年產(chǎn)80萬噸合金鋼小型棒材生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)的綜述

1、年產(chǎn)80萬噸合金鋼小型棒材生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)的綜述1. 引言小型棒材一直是我國消費(fèi)量最大的鋼材品種，并且一直以較高速度增長，近20年來，小型棒材產(chǎn)量占鋼材的總產(chǎn)量的 23.5%27.7%。本文綜述了我國棒材生產(chǎn)工藝及設(shè)備狀況， 介紹 了我國近年來棒材生產(chǎn)工藝及設(shè)備的發(fā)展，分析了我國棒材生產(chǎn)的需求和發(fā)展趨勢。2. 我國棒材發(fā)展現(xiàn)狀鋼鐵材料以其所具有的特性一較高的強(qiáng)度和韌性、易加工成型性、綠色可循環(huán)性在未來時(shí)期線棒材所占比例將有所下降,內(nèi)仍將是重要的結(jié)構(gòu)材料。隨著我國汽車制造、電氣機(jī)械、船舶制造工業(yè)的發(fā)展，板材、管 材在鋼材中所占的比例將逐漸提高，線棒材所占比例將有所下降，但其絕對值仍在上升。國目前

2、線棒材生產(chǎn)有如下特點(diǎn)：（1）產(chǎn)能高（年22%我國線棒材無論是軋機(jī)數(shù)量，還是產(chǎn)量居世界第一位，而且其產(chǎn)量還在以較快速度增長 平均增長速度為15%左右），我國是小型、線材生產(chǎn)第一大國，也是消費(fèi)第一大國，目前我 國線棒材占鋼鐵總產(chǎn)量的48%50%。與此同時(shí)，美國同期線棒材產(chǎn)量占鋼鐵總產(chǎn)量的左右，日本同期限棒材產(chǎn)量占鋼鐵總產(chǎn)量的27%左右，而且?guī)啄陙懋a(chǎn)量相對平穩(wěn)。因此我國線棒材無論是所占鋼材總產(chǎn)量的比例還是絕對產(chǎn)量均高于美國和日本。（2）管理水平逐年提高般連續(xù)小型及高速線材軋機(jī)投產(chǎn)后兩近年來，我國線棒材廠總體生產(chǎn)管理水平不斷提高，年左右即能達(dá)到或超過設(shè)計(jì)產(chǎn)量。3生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展概況 國外棒線材生產(chǎn)工藝的發(fā)

3、展集中在工藝的短流程、軋材性能的高品質(zhì)化、品種規(guī)格的多樣化、控制手段的智能化等方面。結(jié)合課題年產(chǎn)80萬噸棒材計(jì)劃，其生產(chǎn)工藝應(yīng)主要考慮連鑄坯直接熱裝、提高開坯及粗軋能力、增加坯料重量、實(shí)現(xiàn)低溫軋制和控制軋制、逐步實(shí)現(xiàn)全線平/立交替無扭軋制、小規(guī)格多線切分軋制、軋后多段穿水冷卻、高剛度軋機(jī)和高精度軋制 以及軋制大盤卷。（1）連鑄坯熱送連鑄坯熱送連鑄連軋是當(dāng)今冶金工業(yè)的發(fā)展方向。實(shí)現(xiàn)熱送熱裝可作為連鑄連軋的第一步 熱送連鑄坯的溫度 400C ,即能達(dá)到一定的節(jié)能效果。采用直接熱裝的優(yōu)點(diǎn)是： 減少加熱爐燃料消耗，提高了加熱爐的產(chǎn)量，可降低燃料消耗30% 45%。中國鋼鐵工業(yè) 10年來產(chǎn)量翻了一番，而

4、鋼鐵工業(yè)總能耗僅增加了 34% ,這是10年來中國鋼鐵工業(yè)持續(xù)增 長的一個(gè)重要原因。其中采用連鑄連軋帶來的能源大量節(jié)約是功不可沒的。 減少加熱時(shí)間及金屬消耗 ，一般可比冷裝減少 0. 1% 0. 3%的金屬消耗。 減少了鋼坯庫存量、廠房面積和起重設(shè)備，減少人員、降低建設(shè)投資和生產(chǎn)成本。 縮短了生產(chǎn)周期。 生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，直接熱裝還可以減少鋼坯表面裂紋，提高金屬收得率。（2）低溫軋制低溫軋制是將鋼坯加熱到低于常規(guī)加熱溫度進(jìn)行的軋制?，F(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)由連鑄到精軋過程中，大約總能耗的70%80%用于加熱爐的燃料（指冷坯加熱）。采用低溫軋制的主要目的是 為了大幅度降低鋼坯加熱能耗，減少金屬燒損。根據(jù)測算

