D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.05.042 第21卷第5期 北京科技大学学报 ol.21N0.5 1999年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1999 热卷箱式炉内板坯温度场模拟 苏岚 王先进 唐荻 北京科技大学材料科学与上程学院，北京100083 摘要根据热卷箱式炉中板坏卷取及保温过程的导热特点，建立了温度场计算模型.用有限 元程序计算出的结果与实际基本相符，应用此模型，可对薄板坏连铸连轧缓冲区的效果进行评 估，以及有助于辅助工艺设计与优化. 关键词薄板坯连铸连轧：热卷箱式炉：温度场：数值模拟 分类号TG302 在薄板坏连铸连轧工艺中，除结晶器外，衔 功后，世界各地已安装有30台并投入使用，其 接区的工艺方案设计难度最大.这主要是由于 后又开发了坯卷保温炉，可把热卷箱中的坯卷 在生产过程中，连铸机和连轧机之间必然存在 保持在轧制温度下并重新送去轧制，这解决了 着节奏、作业率、温度场等方面的不匹配.缓冲 板坯出均热炉后由于轧机事故，不得不当作废 区作为薄板坯连铸连轧生产工艺过程中的承上 品切断的问题，每年可减少200-500个坯卷的 启下的环节，主要作用是加热板坯与缓冲和协 损失， 调连铸、连轧段，因此板坏温度与加热时间成为 德国的MDH公司开发成功的薄板坯连铸 最重要的工艺参数. 连轧工艺一ISP(Inline Strip Production),采用了 在国外，使用数值模拟技术计算薄板坯连 大量的新技术，其缓冲区的布置独具特色以.ISP 铸连轧温度场和辅助工艺设计，已经是十分成 生产线工艺流程如图1所示，采用矩形结晶器 熟的技术，由于该技术属于专利，核心技术从没 连铸成60mm的板坯，出结晶器后液芯压下至 有公开发表过.本文主要以ISP生产线缓冲区 43mm,然后进入大压下轧机，减薄至15mm,进 设备中热卷箱式炉为研究对象，通过分析板坏 入感应加热炉进行补偿加热，再进克雷莫纳炉 成卷后的导热特点，建立了温度场计算模型，用 均热，反向开卷送至精轧机架，ISP生产线缓冲 有限元方法分析了热卷箱式炉中钢卷的瞬态温 [区设备中的克雷莫纳炉就是借用了热卷箱与坯 度场，从而得到钢卷达到均温的时间及最长缓 卷保温炉的设计思路，在接收感应加热后的板 冲时间，可以为合理制定生产工艺制度提供理 坯时炉壳旋转，炉口对准板还的来料方向，卷取 论依据. 完后，炉壳转至出口位置，以便向精轧机组开卷 送料，卷取由内部的芯轴完成，在卷取过程中一 1热卷箱式炉 直由燃气加热坯卷.但由于在克雷莫纳炉中，板 坏紧紧卷在芯轴上，温降较大，精轧后质量不 热轧带钢生产线上的热卷箱，其主要作：用 好·并易产生氧化铁皮，很难在其后的除磷过程 是对粗轧机轧出的中间坏进行无芯卷取，然后 中彻底除去，而且整个设各操作维修困难，因此 再反向开卷，以其尾部作为头部进入精轧机组， 在：德马克公司为韩国浦项钢铁公司提供的ISP 从而降低了中间带坯的冷却速度，减少了头毛 方案中，以能存放10个钢卷的无心热卷箱式炉 温差，并缩短了生产线长度，热卷箱技术由加拿 代替了克莫纳炉，取得了很好的缓冲效果.该 大STELC0公司1969年提出，1974年第…台 技术不仪延长了缓冲时间，而且可减少板坯长 工业型热卷箱用于1420mm热轧机组，获得成 度方向的温度不均匀性，均热质量好，不存在步 进式炉的黑印问题，及辊底式炉的上下温度不 1999-03-29收稿苏岚女，26岁.博⊥生 *国家九五攻关项日0.95-523-04-02-03) 均的问题第 2 1 卷 第 5 期 1 9 9 9年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i t) o f s e i e n e e a n d Te c h n o l o g y B e ij i n g V 6 1 . 2 1 N 0 . 5 O e t . 1 9 9 9 热 卷 箱 式 炉 内板 坯 温 度场 模 拟 苏 岚 王 先进 唐 获 北京科 技大 学材 料科 学 与土 程 学 院 , 北 京 1 00 0 83 摘 要 根 据热 卷箱 式炉 中板 坯卷取 及保温 过 程 的导热特 点 , 建立 了温度 场计算 模型 . 用有 限 元程 序计算 出的结 果与实 际基 本相符 , 应用 此模 型 , 可对 薄板坯 连铸连 轧缓 冲区 的效果进 行评 估 , 以及有 助 于辅助 工 艺设 计与 优化 . 关键 词 薄板 坯连 铸 连轧 ; 热卷 箱式 炉 : 温 度场 : 数值 模拟 分类 号 T G 3 0 2 在薄板坯 连铸 连 轧 工 艺 中 , 除 结 晶器外 , 衔 接 区 的工 艺 方 案 设计难 度最 大 . 