连铸坯热送热装在节能减排中应用

摘要：连铸坯热送热装工艺可以提高产品质量，改进生产效率，是企业节能减排、降本增效最直接有效的方法。结合热送热装技术的历史发展情况，描述了热送热装技术的具体分类、前提条件和显著优势，并就国内钢厂生产实践情况和技术的应用前景进行了简要说明。

关键词：热送热装；节能减排；热量；连铸

随着温室效应愈发明显，环境质量逐渐下降，资源短缺日渐严重，钢铁工业在能源方面的巨大消耗和温室气体的大量排放持续受到关注。另外全球钢铁产量居高不下，市场需求乏力，钢价不断下跌，节约能源、降低成本、提高效益已成为钢铁企业的当务之急。当前国内钢企的整体余热利用率不到40%，而日本等发达国家利用率已达到90%左右，仍存在较大差距。随着连铸工艺的不断发展，钢铁企业为了降低生产成本，提高产品质量，热送热装技术开始迅速发展。连铸坯热送热装是把高温连铸坯经火焰切割后，未经放置冷却，直接送至轧制车间保温处理，或直接进入加热炉并在加热后直接进行轧制的生产工艺。此工艺的应用有效地降低了加热炉能耗，提高了产品产量和生产效率，同时降低了铸坯的氧化烧损，提高了成材率。

1热送热装工艺概述

1.1热送热装工艺发展历程

连铸坯的直装和热装技术起源于美国，效果良好，随后迅速运用到世界各地。1968年，美国McLouthSteel把高温板坯直接装进感应炉加热，走在热装技术的先列。20世纪70年代，爆发石油危机，面对能源短缺的恶劣情况，日本钢铁企业以此为契机，研发连铸坯的热送热装技术并迅速发展应用。日本钢管公司鹤见厂首先应用了连铸坯热装连轧技术，其后日本新日铁公司又研发了近程连铸直接轧制工艺（连铸末端和轧制起点相距130m）及铸-轧远程工艺（连铸末端和轧制起点相距620m）。日本在热送热装的尝试掀起了其他国家和地区对于此工艺研究的浪潮，随后德国克勒克纳钢Bremen厂、法国索拉克公司佛罗伦季厂、奥地利林茨厂、比利时考克里尔公司Chertal厂、美国钢公司大湖厂、意大利塔兰托厂、加拿大多法斯科厂等开始开发应用连铸坯热装技术。在1983年，日本各钢厂平均热送热装约占58%，其中新日铁大分厂占比最高，超过74%。我国热送热装的发展起步于20世纪80年代，武钢最先试用热装热送技术，随后此工艺在国内大规模发展。

截止2004年，武钢在试用了各种方法后，1700热连轧热装率超过了55%，板坯进入加热炉的温度在550℃左右；上海宝钢的热轧热装率超过60%，板坯的入炉温度大约在550～600℃；在使用软件管理提高效率后，武钢2250直装率超过95%，入炉温度基本超过700℃。20世纪90年代，上海宝钢、鞍山钢铁、广东韶钢、山东莱钢等也积极使用了热连轧技术。目前，钢铁行业节能减排不断受到重视，社会舆论不断关注，环境污染不断恶化，热装热送技术必然会在实际应用中不断完善。钢厂实际生产中，由于钢材的种类、成分、尺寸、钢厂生产计划安排等因素的影响，热连轧生产协调难度比较大，因此目前使用热送热装工艺进行大规模生产的钢铁企业还比较少。当前，国内热送热装工艺中主要使用的是热送装炉之后进行轧制。

1.2热送热装工艺分类

为了节约资源，减少排放，减少轧制过程故障，提高生产效率及成材率，减少库存占用，各钢厂已开始积极使用热送热装技术。将热送热装技术按照铸坯入炉温度不同进行分类。

（1）CC-HCR（连铸坯热装轧制ContinuousCast-ing-HotChargingRolling）铸坯温度小于A1并大于400℃，约400～700℃，在铸机和加热炉间设置保温坑，将热的铸坯放进保温坑或暂时放在坯场，保温坑和坯场是铸坯重要的缓冲场所。

（2）CC-DHCR（连铸坯直接热装轧制Continu-ousCasting-DirectHotChargingRolling）铸坯温度在A1～A3之间，大约为700～1100℃，热坯直接进入加热炉后再开始轧制。从金属学的角度分析，此温度时钢坯位于两相区，产生相变并进行加热后钢坯组织为原始奥氏体和相变细化奥氏体的混晶组织，但是微量元素析出和溶解程度不一。

（3）CC-HDR（连铸坯热装直接轧制ContinuousCasting-HotDirectRolling）铸坯温度大于A3小于1100℃，对铸坯在线补热后再进行轧制；金属学特征与CC-DR大体类似，只有小部分微量元素量析出和再溶解。

