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摘要：連鑄坯熱送熱裝工藝可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，改進(jìn)生產(chǎn)效率，是企業(yè)節(jié)能減排、降本增效最直接有效的方法。結(jié)合熱送熱裝技術(shù)的歷史發(fā)展情況，描述了熱送熱裝技術(shù)的具體分類、前提條件和顯著優(yōu)勢(shì)，并就國(guó)內(nèi)鋼廠生產(chǎn)實(shí)踐情況和技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：熱送熱裝；節(jié)能減排；熱量；連鑄

隨著溫室效應(yīng)愈發(fā)明顯，環(huán)境質(zhì)量逐漸下降，資源短缺日漸嚴(yán)重，鋼鐵工業(yè)在能源方面的巨大消耗和溫室氣體的大量排放持續(xù)受到關(guān)注。另外全球鋼鐵產(chǎn)量居高不下，市場(chǎng)需求乏力，鋼價(jià)不斷下跌，節(jié)約能源、降低成本、提高效益已成為鋼鐵企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。當(dāng)前國(guó)內(nèi)鋼企的整體余熱利用率不到40%，而日本等發(fā)達(dá)國(guó)家利用率已達(dá)到90%左右，仍存在較大差距。隨著連鑄工藝的不斷發(fā)展，鋼鐵企業(yè)為了降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，熱送熱裝技術(shù)開(kāi)始迅速發(fā)展。連鑄坯熱送熱裝是把高溫連鑄坯經(jīng)火焰切割后，未經(jīng)放置冷卻，直接送至軋制車(chē)間保溫處理，或直接進(jìn)入加熱爐并在加熱后直接進(jìn)行軋制的生產(chǎn)工藝。此工藝的應(yīng)用有效地降低了加熱爐能耗，提高了產(chǎn)品產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，同時(shí)降低了鑄坯的氧化燒損，提高了成材率。

1熱送熱裝工藝概述

1.1熱送熱裝工藝發(fā)展歷程

連鑄坯的直裝和熱裝技術(shù)起源于美國(guó)，效果良好，隨后迅速運(yùn)用到世界各地。1968年，美國(guó)McLouthSteel把高溫板坯直接裝進(jìn)感應(yīng)爐加熱，走在熱裝技術(shù)的先列。20世紀(jì)70年代，爆發(fā)石油危機(jī)，面對(duì)能源短缺的惡劣情況，日本鋼鐵企業(yè)以此為契機(jī)，研發(fā)連鑄坯的熱送熱裝技術(shù)并迅速發(fā)展應(yīng)用。日本鋼管公司鶴見(jiàn)廠首先應(yīng)用了連鑄坯熱裝連軋技術(shù)，其后日本新日鐵公司又研發(fā)了近程連鑄直接軋制工藝（連鑄末端和軋制起點(diǎn)相距130m）及鑄-軋遠(yuǎn)程工藝（連鑄末端和軋制起點(diǎn)相距620m）。日本在熱送熱裝的嘗試掀起了其他國(guó)家和地區(qū)對(duì)于此工藝研究的浪潮，隨后德國(guó)克勒克納鋼Bremen廠、法國(guó)索拉克公司佛羅倫季廠、奧地利林茨廠、比利時(shí)考克里爾公司Chertal廠、美國(guó)鋼公司大湖廠、意大利塔蘭托廠、加拿大多法斯科廠等開(kāi)始開(kāi)發(fā)應(yīng)用連鑄坯熱裝技術(shù)。在1983年，日本各鋼廠平均熱送熱裝約占58%，其中新日鐵大分廠占比最高，超過(guò)74%。我國(guó)熱送熱裝的發(fā)展起步于20世紀(jì)80年代，武鋼最先試用熱裝熱送技術(shù)，隨后此工藝在國(guó)內(nèi)大規(guī)模發(fā)展。

