专利名称：连铸与轧制之间非连续金属板片制造过程及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从金属连铸至最终轧制台为止的非连续金属板片制造过程及系统，尤其涉及一种无任何中间产品的钢产品的制造过程及系统。
背景技术：
在钢产业中，考虑到原材料成本及电耗的增大、全球市场竞争的加大以及防污标准的限制，需要采用一定的方法来制造高质量的热轧盘圆及板材，从而降低投资成本及产品成本，进而使板材厚度更为减小。提高竞争力，还可降低终端产品的电耗，从而使环境污染降至最低。
近年来在这一方面已经有了长足的进步，如本专利申请人名下的专利EP0415987，0925132，0946316，1011896以及国际公布WO2004/0262497所示。
然而，尽管产品质量达到了最佳(尤其是钢板)，但其结果在污染和能耗方面却不尽人意，而且会增加终端产品的体积。
以上述的EP0415787所谓“铸轧”为例，其在弓形铸造机上只配有一台轧制机，从而使中间产品在加热后还需要第二次轧制。
在近年来公开的WO2004/026497中，上述“铸轧技术”采用连续铸造，且进行第一次轧制，不超过四台装置，从而获得中间产品，其在切割后进行加热，然后再进行塑性拉伸，并进行第二次轧制。根据该出版物WO2004/026497，在第一次粗加工后，还可以拉成板材，但不采用高质量板材所需的冷却系统。在实际中，板材拉制在没有下游处理的情况下只具有缓冲作用，从而避免连铸及后续生产线的中止，但与板材生产的程序性无关。
“铸轧”这一概念还见于EP0823294专利，其配有三个不同的制造步骤第一步是产生奥氏体毛坯，从而形成中间品；第二步是进一步加热该中间品至温度＜738℃，且按Fe/C图来进行金相组织转换；第三步是完成轧制，从而形成铁素体。该专利的主旨在于，采用铸轧概念，从而以三个不同的步骤来获得厚度较薄的板材，铁素体不采用最后一步，从而在所谓的“批量流动”(换言之，连铸出口处单位时间内的钢流量)之下，可通过一个制造步骤来获得超薄的奥氏体产品。
专利EP0889762中公开了一种采用铸轧概念的方法，从而不连续地一步制造薄板，还公开了一种毛坯连铸方法，其为大流量(毛坯厚度乘以出口速度，单位为m/min＞0.487m2/min)，且连铸出口处为高温(约为1240℃)，在温度均匀后进行轧制。
与EP0823294相同，EP0889762专利也在第一次粗加工与最后的精加工之间配用冷却步骤或加热步骤。试验证明，该专利不适用于工业场合。进行高温连铸(约1400℃)从而在轧制过程中尽量利用热能这一想法固然令人生趣，然而在实际中是行不通的，因为如果在如此高温下连铸，连铸出口处的表面温度将高达1150℃，从而会造成弯液区不规则，进而造成毛坯缺陷甚至断裂。
发明内容
本发明旨在克服上述不足，采用一种新型的第二次冷却系统，从而可适于高流量流动，并进行感应加热，从而使毛坯温度至少提高100℃。
本发明的目的在于，提供一种制造过程，从而可在极小的设备上，通过连铸与轧制之间没有中间产品的一个连续步骤，来获得热轧板，甚至超薄热轧板，其最大厚度为20mm至0.14mm，还可获得高质量板材，其厚度为10与100mm之间，从而可最大限度地利用熔化金属的全部能量。
本发明的过程的主要特征如权利要求1所述，包括一个连铸步骤及一个在线轧制步骤，直接连接而没有中间粗加工，在连铸与轧制之间进行感应加热。
本发明的另一目的在于，提供一种用于招待上述过程的系统或设备，其中，在轧制台工作中，在模具及连续铸的下游材料不连续，在感应炉之后，连铸与第一轧制台之间的距离最小。该设备的主要特征如权利要求4所述。
参照下列设备实施方式及附图，可进一步理解本发明的其它目的，其中图1表示本发明设备示例，用于制造卷成盘圆的钢板，最小厚度为1mm，板材的最大厚度为100mm；图2表示连铸模具，其尺寸符合本发明的要求；和图3表示从模具至最后轧制台为止的厚度减小量。
具体实施例方式
应注意的是，本说明用于碳钢或不锈钢钢板制造及/或薄和超薄板材，但本发明也适用于铝、铜或钛的板材生产。
从钢水包向浇口盘倒入钢水(熔化钢)，然后再进入连铸模，出口处毛坯的厚度为相对模具入口的厚度而缩小，其处于30与300mm之间，其长度为600与4000mm之间。在液态下厚度持续减小，同时在同一铸造步骤中进行第二次冷却，在轧制台上直接与连铸相联，直到结束为止，从而最大限制利用液态钢的起始能量，直到达到所希望的厚度为止，其厚度对片材而言为0.14-20mm，而对板材则为10-100mm。
本发明中的上述材料流量或“流量”的值较大，从而保证轧制所需的温度及速度，使终端产品具有所需的厚度及表面与内面质量，且模具内减小厚度。参见图3，厚度从模具本体开始减小，其中，毛坯的中心处首先减小，形成冠边，从而形成空心模具，液芯厚度减小，直到达到最后的轧制台为止。在铸造中的减小步骤中，材料的输送速度是一定的。