5、，在1100C范圍內(nèi)，鋼坯溫度提高100 C，加熱爐燃料提高 18%20%，金屬燒損增加1%2%。但降低加熱溫度，實(shí)現(xiàn)低溫 軋制，相應(yīng)的加大軋機(jī)強(qiáng)度和增加電機(jī)功率，綜合平衡后仍可節(jié)能20%。實(shí)現(xiàn)低溫軋制的關(guān)鍵是開坯軋機(jī)的能力問題。只要開坯軋機(jī)有足夠的能力，在軋機(jī)塑性允許的范圍內(nèi)，適當(dāng)降低鋼坯的加熱溫度，實(shí)現(xiàn)軋鋼節(jié)能是完全可行的，且經(jīng)濟(jì)效益較熱送熱裝更為明顯。低溫軋制的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)組織的細(xì)化將生產(chǎn)細(xì)化的晶粒尺寸；避免碳鋼發(fā)生正火；改善了低溫韌度；可獲得良好的力學(xué)性能； 提高疲勞強(qiáng)度；較好的表面質(zhì)量；并通過控制冷卻工藝使鋼材得到理想的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。（3）控制冷卻工藝開啟的集管組數(shù)受到瞬時(shí)最大水量的顯

6、著提高產(chǎn)品質(zhì)量?？乩涮幚砗蟮钠胀ǖ?通過穿水冷卻，在線棒材表面形成粗大 從中心到表面逐漸擴(kuò)散，最終在冷床上空 最終冷卻階段?？刂评鋮s的任務(wù)是通過控冷輥道速度和集管水量的控制實(shí)現(xiàn)軋件的加速冷卻控制及實(shí)現(xiàn)軋 件所要求的開冷溫度、終冷溫度和冷卻速率?？刂评鋮s的基本策略是，根據(jù)軋件目標(biāo)冷卻速 率，確定單位集管流量； 根據(jù)目標(biāo)開冷溫度、 終冷溫度和冷卻速率，迭代計(jì)算控冷輥道速度 和開啟的集管數(shù)目，其中輥道速度盡量大，以減少軋件長度方向的開冷溫度不均勻性，但又 需要考慮到控冷區(qū)前后輥道長度對軋件升降速的限制； 限制。控制冷卻工藝的應(yīng)用可在減少成本的同時(shí)， 碳鋼就能夠替代微合金鋼及低合金鋼通過穿水淬火， 馬

7、氏體，然后通過線材內(nèi)部殘余熱量進(jìn)行自回火， 冷。即經(jīng)過3個(gè)熱處理階段：淬火階段、回火階段、（4）切分軋制切分軋制是在軋制過程中，用軋輥或其他設(shè)備將軋件沿縱向分成兩條或多條軋制，從而將延伸系數(shù)減小到原來的1/ 2，1/ 3或1/ 4與傳統(tǒng)的單線軋制相比，生產(chǎn)同樣的產(chǎn)量切分軋制 的軋件長度短，延伸系數(shù)小，軋制道次減少，從而減少純軋時(shí)間。切分軋制的主要優(yōu)點(diǎn)： 可采用較大規(guī)格尺寸鋼坯，直接軋制小規(guī)格產(chǎn)品，減少鋼坯規(guī)格種類； 對小斷面鋼材可采用較低的軋制速度； 用同樣尺寸坯料生產(chǎn)同樣規(guī)格產(chǎn)品，采用切分軋制，可以減少道次； 用切分軋制可均衡大小規(guī)格產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，而常規(guī)軋制由于大小規(guī)格產(chǎn)品小時(shí)產(chǎn)量相差懸殊

8、，造成加熱爐和主電機(jī)選擇困難。（5）無頭軋制工藝這種軋制 消除了棒材生產(chǎn)線上的短尺、減少咬鋼次數(shù)，使堵鋼的可 減少設(shè)備維護(hù)和備件需求，20世紀(jì)90年代中期，由日本 NKK及意大利達(dá)涅利公司分別開發(fā)成功的無頭軋制新技術(shù)， 引起了軋鋼技術(shù)的一場革命。該技術(shù)具有產(chǎn)量高、成材率高、軋制穩(wěn)定、降低消耗等優(yōu)點(diǎn)。 無頭軋制技術(shù)是指在加熱爐出口側(cè)將鋼坯兩端焊接起來，軋制一根無限長的鋼坯。方法由于消除了鋼坯之間的時(shí)間間隔，消除了軋件的切頭切尾，降低成本。鋼坯頭尾采用閃光焊連接，閃光焊短尾或線材盤卷頭尾修剪，可按用戶需要生產(chǎn)不同重量的盤卷， 能性更小，減少了停機(jī)時(shí)間，而且穩(wěn)定軋制使設(shè)備受的沖擊減少， 延長了消耗件