截止2004年，武鋼在試用了各種方法后，1700熱連軋熱裝率超過(guò)了55%，板坯進(jìn)入加熱爐的溫度在550℃左右；上海寶鋼的熱軋熱裝率超過(guò)60%，板坯的入爐溫度大約在550～600℃；在使用軟件管理提高效率后，武鋼2250直裝率超過(guò)95%，入爐溫度基本超過(guò)700℃。20世紀(jì)90年代，上海寶鋼、鞍山鋼鐵、廣東韶鋼、山東萊鋼等也積極使用了熱連軋技術(shù)。目前，鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排不斷受到重視，社會(huì)輿論不斷關(guān)注，環(huán)境污染不斷惡化，熱裝熱送技術(shù)必然會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中不斷完善。鋼廠實(shí)際生產(chǎn)中，由于鋼材的種類、成分、尺寸、鋼廠生產(chǎn)計(jì)劃安排等因素的影響，熱連軋生產(chǎn)協(xié)調(diào)難度比較大，因此目前使用熱送熱裝工藝進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的鋼鐵企業(yè)還比較少。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)熱送熱裝工藝中主要使用的是熱送裝爐之后進(jìn)行軋制。

1.2熱送熱裝工藝分類

為了節(jié)約資源，減少排放，減少軋制過(guò)程故障，提高生產(chǎn)效率及成材率，減少庫(kù)存占用，各鋼廠已開(kāi)始積極使用熱送熱裝技術(shù)。將熱送熱裝技術(shù)按照鑄坯入爐溫度不同進(jìn)行分類。

（1）CC-HCR（連鑄坯熱裝軋制ContinuousCast-ing-HotChargingRolling）鑄坯溫度小于A1并大于400℃，約400～700℃，在鑄機(jī)和加熱爐間設(shè)置保溫坑，將熱的鑄坯放進(jìn)保溫坑或暫時(shí)放在坯場(chǎng)，保溫坑和坯場(chǎng)是鑄坯重要的緩沖場(chǎng)所。

（2）CC-DHCR（連鑄坯直接熱裝軋制Continu-ousCasting-DirectHotChargingRolling）鑄坯溫度在A1～A3之間，大約為700～1100℃，熱坯直接進(jìn)入加熱爐后再開(kāi)始軋制。從金屬學(xué)的角度分析，此溫度時(shí)鋼坯位于兩相區(qū)，產(chǎn)生相變并進(jìn)行加熱后鋼坯組織為原始奧氏體和相變細(xì)化奧氏體的混晶組織，但是微量元素析出和溶解程度不一。

（3）CC-HDR（連鑄坯熱裝直接軋制ContinuousCasting-HotDirectRolling）鑄坯溫度大于A3小于1100℃，對(duì)鑄坯在線補(bǔ)熱后再進(jìn)行軋制；金屬學(xué)特征與CC-DR大體類似，只有小部分微量元素量析出和再溶解。

（4）CC-DR（連鑄坯直接軋制ContinuousCast-ing-DirectRolling）一般溫度高于1100℃，熱坯不經(jīng)過(guò)任何補(bǔ)熱直接熱軋。由于未經(jīng)冷卻加熱和相變?cè)俳Y(jié)晶過(guò)程，鋼坯軋制前保留著粗大的奧氏體晶粒，微量元素Nb、V等未能析出，需在軋制時(shí)細(xì)化晶粒。

（5）CCR（冷裝軋制ColdChargingRolling）將溫度在20℃到40℃左右的冷坯裝進(jìn)加熱爐加熱。

1.3熱送熱裝工藝應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)和條件

鑄坯切割之后溫度基本為800～900℃。與連鑄坯冷裝相比其優(yōu)點(diǎn)是：①節(jié)約能源。鑄坯的入爐溫度越高，其能量損失越少；②提高成材率，減少材料成本。熱送熱裝縮短了鑄坯加熱時(shí)間，在溫度達(dá)標(biāo)時(shí)完全不用加熱，降低了鑄坯加熱過(guò)程中的再次燒損，直接提高了生產(chǎn)效率；③優(yōu)化生產(chǎn)物流，減少板坯庫(kù)房、勞動(dòng)成本和運(yùn)送成本；④由于熱坯直接進(jìn)入加熱爐，節(jié)省加熱爐時(shí)間，加快了軋制材料，提高產(chǎn)量。溫度在650～1000℃的鑄坯直接入爐加熱時(shí)，加熱爐加熱效率最高。為了優(yōu)化節(jié)能減排效果，推動(dòng)熱送熱裝工藝的進(jìn)步，規(guī)定熱裝溫度超過(guò)600℃、熱裝比大于50%是清潔生產(chǎn)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。另從金屬學(xué)方向來(lái)看，在400℃以上，由于鑄坯直接進(jìn)入保溫設(shè)備，其組織形態(tài)和冷裝的鑄坯形態(tài)基本相同。溫度不到400℃時(shí)，溫度過(guò)低，鑄坯表面不再被氧化，熱裝節(jié)能效果較差，因此400℃為熱裝的低溫界限。連鑄坯熱送熱裝工藝能顯著減少鑄坯表面氧化，使用良好的控冷控軋工藝可以軋制出性能良好的產(chǎn)品。

