工作，剪切程度以将工件准确送入后面的轧机机架为宜。飞剪剪切削尺寸可达  45mm，剪切速度可达  1.2m/min。飞剪采用箱式理念设计，并通过液压缸夹紧在底架上。这样一来，整个箱体，包括带刀的转鼓，都可以轻易地从飞剪底架中抽出，然后用备用箱代替，从而将在线维修时间缩至最短。转鼓均配有一套4把刀具，其中2把直刀用于切尾，  2把异形刀具用于实现最佳的切头效果。鼓式飞剪使用2台交流电机供电。

　　（6）3 号除鳞箱

　　第三台除鳞机置于精轧机前端，用于保证精轧开始前，中间坯具有最好的表面状况。该除鳞机的技术特性与  2号除鳞箱相同。整个生产线中设置的三个除鳞点可帮助获得极好的带钢表面质量，从而保证整个产品组合都能具有上乘质量。

　　（7）立辊轧机  E2

　　第二台立辊轧边机紧贴精轧机架  F1放置，用于在开始精轧前，对中间坯的宽度进行优化和控制。工作辊呈锥形，以便优化厚度各异的中间坯的棱边形状。

　　（8）六机架四辊精轧机

　　热轧机的核心是六机架精轧机，可生产各钢种号的优质带钢，包括供北极高寒地区使用的高强度低合金（HSLA）钢材，如X70。另外，该精轧机还可用于生产最小厚度仅为  1.0 mm的带钢。

　　机架尺寸有两种。F1到F4机架采用达到  42000kN的轧制，而  F5和  F6机架则可达到最大  32000kN 的轧制力。  

　　所有机架均拥有目前最先进的控制技术。

　　HAGC（液压自动厚度控制）缸可实现对辊缝的动态控制。Mae –  West 弯形块可施加正反弯辊效应，以便通过一组液压缸在轧制时对凸度进行控制和纠正。轧辊凸度也可以通过轧辊热凸度系统（RTC）进行调节，该系统包括一组可调集管，用以控制轧辊上的冷却效率从而控制凸度。工作窜辊可实现自由的轧制规程，液压行程总计为300mm的行程。  

　　另外，根据技术规格，机架还具有其它功能，如辊缝润滑和除尘集管，以便在所有条件下都能保证最佳的带钢质量。  

　　每台机架均由一台功率为7000kW的交流电机供电，并配以一组变速箱和齿轮。变速箱和齿轮可经过多个齿轮轴来满足轧机机架的动力需求。

　　精轧机还配有一工作辊快速更换系统，该系统具有一组用于插入和抽出工作辊的长行程液压缸，以及一个液压操控的可移动平台，可在不到30min时间内完成换辊作业，进而能够将轧机停止时间缩至最短。

　　（9）层流冷却段（WATERWALL.）

　　精轧机和地下卷取机之间设置有一个带钢层流冷却段。冷却段由用于主要冷却区的  20 根集管（上+下）以及用于边部的  3 根集管组成。

　　集管设计是达涅利在冷却装置领域经验的结晶，可用于实现连续的层流水量，从而保证带钢中的冷却均匀性达到最佳。所有集管均配有比例阀和流量计，以保证带钢都能达到所需的最佳冷却模式。虽然如此，所有的上集管还可以在紧急情况下通过液压缸进行提升。

　　（10）地下卷取机

　　用于工厂的地下卷取机为可移动式，配有3个助卷辊，均采用液压操控方式。

　　带有液压旋转判动器的插入芯轴型式代表了现代化地下卷取机的最新技术，可用于卷取高强度材料和  API钢种。芯轴由功率为  700kW的交流电机驱动，助卷辊由三台功率各为  115kW的独立电机控制，而且芯轴专为跳步控制技术设计。项目在开发过程中也考虑了未来可能要安装第二台地下卷取机的需求。

　　（11）钢卷装卸设备

　　钢卷从地下卷取机取出之后，将通过一个步进梁输送机移至一个升降/旋转鞍座上，由鞍座再将钢卷运送至地面上。此时，可将钢卷运送至钢卷检查站进行检验，或将其送到第二台步进梁输送机中，由后者将钢卷运至钢卷库。在第二台输送机中放置有一台圆周打捆机、一台径向打捆机，最后还有一台打标机。钢卷随后可通过起重机输送到钢卷库进行存放。

　　4 轧机自动化系统

　　达涅利为工厂开发了一整套自动化系统，并达到3级控制水平。这一轧机自动化系统堪称达涅利在热轧和钢卷领域的经验和在制造和调试钢厂设备方面多年技术的结晶。

　　精确而灵活的数学模型有助于准确预测轧制参数，从而明确地优化轧机所需的装配，保证最优的成品质量、结果的可重复性，并尽量减少人为失误所导致的错误。

　　另外，2级模型可自动校正，并且可与1级控制系统交换信息，如果发生与最初预计状况有偏差时，在线修改轧机设定。

　　如果需要操作员支持，可使用简单易用的界面迅速干预设定情况。除此之外，快速数据分析仪以及翔实的生产报告还便于对生产和质量参数进行持续而全面的监控，从而能够实现生产线管理，并快速进行计划。 

　　5 连铸机的先进技术要求和解决方案

　　在连铸机的设计特性选择方面（即板坯厚度选择、动态轻压下策略及二次冷却设计）均给予了特别关注，以满足产品大纲的要求。

　　冶金方面的主要挑战如下：

　　.表面质量要求极高，因为  API 钢种对裂纹非常敏感。

　　.在薄板坯浇铸工艺中，不能进行任何修磨。这就意味着，必须在浇铸造过程中避免板坯表面裂纹或凹陷。

　　.表面不得留下振痕。

　　.内部质量必须达到最高水平。

　　.必须尽量减小晶粒度以便控制韧性。

　　.中心偏析必须处于最低水平。