9、的壽命，因此可大大提高產(chǎn)量、接后用力將鋼坯端頭對接，焊接區(qū)的液態(tài)金屬被擠出來，保證了焊接區(qū)的質(zhì)量。這種軋制方 法由于消除了坯料間隔時(shí)間，從而增加了純軋時(shí)間，提高了金屬的收得率?！?】（6）軋后多段穿水冷卻軋件從精軋機(jī)軋出后采用穿水冷卻工藝是提高產(chǎn)品綜合機(jī)械性能的重要手段，主要用于螺紋鋼的軋制。穿水冷卻裝置由數(shù)個(gè)冷卻箱組成，水冷箱是由微機(jī)與溫度檢測裝置和各種閥門組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，達(dá)涅利公司提供的穿水冷卻設(shè)備為一段正體式有四個(gè)通道。精軋機(jī)組輸出的軋件，進(jìn)入水冷箱，進(jìn)行在線余熱淬火處理，即軋件經(jīng)過水冷箱水冷， 使其表面溫度急劇降低到300C左右。由于急劇冷卻，在軋件表面形成馬氏體組織，然后芯部熱量

10、散出對表 面馬氏體組織產(chǎn)生回火作用，形成回火馬氏體。芯部為細(xì)晶粒的珠光體+鐵素體組織，該組織結(jié)構(gòu)能顯著地提高棒材的屈服強(qiáng)度和韌性，并具有良好的可焊性?！?14設(shè)備發(fā)展趨勢及國內(nèi)各家棒材生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)狀況對比4.1近年來，國際上小型軋機(jī)的發(fā)展趨勢是 ：10 一 25m/s,最高達(dá)(1) 軋機(jī)多為平一立輥連續(xù)布置，全線無扭軋制。精軋機(jī)出口速度為 36m/s。每套軋機(jī)的年產(chǎn)量 3060萬t,個(gè)別工廠達(dá) 80萬t。(2) 一般為單線生產(chǎn)，有的為棒線復(fù)合軋機(jī)，多數(shù)鋼廠采用各種類型的高剛度軋機(jī)。(3) 以連鑄坯為原料， 連鑄坯的斷面為 100mm X 100mm 一 220mm x 220mm,單重為13

11、t。 連鑄坯的熱裝技術(shù)日臻成熟。(4) 大多采用步進(jìn)式加熱爐，并用微機(jī)控制。(5) 廣泛采用切分軋制法生產(chǎn)較小斷面鋼筋。(6) 控軋、控冷技術(shù)逐漸推廣。(7) 采用高效率的精整設(shè)備?！?14.2國內(nèi)各家棒材生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)狀況對比(1 )河北唐鋼唐山鋼鐵股份有限公司1994年由意大利達(dá)涅利公司引進(jìn)了具有90年代先進(jìn)水平的全連續(xù)式棒材生產(chǎn)線,設(shè)計(jì)年產(chǎn)量60萬噸。其中精整設(shè)備除了冷剪、打包機(jī)為達(dá)涅利制造外，其余均為國內(nèi)配套制造，電氣及自動化控制系統(tǒng)由美國通用電氣公司提供。加熱爐為全梁步進(jìn)式加熱爐 ，產(chǎn)量為150t/h,步進(jìn)周期為45s,燃料為重油和煤氣。 加熱爐使 用部分熱送熱裝連鑄坯。而轉(zhuǎn)爐煤氣與

