专利名称：中间厚度板坯双路连铸机和串联式热轧带材和板材生产线的制作方法
技术领域：
本发明涉及板坯的连续铸造和轧制，更具体地说，关系到一综合的中间厚度板坯双路连续机和可逆热轧机。
在钢铁工业中，随着连续浇注板坯开始出现，工业界已试图通过联机布置将热轧带钢机与板坯连铸机结合在一起，从而使生产能力达到最高，使所需的装备和投资减至最低。在这方面的初始尝试包括与现有的连续或半连续热轧机结合的可生产约6英寸(15.2cm)至10英寸(24.5cm)板坯的连铸机。这些现有的热轧带钢机包括一加热炉、一粗轧机组或一可逆式粗轧机和一年产150万至200万吨的6或7机座的精轧机。这些轧钢机布置为一大型钢铁公司的现状化设计，这一设计的新的热轧带钢机总是因与此有关的投资成本达到最高而成为不可能的。然而，低成本的综合连铸机—热轧带钢机的要求通过目前的设计是不能解决的。此外，这种现有技术综合轧机就产品配合比和市场需求而言是极其不相适应的。
这些困难导致通常每年生产100万吨或少于100万吨钢材的特定产品的所谓薄板坯连续热轧带钢机的发展。这些热轧机业已与生产约2英寸(5.1cm)或更小的板坯的板坯连铸机结合。这种结合式薄板坯连铸机正受到欢迎，但它们本身不是没严重缺陷。主要缺陷包括与所谓薄板坯连铸机有关的质量和数量的限制，作为提供用于浇铸薄板坯所需的浇口型模具会使沿着薄板表面产生高的摩擦力和应力，从而导致产品的低劣的表面质量。此外，2英寸(5.1cm)带材连铸机由于模具的有限金属容量而局限于约为七次熔炼的单一浇口盘(中间包)使用寿命。
更为重要的是，薄板坯连铸机因需必须在高速下浇注以防止金属在现有浇包的配置下凝固。所需钢的容量也需有相当高的浇注速度。浇口盘铸造嘴和相当高的浇注速度会引起板坯的表面质量问题。这种高的浇注速度需要很长的、正好位于板坯连铸机下面的隧道炉，这种炉子通常具有500英寸(152.4m)的长度，以便适合于板坯的速度，还可为在高速率下对2英寸(5.1cm)薄板坯所损失的热量提供热输入。很长的隧道炉会导致氧化皮(铁鳞)结痕的增加和板坯的表面缺陷(发纹)的较大损害。因为板坯以高速离开隧道炉，人们需要配置多机架连续热轧带钢轧机以适应快速移动的带钢并将其轧制成薄的片材和带材的厚度。但是，这样的系统仍旧是不平衡的，因为就各个设备的生产能力而言，按正常的板坯宽度、板坯连铸机具有每年8,00000吨的生产率，而连续轧钢机则具有每年1百万吨的生产力。于是，每年每吨的主要生产费用接近于将在先的现有技术系统替换的生产费用。
另外，作为2英寸(5.1cm)的浇注薄板坯的板坯厚度百分率的氧化皮损耗是相当大的。由于相当大的炉子，人们必须提供长的辊道床，该床因有暴露式旋转辊而成为非常难维修的。
典型的多机架热轧带钢轧机也需要在短时间内进行相当的作业，因此，它必须具有较大功率的轧制机架，在某些条件下，机架功率可超过供电地区(特别是发展小国家)的输出功率能量。薄板坯连铸机就产品宽度而言也是受到限制的，因为2英寸(5.1cm)板坯上是不能使用垂直修边机的。此外，这样的板坯连铸机目前局限于单一宽度。与薄板坯连铸机有关的另一些问题包括在炼钢过程中形成的各种夹杂物离开薄板坯的表面的有关的问题，在薄板坯中这些夹杂物如果暴露在大气中可导致表面缺陷。另外，因为薄钢板会很快地失去热量和受到通常用于分离氧化皮的高压水的不利影响使氧化皮的除去也受到限制。
常规的联机加工的板坯连铸机和已知的联机加工薄板坯连铸机未能提供广泛产品混合(配合)比的生产水平，高质量和资本费用的适当组合。
此外，现有技术的薄带材工艺能按连续方式运行，这意味着在工艺过程中，任何一处的故障会使整个生产线停止，而经常导致待加工的整个产品成为废品。
本发明的一个目的是双路板坯连铸机与连续加工生产线的组合。另一个目的是提供一使连铸机速率与轧钢机或轧机的速率相平衡的系统。本发明的还一个目的是提供一使用少量热能和电能的系统。本发明的再一目的为提供一年产达2百万吨的系统。又一个目的是使一自动的系统具有小的基本投资，广泛的产品配合比、适当的产量、质量水平、合理的占地空间需求、合理的机动轧制设备和低的运行费用。
本发明为能年产约200万成品吨或更高的多功能综合式板坯连铸机和小型轧机而设置。这种设备可生产宽度为24英寸(61cm)至120英寸(305cm)的产品，能日常生产800PIW(14.3kg/mm)及1000PIW(17.9kg/mm)的产品。这是使用一具有直线连铸矩形截面的固定或式或可调式宽度的模具的双路铸造设备来实现的，而不用浇口盘型模具。该连铸机包括一125英寸(318cm)的可调模具、该模具具有一可安放在其中的5英寸(12.7cm)的耐火隔离箱，它可以提供并列铸坯的双路浇注。板坯连铸机包括一含有足够液体容量的模具以提供足够的时间使浮动浇口盘变动，从而使连铸机的运行不局限于单一浇口盘的使用寿命。本发明提供的板坯近似地为象已知铸造板坯那样厚的2倍和1倍半，该板坯约为2英寸(5.1cm)厚，从而损失较少能量和要求较少量Btu热量输入。本发明因板坯每单位体积的表面积减少而可提供一具有较少量的氧化皮损失的板坯，从而可允许应用具有要求最低维持量的一加热或平衡炉子。本发明还提供一可在常规连铸机的速度和常规除鳞工艺情况下作业。本发明为选择最佳厚度浇注板坯和一对串联式可逆热轧机一起使用而设置，以提供平衡的生产能力。如果在任一端出现延迟动作，本发明具有使浇注件从轧制中分离出来的能力。另外，在连铸机中出现熔融金属化学性质改变或宽度变化时，本发明提供易于取出所形成的过渡板坯。