連鑄軋制過(guò)程熱送熱裝工藝的基本條件為：①鑄機(jī)可以生產(chǎn)缺陷較少或無(wú)缺陷的高溫坯，輥道運(yùn)輸過(guò)程具有保溫均熱補(bǔ)熱的功能；②鑄機(jī)的產(chǎn)能與軋制能力相匹配，減少軋制等待時(shí)間；③煉鋼、連鑄和軋制過(guò)程基本穩(wěn)定，總體工藝流程具有良好的有效作業(yè)率；④鑄坯的型號(hào)、斷面大小與軋鋼過(guò)程所需鋼坯相匹配；⑤建立煉鋼、連鑄和軋制的一體化管理制度和質(zhì)量保證體系。熱送熱裝技術(shù)具有節(jié)能減排的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)鋼鐵行業(yè)的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

2熱送熱裝工藝節(jié)能減排效果

2.1熱送熱裝工藝節(jié)能效果

熱送熱裝技術(shù)降低了加熱爐能耗及熱量損失。有統(tǒng)計(jì)表明連鑄坯入爐溫度在500℃左右時(shí)，熱送熱裝可以節(jié)約能耗0.25106kJ/t，占總?cè)己牡?0%；在600℃時(shí)，可節(jié)能0.34106kJ/t，節(jié)省總能耗的41%；800℃熱坯直接進(jìn)入加熱爐，大約節(jié)省能耗0.514106kJ/t，節(jié)省50%左右能耗。熱裝與冷裝相比：溫度增加100℃，加熱爐可以節(jié)省5%～6%燃料，可減少能耗0.08000～0.12106kJ/t，折合標(biāo)準(zhǔn)和效率的提升，加熱爐燃料消耗明顯降低。鑄坯熱裝時(shí)的溫度與節(jié)能關(guān)系如圖1。鑄坯節(jié)能量隨溫度升高而增加，因此，生產(chǎn)高溫?zé)o缺陷鑄坯更有助于節(jié)能減排，同時(shí)對(duì)推動(dòng)熱送熱裝技術(shù)的進(jìn)行具有重要意義。不同溫度鑄坯在加熱爐加熱至1200℃時(shí)，鋼坯獲得熱焓。從表中可以看出相對(duì)常溫坯，當(dāng)鑄坯入爐溫度分別為200、400、600、800℃時(shí)，獲得的熱焓分別為常溫的0.89、0.75、0.58、0.32，加熱爐效率一定時(shí)，隨溫度升高，加熱過(guò)程所獲得的焓降低，節(jié)省能量比例增加。

連鑄坯在加熱爐中加熱時(shí)，表面會(huì)有氧化鐵皮產(chǎn)生，出現(xiàn)氧化燒損，此現(xiàn)象與鑄坯表面溫度、加熱爐加熱時(shí)間、加熱爐氣氛等多種因素有關(guān)，其中加熱時(shí)間和爐溫控制的影響最大。熱裝溫度的提高會(huì)增加鋼坯表面在高溫下的停留時(shí)間，使燒損率增大，但影響較弱，同時(shí)加熱時(shí)間的增長(zhǎng)也會(huì)使燒損量增加。加熱爐處于最佳節(jié)能生產(chǎn)率下，鑄坯燒損量隨著熱裝溫度的上升呈下降趨勢(shì)。連鑄熱連軋可以降低氧化燒損，在冷裝時(shí)，燒損1.5%～2.0%，有時(shí)超過(guò)2.5%，采用熱裝后可降到0.5%～0.7%，金屬收得率提高2%～3%。熱送熱裝可以有效減少?gòu)匿撘旱杰堉瞥善返牧鞒虝r(shí)間，縮短加熱爐加熱時(shí)間，優(yōu)化加熱爐和軋制效率。尤其是相較普通的連鑄冷坯-裝爐-軋制工序而言，縮短了整體工序時(shí)間，鑄坯不再堆垛緩冷，減少占地面積，加快產(chǎn)品生產(chǎn)速率，提高了效率。