12、重油混燒技術(shù)的采用使唐鋼首次將轉(zhuǎn)爐煤氣全部回收 利用。粗、中、精軋機(jī)組分別設(shè)置6軋機(jī)，實(shí)現(xiàn)全連續(xù)無扭軋制。粗軋機(jī)為懸臂式BSS軋機(jī),規(guī)格為?685X 4、？510X 2;中、精軋機(jī)為短應(yīng)力線整體更換軋機(jī)，規(guī)格為？ 460X 6、？430X 2、?365X 4。14#、16#和18#軋機(jī)均為平-立可轉(zhuǎn)換軋機(jī)。全線軋機(jī)呈平-立交替布置。 1#10#軋機(jī)采用電流記憶法微張力軋制，11#18#軋機(jī)采用7個(gè)立活套實(shí)現(xiàn)無張力軋制，軋線采用計(jì)算機(jī)自動控制，實(shí)現(xiàn)單線全連軋。同時(shí)，該廠采用低溫軋制技術(shù)，鋼坯開軋 溫度僅為950 C。另外，用165mm 165mm方坯軋制？12mm和？14mm帶肋鋼筋時(shí)采用 3線

13、 切分，生產(chǎn)？16mm帶肋鋼筋時(shí)采用2線切分。(2 )安徽馬鋼馬鋼公司新建的60萬噸全連續(xù)棒材生產(chǎn)線于 1998年12月正式投產(chǎn)，至1999年3月底已 生產(chǎn)近8萬噸圓鋼和帶肋鋼筋。該生產(chǎn)線的主要工藝技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備由意大利POMINI公司提供，電控技術(shù)及主要電控設(shè)備由瑞典ABB電氣公司提供，加熱爐及其前后輔助設(shè)施由馬鞍山鋼鐵設(shè)計(jì)院自行設(shè)計(jì)。軋機(jī)具有20世紀(jì)90年代國際先進(jìn)水平。加熱爐是側(cè)進(jìn)側(cè)出梁底步進(jìn)式加熱爐為雙框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)部尺寸為23. 8m X 16. 8m,額定產(chǎn)量150t / h,最高產(chǎn)量170t / h,燃料為高、焦?fàn)t混合煤氣。全線共 18架軋機(jī)，粗、中、精軋機(jī)組各6架，均為無牌坊、短

14、應(yīng)力線、高剛度“紅圈”軋機(jī)，呈平-立交替布置。1#10#軋機(jī)間實(shí)現(xiàn)微張力軋制，10#18#軋機(jī)間采用立式可控活套 ，實(shí)現(xiàn)無張力軋制，從而全線 實(shí)現(xiàn)了無扭、微張力或無張力軋制。第14架和第16架軋機(jī)為平-立可轉(zhuǎn)換軋機(jī)。該軋機(jī)采用大斷面連鑄坯“一火成材”，開軋溫度僅為950C ,并且14架軋機(jī)在國內(nèi)首次采用了平輥軋 制，選用的兩種規(guī)格方坯，只需調(diào)整14架的輥縫在第 5架即可實(shí)現(xiàn)孔型共用。生產(chǎn)?12mm、?14mm、?16mm螺紋鋼筋時(shí)采用2線切分軋制技術(shù)，軋制a 12mm規(guī)格也可采用 3線切分。精軋機(jī)組后設(shè)有穿水冷卻裝置，熱軋件按Thermex工藝?yán)鋮s。(3 )湖南漣鋼漣鋼新建的年產(chǎn)40萬噸全連續(xù)

15、棒材生產(chǎn)線于 2001年4月12日正式投產(chǎn)。其主要工藝技 術(shù)、機(jī)械設(shè)備、電氣及自動控制裝置由國外提供，加熱爐及其前后輔助設(shè)施由重慶鋼鐵設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。軋機(jī)具有 20世紀(jì)90年代國際先進(jìn)水平。加熱爐采用爐內(nèi)懸壁輥側(cè)進(jìn)側(cè)出步進(jìn)梁 式加熱爐，有效尺寸為19. 04m X 12. 76m,步進(jìn)周期40s。采用煤氣加熱，額定產(chǎn)量為130t / h (冷裝)、1 50t / h(熱裝)。全線共20架軋機(jī)，呈平-立交替布置。初軋機(jī)為 ？550mm X 4、?450mmX 2閉式軋機(jī)，中軋機(jī)（7#12# ）為a 450mm X 2閉式軋機(jī)和?450mm X 4高 剛度軋機(jī)，精軋機(jī)（13#20# ）為？350mm