所有上述优点是通过保持薄板连铸机的诸优点而实现的，这些优点包括低的铁水静压头、低的板坯重量、直线(平)式模具、较短的长度模具、低的冷却要求、低的燃烧费用或剪刀能力和简化的机械结构。
本发明提供了一与热轧带材或板材生产线结合的中(间)厚度板坯连铸机，而该生产线包括一加热线均衡炉，它可直接地从连铸机中，从位于靠近板坯输送机辊道的连铸机出口处的集中和储存区域或从另一区域中接收板坯。一进料和输出辊台是位于加热炉的出口端且与一对串联的可逆热轧机联机，此热轧机则具有一安置在可逆轧机的任一侧的卷取炉。这些轧机具有使铸造板坯轧薄到足以卷绕的厚度，这种卷绕厚度在最小数量的平的轧道中约为1英寸(2.54cm)或少于1英寸。组合式卷绕形式的卷材、卷绕板材、片材或分立的板材精加工生产线与它们的组合式卷取炉一起以一列式且向着可逆热轧机的下游。精加工装置包括一冷却工位、一下卷取机、一板材输送台、一剪切机、一冷却床跨接结构(crossover)、一板材侧边和端头剪切机和一堆垛机。
为在可逆热轧机和板坯连铸机之间达到必要的平衡，使得有必要生产具有3.5英寸(8.9cm)至5.5英寸(14cm)的板坯、最佳为5英寸(12.7cm)。在开始卷绕在卷取炉之间的中间产品前，使板坯在通过可逆热轧机的四平轧道时，轧薄至1英寸(2.54cm)或更小，然后再进一步轧薄到所需的成品厚度。就这对可逆热轧机而言，所采用的板坯的两轧道是每一板坯从一个卷取炉到另一个卷取炉的通道。为了使制造卷绕形式的卷绕板材、分立(不连续)板材和片材达到1000PIW(17.9公斤/mm)或更高的生产能力，板坯宽度可在24英寸(61cm)至120英寸(305cm)的范围内变化。
一种最佳的操作方法包括把自双路连续机的经剪切和火焰切割好的板坯输送到板坯输送台上，该输送台可直接将板坯输送到加热炉或均衡炉，或输送到靠近板坯输送台的板坯集中和储存区域。最佳的方法进一步包括将板坯从板坯输送台直接输送入炉子。不过，此方法作为进一步加工允许以前收集和储存的板坯输送到炉子中。
图1是一现有技术薄板坯连铸机和连续热轧机的示意图；图2是一根据本发明表示中间厚度板坯的双路连铸机和串联可逆热轧机以及卷取炉布置的示意图；图3A—3G是一本发明的各实施例的工艺过程的示意表示和说明每一加工装置的工艺可变性的图表；图4是一常用60英寸(152.4cm)宽度的单一板坯连铸机的生产图表；图5是一本发明浇注同样宽度的板坯的双路板坯连铸机的生产图表；图6是一根据本发明的双路连铸机的生产图表。
图1示出了现有技术的薄带坯铸造设备和联机连续热轧带钢机。板坯连铸设备10由一通过输入端14注入熔融金属的弧形浇注模12组成。电炉、浇包站和供给连续铸造设备10的浇口盘(未画出)也是常规的。板坯铸造设备10浇注一大约2英寸或小于2英寸的铸(铸条)坯，该铸坯通过剪切或火焰切割器16被切断成适当长度的板坯，而该切割器则与弧形浇注模12隔开一适当间距，以保证铸条坯在剪切前适当凝固。然后，薄板坯进入一伸长的隧道炉18，隧道炉产生适当量的热(量)输入，以便板坯在整个引入安置在隧道炉下游的连续热轧带钢机20的过程中，确保板坯体处于适当的温度。当前，典型的连续热轧带钢机20包括5或6个轧钢机架21，每一机架由一对工作轧辊23和一对支承轧辊24组成。若干辅助机架是为较薄型制品而加以准备的。轧机机架21彼此相隔开并同步运转，以使通过所有5至7个机架连续地加工板坯。所需厚度的产品带材被盘绕在地下卷取机22上，此后将它进一步加工成所希望的轧钢产品。薄带坯连铸机和连续热轧带材轧机具有许多优点，但也具有某些重大的缺点，例如没有对误差留由余地，这是由于连续热轧带材轧机与铸造设备是直接地加以接合以及在铸造设备或连续热轧带材机中之间没有相适应的铸造设备或连续热轧带材机的操作问题的缓冲装置。
另外，以2英寸(5.1cm)的板坯与本发明中5英寸(12.7cm)的板坯相比，热量衰减实质上是很大的。于是，这需要一2英寸(5.1cm)板坯使用的长的隧道炉以保证适当的轧制温度。在申请人1992年5月12日所提交的未决的美国专利申请序号07/881.615和1993年9月20日提交的未决的申请号08/123,149中都讨论和图解说明了这一情况。两个申请都以中间厚度板坯铸造设备和流水式(连续)热轧带材轧机，以及3.5英寸(8.9cm)和5.5英寸(14cm)之间，最好4英寸(10.2cm)的板材线铸造板坯为目的。这些申请为供参考而被结合于本文中。就2英寸(5.1cm)厚度铸造板坯来说，铸造状态的板坯的平均坯体温度仅为1750°F(954℃)，板坯温度太低，以致不能开始热轧。由于其薄的厚度，实际上在板坯的中央没有热能储藏，需要附加的热能来达到热轧所需求的2000°F(1.093℃)的平均坯体温度。相应地，因为薄的板坯为近似150英寸(45.7m)长，所以它通常在一长的隧道炉中加以加热。这种炉子必须提供每吨近似12,000千瓦/小时(Btu)的热能，才能使钢材达到供热轧用的2000°F(1.093℃)的平均坯体温度，此外，它提供附加的能量以使热能在由2英寸(5.1cm)铸造设备(连铸机)和轧机工艺过程中所确定的时间中建立起传送入板坯所要求的必要的热量变化率。
