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连铸坯热送热装在节能减排中应用
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。
