一种还原轧制复合生产厚板和特厚板的方法及其装置

摘要

本发明公开了一种还原轧制复合生产厚板和特厚板的方法及其装置，能够高效率、低成本地生产出高质量的厚板和特厚板材。该方法的步骤包括：钢坯加热及除鳞；钢坯表面氧化铁皮还原；钢坯的定位和组合；钢坯的轧制复合；复合钢坯的多道次轧制。该方法采用的装置包括：入口段、密封段炉体、还原段炉体、组合段炉体和轧制复合段。本发明利用两块或两块以上的连铸坯或轧制坯经高温还原和叠加组合后由轧机直接轧制复合生产厚板和特厚板，与现有的采用模铸钢锭、电渣重熔钢锭和真空轧制复合生产厚板和特厚板的方法相比，氧化烧损少，表面处理及坯料组合简单，压缩比大，对现有厚板生产线简单改造后即可生产特厚板，改造成本低，节能环保，生产效率高，产品质量好。

说明书

技术领域

本发明属于冶金行业的厚钢板生产领域，特别是涉及一种还原轧制复合生产厚板 和特厚板的方法及其装置。

在钢铁行业，一般将厚度处于25mm-100mm的钢板称为厚板，将厚度大于100mm 的钢板称为特厚板。厚板和特厚板常用于原子能发电站、海洋石油平台、汽轮发电机 组、军舰和坦克的装甲板、大型模具钢等特殊用途，是一种质量要求较高、附加值较 高的产品，具有很大的市场需求和应用前景。厚板和特厚板生产过程中，为了保证板 材的内部质量，通常要求较高的压缩比，压缩比一般不小于6。同时，压缩比越高， 板材内部质量越好。由于成品板材厚度较厚，内部质量要求较高，大压缩比必然要求 料坯的厚度也较大。目前，生产高质量的厚板和特厚板所用原料板坯主要采用模铸钢 锭和电渣重熔钢锭。采用模铸法生产厚板和特厚板所用锭坯时，由于铸锭的截面尺寸 较大，凝固速度减慢，导致锭坯内部偏析严重，成材率较低。采用电渣重熔法生产厚 板和特厚板所用锭坯时，钢锭成分比较均匀，组织也比较致密，但该工艺存在生产效 率低、电能消耗高、生产成本高等缺点。专利文献CN101773931A(一种真空复合轧制 特厚板的方法)、CN101439348A(一种生产特厚板的工艺方法)和CN101590596A(一种 累积叠轧焊工艺制造特厚板坯的方法)等都介绍了一种在真空状态下复合制坯后再进 行加热轧制生产特厚板的方法，与模铸钢锭相比，这些方法解决了大型模铸钢锭心部 偏析和组织疏松等缺陷，与电渣重熔钢锭相比，这些方法提高了生产工艺产率、降低 了电能消耗、减少设备投资，但这些方法也存在坯料表面处理及组坯焊接工艺繁琐， 组合的坯料从常温加热到轧制温度的时间太长、能耗较高、氧化烧损较多等缺点。

发明内容

本发明提供了一种还原轧制复合生产厚板和特厚板的方法及其装置，能够高效 率、低成本地生产出高质量的厚板和特厚板材。

本发明提供的一种还原轧制复合生产厚板和特厚板的方法包括以下步骤：

a.钢坯加热及除鳞：以普通的连铸钢坯或热轧钢坯为原料，将钢坯置于常规的轧 钢加热炉内按照常规的加热工艺加热到950℃～1350℃，加热的钢坯出炉后利用常规 的高压水除鳞装置除去钢坯表面因加热产生的氧化铁皮；

b.钢坯表面氧化铁皮还原：经过高压水除鳞之后的钢坯被运送到还原段炉体内， 在还原段炉体内通入还原性气体，经过1～30min的还原反应，钢坯表面的次生氧化铁 皮被还原性气体还原成金属铁；

c.钢坯的定位和组合：表面氧化铁皮被还原成金属铁的钢坯运送到充满惰性气体 的组合段炉体内，在组合段炉体内，利用辊道将第一块钢坯运送到指定的位置定位后， 由钢坯托起架夹住钢坯，并将钢坯托起，置于运输辊道的上方，此时，第二块钢坯被 运送到托起的第一块钢坯正下方，托起架带着被托起的第一块钢坯下落，落在第二块 钢坯上面，与第二块钢坯叠加组合在一起，完成两块钢坯的定位和组合，按此方法能 够将第三块及三块以上的钢坯叠加组合在一起；