此外，当2英寸(5.1cm)厚的板坯正在穿过隧道炉时，炉气使薄板坯的暴露表面上形成“轧制铁鳞”。这种轧制铁鳞有损于成品件的质量且在轧制前最难以去除。经常可通过多机架连续轧机把轧制铁鳞轧制成板坯。轧制铁鳞则通常可通过施加侵蚀性高压水喷射而加以除去。可是，对于2寸(5.1cm)厚的板坯，这种喷射往往引起把钢淬冷到对轧制不能接受的温度，使再加热的工艺过程失去作用。在另一方面，当然，象在本发明中的5英寸(12.7cm)板块的长度小于薄板坯长度一半且具有小于薄板坯一半的暴露表面，因此形成的铁鳞较少。而且，这种铁鳞可易于通过高压水喷射加以除去，这是因在下面所要讨论的5英寸(12.7cm)板块内储藏热能而不会影响板坯温度。
如同2英寸(5.1cm)厚的板坯情况一样，在铸造工艺过程中，用外部冷却来产生一含有液相穴部的固体外壳，板坯基本上处于2800°F(1.538℃)的浇口盘温度下。当壳体构成时，液相穴被消耗且板块通过其厚度而成为固体。这形成了铸造设备的冶金(学)长度。对5英寸(12.7cm)板坯而言，有一从板坯的中心2600°F(1.426℃)到表面的2800°F(1.538℃)的温度梯度。若把板坯放入一等温箱内，对放散固化热含量(热函焓)所必需的高的内部温度梯度提供了足够的热能以改变约2000°F(1.093℃)的平均板坯体温度。附加热量可选择地加以供给，使达到较高的轧制温度。在等温箱中，这种均衡工艺过程在铸造板坯已凝固和在进入炉子前对长度加以切割后马上就进行。实现均衡所需的时间由热必须扩散至多为一半板坯厚度的间距的平方和固态物质的热扩散系数所确定。由于均衡前的平均坯体温度是高于均衡后的平均坯体温度，在钢中有着过量的热含量(热函)。这一热量可用来维持等温箱的完善性，也就是对在箱内建立与等温环境有关的损失加以补偿，因此几乎不需要等温箱的外部加热。
这个发明的优点之一是与先前描述的和相似工艺过程的2英寸(5.1cm)厚铸造设备(连铸机)和连续轧机相比主题发明的电能费用较低。薄板坯铸造设备的加机架连续轧机的峰值功率波动(19000Kw)明显地小于本发明的一对可逆轧机。由于电力公司编制的合同由两部份—所需功率和消耗功率组成，因此，当工艺过程在一短的时间周期上要求高的峰值负载时，这是一最大费用的“需要用量”部分。高的需要用电量等于要付较高的电费。
另外，更为重要的也许是因发电机和输电线能力的限制，许多电力公司不能保证高的峰值负载。这对电力网薄弱的和传输线长的刚获得独立的国家是特别有关系的。本发明致力于通过给一些刚独立的国家提供与目前的电力系统现存的基础设施相适应的、低投资，生产能力的小型轧钢厂来解决这一问题。
即使在使需要用电量，比如说平均15分钟间隔的改进系统中，接受一英寸(5.1cm)的板坯的4至6机架连续精加工轧机的需要用电量基本上也仍大干接受一5英寸(12.7cm)的可逆式热轧机需要用电量。
在图2中示出了本发明的中间厚度板坯连铸机和带材和板材流水生产线。一个或多个电热熔炼炉26在该组合式连铸机(铸造设备)和带材和板材生产线25的进口端提供了熔融金属。在熔融金属进给到双路板坯连铸机30之前先将熔融金属送入浇包炉28里。双路连铸机30则将熔融金属输进一可调切的矩形截面的浇注模(弯曲形的或平直形的)32中。浇注模32具有一约(125英寸(318cm)的模口，其形状构造成可在其中接纳一5英寸(12.7cm)水铜制水冷箱，从而可浇注两条并列的铸坯。如果没有铜制水冷箱，由于系统中的其它一些部件的宽展能力关系，虽然120英寸(305cm)可能表示一上限，但是，模具32可以浇铸一宽度在24英寸(61cm)和125英寸(318cm)之间的单一铸坯。在模具可浇注象24英寸(61cm)那样窄的宽度时，较通用的最小产品宽度约为35英寸(88.9cm)。铜制水冷箱无须放置在模具32的中心，因此，两条铸坯可以是一样的或不一样的，它们具有达120英寸(305cm)的总宽度。
火焰截断设备(或剪机机)34安置在模具32的出口端，以把业已凝固的金属的条状铸坯或铸坯切割成若干3.5英十寸(8.9cm)至5.5英寸(14cm)厚度的所需长度的板坯，而这些板坯也具有24英寸(61cm)至120英寸(305cm)的宽度。
然后，板坯借助台式输送机输送到板坯输出区域(区间)，在那里，它被直接装入一炉子42或从联机加工中移去，而储存在板坯集中和储藏区间40。虽然在某些应用中可利用辊底式炉，但最佳的炉子是一步进类型的。在步进式炉42内显示了作为板坯制品的原尺寸板坯44和分立长度的板坯46。放在板坯集中和储存区间40的板坯38也可借助板坯推动器48或装料臂设备加以间接地而装入炉子42中，从其它板坯场地或储存区间装进板坯也是可以办到的。因为中等厚度板坯在很大程度上保持热量比薄的板坯的要大，所以温度均衡在许多操作方式中是十分需要的。当然，在将板坯从脱机位置引入炉中，炉子必须具有增加热量(Btu)的能力以促使板坯达到轧制温度。