这主 要 是 由于 在 生 产过 程 中 , 连铸机 和 连轧 机之 间 必 然存 在 着 节 奏 、 作业率 、 温度场 等方 面 的 不 匹配 . 缓冲 区 作为 薄板坯连铸连 轧 生 产 工 艺 过 程 中的承 上 启 下 的 环 节 , 主 要 作 用 是 加 热 板 坯 与 缓 冲 和 协 调 连铸 、 连轧 段 , 因 此板 坯 温度与 加 热 时 间 成 为 最 重要 的工 艺 参 数 . 在 国 外 , 使用 数 值模拟技 术计 算 薄板坯连 铸连 轧温度场和 辅助工 艺设计 , 已经 是 十分 成 熟 的技术 , 由于 该 技术属 于专 利 , 核 心 技术 从 没 有 公 开 发 表过 . 本文 主 要 以 IS P 生 产线缓冲 区 设 备 中热卷箱 式炉 为研 究对 象 , 通 过 分析板 坯 成 卷后 的 导热 特 点 , 建立 了温度 场 计 算模型 , 用 有 限元方法 分析 了热卷箱式炉 中钢 卷 的 瞬态 温 度 场 , 从 而 得 到 钢 卷达 到 均 温 的 时 间 及 最 长 缓 冲 时 间 , 可 以 为 合 理 制 定 生 产 工 艺 制 度 提 供 理 论依据 . 1 热卷 箱式 炉 热 轧 带 钢 生 产 线 上 的热 卷 箱 , 其 主 要 作 用 是 对粗 轧机轧 出 的 中间坯 进行 无 芯 卷 取 , 然 后 再 反 向开 卷 , 以其尾 部作 为头 部进入 精 轧 机组 , 从 而 降低 了 中 间 带 坯 的冷 却 速度 , 减 少 了 头尾 温 差 , 并缩短 了生 产线 长度 . 热卷 箱技术 由 加 拿 大 S T E L C O 公 司 19 6 9 年 提 出 〔} : , 19 7 4 年 第 一 台 工 业型 热卷 箱用 于 14 20 m m 热 轧 机组 , 获得 成 19 9 一 0 3 一 2 9 收稿 苏岚 女 . 2 6 岁 . 1再土 ` } * 国家 ’ · 九 五 ’ 攻 关项 目 (N O . 9 5 一 5 2 3 一 0 4 一 0 2 一 0 3 ) 功后 , 世 界 各地 己 安装 有 30 台并投入 使 用 . 其 后 又 开 发 了坯 卷保温炉 , 可 把热卷箱 中的坯卷 保 持在轧制温度下 并重 新送 去轧 制 , 这 解决 了 板 坯 出均热 炉 后 由于 轧机 事故 , 不 得 不 当 作废 品 切 断 的 问题 , 每年可 减 少 2 0 一 50 0 个坯卷 的 损 失 . 德 国的 M D H 公 司 开 发 成 功的 薄板 坯连 铸 连轧工 艺— I S p ( I n li n e S t r i p p r o d u e t i o n ) , 采用 了 大 量的 新 技术 , 其缓冲区 的 布置 独具 特色 !刘 . IS P 生 产线工 艺 流程 如图 1 所 示 , 采用矩形 结 晶器 连铸成 60 m m 的板坯 , 出结 晶 器后 液 芯压 下至 43 m m , 然后 进 入 大压 下 轧机 , 减薄至 15 m m , 进 入感应 加 热炉进行补偿加热 , 再 进克雷 莫纳炉 均 热 , 反 向开 卷送至 精 轧机 架 . sI P 生 产 线 缓冲 区 设备 中的克雷 莫纳 炉 就是 借用 了热 卷 箱 与 坯 卷 保 温炉 的设 计 思路 , 在 接收感 应 加 热 后 的板 坯 时 炉 壳旋 转 , 炉 口 对 准 板 坯 的 来料 方 向 , 卷 取 完后 , 炉 壳转至 出 口 位置 , 以便 向精轧机组 开 卷 送料 , 卷 取 由 内部 的 芯轴 完成 , 在 卷取过 程 中一 直 由燃气加热坯 卷 . 但 由于 在 克雷 莫纳炉 中 , 板 坯 紧紧卷 在 芯 轴上 , 温 降较大 , 精轧 后 质量 不 好 . 并 易 产 生氧化铁 皮 , 令民难 在 其 后 的 除 磷过程 中彻 底 除 去 . 而 月 . 整个 设 各操 作维 修 困 难 , 因此 在 德 马 克 公 司 为韩 国 浦 碗 钢 铁公 司提 供 的 sI P 方 案中 , 以 能 存放 10 个 钢 卷 的 无 心 热 卷 箱 式炉 代 侧 ` 了克宙 莫纳 炉 , 取 得 了 很好 的缓冲效 果 . 该 技 术 不 仪 延长 了 缓 冲 时 一 间 , 而 且 可 减少 板坯长 度 万 向的温 度 不 均匀性 , 均 热质量 好 , 不 存在步 进 式 炉 的 黑 印 问题 , 及 辊 底 式 炉 的 1 几 F 温 度不 均 的 问题 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 05. 042