寶鋼經(jīng)過(guò)對(duì)連鑄坯熱平衡測(cè)試進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在保證產(chǎn)量一定時(shí)，冷裝時(shí)加熱爐加熱過(guò)程能耗大約在1213.56kJ/kg；而445℃進(jìn)行熱裝時(shí)，加熱過(guò)程能耗為919.12kJ/kg，在652℃熱裝，加熱過(guò)程能耗為679kJ/kg，熱裝與冷裝過(guò)程相比，其節(jié)能率分別為24.3%、44%。熱裝溫度提高時(shí)，節(jié)能效率隨之升高。寧鋼在使用熱送熱裝工藝并進(jìn)行優(yōu)化后，成功生產(chǎn)出高溫?zé)o缺陷板坯。經(jīng)優(yōu)化以后，寧鋼板坯熱裝率高達(dá)55%，入爐溫度達(dá)到699℃；同時(shí)間接熱裝率在75%左右，入爐溫度約650℃。在實(shí)行熱送熱裝后，寧鋼降低了氧化燒損，提高了生產(chǎn)效率。舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司生產(chǎn)的鑄坯熱送熱裝率達(dá)52.5%，鑄坯加熱時(shí)間減少0.5h，由之前的涼坯加熱4.0h減少至3.5h。同時(shí)熱送熱裝技術(shù)可以減少噸鋼天然氣的消耗量，熱裝鑄坯每噸節(jié)省15m3，熱裝鋼錠每噸節(jié)省20m3，每年可節(jié)省成本約0.41億元。

青島特鋼一煉鋼廠擁有3條熱送熱裝生產(chǎn)線，熱裝溫度分別在650～750℃、550～650℃和350～500℃，熱裝比例不斷增加。相比天然氣，高爐煤氣成本更低，使用全高爐煤氣加熱鑄坯后，熱裝溫度約為700℃，熱裝率在53.9%左右，煤耗減少141m3/t，節(jié)省煤氣20.7%，成材率增加0.6%。在調(diào)節(jié)優(yōu)化后，青島特鋼把鑄坯熱裝率從現(xiàn)有的52.25%提升至81.63%，同時(shí)成材率提升0.4%，噸鋼煤燃耗節(jié)約13.3kg，減少了生產(chǎn)周期，減輕了庫(kù)存壓力，二次倒運(yùn)費(fèi)節(jié)省6元/t，節(jié)省成本，提高利潤(rùn)。陜西龍鋼采用汽車(chē)運(yùn)輸進(jìn)行熱送熱裝，熱裝率在90%，年入爐平均溫度超過(guò)600℃，最高可達(dá)900℃左右。2007年加熱爐的加熱能力從每小時(shí)50t提升至65t以上，年增產(chǎn)約10萬(wàn)t，其中軋材2萬(wàn)t。氧化燒損量降低，成材率提高了0.3%，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。新疆八一鋼鐵在應(yīng)用熱送熱裝技術(shù)后，熱送熱裝率達(dá)60%左右。當(dāng)下熱軋車(chē)間年軋制能力為300萬(wàn)t熱卷，以冷裝時(shí)消耗煤氣152m3/t，單價(jià)0.35元/m3計(jì)算，熱裝熱送大約節(jié)約10%的煤氣，可節(jié)省成本約957.6萬(wàn)元。從各鋼廠實(shí)際生產(chǎn)情況而言，熱送熱裝作為一種節(jié)能減排技術(shù)被廣泛應(yīng)用于連鑄生產(chǎn)中，使各鋼廠的能源消耗顯著減少，縮短了鋼液到成品流程時(shí)間，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)能力。