各种各样的板坯以传统的方式通过炉子42加以送料且由一些板坯抽取机50加以移动，而安置在一进给和后退辊道52上。氧化皮清除机53和/或垂直修边机54可对板坯进行加工。这是本发明的另一个优点，因为垂直修边机通常不能和仅2英寸(5.1cm)或小于2英寸的板坯一起使用。
进给和后退辊道52和垂直修边机54的下游是一对串联式可逆热轧机56，它在这对轧机56的任一边，具有一上游和下游的卷取炉58和60。冷却工位62处在卷取炉60的下游。冷却工位62的下游是一卷取机66，该卷取机和一带卷自动装卸车67一起进行工作，后面有平板台64，它可和剪切机68一起进行工作。最终产品或者被盘绕在卷取机66上，并作为带材或成卷板材形式的板片由带卷自动装卸车67加以移走或者被剪切成板材形式，使进一步的联机加工。板材制品由输送台70加以运送，该输送台包括一到最终加工生产线71上的冷床。最终加工生产线71包括一板材侧切边机72、板材切头机74和板材堆垛机76。可采用对长的作业线的切割来切割分立的板材。
主题发明的优点由所利用的操作特性(参数)的结果而产生。选择性地铸造单一铸坯或成对铸坯应该具有3.5英寸(8.9cm)至5.5英寸(14cm)的厚度，最好约5英寸(12.7cm)的厚度。一般，宽度可在24英寸(61cm)和120英寸(305cm)之间变化以生产达1000PIW(17.9公斤/毫米)和高于此的产品。
在离开步进式炉42后的板坯平直地来回通过一对串联可逆热轧机56，可逆热轧机以最少量的轧道，例如4个轧道的工作，获得足以满足盘绕的板坯厚度(例如约1英寸(2.5cm)或更小)。关于一对轧机56，在卷取炉58和60之间的板坯的每个通道形成两个轧道。接着把约1英寸(2.5cm)或小于1英寸(2.5cm)的中间产品盘绕在适当的卷取炉中，在4个扁平轧道的情况下，该产品会处在卷取炉58的上游(上面)。此后，使中间产品来回通过一对可逆热轧机56和两卷取炉58和60之间，以便获得对于盘绕形式的片材、盘绕板材或板材产品的所需厚度。对得到最终产品厚度的轧道数量可以不同的，但通常可用包括初始扁平轨道在内的10个轧道加以制作，举例来说，一0.10英寸(0.254cm)的最终产品厚度可以以10个轧道来制造，而一0.04英寸(0.102cm)的最终产品厚度可以以用约14个轧道来制作。在最后两轧道上，它们通常自上游卷取炉58中产生的，希望厚度的带材在一对可逆热轧机中进行轧制并连续通过冷却工位62，在那里，它被适当地冷却以便在卷取机66上加以盘绕或因进入到板材台64上而被适当地冷却。倘若产品是成卷绕形式的片材或板材，它在卷取机66上加以卷绕且由带卷自动装卸车67加以移出。如果产品是直接成为板材形式，那么它送入平板台64，在那里，它由剪切机68剪断到适当长度。其后，板材进入起冷床作用的输送台70，以便板材可在成品作业线71上精加工，成品作业线包括氧化皮清除机73，侧切边机72、剪切头机74和板材堆垛机76。为了使冷床的需要减至最小或去除的原因，可与一具有加速冷却系统或作为标准层流冷却部件联机。
下列实施例图解表示可加以生产的产品的广宽范围。应该注意到进入轧机的输入温度必定是较宽的板坯(2.300°F(1.260℃)高于较窄的产品宽度(约2,000°F(1.093℃)，在大多数轧钢厂的产品较窄宽度将表示产品要求的容量(尺寸)。
实施例1根据下列轧制程度表，用5英寸(12.7cm)低碳钢板坯生产盘卷形式的一60英寸(152.4cm)宽×100英寸(0.254cm)厚的片材。
实施例1两机架串联式热轧带组可逆轧机的轧制程序表·产品数据 宽度60英寸板坯数据 宽度60英寸厚度100英寸厚度6英寸长度2944英寸 厚度589英寸PIW 1000kg/cm 温度2300F华氏卷材重量30吨 钢材级别低碳轧道轧机 规格 ％咬入角 压缩量长度轧制速度 轧制时间延迟时间 经过时间 去氧化皮No.机架名称英寸缩减角度 英寸 英尺转数/分 秒 秒 秒 是或不通过 轧制0 PCE1 5.0000 .0 .00 .000 58.9 .0 .0 .00 .00 .00 不1 TF13.700026.0 17.37 1.300 79.6 324.3* 318.9*9.20 .00 9.20 是2 TF22.400035.1 17.37 1.300122.7 500.0* 800.0*9.203.50 15.29 不3 TF21.375042.7 15.41 1.025214.1 300.0* 900.0* 24.20 .00 40.00 是4 TF2.8250 40.0 11.28 .550356.9 500.0* 1500.022.933.50 44.52 不5 TF2.4580 44.59.21 .367642.9 3180* 1275.143.34 .00 87.66 是*6 TF2.2920 36.24.10 .1661008.4 500.0* 200.041.363.50 44.52 不7 TF1.2085 28.64.29 .0831412.2 359.7* 1798.6 42.36 .00154.36 