d.钢坯的轧制复合：组合好的两块或三块或三块以上的钢坯运送到组合段炉体出 口位置，调整轧机辊缝至合适的程度，利用导卫装置将组合坯料直接导入轧机辊缝进 行轧制压合；

e.复合钢坯的多道次轧制：组合钢坯经轧制复合后便可初步复合在一起，形成复 合钢坯，为消除复合界面，进一步提高界面结合强度，使复合钢坯形成完整的一个整 体，再利用轧机对复合钢坯进行常规的多道次控制轧制，直至达到符合要求的厚度及 性能为止。

一种还原轧制复合生产厚板和特厚板的方法采用的装置，该装置包括：入口段、 密封段炉体、还原段炉体、组合段炉体和轧制复合段，所述的入口段在起始位置，紧 接着是密封段炉体，中间是还原段炉体，还原段炉体之后是组合段炉体，最后是轧制 复合段，各段之间均采用连接螺栓密封连接；所述的密封段炉体和还原段炉体之间采 用密封段挡板(10)隔开，还原段炉体与组合段炉体之间采用还原段挡板(15)隔开； 所述的入口段由入口导辊(2)和入口密封导嘴(3)组成，入口导辊(2)将钢坯(1) 导入入口密封导嘴(3)，并与钢坯(1)配合对密封段炉体内的惰性气体进行密封； 所述的密封段炉体由密封段炉壳(7)、炉内运输辊道(8)、密封段惰性气体入口(9)、 保温层(5)、加热元件(6)和密封段挡板(10)组成，密封段炉体内部充填惰性气 体，对还原段炉体内部的还原性气体进行阻隔和密封，密封段炉壳(7)采用钢板焊 接制成，内部采用耐火材料做保温层(5)，密封段惰性气体入口(9)设置在密封段 炉壳(7)上部，加热元件(6)和炉内运输辊道(8)设置在密封段炉体内，加热元 件(6)控制炉膛温度，炉内运输辊道(8)完成钢坯(1)在炉体内的运输，密封段 炉体和还原段炉体之间的密封段挡板(10)的开口与钢坯(1)断面尺寸相同，密封 段挡板(10)与钢坯(1)配合阻隔还原段炉体内的气体通过密封段炉体，密封段炉 体长度为2-30米，高度为0.05-3.0米，密封段炉体与入口密封导嘴(3)之间采用连 接螺栓紧密连接；所述的还原段炉体由还原段炉壳(12)、还原气体入口(14)、还原 气体出口(11)、保温层(5)、加热元件(6)、炉内运输辊道(8)、还原段挡板(15) 和测温元件(13)组成，还原段炉体内部充满还原性气体，将钢坯(1)表面的氧化 铁皮还原成金属铁，还原段炉体内的温度由加热元件(6)控制，坯料在炉体内的走 行由炉内运输辊道(8)控制，还原段炉壳(12)采用钢板焊接制成，内部采用耐火 材料做保温层(5)，还原气体入口(14)设置在还原段炉壳上部，还原气体出口(11) 设置在还原段炉壳下部，还原性气体由还原气体入口(14)进入，由还原气体出口(11) 排出，还原段炉体与组合段炉体之间的还原段挡板(15)的开口与钢坯(1)断面尺 寸相同，还原段挡板(15)与钢坯(1)配合阻隔还原段炉体内的气体通过组合段炉 体，还原段炉体长度为5-100米，高度为0.05-3.0米，还原段炉体与密封段炉体之间 采用连接螺栓紧密连接；所述的组合段炉体由组合段炉壳(16)、夹头(17)、丝杠(18)、 组合段惰性气体入口(19)、液压缸(20)、燕尾槽(21)、推杆(22)、定位杆(23)、 保温层(5)、加热元件(6)和炉内运输辊道(8)组成，组合段炉体内部充填惰性气 体，组合段炉体内的温度由加热元件(6)控制，坯料在炉体内的走行由炉内运输辊 道(8)控制，组合段炉壳(16)采用钢板焊接制成，内部采用耐火材料做保温层(5)， 定位杆(23)设置在组合段炉体下部，定位杆(23)上端凸出炉内运输辊道(8)平 面，阻止钢坯向前运动，对钢坯(1)头部进行定位，当定位杆(23)上端退回到炉 内运输辊道(8)平面以下时，则允许组合后的钢坯(1)向前运行；所述的丝杠(18) 顺时针旋转，使推杆(22)的端部在燕尾槽(21)内相向滑动，带动夹头(17)夹住 钢坯(1)的侧边，并使钢坯(1)自动对中，液压缸(20)向上运动，推动燕尾槽(21) 连同推杆(22)、夹头(17)和钢坯(1)一起向上运动，下一块钢坯(1)通过炉内 运输辊道(8)运至被托起的钢坯(1)下面，经定位杆(23)对头部定位，此时，液 压缸(20)下降，被托起的钢坯(1)落在下一块钢坯(1)之上，丝杠(18)反时针 旋转，夹头(17)放开钢坯(1)，完成两块钢坯(1)的叠加组合和头部及边部对齐， 惰性气体从组合段惰性气体入口(19)进入组合段炉体内，防止组合后的钢坯(1) 表面再次发生氧化，并对还原段炉体进行气体密封，组合段炉体长度为2-50米，高度 为0.1-8.0米，组合段炉体与还原段炉体之间采用连接螺栓紧密连接；所述的轧制复合 段由出口密封导嘴(24)和轧机(25)组成，出口密封导嘴(24)与组合段炉体之间 采用连接螺栓密封连接，出口密封导嘴(24)出口紧贴在轧机(25)的工作辊上，对 组合段炉体内的惰性气体进行密封，并将组合的钢坯(1)正确导出炉体，导入轧机 (25)的辊缝，出口密封导嘴(24)采用耐热钢制造，轧机(25)与常规的厚板轧机 相同，但需要较大的开口度和较大的单道次压下量，作用是将组合钢坯轧制复合在一 起。

