一种简单断面型钢的高效无头轧制方法与流程

本发明属于型钢生产技术领域，特别涉及一种简单断面型钢(如：汽车大梁、槽钢、角钢等)产品高效连续无头轧制生产方法。

背景技术：

简单断面型材产品主要包括对称、非对称槽钢、角钢等，是钢铁生产领域中产量较大、应用较为广泛的一类钢材。提此类产品生产效率，降低生产成本，节约能源消耗，减少污染气体排放，对钢铁产业的绿色化转型发展具有重要意义。目前，简单断面型材钢生产的主要工艺为，采用多机多流或单机单流连铸机生产出连铸坯，连铸坯按照规定长度切成段后送入加热炉长时间加热，每段连铸坯加热后分别送入轧钢机经过若干机架轧制成坯料并热弯后获得此类简单断面型材产品。这种生产工艺生产效率低，能源消耗大，对轧制设备的损害大，产品成材率低，并且不利于产品质量的控制。而且由于坯料反复加热，晶粒不易细化，从而无法提高性能。

采用简单断面无头轧制的方法，可以使连铸、轧制和连续热弯同时进行，避免连铸坯的切割、再次加热、补热，也避免在每个轧制道次的重复咬入，显著提高生产效率和降低能源消耗。为了顺利实现型材无头轧制生产，本领域研究人员进行相关研究，对生产工艺进行改进。主要集中在棒线材的连续生产技术改进方面，例如：

中国专利公告号cn102310078b专利和中国专利公开号cn106269868a，前者公开一种利用钢水余热生产型材棒线材的无头轧制方法，将连铸坯直接送入连轧机轧制，采用单流轧制或者多流混合轧制实现连铸连轧，但是采用该方法在单流轧制时，连铸坯直接送入连轧机中，连铸速度和连轧速度不容易匹配，影响生产效率和产量，在多流轧制时，需要采用多个机架串联，设备复杂，建设投资增加，并且所述的工艺方法对轧件的温度变化未能很好地控制。

而中国专利公开号cn106269868a公开一种长材轧制生产线及其生产工艺，采用单机单流连铸机生产圆坯，采用中频感应加热炉对圆坯加热保温，然后进行粗轧机组、中轧机组及精轧机组轧制，该方法中连铸坯经加热后直接进行粗轧机组轧制，连铸速度和轧制速度不容易匹配，影响生产效率和产量，并且通过轧制前的保温使铸坯心部与表层温度一致，不利于改善铸坯心部缺陷。

在型材连续无头轧制方面，中国专利公告号cn101829678b公开一种型材、棒线材无头轧制的方法，采用在常规连铸-连轧生产线上安装柔性衔接轧机装置，解决常规连铸出口速度与常规连轧入口速度不匹配的问题，其衔接装置包括安装在连铸机冷却段上的软压下辊系和安装在拉矫段上的大压下轧机，采用该方法提高连铸生产难度，建设投资成本大，并且对整个连轧过程中轧件温度不能有效控制。而且此专利也未对柔性连接工艺做过多介绍。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种简单断面型材产品无头轧制生产方法，采用连铸-除鳞-高温粗轧-宽坯切分-坯料分配-连轧-热弯的工艺流程，实现连铸速度和连轧速度的良好匹配，提高连铸连轧生产线的生产效率和产量；通过连铸连轧全流程中高温粗轧和连续高温变形，改善产品心部质量，并满足简单断面型材连轧工艺要求。

本发明的技术方案是：

一种简单断面型钢的高效无头轧制方法，所述方法按顺序通过如下生产线来实施：宽幅板坯连铸机、除鳞装置、粗轧机组、切分+控温机组、坯料分配机组、精轧机组、热弯机组、控冷机组和精整冷却收集区域，宽幅板坯连铸机上按顺序设置中间包、结晶器、二冷1～2段、二冷3～8段、连铸拉矫机，在连铸拉矫机后面布置除鳞装置；所述的生产线至切分控温段沿连铸坯中心线连续布置，坯料分配机组后延各个坯料中心线布置，通过连铸连轧实现简单断面型材产品的无头轧制和连续热弯生产，包括以下步骤：