不8 TF1.1500 25.13.67 .8581943.0 500.0* 2500.0 40.503.50158.35 不9 TF1.1176 21.62.73 .0322503.8 425.2* 2125.9 72.44 .00230.99 不10 TF2.1000 15.02.01 .0162944.5 500.0* 2500.8 70.67 .00230.99 不轧道轧机 规格输入温度出口温度轧制力 扭矩 功率 负荷比RMB时间号 机架名称 英寸 °F°F 磅×10-4磅-英寸×10-4秒0 PCE1 5.00002300.02300.0 .0000 .0000 0..0000 .001 TF1 3.70002257.42245.5 2.6914 .9614 12731. 1.4293 16.912 TF2 2.40002240.92244.5 3.18511.1359 23190. 1.6888 26.523 TF2 1.37502150.32149.9 3.65511.2119 27833. 1.8817 76.114 TF1 .82502146.12156.4 3.2415 .7469 28591. 1.2744 35.965 TF1 .45802133.42040.0 5.9262 .7340 23884. 1.0912 50.886 TF2 .29202014.22008.4 5.1308 .3886 19835..8855 30.507 TF2 .20851857.01844.4 2.9526 .2559 11744..5243 14.698 TF1 .15001056.01845.1 2.8790 .2052 13091..5814 19.469 TF1 .11761790.81757.9 2.6673 .13687426..3313 7.4310 TF2 .10001712.51677.2 2.2102 .08015110..2281 3.12串联可逆轧机峰值生产467.52TPH，在咬入角度装置以18°到18°以上咬住后卷绕开始在轧道号4TF1CFce#1和轧机之间距离27,000英寸，卷取炉直径54.00英寸，轧机和CFce#2之间距离27.00英尺卷取炉温度175.00°F加速和减速速率250.00FPM/秒TS的最终温度1677.17F
本发明的系统能生产一种广泛度的带卷式热轧片材和板材产品，这些产品由一系列“加工单元”制成，它们有效地将初始进给原料废钢或钢水)转变成带卷式的薄钢片和板材。这些“加工单元”具有不同的特点，它们影响着加工的总生产率。最终产品生产量对成功的市场销售战略是如此重要，这就要根据每个产品(产品混合)的所需生产级别和按照每个“加工单元”的独特的特性来确定。
对于生产卷绕式的广泛范围的热轧片材和板材制品，本发明的小型带材热轧制机由一系列“加工单元”构成，这些单元使初始进给原料(废钢或钢水)转变成卷绕的薄钢片或板材。这些加工单元各具有影响工艺加工的总生产率的不同的特点。图3A—3C示意地表示本发明的各种实施例的生产流程，图3D—3G以图解方式表示每个加工单元的工艺可变性。对成功的市场销售战略如此重要的最终产品生产量，当然，应是由各个“工艺加工单元”的独特特点和由每个产品(产品混合)的所需生产级别来确定。图3D说明各表示不同基本费用水平的四个不同炼钢生产能力。图3E表示铸造板坯的宽度和连铸机生产率之间的线性关系。当然，连铸机生产率不能超过相关的钢液生产率。图3F图解显示各代表基本费用不同程度的4个不同炉子生产能力。如同图3D中所示的钢液生产率的情况一样，炉子生产能力不随板坯宽度变化。图3G表示在宽度变化的情况下，对不同厚度的产品用图A所示的串联双板坯热轧机生产的轧钢机生产率。以上图3A—3G的目的之一是要表明在从废料到成品钢的材料流程中各种加工单元的互相依赖。从理论上来说，使所有加工单元成为整个生产的最高实际水平的同等生产率是所有钢厂企业家的共同目标。
可是，十分可能一个或两个加工单元将因其生产能力限制，工艺技术和基本费用而调整生产水平。比如，在两个现有的“薄板坯”(2英寸(5.1cm)带材热轧厂中，一个53英寸(134.6cm)宽轧机以每年800,000吨的生产率在印第安纳州，克劳馥城(Crawfordsville)使用，另一个51英寸(154.9cm)宽的轧机以每年一百万吨的生产率正在阿肯色州，埃克曼使用。为了使每个工厂的年产量增加到2百万吨左右，已建议在每一工厂中安装一第二成套电炉，浇包炉，连铸机、隧道炉和集尘室成套装备。这种扩充实际上包括除了轧钢机以外的一切东西。很明显，特别是在要求以年产量超过1百万吨时，2英寸(5.1cm)厚板坯连续浇注和连续带材热轧机工艺技术，对实现该方案来说投资费用是很昂贵的。
在另一方面，如本文中所描述，本发明的工艺技术将为实业家建立根据他的营业计划所提出生产水平的小型轧机提供机会，而不受连铸机的低生产率或任何其它加工单元的限制。因此，本发明的一个基本原理可应用于具有象每年500,000吨那样低的初始生产能力(容量)和象每年2百万吨那样高或更高的生产能力的小型钢厂。