参见图2，流量与输送速度及毛坯的剖面SB成比例，根据本发明，最佳比率取决于模具内液钢表面(或熔化钢)的面积SM，即对应于弯液区的水平剖面，减去浸入式喷口的表面面积ST，以及毛坯在连续铸造出口处的垂直剖面SB。
该比率SM/SB必须为≥1.1，从而保证液态钢(或熔化钢)的流量受到限制，并使模具内及弯液波的涡动降低至最小。
液态钢的流量如果较大，则需要加大毛坯的第二次冷却电能。传统技术的对策一般是增加冷却水流量。但冷却水流量如果过大，则难以排出水，易于停留在喷口前端，从而妨碍了优质终端产品所必需的冷却均匀性。如果水压处于15与40巴之间，而且喷口与毛坯之间的距离为＜150mm，则可以以以较小的“流量”来获得有效的毛坯冷却，并可获得优质终端产品所必需的温度(横向及纵向)均匀性。通过上述参数，来自喷口的水最好穿过蒸汽膜，从而在毛坯与冷却水之间形成隔绝(莱顿弗罗斯特现象效果)。
第二次冷却如上所述，具有冷却毛坯表面的特殊效果，同时使毛坯的中间部分保持最大温度。
其目的在于，使毛坯在连铸出口处的表面平均温度达到＜1150℃，从而避免所谓的“凸起”，即，在铸造辊之间产生毛坯膨胀，从而产生不规则的弯液区，并影响产品质量，并使铸机出口处毛坯中部的平均温度尽量高，且在任意场合下均为＞1300℃，从而在轧制时，以最小的分离力来获得最大的减缩。
这对于降低投资(机台较小)及同一产品厚度所需的低电耗是有利的。根据本发明，与传统技术不同，无需过大的电耗便可降低最终厚度，且kW值与铸机出口处的毛坯厚度成比例(SpB)。比如，对1600mm的毛坯而言，前五个机台的所需电耗为
1号台kW＜SpB×202号台kW＜SpB×403号台kW＜SpB×704号台kW＜SpB×855号台kW＜SpB×100图3表示上述内容与厚度减缩的关系，以及与前五个轧制台的电耗增加的关系，如各机台的对应尺寸所示。
通过采用上述铸机，其高度可低于立式铸机，固体毛坯内的铁素体对同一剖面及连铸出口速度而言是较低的，从而可避免膨胀或将其降至最低。
图1表示本发明的布局图示例，从连铸出口处的毛坯1开始至模具10为止。毛坯1的厚度为30至300mm之间，宽度为600至4000mm之间，其通过感应炉12输送给轧机11，从而加热该机台的上游及除鳞机16。连铸机出口与第一轧机11之间的距离不大于50m，从而限制毛坯的温度损失，这样，可以减小机台的尺寸，以减小空间。在流量保持一定的情况下，从连铸至最终轧制为止的整个过程的速度得到增加，且对应于终端产品所需的厚度减小量。在线轧制机11包括一个或多个机台，用于达到所需的最终厚度；比如，图1所示的机台具有七个(V1-V7)。辊子的直径最好为300至800mm之间。在这一范围内，可结合终端产品厚度来获得足够的减缩，并可获得各辊的良好冷却效果，从而避免产生所谓的“火纹”。
本发明的设备尤其是轧机11包括连铸机10，配有一个用于控制下游速度的系统，装置14用于在终端冷却系统13之后，切割卷筒上的盘圆。在后者的上游配备一台切割装置14’，用于交互作用，从而在板片厚度较大(达到100mm)的场合下抽出板材20，并处于在少于图示的轧制台之后的上游位置。
还提供一种冷却系统，用于在抽出装置14’之前冷却板片。
除了板片冷却系统13之外，在其上游还配有至少一个冷却系统，用于冷却毛坯1的表面，图中以二个相邻轧台之间的相反箭头(如13)来表示，从而形成所谓的中间冷却机13’，用于限制第二次氧化。
如上所述，从连铸至终端轧台为止的整个过程的输送速度逐步增加，并对应于所需的厚度减缩量，尤其是终端产品所需的厚度及质量。为此，沿从连铸开始的下游方向提供速度调节系统，从而提供一种不同于传统轧机所采用的在上游方向级联的调节方式。
如果将这种在上游方向级联的调节方式用于本发明，或者用于其它专利的设备(尤其是EP0889762)，且连铸直接与轧制相连而无连续，则不可避免地会造成铸造速度波动，对毛坯质量即表面均匀性及材料内部性能产生不利影响。
因此，通过克服一般的技术难题，采用一种沿下游方向级联的调节概念，其中，铸造速度预选确定，并对下游机台的速度参数进行速度校正，还考虑本发明相对其它技术的轧机操作差异。传统技术中，片材进入已关闭的各机台内，根据规定的厚度，在各轧辊之间设置夹持器，同时沿着上游方向进行调节，从而校正已夹持了材料的机台速度。相反，在本发明中，毛坯进入辊子开启状态下的各机台内，在毛坯头通过后关闭，直至达到对应于所需减缩量的夹持器为止。
图1表示感应炉12、除鳞机16及轧台入口及出口处各种过程参数示例(厚度，减缩率％，温度及速度)。其中的IN及OUT对应于感应炉的IH，而DES则对应于除鳞机，V1-V7对应于图1的各机台。对后者而言，只示出了四个出口参数，但轧机的第一个机台V1除外，其还示出了入口值。根据本发明，毛坯的厚度为70mm，初始速度为6.5m/min，总长度为70m的设备可获得约1mm的厚度。对末端机台出口处的片材温度而言，应能确保轧制出奥氏体金相组织。