本发明突出的实质性特点和显著进步主要体现在：

(1)与现有的采用模铸钢锭轧制生产特厚板的方法相比，本发明采用的钢坯是连铸 坯或轧制坯，内部质量好于模铸钢锭，成材率及生产效率均高于模铸钢锭，生产成本 低于模铸钢锭；

(2)与现有的真空组坯轧制复合生产特厚板的方法相比，本发明在组坯轧制复合 之前，钢坯的加热是按照现有加热工艺在普通的火焰炉内完成的，并且是单块双面加 热，加热速度高于真空组坯后的多块坯料，因此，加热效率高，氧化烧损少，加热质 量好，可以实现高温装炉，便于节能降耗；

(3)与现有的真空组坯轧制复合生产特厚板的方法相比，本发明在处理钢坯表面 氧化铁皮时，首先利用现有常规的高压水将加热产生的一次氧化铁皮打掉，然后再利 用还原性气体将钢坯表面的次生氧化铁皮还原，因此，本发明处理钢坯表面氧化铁皮 的工艺简单快速，无粉尘和噪声污染，不需要专门的表面打磨和清理设备，生产效率 高，节能环保，表面不残留污物，复合界面干净，界面结合强度提高，同时，金属收 得率提高，降低了生产成本；

(4)与现有的真空组坯轧制复合生产特厚板的方法相比，本发明在坯料叠加组合 过程可以实现两块和两块以上的多块坯料的组合，因此，从根本上解决了连铸坯生产 厚板压缩比不够的问题，可以利用更薄的连铸坯生产厚板和特厚板，细化了板材内部 的组织，提高了板材内部组织的均匀性，提高了产品质量；

(5)与现有的采用模铸钢锭轧制生产特厚板的方法相比，本发明在坯料叠加组合 过程中可以实现两块和两块以上的多块坯料的组合，可以利用更薄的钢坯生产厚板和 特厚板，从根本上消除了厚模铸钢锭生产特厚板时压缩比不够、成分偏析以及内部疏 松等问题，消除了板材内部偏析问题，提高了板材内部组织的均匀性，提高了产品质 量；

(6)与现有的采用电渣重熔钢锭再进行轧制生产特厚板的方法相比，本发明所采 用的工艺方法比传统的电渣重熔生产工艺效率高、电能消耗低、生产成本低，成材率 高；

(7)本发明所采用的板坯是利用普通的火焰炉加热出来的，轧制设备与现有的设 备基本相同，只需在现有设备基础上增设还原组合装置即可满足生产要求，因此，本 发明所提出的技术方案特别适合现有热轧生产线改造后生产特厚板；