(1)连铸

将钢水浇入单机单流宽幅连铸机结晶器，经过结晶器生成钢壳之后进入二冷段，在喷水或水雾冷却条件下完成全部凝固过程，连铸坯经过拉矫机矫直并拉出连铸区域；

(2)高压水除鳞

拉矫机后设置高压水除鳞装置，将连铸过程中形成的氧化皮去除，并且降低铸坯表面温度，提高铸坯表层硬度，将更多变形传递到铸坯中心层，高压水压在16～20mpa；

(3)粗轧

通过铸机冷却水量控制铸坯出拉矫机后完全凝固，铸坯温度区间分布为：内部温度达到1320～1490℃，连铸坯表面温度达到1100～1200℃，控制表面与芯部温差范围为220～300℃；经过除鳞的铸坯进行粗轧，粗轧机组设置为2架平辊式轧机+立辊式轧机1架+平辊式轧机1架，轧制速度根据拉坯速度调整，初轧阶段铸坯断面面积收缩率20～40％，前两架平辊式轧机调整压下道次压下量10～15％，后两架立辊式轧机+平辊式轧机为调整板形；

(4)切分+坯料分配

粗轧后的铸坯经过辊切，视最终产品厚度的规格，通过金属流量确定4～10组切分，切分后经过坯料分配装置将坯料送入精轧及成形工艺区；

(5)精轧

该工艺段实现坯料厚度和初始形状控制，最终厚度规格为2～12mm；精轧机组设置为1架立辊式轧机+3架平辊式轧机+1架立辊式轧机+1架平辊式轧机；

(6)热弯

精轧坯料连续进入热弯工艺段，实现连续热弯过程；

(7)控冷

热弯型材进行快速冷却，控制组织、析出状态；控冷方式为气雾、层流冷却或超快速冷却，冷却速度范围10～100℃/s；

(8)锯切+收集

型材控冷结束后，根据产品规格进行锯切分段，然后产品进行收集堆垛处理。

所述的简单断面型钢的高效无头轧制方法，轧制过程实现通过宽幅厚板坯连铸、粗轧、切分、精轧、热弯、控冷和切分，实现简单断面型材的连续无头轧制；宽幅厚板坯的厚度为280～350mm、宽度为1500～2400mm，连铸坯拉速为2～6m/min。

所述的简单断面型钢的高效无头轧制方法，精确设计产品金属流量，并通过切分和坯料分配工艺段实现铸坯低速段和精轧+热弯高速段的金属流量匹配。

所述的简单断面型钢的高效无头轧制方法，粗轧过程中，轧件内部热量向表面传导，心部温度降低，表面温度升高，表面温度为1150～1250℃，粗轧后板坯厚度180～240mm。

所述的简单断面型钢的高效无头轧制方法，切分后坯料温度为1120～1200℃，切分坯料转动90°后送入精轧阶段。

所述的简单断面型钢的高效无头轧制方法，精轧过程中，坯料成形结束后温降较大，达到850℃～950℃。

所述的简单断面型钢的高效无头轧制方法，热弯形状包括等边或者不等边的槽钢或角钢，热弯结束后温度800～900℃。

所述的简单断面型钢的高效无头轧制方法，整个过程中不需要热量输入。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明采用在连轧机组之前安装粗轧机组、并且高温厚坯料切分的方法实现连铸和连轧速度的金属流量匹配，提高简单断面型材无头轧制生产效率和产量，减少能源消耗，所采用的方法投资少，生产线布局简单，容易操作和运行，有利于推广应用。

2、本发明利用连铸坯出口处自身余热以及心部温度高于表面温度的特点，在大的心表温差条件下进行大变形率轧制，使变形渗透至铸坯心部，减弱或消除心部偏析、疏松等缺陷，提高产品质量。

3、本发明的整个轧制过程中不在补充热量，使得晶粒进一步细化，有利于产品性能的提升。连续热弯对于型材成形前的晶粒控制效果极佳，对于简单断面型材产品的控制轧制和控制冷却工艺具有突出优势，能够生产出常规简单断面型材生产线无法生产的高端产品。

附图说明

图1为实施例1中角钢产品无头轧制生产方法的工艺流程示意图。图中，1塞棒，2中间包，3浸入式水口，4结晶器，5二冷1～2段，6二冷3～8段，7拉矫机，8事故剪，9除鳞装置，10粗轧机组，101粗轧平辊式轧机一，102粗轧平辊式轧机二，103粗轧立辊式轧机，104粗轧平辊式轧机三，11切分+控温机组，12坯料分配机组，13成形机组，131精轧机组，1311精轧立辊式轧机一，1312精轧平辊式轧机一，1313精轧平辊式轧机二，1314精轧平辊式轧机三，1315精轧立辊式轧机二，1316精轧平辊式轧机四，132热弯机组，133控冷机组，134锯切机组，135精整冷却收集区域。