2.2熱送熱裝工藝應(yīng)用前景

熱送熱裝技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)100%熱裝，必然會(huì)出現(xiàn)連鑄坯熱-冷或冷-熱混裝。熱-冷混裝指經(jīng)熱裝坯后不間斷，接著裝入冷坯，由于之前按熱裝工藝進(jìn)行加熱，加熱爐無(wú)法瞬間改變加熱條件，緊接著的冷坯也是按熱裝工藝進(jìn)行加熱，冷坯加熱出現(xiàn)不足。當(dāng)溫差不到300℃時(shí)，冷裝坯出爐溫度比較低、斷面溫度不均勻，但仍然在生產(chǎn)許可的范圍之內(nèi)。在熱-冷混裝溫差過(guò)大時(shí)，由于冷坯加熱嚴(yán)重不足，溫度過(guò)低，鑄坯可能會(huì)產(chǎn)生硬心的情況。相應(yīng)地，冷-熱混裝指在一批冷裝坯進(jìn)加熱爐加熱后接著裝熱坯，緊接熱坯在冷坯加熱制度下加熱溫度過(guò)高，反而浪費(fèi)能量，金屬氧化燒損大量增加，甚至出現(xiàn)熱坯溫度達(dá)到加熱爐爐溫，使鑄坯表面的氧化鐵皮再次熔化過(guò)燒。連鑄冷-熱或熱-冷混裝會(huì)降低加熱質(zhì)量，影響熱裝效果。溫差小于300～400℃，影響相對(duì)比較少，但當(dāng)混裝溫差超過(guò)500℃時(shí)，需使用增加混裝時(shí)間間隔等方法，設(shè)法降低鑄坯冷-熱或熱-冷混裝的頻率。在首鋼遷鋼生產(chǎn)中，平均熱裝率大約為55%。耐候鋼基本使用熱裝，管線鋼X70以下鋼種都可以進(jìn)行熱裝，X70、X80等對(duì)性能要求較高的鋼種較少應(yīng)用，由于該鋼種熱裝溫度不易控制，如果溫度在兩相區(qū)，會(huì)發(fā)生板坯脆化現(xiàn)象，因此基本使用冷裝。

汽車(chē)大梁鋼在生產(chǎn)過(guò)程中必須熱裝，因?yàn)楦缓琈n、Nb等元素的鑄坯降溫冷卻過(guò)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生微裂紋，使板坯軋裂概率增加，使用熱送熱裝技術(shù)后可以防止板坯發(fā)生軋裂事故。熱裝率從15%提高到50%，熱、冷裝時(shí)溫度分別為400、100℃，連鑄坯年產(chǎn)量400萬(wàn)t時(shí)，熱裝熱送相比冷裝工藝可節(jié)省成本550萬(wàn)元，降本增效明顯。企業(yè)能否使用熱送熱裝工藝，必須考慮生產(chǎn)的鋼種可否適用。使用熱送熱裝技術(shù)后，減少了加熱爐的燃料消耗，增加了加熱爐產(chǎn)能，優(yōu)化了鑄坯質(zhì)量，同時(shí)減少氧化燒損，提高成材率。熱送熱裝工藝的應(yīng)用目前已經(jīng)成為衡量鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)管理水平的重要指標(biāo)，對(duì)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

3結(jié)論

（1）熱送熱裝技術(shù)自在我國(guó)應(yīng)用以來(lái)取得了巨大的進(jìn)步，熱裝率達(dá)到55%，但與日本90%熱裝率等國(guó)際領(lǐng)先水平相比還有較大的差距。

（2）熱送熱裝技術(shù)的應(yīng)用提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低廠房等資源的占用，降低生產(chǎn)成本，是冶金行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)之一。

（3）熱裝鑄坯溫度升高，加熱爐能耗隨之降低。與冷裝相比，熱裝400～600℃鑄坯可以節(jié)約45%～60%的熱量。熱裝溫度越高，可以節(jié)約的能源就越多，鋼企生產(chǎn)成本進(jìn)一步下降，在達(dá)到降本增效、節(jié)能減排的目標(biāo)的同時(shí)，增加鋼廠的競(jìng)爭(zhēng)力。

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作者:李鵬飛 葛建華 王明林 張慧 單位:鋼鐵研究總院 連鑄技術(shù)國(guó)家工程研究中心