(8)轧制复合过程是通过轧机的强大轧制压合的，并且随着后面几个道次的接续 轧制，复合板坯的总变形量大，界面之间机械压入及高温下的原子扩散作用显著增强， 因此可以消除复合界面，提高产品质量。

附图说明

图1是一种还原轧制复合生产厚板和特厚板的方法采用的装置结构示意图。

图2是一种还原轧制复合生产厚板和特厚板的方法采用的装置中组合段炉体钢坯 被托起位置的A-A剖视图。

图中各标记的含义如下：

1钢坯；2入口导辊；3入口密封导嘴；4连接螺栓；5保温层；6加热元件；7 密封段炉壳；8炉内运行输辊道；9密封段惰性气体入口；10密封段挡板；11还原气 体出口；12还原段炉壳；13测温元件；14还原气体入口；15还原段挡板；16组合段 炉壳；17夹头；18.丝杠；19组合段惰性气体入口；20液压缸；21燕尾槽；22推杆； 23定位杆；24出口密封导嘴；25轧机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，一种还原轧制复合生产厚板和特厚板的方法及其装置，以还 原轧制复合制备100*2000*3200mm的16Mn(5吨)的特厚板为例说明本发明的具体 实施方式。

取尺寸为170mm*1600mm*2000mm的连铸坯5块，采用普通火焰炉加热到 1180℃，利用高压水除去钢坯表面的炉生氧化铁皮，然后，将钢坯1由入口导辊2夹 送，经过入口密封导嘴3进入密封段炉体内，密封段炉体内的加热元件6将炉温加热 到1200℃，氮气通过密封段惰性气体入口9充入密封段炉体内，将整个炉膛内的空气 排出；钢坯1通过炉内运输辊道8运送至还原段炉体内，还原段炉体内的加热元件6 将炉温加热到1200℃，还原气体氢气由还原气体入口14充入还原段炉体内，喷吹在 钢坯1表面，将钢坯1表面的次生氧化铁皮还原成金属铁，还原反应后的水汽从还原 气体出口11排出还原段炉体；钢坯1在还原段炉体中停留1-30min后被运送到组合 段炉体内，组合段炉体内的加热元件6将炉温加热到1200℃，惰性气体氩气由组合段 惰性气体入口19充入组合段炉体内，防止还原后的钢坯1表面再次氧化，定位杆23 升起，上端超过炉内运输辊道8的辊面，钢坯1向前运行时头部接触到定位杆23后 停止，丝杠18顺时针旋转，使推杆22的端部在燕尾槽21内相向滑动，带动夹头17 夹住钢坯1的侧边，使钢坯1自动对中，此时，液压缸20向上运动，推动燕尾槽21 连同推杆22、夹头17和钢坯1一起向上运动，第二块钢坯1通过炉内运输辊道8运 至被托起的钢坯1下面，经定位杆23对头部定位，此时，液压缸20下降，被托起的 钢坯1落在第二块钢坯之上，丝杠18反时针旋转，夹头17放开钢坯1，完成两块钢 坯的叠加组合和头部及边部对齐，重复上述动作将第三块、第四块及第五块钢坯叠加 组合在一起；组合好的五块钢坯被运送到组合段炉体出口位置，将轧机25的辊缝调 至680mm(第一道次的压下量控制在120-250mm之间)，经过出口密封导嘴24将组 合坯料直接导入轧机25进行轧制压合；经过初次复合的坯料再利用轧机继续进行横 轧和纵轧变形，直至达到要求的成品厚度100mm和宽度2000mm为止，再经过倍尺 裁剪即可获得成品为100*2000*3200mm的特厚板。

上述具体实施方式表明，通过本方法和装置可利用两块或两块以上的连铸坯经高 温还原和叠加组合后由轧机直接轧制复合生产厚板和特厚板，与现有的采用模铸钢 锭、电渣重熔钢锭和真空轧制复合生产厚板和特厚板的方法相比，本发明氧化烧损少， 表面处理及坯料组合简单，压缩比大，对现有厚板生产线简单改造后即可生产特厚板， 改造成本低，节能环保，生产效率高，产品质量好。需要说明的是，实施例仅是本发 明方法及装置的一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。