（4）CC-DR（连铸坯直接轧制ContinuousCast-ing-DirectRolling）一般温度高于1100℃，热坯不经过任何补热直接热轧。由于未经冷却加热和相变再结晶过程，钢坯轧制前保留着粗大的奥氏体晶粒，微量元素Nb、V等未能析出，需在轧制时细化晶粒。

（5）CCR（冷装轧制ColdChargingRolling）将温度在20℃到40℃左右的冷坯装进加热炉加热。

1.3热送热装工艺应用的优点和条件

铸坯切割之后温度基本为800～900℃。与连铸坯冷装相比其优点是：①节约能源。铸坯的入炉温度越高，其能量损失越少；②提高成材率，减少材料成本。热送热装缩短了铸坯加热时间，在温度达标时完全不用加热，降低了铸坯加热过程中的再次烧损，直接提高了生产效率；③优化生产物流，减少板坯库房、劳动成本和运送成本；④由于热坯直接进入加热炉，节省加热炉时间，加快了轧制材料，提高产量。温度在650～1000℃的铸坯直接入炉加热时，加热炉加热效率最高。为了优化节能减排效果，推动热送热装工艺的进步，规定热装温度超过600℃、热装比大于50%是清洁生产的一级标准。另从金属学方向来看，在400℃以上，由于铸坯直接进入保温设备，其组织形态和冷装的铸坯形态基本相同。温度不到400℃时，温度过低，铸坯表面不再被氧化，热装节能效果较差，因此400℃为热装的低温界限。连铸坯热送热装工艺能显著减少铸坯表面氧化，使用良好的控冷控轧工艺可以轧制出性能良好的产品。

连铸轧制过程热送热装工艺的基本条件为：①铸机可以生产缺陷较少或无缺陷的高温坯，辊道运输过程具有保温均热补热的功能；②铸机的产能与轧制能力相匹配，减少轧制等待时间；③炼钢、连铸和轧制过程基本稳定，总体工艺流程具有良好的有效作业率；④铸坯的型号、断面大小与轧钢过程所需钢坯相匹配；⑤建立炼钢、连铸和轧制的一体化管理制度和质量保证体系。热送热装技术具有节能减排的优点，对钢铁行业的稳定持续发展具有重要的意义。

2热送热装工艺节能减排效果

2.1热送热装工艺节能效果

热送热装技术降低了加热炉能耗及热量损失。有统计表明连铸坯入炉温度在500℃左右时，热送热装可以节约能耗0.25106kJ/t，占总燃耗的30%；在600℃时，可节能0.34106kJ/t，节省总能耗的41%；800℃热坯直接进入加热炉，大约节省能耗0.514106kJ/t，节省50%左右能耗。热装与冷装相比：温度增加100℃，加热炉可以节省5%～6%燃料，可减少能耗0.08000～0.12106kJ/t，折合标准和效率的提升，加热炉燃料消耗明显降低。铸坯热装时的温度与节能关系如图1。铸坯节能量随温度升高而增加，因此，生产高温无缺陷铸坯更有助于节能减排，同时对推动热送热装技术的进行具有重要意义。不同温度铸坯在加热炉加热至1200℃时，钢坯获得热焓。从表中可以看出相对常温坯，当铸坯入炉温度分别为200、400、600、800℃时，获得的热焓分别为常温的0.89、0.75、0.58、0.32，加热炉效率一定时，随温度升高，加热过程所获得的焓降低，节省能量比例增加。

连铸坯在加热炉中加热时，表面会有氧化铁皮产生，出现氧化烧损，此现象与铸坯表面温度、加热炉加热时间、加热炉气氛等多种因素有关，其中加热时间和炉温控制的影响最大。热装温度的提高会增加钢坯表面在高温下的停留时间，使烧损率增大，但影响较弱，同时加热时间的增长也会使烧损量增加。加热炉处于最佳节能生产率下，铸坯烧损量随着热装温度的上升呈下降趋势。连铸热连轧可以降低氧化烧损，在冷装时，烧损1.5%～2.0%，有时超过2.5%，采用热装后可降到0.5%～0.7%，金属收得率提高2%～3%。热送热装可以有效减少从钢液到轧制成品的流程时间，缩短加热炉加热时间，优化加热炉和轧制效率。尤其是相较普通的连铸冷坯-装炉-轧制工序而言，缩短了整体工序时间，铸坯不再堆垛缓冷，减少占地面积，加快产品生产速率，提高了效率。

宝钢经过对连铸坯热平衡测试进行研究，发现在保证产量一定时，冷装时加热炉加热过程能耗大约在1213.56kJ/kg；而445℃进行热装时，加热过程能耗为919.12kJ/kg，在652℃热装，加热过程能耗为679kJ/kg，热装与冷装过程相比，其节能率分别为24.3%、44%。热装温度提高时，节能效率随之升高。宁钢在使用热送热装工艺并进行优化后，成功生产出高温无缺陷板坯。经优化以后，宁钢板坯热装率高达55%，入炉温度达到699℃；同时间接热装率在75%左右，入炉温度约650℃。在实行热送热装后，宁钢降低了氧化烧损，提高了生产效率。舞阳钢铁有限责任公司生产的铸坯热送热装率达52.5%，铸坯加热时间减少0.5h，由之前的凉坯加热4.0h减少至3.5h。同时热送热装技术可以减少吨钢天然气的消耗量，热装铸坯每吨节省15m3，热装钢锭每吨节省20m3，每年可节省成本约0.41亿元。