16、X 8高剛度軋機(jī)。1#11#軋機(jī)間實(shí)現(xiàn)微張力軋 制，11#20#軋機(jī)間米用立式可控活套，實(shí)現(xiàn)無張力軋制。16#、18#為平立可轉(zhuǎn)換式機(jī) 架。該生產(chǎn)線采用了低溫軋制技術(shù)、切分軋制技術(shù)和無頭軋制技術(shù)。開軋溫度僅為950 C。軋制?14mm和？16mm帶肋鋼筋時(shí)，采用2切分，軋制?12mm規(guī)格時(shí)采用3切分。另外 在第一道軋制前設(shè)置了由意大利達(dá)利涅公司引進(jìn)的無頭軋制技術(shù)，焊接機(jī)運(yùn)行速度與第一道同步，焊接周期為45S，同時(shí)可完成去毛刺任務(wù)，焊接處材質(zhì)與母材性能完全一致。全線共4臺飛剪，倍尺飛剪由計(jì)算機(jī)控制，以保證入冷床的倍尺不至于過短，提高了冷床利用率。 定尺剪為精度較高的冷定尺剪。包裝階段采用了自動計(jì)

17、數(shù)裝置。（4 ）河北石鋼石鋼公司引進(jìn)的60萬噸棒材連軋生產(chǎn)線，2000年3月18日進(jìn)行熱負(fù)荷試車，同年5月開 始試生產(chǎn)。該生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)、軋線的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)由意大利T ECHINT POMINI公司負(fù)責(zé)，電氣控制系統(tǒng)由德國 SIEMENS公司完成，加熱爐設(shè)計(jì)由法國 STEIN HEURTEY 公司完 成，生產(chǎn)線的工廠設(shè)計(jì)由北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院完成。整條生產(chǎn)線具有90年代末期國際先,有效面積為 24m X 12. 8m, 170t / h。入爐輥道中設(shè)有坯料18架軋機(jī)，全部為二輥RR455、RR445型。粗軋機(jī)組 中軋機(jī)組為 ？520/ 450mm X進(jìn)水平，并為將來實(shí)現(xiàn)熱送熱裝、高線大盤卷生

18、產(chǎn)、型材生產(chǎn)、無頭軋制、在線測徑等工藝 和技術(shù)預(yù)留了足夠的位置。加熱爐是單排裝料側(cè)進(jìn)側(cè)出加熱爐 燃燒高、焦?fàn)t混合煤氣，額定加熱能力150t / h,最大產(chǎn)量為 稱重測長裝置。加熱爐裝配有汽化冷卻系統(tǒng)和二級燃控系統(tǒng)。全線 短應(yīng)力線軋機(jī)，即POMINI的“紅圈”軋機(jī)，分別為RR464、 為？580/480mm X 760mm X 4+?600/ 500mm X 760mm X 2,750mm X 3 + ?440/370mm X 750mm X 3,精軋機(jī)組為 ？365/ 310mm X 650mm X 6。精軋機(jī)組的 14#、16#和18#軋機(jī)為平立可轉(zhuǎn)換軋機(jī)。全線軋機(jī)呈平立交替布置，可實(shí)現(xiàn)棒材

19、的連續(xù)無18#軋1/6架。扭軋制。1#10#架軋機(jī)為微張力軋制，10#18#架為立活套控制無張力軋制。機(jī)后安裝了德國BRUNORICHT ER公司的移動式在線測徑儀。產(chǎn)品尺寸偏差可達(dá)到3DIN標(biāo)準(zhǔn)公差范圍的水平。該軋線還留有備用機(jī)架：粗軋2架、中軋6架、精軋?jiān)撥埦€具備了低溫軋制的條件。石鋼棒材生產(chǎn)線的大部分鋼種可在950C1020 C范圍內(nèi)開軋。小規(guī)格帶肋鋼筋（？10?16mm）采用切分軋制，其中？10?12mm的帶肋鋼筋采用3線切分，？14?16mm規(guī)格的采用2線切分。水冷線采用T HERMEX 專利技術(shù)，閉環(huán)控制， 可將軋件表層由950C劇冷到250C ,在軋件表層一定深度內(nèi)馬氏體組織。具進(jìn)齒條式冷床，床面尺寸為120m X 12. 5m。由意大利OMV公司提供的自動打捆機(jī)可打單道也可打雙道，對扁鋼和大規(guī)格圓鋼還可打方捆。全軋線的自動化控制系統(tǒng)由德國SIMENS公司設(shè)計(jì)制造。一級系統(tǒng)為基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)，二級系統(tǒng)為過程控制系統(tǒng)。（5 ）江蘇沙鋼沙鋼1999年4月建成一條具有90年代國內(nèi)領(lǐng)先水平的小規(guī)格全連續(xù)棒材生產(chǎn)線，年設(shè)計(jì)能力40萬噸。1999年5月試生產(chǎn)后，用切分軋制生產(chǎn)？10?1