图2为实施例2中槽钢产品无头轧制生产方法的工艺流程示意图。图中，1塞棒，2中间包，3浸入式水口，4结晶器，5二冷1～2段，6二冷3～8段，7拉矫机，8事故剪，9除鳞装置，10粗轧机组，101粗轧平辊式轧机一，102粗轧平辊式轧机二，103粗轧立辊式轧机，104粗轧平辊式轧机三，11切分+控温机组，12坯料分配机组，13成形机组，131精轧机组，1311精轧立辊式轧机一，1312精轧平辊式轧机一，1313精轧平辊式轧机二，1314精轧平辊式轧机三，1315精轧立辊式轧机二，1316精轧平辊式轧机四，132热弯机组，133控冷机组，134锯切机组，135精整冷却收集区域。

图3为实施例2中槽钢产品规格示意图。

具体实施方式

在具体实施过程中，本发明简单断面型钢的高效无头轧制方法，主要通过在宽幅连铸机末端增设低速高温连续热轧机组进行粗轧制坯，坯料切分并控温后进入精轧，然后切分坯料经过热弯后连续成型，成型后的型材进行针对性冷却，控制组织、析出和力学性能。其中，粗轧终轧厚度和切分断面形状根据牌号规格和金属流量进行匹配，切分后的坯料经过补热后，通过精轧的平辊式轧机和立辊式轧机调整断面形状，然后进入热弯阶段。

如图1-图2所示，所述方法按顺序通过如下生产线来实施：宽幅板坯连铸机、除鳞装置9、粗轧机组10、切分+控温机组11、坯料分配机组12、成形机组13(精轧机组131、热弯机组132、控冷机组133、锯切机组134和精整冷却收集区域135)，宽幅板坯连铸机上按顺序设置中间包2、结晶器4、二冷1～2段5、二冷3～8段6、拉矫机7、事故剪8，中间包2内竖向设置塞棒1，塞棒1的下端伸至中间包2的底部出口，通过塞棒1中间包2底部出口的开闭，中间包2底部出口通过浸入式水口3与结晶器4相通，在连铸拉矫机7和事故剪8的后面布置除鳞装置9，粗轧机组10为粗轧平辊式轧机一101、粗轧平辊式轧机二102、粗轧立辊式轧机103、粗轧平辊式轧机三104依次排布，精轧机组131为精轧立辊式轧机一1311、精轧平辊式轧机一1312、精轧平辊式轧机二1313、精轧平辊式轧机三1314、精轧立辊式轧机二1315、精轧平辊式轧机四1316依次排布；实施例1中的成形机组13包括成形机组1至成形机组8，实施例2中的成形机组13包括成形机组1至成形机组10。所述的生产线至切分控温段沿连铸坯中心线连续布置，坯料分配机组后延各个坯料中心线布置，通过连铸连轧实现简单断面型材产品的无头轧制和连续热弯生产。

所述方法包括以下步骤：

(1)连铸

将钢水浇入单机单流宽幅(1500～2400mm)、厚规格(280～350mm)连铸机结晶器，经过结晶器生成钢壳之后进入二冷段，在喷水或水雾冷却条件下完成全部凝固过程，连铸坯经过拉矫机矫直并拉出连铸区域，连铸坯在二冷段和拉矫过程中不进行压下。拉矫机出口剪切装置为事故剪，当铸坯质量出现问题时，剪去废品段；

(2)高压水除鳞

拉矫机后设置高压水除鳞装置，为了将连铸过程中形成的氧化皮去除，并且一定程度上降低铸坯表面温度，提高铸坯表层硬度，将更多变形传递到铸坯中心层，改善芯部组织，降低偏析，高压水压在16～20mpa。

(3)粗轧

通过铸机冷却水量控制铸坯出拉矫机后完全凝固，铸坯温度区间分布为：内部温度达到1320～1490℃，连铸坯表面温度达到1100～1200℃，控制表面与芯部温差范围为220～300℃。经过除鳞的铸坯进行粗轧。粗轧机组设置为2架平辊式轧机+立辊式轧机1架+平辊式轧机1架，轧制速度根据拉坯速度自动调整，初轧阶段铸坯断面面积收缩率20～40％，前两架平辊式轧机主要用于调整压下道次压下量10～15％，后两架立辊式轧机+平辊式轧机主要为调整板形；粗轧过程主要实现的功能：

a)在铸坯具有较大的心表温差条件下施加大的道次变形量，变形渗透到铸坯心部，减轻心部偏析、疏松等缺陷，改善铸坯质量；

b)通过初轧机组的压缩变形来匹配连铸出钢速度和连轧进钢速度，使大断面连铸坯满足连轧机组轧制条件，实现连铸连轧生产；

c)粗轧开轧温度显著高于常规流程，轧制过程中轧件内部热量向表面传导，心部温度降低，表面温度升高，表面温度为1150～1250℃，粗轧后板坯厚度180～240mm。