连铸机的生产由板坯的厚度和宽度以及最大和最小的浇注速度所决定。图4以图解方式表示生产达60英寸(152cm)宽、5英寸(12.7cm)厚的板坯的连铸机范围。选用5英寸(12.7cm)厚度板坯来替代4英寸(10.2cm)厚度板坯以增加连铸机的生产，实际上没有轧钢机方面的损失。浇注速度已被分别调整在每分钟32英寸(81.3厘米/每分钟)至每分钟79英寸(200.7厘米/每分钟)之间的保守的范围，这样有助于保证生产最高质量板坯。应该意识到随着浇注速度的进展，生产会增加，在保持所需质量时，它允许较快的烧铸速度。如图5所示，加到连铸机范围图表上的平行的水平线表示可由生产各种产品的连铸机加以调节的不同的生产率。也要引起注意在图4上的阴影(影线)区域，它描示了浇注高碳钢和合金钢范围，例如不锈钢，这些钢需要比普通钢低的浇注速率且不能用2英寸(5.1cm)高速连铸机正常地加以铸造。在图4中所图解说明的是每小时供给连铸机150吨钢水，如由水平虚线所示。这种级别的钢液也许是单一板坯连铸和标准产品混合比的最大实际级别。当浇注36英寸(91.4cm)宽的板坯时，连铸机生产力将被限于每小时125吨左右。不管连铸机备可允许较高的速率的事实，当浇注60英寸(152.4cm)宽的板坯时，而它仍将在每小时150吨情况下运行。
不过，每小时150吨的速率不可能足够高地满足计划好的市场销售战略和商业目标。为了解决这一问题并为了增加连铸机灵活性，请注意图5，它示出了根据本发明的一60英寸(152.4cm)宽的“双路铸造”连铸机对同一5英寸(12.7cm)厚的板坯的操作范围(区域)。“双路注造连铸机可铸造两个5英寸(12.7cm)厚的板坯，每一达60英寸(152.4cm)宽，同时并列地通过连铸机，当然，该连铸机生产较单一铸铸机生产率增加一倍，最重要的是它具有象单一板坯连铸机一样的铸造结构和凝固速率(冶金长度)。目前，“双路铸造”的解决办法可在少量增加成本状况下达到较高生产率的目标。如上所述，为达到此目标，双路铸造机设计成具有一125英寸(318cm)宽的模具和一5英寸(12.7cm)水冷式钢制隔离箱，该水冷铜隔离箱一般不心要定位于模具的中央，以便制造两个同样宽度的板坯。
图5表示带有安置在模具中心线上的隔离箱的“双路浇注”结构的产品范围。以产生两等宽度的板坯，例如，两60英寸(152.4cm)宽、两50英寸(127cm)宽和两40英寸(101.6)宽的板坯。但是，如图5中所见，由于这些板坯变窄，两个板坯的总宽度小于120英寸(305cm)，上述宽度的每小时吨的浇注速率就下降。但是，如果，隔离箱被安置在“偏离开中心”，于是，对于总的为120英寸(305cm)的不同宽度的板坯，连铸机生产速率保持在如所示的、每小时400吨的最高水平。这种板坯宽度组合以下48英寸(121.9cm)和72英寸(182.9cm)；40英寸(101.6cm)和80英寸(203.2cm)；36英寸(91.4cm)和84英寸(213.4cm)；以及24英寸(61cm)和96英寸(244cm)。
另外，因为连铸机模具装备有可调节宽度的装置，故可把模具的宽度设定到小于120英寸(305cm)的(尺寸)，因此可使不同宽度(带有一“偏离开中心”隔离箱)的两板坯在其速率高于36英寸(91.4cm)和48英寸(121.9cm)宽的板坯的浇注造速率下浇注，如图5所示。
“双路铸造”办法毫无疑问地解决了大部分铸造制品的生产限制问题。不过，当然，如图5所示，经常设置每小时400吨的金属液供给是不可能的，但连铸机可在不同级别下，比方说每小时200、250、300和350吨铸液下进行浇注作业，因此有些产品只能按另一方式在更低的速率下加以铸造。于是，由于本发明已提供能铸造120英寸(305cm)宽的板坯(象所述的一或两个板坯一样)的连铸机，我们现在能扩大连铸机的产品范围，使包括作为较宽片材和板材产品用的板坯以及60英寸(152.4cm)和更小的片材产品的每小时高吨位产品。
在图6中所示的组合连铸机范围，由粗黑线显示，边界限制在本发明的5英寸(12.7cm)厚的板坯的产品范围内。此外，现在各种生产的级别都可适用于图6中所示的范围，以便最终认识和利用本发明的组合连铸机的可能。举例来说，当把从电炉室或氧气顶吹转炉(BOF)的钢水以每小时200吨的产生级别供给予连铸机时，连铸机将以“双路铸造”方式作业，浇注若干从35英寸(88.9cm)至60英寸(152.4cm)的宽度范围的板坯。然后，使连铸机转变成“单一铸造”方式，以铸造从60英寸(152.4cm)至120英寸(305cm)宽的板坯。
对于能铸造120英寸(305cm)宽的宽的连铸机的合理性受35英寸(88.9cm)至60英寸(152.4cm)宽度范围的“双路铸造”方式的高生产能力的杰出效益的支持。除与轧钢机有关的一些附加费用之外，对实质上增加工厂的生产领域范围、包括达120英寸(305cm)宽的卷绕板材产品(例如，高强度低合金、美国标准(局)船用级别钢板、钢管等)的可能将直接影响商业企业的市场透彻度(敏锐度)和利润率。事实上，宽的卷绕板材性能实际上可不受约束地得到的。现在，已把判定好的条件引入轧钢机的设计参数，这些参数将有效地使各种板坯从组合连铸机中转变成成品片材和卷绕的板材制品。