最后，本发明的过程及设备还可用于制造连续板片材，不仅是碳钢或不锈钢，而且还可制造铝、铜或钛。
权利要求
1.一种钢片制造过程，其厚度为0.14mm至20mm，金属板的厚度为10与100mm之间，毛坯厚度为30与300mm之间，宽度为600与400mm之间，通过连铸而获得，出口处单位时间内有大流量的材料流通，其中，连续铸造(10)为弓形模具，且在一个制造步骤中直接连接轧制步骤(11)而不连续，其特征在于，减小厚度，从在模具内从开始起逐步增加，并在铸造及轧制中连续，在第二个冷却步骤中，在连铸出口获得一种毛坯，其剖面上具有转换温度梯度，毛坯的平均表面温度为＜1150℃，芯部的平均温度为＞1350℃，在铸造与轧制之间进行感应加热(12)，对板材(20)进行切割及拉伸(14’)，在一定的冷却下，使轧制片形成盘圆(15)，还提供一种速度调节系统，相对从连续铸造开始的下游方向级联，其中，轧制端的上述输送速度对应于终端产品的厚度减少量而逐步增加，铸造与轧制之间的距离在过程中最后一个考虑。
2.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，在上述轧制步骤之中/或之后，还提供至少一种冷却步骤(13，13)。
3.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，上述大值流量，毛坯厚度为＞30mm，速度为＞4m/min。
4.一种钢片制造过程，其厚度为0.14mm至20mm，金属板的厚度为10与100mm之间，连铸包括模具及弓形铸机，液芯从毛坯(1)开始减小，其厚度为3O与300mm之间，宽度为600与4000mm之间，其特征在于，上述模具表面SM之间在弯液区之比为≥1.1，减去浸入式喷口的面积ST，以及毛坯(1)在连铸出口处的剖面Sb，从而提供第二冷却系统，用于在连铸出口获得一种毛坯，其剖面上具有转换温度梯度，毛坯的平均表面温度为＜1150℃，芯部的平均温度为＞1350℃，成品研磨机(11)直接连接连铸系统，最大距离为50m，在连铸出口与研磨机(11)之间以及后者的出口处提供感应加热器(12)，或者在冷却系统(13)之后提供切割装置(14)或卷绕在终端辊(15)上的盘圆，或者提供切割装置(14’)，用于拉动板材(10)，其还由上述冷却系统(13)来冷却。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，上述在线轧制机(11)至少有一个机台，最大为二十个机台，前五个机台所需的功率取决于铸造出口处的毛坯厚度(SpB)，并乘以某个数值，该数值从第一机台的20增加到最后一个机台的100，并结合宽度1600mm来调节，宽度越大，则越增加乘数，其处于实际宽度与1600mm之间。
6.根据权利要求4-5任一项所述的设备，其特征在于，还包括一个基于加压水的表面冷却系统(13’)，在至少二个邻近轧台之间，设有朝向毛坯(1)的对置喷口。
7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，第二次冷却铸造中的水压处于10与40巴之间，冷却喷口相对毛坯(1)的距离为≤150mm。
8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，包括用于轧制台(11)的辊子，其直径为300至800mm之间。
9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，上述装置(14’)用于切割并抽出片材(20)，其处于上述冷却装置(13’)下游处各机台之间，并处于上述冷却系统(13)的上游，在其下游设有一个剪切机(14)，用于在盘圆(15)卷绕结束后切割片材。
全文摘要
一种金属板片制造过程及系统，金属片的厚度为0.14－20mm，金属板的厚度为10－100mm，毛坯(1)的厚度为30至300mm，采用弓形连铸形式。毛坯(1)在铸造后在感应炉(12)内加热，然后无连续地直接输送给轧制台(11)，没有任何中间产品。轧制后的产品经冷却后形成板材(20)，利用切割及抽丝装置(14)，或者卷绕到辊子上，从而形成连续片状盘圆(15)，可由冷却系统(13)下游处的切割装置(14’)来切割。可在轧制台之间设置表面冷却装置(13’)。根据厚度减小与终端产品质量的关系，来逐步增加从连铸至轧制结束为止的输送速度，并调节相对下游方向的级联。
文档编号B22D11/14GK1972764SQ200580020497
公开日2007年5月30日 申请日期2005年4月7日 优先权日2005年4月7日
发明者乔瓦尼·阿尔韦迪 申请人:乔瓦尼·阿尔韦迪