(4)切分+坯料分配

粗轧后的铸坯经过辊切，视最终产品厚度的规格，通过金属流量确定4～10组切分，切分后经过坯料分配装置将坯料送入精轧及成形工艺区。切分后坯料温度为1120～1200℃。切分坯料转动90°后送入精轧阶段。

(5)精轧

该工艺段主要实现坯料厚度和初始形状控制，最终厚度规格为2～12mm。精轧机组设置为1架立辊式轧机+3架平辊式轧机+1架立辊式轧机+1架平辊式轧机。由于工艺流程较长且总压下量较大，坯料成形结束后温降较大，达到850℃～950℃，且温度较为均匀。

(6)热弯

精轧坯料连续进入热弯工艺段，实现连续热弯过程，热弯形状包括槽钢、角钢、汽车大梁钢等。热弯结束后温度800～900℃。

(7)控冷

热弯型材进行快速冷却，控制组织、析出状态。控冷方式为气雾、层流冷却和超快速冷却，冷却速度范围10～100℃/s。

(8)锯切+收集

型材控冷结束后，根据产品规格进行锯切分段。然后产品进行收集堆垛处理。

下面，通过实施例详细介绍本发明方案的具体实施方式。

实施例1

如图1所示，等边角钢产品无头轧制生产方法的工艺流程，主要经过以下流程进行生产：

按质量百分比计，钢水成分为：c0.10％、si0.28％、mn0.55％、ti0.03％、余量为fe及其他无法去除的杂质元素。

按顺序通过如下生产线来实施：宽幅板坯连铸机、除鳞装置、粗轧机组、切分+控温机组、坯料分配机组、精轧机组、热弯机组、控冷机组和精整冷却收集区域；在连铸拉矫机后面布置除鳞装置；所述的生产线至切分控温段沿连铸坯中心线连续布置，坯料分配机组后延各个坯料中心线布置，通过连铸连轧实现简单断面型材产品的无头轧制和连续热弯生产。

所述方法包括以下步骤：

(1)连铸

将钢水浇入单机单流1500mm×280mm连铸机结晶器，经过结晶器生成钢壳之后进入二冷段，在喷水或水雾冷却条件下完成全部凝固过程，连铸坯经过拉矫机矫直并拉出连铸区域，连铸坯在二冷段和拉矫过程中不进行压下。拉矫机出口铸坯表面温度1210℃。

(2)高压水除鳞

拉矫机后设置高压水除鳞装置，为了将连铸过程中形成的氧化皮去除，并且一定程度上降低铸坯表面温度，提高铸坯表层硬度，将更多变形传递到铸坯中心层，改善芯部组织，降低偏析，高压水压在20mpa。

(3)粗轧

通过铸机冷却水量控制铸坯出拉矫机后完全凝固，铸坯温度区间分布为：内部温度达到1380℃，连铸坯表面温度达到1160℃，控制表面与芯部温差范围为220℃。经过除鳞的铸坯进行粗轧。粗轧机组设置为2架平辊式轧机+立辊式轧机1架+平辊式轧机1架，轧制速度根据拉坯速度自动调整，初轧阶段铸坯断面面积收缩率27％，前两架平辊式轧机主要用于调整压下道次压下量15％，后两架立辊式轧机+平辊式轧机主要为调整板形；粗轧开轧温度显著高于常规流程，轧制过程中轧件内部热量向表面传导，心部温度降低，表面温度升高，表面温度为1200℃，粗轧后板坯厚度202mm。

(4)切分+坯料分配

粗轧后的铸坯经过辊切，视最终产品厚度的规格，通过金属流量确定8组切分，宽度187.5×202mm，切分后经过坯料分配装置将坯料送入精轧及成形工艺区。切分后坯料温度为1180℃。切分坯料转动90°后送入精轧阶段。

(5)精轧

该工艺段主要实现坯料厚度和初始形状控制，最终厚度规格为3.5mm。精轧机组设置为1架立辊式轧机+3架平辊式轧机+1架立辊式轧机+1架平辊式轧机。由于工艺流程较长且总压下量较大，坯料成形结束后温降较大，达到890℃，且温度较为均匀。