图3A—3C表示可替换的轧钢机结构，这些轧钢机可应用于小型轧钢厂。在图3B所示的轧钢机是根据本发明的一单一机架可逆热轧带机。在图3A所示的轧机是以上所详细讨论的、与图2有关的两机架串联式可逆热轧带材机。图3A的双板坯轧机生产能力比起图3B的单一机架装置来将有显著的增加。如图3C所示，双路铸造机的布置也能与多机架连续热轧带机一起使用，因此也可和所谓薄板坯共同使用。
应该注意到附于上述实施例中的串联式两机架可逆轧热带钢机的轧制工艺程序表，此轧机可生产.100英寸(0.254cm)厚度的60英寸(152.4cm)宽的片材。
操作加工如下将一5英寸(12.7cm)×60英寸(152.4cm)宽的板坯从均衡炉中移出，通过一垂直修边机(一个或三个轧边孔型)和高压水去氧化皮箱，而达到轧钢机的1号机架，在该机架中，使板坯在第一轧道中压制到3.7英寸(9.40cm)厚。板坯输入2号机架并把它轧制到2.63英寸(6.68cm)厚、彻底离开2号机架而把它运送到接着的轧机辊道上。使板坯逆行，通过两轧机机架，2号，其次1号机架而回行，使板坯轧薄到1.74英寸(4.42cm)，其次轧薄到1.02英寸(2.59cm)，输入前面卷取炉并把它缠绕在卷绕鼓筒上。此时，板坯在4个轧道中已被压薄到1.02英寸(2.59cm)厚度，而这一厚度则是在引入卷取炉的鼓筒所需要的宽度范围(1.2英寸(3.05cm)至5英寸(1.27cm)之内。另外，几乎把薄钢片全部卷绕在鼓筒上，因此，在炉子内部，因辐射造成的热损失比率大大地被减小，以致工件可保持热能以便能连续加工。以同样的方式使轧机逆转，薄钢片再通过1号和2号机架且把薄钢片卷绕在下面的卷取机上。总是使带材的尾端通过轧机辊缝(轧辊咬入轧件)并由位于轧机和卷取炉之间的夹紧辊装置(未表示)夹持，因此它没有被引入卷取炉中。另外，夹紧辊也把带材经轧机回送到下一轧道的轧机辊缝。这种轧制方法可以连续，这是因为那么多的精加工带材产品所必需的轧道。有关串联的两机架，实际上使轧机的产生率增加一倍，达到每小时471吨。串联轧机电机的速度、扭矩和功率通过计划的产品混合(配合比)的分析加以确定。
下列表格A和B显示了作为图2和3A(表格A)的两机架串联式(可逆)热轧带材机和图3B(表格B)的单一机架可逆热轧带材机，对于应于各种标准宽度和标准厚度产品以每小时吨的典型的调整的轧制速率。这些表格可用来提高连铸机/轧钢机按任一特殊产品的混合比总生产率。这些表格也可用来通过改变混合比和/或钢液供给量提高灵敏度分析。举例来说，表格C表示有关具有下列产品混合比36英寸(91.4cm)宽的-150,000吨48英寸(121.9cm)宽的-250,000吨60英寸(152.4cm)宽的-450,000吨96英寸(244cm) 宽的-150,000吨总数为-1,000,000吨/年例如，表格C表示图2和3A的96英寸(244cm)宽的带有两机架串联可逆热轧带材机的、组合式双路连铸机的分析。
表格C使用1百万吨作为“基础”，以设立一适合于1百万吨生产的系数，找出这种混合比的最大吨位。如图5和6所示，对于36英寸(1.4cm)宽的最大双路铸造速率为每小时236吨，对于48英寸(121.9cm)宽的，它为每小时320吨，对于60英寸(152.4cm)宽的，最大速率是每小时400吨，不过，既然如此，钢液供给则可限于每小时350吨。如上所述，图5和6的双路铸造区域表示两等宽板坯铸造。当然，通过偏移隔离箱，在利用钢液供给的最大速率情况下铸造设备的产量可以更高。这一方法将需要在轧钢机上对板坯的轧制有一“宽的-窄的-宽”的顺序，这种顺序实际上对于轧辊之间的较长轧制周期来说在分配轧辊磨损上是有利的。不过，作为说明性的目的，这一实施例将从图5和6的等宽度区域开始。
当使用一两机架轧钢机的生产表格A时，对于每个特定产品，年产吨数除以连铸机较低速率或轧钢机较低速率，这样，可得到生产这些产品所需的年小时吨数。由此可见，在大多数情况下，轧制速率是超过铸造速率。应该注意到，就96英寸(266cm)宽的板材而言，表格B用于获得.187(0.475cm)的厚的轧制速率，也可获得.250英寸(0.635cm)厚的轧制速率。表格C表示可以在3.235小时中产生1百万吨。现可应用下面的调整每年天数＝365－10天节假日＝355利用率＝80％ ×.8每年操作时间＝ 6.816系数＝每年有效工作时间6,816每1,000,000吨所需的时间3,235小时2.106每年生产总吨数＝2,030,000产量损失＝ ×.96连铸造机2％轧钢机 2％＝96％近似的EAF(电弧炉)生产每年吨＝2.02,176吨/每年在检查时，如上所述，在制造流程中的每个“加工单元”具有一“操作限定”，它将设定工厂总产量水平以及生产范围。这些限定因而会影响工厂效率、市场地位、效益、基本费用和制造费用的基本部分。但是，随着本发明的原理应用，组合连铸机和图2和3A的两机架可逆热轧带材机连在一起，或和图3B的单一机架可逆热轧带材机连在一起，或如图3C所示的多机架连续热轧带材机一起，因每一种都可一起组合应用，实业家有机会在原来企业目标的基础上选择装置参数而不会对限定产品流程的各“加工单元”起扼制作用。