青岛特钢一炼钢厂拥有3条热送热装生产线，热装温度分别在650～750℃、550～650℃和350～500℃，热装比例不断增加。相比天然气，高炉煤气成本更低，使用全高炉煤气加热铸坯后，热装温度约为700℃，热装率在53.9%左右，煤耗减少141m3/t，节省煤气20.7%，成材率增加0.6%。在调节优化后，青岛特钢把铸坯热装率从现有的52.25%提升至81.63%，同时成材率提升0.4%，吨钢煤燃耗节约13.3kg，减少了生产周期，减轻了库存压力，二次倒运费节省6元/t，节省成本，提高利润。陕西龙钢采用汽车运输进行热送热装，热装率在90%，年入炉平均温度超过600℃，最高可达900℃左右。2007年加热炉的加热能力从每小时50t提升至65t以上，年增产约10万t，其中轧材2万t。氧化烧损量降低，成材率提高了0.3%，产品质量稳定可靠，经济效益显著提升。新疆八一钢铁在应用热送热装技术后，热送热装率达60%左右。当下热轧车间年轧制能力为300万t热卷，以冷装时消耗煤气152m3/t，单价0.35元/m3计算，热装热送大约节约10%的煤气，可节省成本约957.6万元。从各钢厂实际生产情况而言，热送热装作为一种节能减排技术被广泛应用于连铸生产中，使各钢厂的能源消耗显著减少，缩短了钢液到成品流程时间，提高了企业的经济效益和生产能力。

2.2热送热装工艺应用前景

热送热装技术无法实现100%热装，必然会出现连铸坯热-冷或冷-热混装。热-冷混装指经热装坯后不间断，接着装入冷坯，由于之前按热装工艺进行加热，加热炉无法瞬间改变加热条件，紧接着的冷坯也是按热装工艺进行加热，冷坯加热出现不足。当温差不到300℃时，冷装坯出炉温度比较低、断面温度不均匀，但仍然在生产许可的范围之内。在热-冷混装温差过大时，由于冷坯加热严重不足，温度过低，铸坯可能会产生硬心的情况。相应地，冷-热混装指在一批冷装坯进加热炉加热后接着装热坯，紧接热坯在冷坯加热制度下加热温度过高，反而浪费能量，金属氧化烧损大量增加，甚至出现热坯温度达到加热炉炉温，使铸坯表面的氧化铁皮再次熔化过烧。连铸冷-热或热-冷混装会降低加热质量，影响热装效果。温差小于300～400℃，影响相对比较少，但当混装温差超过500℃时，需使用增加混装时间间隔等方法，设法降低铸坯冷-热或热-冷混装的频率。在首钢迁钢生产中，平均热装率大约为55%。耐候钢基本使用热装，管线钢X70以下钢种都可以进行热装，X70、X80等对性能要求较高的钢种较少应用，由于该钢种热装温度不易控制，如果温度在两相区，会发生板坯脆化现象，因此基本使用冷装。

汽车大梁钢在生产过程中必须热装，因为富含Mn、Nb等元素的铸坯降温冷却过大时会产生微裂纹，使板坯轧裂概率增加，使用热送热装技术后可以防止板坯发生轧裂事故。热装率从15%提高到50%，热、冷装时温度分别为400、100℃，连铸坯年产量400万t时，热装热送相比冷装工艺可节省成本550万元，降本增效明显。企业能否使用热送热装工艺，必须考虑生产的钢种可否适用。使用热送热装技术后，减少了加热炉的燃料消耗，增加了加热炉产能，优化了铸坯质量，同时减少氧化烧损，提高成材率。热送热装工艺的应用目前已经成为衡量钢铁行业生产管理水平的重要指标，对钢铁行业的可持续发展具有重要意义。

3结论

（1）热送热装技术自在我国应用以来取得了巨大的进步，热装率达到55%，但与日本90%热装率等国际领先水平相比还有较大的差距。

（2）热送热装技术的应用提高产品生产质量，提高生产效率，降低厂房等资源的占用，降低生产成本，是冶金行业重点发展的技术之一。

（3）热装铸坯温度升高，加热炉能耗随之降低。与冷装相比，热装400～600℃铸坯可以节约45%～60%的热量。热装温度越高，可以节约的能源就越多，钢企生产成本进一步下降，在达到降本增效、节能减排的目标的同时，增加钢厂的竞争力。

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作者:李鹏飞 葛建华 王明林 张慧 单位:钢铁研究总院 连铸技术国家工程研究中心