(6)热弯

精轧坯料连续进入热弯工艺段，实现连续热弯过程，热弯形状包括为50×50×5mm角钢。热弯结束后温度820℃。

(7)控冷

热弯型材进行快速冷却，控制组织、析出状态。控冷方式为气雾、层流冷却和超快速冷却，冷却速度范围60℃/s。

(8)锯切+收集

型材控冷结束后，根据产品规格进行锯切分段。然后产品进行收集堆垛处理。

实施例2

如图2所示，高强槽钢产品无头轧制生产方法的工艺流程，主要经过以下流程进行生产：

按质量百分比计，钢水成分为：c0.12％、si0.35％、mn1.8％、ti0.06％、余量为fe及其他无法去除的杂质元素。

按顺序通过如下生产线来实施：宽幅板坯连铸机、除鳞装置、粗轧机组、切分+控温机组、坯料分配机组、精轧机组、热弯机组、控冷机组和精整冷却收集区域；在连铸拉矫机后面布置除鳞装置；所述的生产线至切分控温段沿连铸坯中心线连续布置，坯料分配机组后延各个坯料中心线布置，通过连铸连轧实现简单断面型材产品的无头轧制和连续热弯生产。

所述方法包括以下步骤：

(1)连铸

将钢水浇入单机单流2400mm×350mm连铸机结晶器，经过结晶器生成钢壳之后进入二冷段，在喷水或水雾冷却条件下完成全部凝固过程，连铸坯经过拉矫机矫直并拉出连铸区域，连铸坯在二冷段和拉矫过程中不进行压下。拉矫机出口铸坯表面温度1250℃。

(2)高压水除鳞

拉矫机后设置高压水除鳞装置，为了将连铸过程中形成的氧化皮去除，并且一定程度上降低铸坯表面温度，提高铸坯表层硬度，将更多变形传递到铸坯中心层，改善芯部组织，降低偏析，高压水压在16mpa。

(3)粗轧

通过铸机冷却水量控制铸坯出拉矫机后完全凝固，铸坯温度区间分布为：内部温度达到1400℃，连铸坯表面温度达到1150℃，控制表面与芯部温差范围为250℃。经过除鳞的铸坯进行粗轧。粗轧机组设置为2架平辊式轧机+立辊式轧机1架+平辊式轧机1架，轧制速度根据拉坯速度自动调整，初轧阶段铸坯断面面积收缩率40％，前两架平辊式轧机主要用于调整压下道次压下量15％，后两架立辊式轧机+平辊式轧机主要为调整板形；粗轧开轧温度显著高于常规流程，轧制过程中轧件内部热量向表面传导，心部温度降低，表面温度升高，表面温度为1230℃，粗轧后板坯厚度210mm。

(4)切分+坯料分配

粗轧后的铸坯经过辊切，视最终产品厚度的规格，通过金属流量确定10组切分，宽度240×202mm，切分后经过坯料分配装置将坯料送入精轧及成形工艺区。切分后坯料温度为1180℃。切分坯料转动90°后送入精轧阶段。

(5)精轧

该工艺段主要实现坯料厚度和初始形状控制，最终厚度规格为6.5mm。精轧机组设置为1架立辊式轧机+3架平辊式轧机+1架立辊式轧机+1架平辊式轧机。由于工艺流程较长且总压下量较大，坯料成形结束后温降较大，达到910℃，且温度较为均匀。

(6)热弯

精轧坯料连续进入热弯工艺段，实现连续热弯过程，热弯形状为h＝100mm、b＝48mm、d＝5.3mm、t＝8.5mm的槽钢。热弯结束后温度870℃。

(7)控冷

热弯型材进行快速冷却，控制组织、析出状态。控冷方式为气雾、层流冷却和超快速冷却，冷却速度范围50℃/s。

(8)锯切+收集

如图3所示，型材控冷结束后，根据槽钢产品规格进行锯切分段，然后产品进行收集堆垛处理。

实施例结果表明，本发明将粗轧以及精轧机组提前布置，并且在高温段进行轧制，极大提高动态再结晶比例，细化晶粒并促进组织均匀。通过宽幅连铸和切分，提高前界金属流量，通过立辊式轧机和平辊式轧机组合匹配型材成形分支金属流量。从而，实现全线高效率无头轧制，省去衔接装置、铸坯切断、二次加热、焊接等环节，缩短生产流程和产线长度，提高产品质量，为降低排放、提高效率、优化成本、产品提质增效提供新的途径。