另外，由于我们的小型轧钢厂的独特产品范围，企业家可瞄准各种片材和卷绕式板材壁龛产品，而到目前为止这些产品用现在的技术制造是极其困难的和昂贵的(在某些情况下不可能的)。当然，这些特别的产品应得到较高的买价并能对全世界制造业者进行成功地销售。
本发明的各实施例已在本文中加以叙述，对于那些本行业的普通技术人员而言，显然是容易地改变或修正本设计而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的范围仅局限于附属的权利要求。
表A两机架串联可逆热轧带钢轧机的轧制速率标准产品—吨—每小时
表B两机架串联可逆热轧带钢轧机的轧制速率标准产品—吨—每小时
表C选择的产品混合比的生产分析双路铸造/单一铸造两机架可逆热轧带钢轧机1,000,000吨/年基础铸型<
调整·年/天数 365·
减去节假日
·利用率80％
·产量＝连鋳机98％轧钢机98％ 净产生
总数96％ 2,021,760吨/年
权利要求
1.一种制造卷状板材、片材或不连续板材的方法，其特征在于包括以下工序a)选择地连续浇注一具有3.5至5.5英寸之间的厚度和约达125英寸的宽度的单一铸条坯或一对各具有3.5至5.5英寸之间的厚度和所述一对铸条坯达120英寸的总宽度的铸条坯；b)将所述铸条坯剪切成一预定长度的板坯；c)将所述板坯水平地来回通过一对串联的可逆热轧机以形成足以满足卷绕厚度的中间产品，其中，所述成对串联可逆热轧机在其上、下游侧各具有一卷取炉；d)在所述卷取炉之一中卷绕所述中间产品；e)使所述卷取炉之间的成卷的中间产品至少有一次通过所述成对串联轧机以将所述成卷中间产品轧制成所需厚度的最后产品；以及f)将所述最后产品加工成卷状板材、不连续板材或卷状片材。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于每一所述铸条坯厚度约5英寸。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于每一所述铸条坯厚度在3.5至5.5英寸之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于每一铸条坯以每分钟32英寸和每分钟79英寸的速率加以浇注。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括使所述板坯通过所述可逆热轧机的10个或少于10个轧道而轧制成最后产品。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于最后产品的精加工包括至少通过侧面剪切机和端部剪切机之一和堆垛机一直到铸条坯剪切成分立长度的板材、冷却所述板材和精加工所述板材。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于浇注一具有20和120英寸之间的宽度和5英寸厚度的铸条坯。
8.一种中间厚度板坯连铸机和直列式热轧条材和板材生产线包括a)一条坯双路连铸机、以形成一具有达250英寸的宽度的单一铸条坯或两具有所述一对铸条坯达120英寸的总宽度的并行铸条坯；b)一把每一所述铸条坯切割成所需长度的板坯的直列式剪切装置；c)一与所述剪切装置联机的加热炉；d)一对与所述加热炉联机的串联的可逆热轧机，用以把每一所述加热炉引出的所述板坯轧制成足以卷绕的中间厚度产品；e)一对卷取炉，一个位于所述串联可逆热轧机上游和另一个位于其下游，所述卷取炉能在中间厚度产品通过它们之间时接收和释放中间厚度产品，通过所述串联可逆热轧机时此产品被轧制成最后产品厚度；f)一与所述一对卷取炉和所述串联的可逆热轧机联机的和位于卷取炉下游的精加工生产线。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于所述精加工生产线依次有一冷却站、一地下卷取机、一板材输送台、一剪切机、一冷床跨接结构、板材切边机、板材切头机和堆垛机。
10.一种浇注钢板坯和将其轧制成成品带材或板材产品的联机方法，包括下列工序a)用一单一连铸机同时浇注两铸条坯；b)将各所述铸条坯剪切成若干预定长度的板坯；c)将这些板坯引入一直列式加热炉中；d)将所述板坯引出到连续加生产线上，连续生产线包括至少一台轧制机；e)在所述至少一台轧制机上将所述板坯轧薄成所需厚度的产品。
全文摘要
一种制造卷状成卷板材、片材或不连续板材的方法和装置。此装置为一中间厚度板坯连铸机和直列式带材和板材热轧生产线。装置包括一可选择地形成一单一或一对平行的铸条坯、厚度在3.5英寸(8.9cm)和5.5英寸(14cm)之间，最好为5英寸(12.7cm)的连续带坯连铸机；一把各铸条坯切割成所需长度的板坯的剪切机、一板坯输送台、一板坯收集和储存区、一加热炉、一进料和回运辊道、一对串联可逆热轧机、一对卷取炉和一精加工生产线。
文档编号B22D11/00GK1128182SQ9510051
公开日1996年8月7日 申请日期1995年1月10日 优先权日1994年1月10日
发明者乔治W·蒂平斯, 约翰E·托马斯 申请人:梯品斯股份有限公司