國外厚板軋機的裝備技術及發(fā)展現(xiàn)狀

國外厚板軋機的裝備技術及發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國外共有20臺厚式機，其長度為470mm，其中日本9臺，俄羅斯3臺，美國和德國2臺，法國、意大利、韓國和伊朗1臺。這些軋機除伊朗的胡澤斯坦4800mm軋機1999年底建成,韓國浦項的4724mm軋機20世紀80年代末正式投產(chǎn)之外,其它大都在20世紀60~70年代建成。經(jīng)過幾十年的運行和不斷改造,尤其是近十多年來各種新裝備、新工藝、新技術的應用,使這20套厚板軋機中的絕大多數(shù)已成為世界厚板生產(chǎn)的絕對主力。通過對所掌握的各類信息的分析、研究,就目前國外厚板軋機的裝備技術及軋制技術發(fā)展現(xiàn)狀作一個綜述性的介紹。12裝備技術的發(fā)展1.1鋼板的制作厚板軋機從20世紀60年代末到70年代以來,從原來的4000mm增大到4700mm以上,不僅使產(chǎn)品的寬度、長度、厚度增大,而且從技術經(jīng)濟意義上來講,4700mm以上厚板軋機所能達到的各項技術指標是以往的厚板軋機無法達到的,主要體現(xiàn)在:(1)最大鋼錠單重增加如:德國迪林根廠為60t,日本名古屋廠80t,水島廠110t,京濱廠50t。(2)最大板坯單重增加如:德國迪林根廠為25.6t,日本大分廠29.9t,鹿島廠50t。(3)鋼板最大軋制長度增加如:德國迪林根廠為58m,日本水島廠58m,大分廠63m。(4)鋼板最大成品寬度提高4700~5000mm之間的軋機其最大成品板寬為4500~4700mm,而5500mm軋機的板寬可達到5200~5350mm。(5)軋制鋼板最大厚度提高日本水島廠410mm,名古屋700mm。(6)產(chǎn)品最大單重及成材率提高日本水島廠為世界之最,可生產(chǎn)單重85t的特厚板,成材率達到94.9%,其余4700mm以上軋機成材率在92%~94%之間。此外,厚板軋機的另一個主要特點是高剛度、高精度、高軋制力、高功率、大轉矩。軋制速度都在6m/s,牌坊斷面10000cm2左右,4700mm以上軋機的軋制力在7600~10000t之間(德國迪林根的軋制力最大,達10800t),支撐輥直徑在2150~2400mm之間,最大主電機功率2×10900kW。部分厚板軋機的軋機剛度、軋制力、支撐輥直徑,牌坊重量對比見表1,從表1中可以得知,德國迪林根5500mm軋機是目前世界上裝備最好的。1.2板坯加熱系統(tǒng)由于步進式加熱爐加熱板坯質量好,操作靈活,尤其適應生產(chǎn)批量小、品種多、爐溫制度變化大的特點,因而逐漸取代了推鋼式加熱爐,成為厚板生產(chǎn)廠加熱的主要爐型。日本、韓國已全部采用步進式爐,德國米爾海姆增建的2號爐也為步進式。與寬帶鋼熱連軋機相比,厚板生產(chǎn)用步進式加熱爐還有以下主要特點。在結構上,厚板軋機所用的板坯短,都為雙排裝料,并采用雙步進系統(tǒng),由于板坯短,加熱爐的步進梁與固定梁的間距相對較小(450~600mm),因此下部加熱比較困難。日本中外爐公司為此開發(fā)了門型支柱的專利,日本水島、扇島和韓國浦項厚板廠加熱爐均使用了這個專利,較好地解決了板坯下部加熱的問題。若不采用門型支柱解決縱向加熱空間,只能采用側向供熱,以彌補加熱的不足。因此,具有高調節(jié)比性能的可以調節(jié)火焰長度的燒嘴也得到開發(fā)和發(fā)展,如日本君津、鹿島、千葉廠均使用了調節(jié)比達到10∶1的火焰可調燒嘴。由于板坯下部受熱條件差,必須改善水梁絕熱墊塊的材質與結構以降低滑塊黑印。目前絕大多數(shù)厚板生產(chǎn)廠加熱爐中的墊塊高度在150mm左右。此外,在加熱爐節(jié)能技術上也采用了不少措施,如:(1)采用耐火纖維作為絕熱材料,最大限度地降低能耗。(2)延長爐子長度,從而降低爐底負荷。(3)提高熱裝溫度和熱裝比。這方面,日本各廠做得比較突出,如:君津廠熱裝溫度達到500~600℃,熱裝比為70%;水島400~450℃,75%;扇島廠400~500℃,50%;鹿島廠450~500℃,65%。1.3立輥u3000生產(chǎn)線由于在厚板軋機上附設立輥軋機會有效地提高成材率,所以自20世紀90年代開始,立輥軋機被重視起來,一些原先預留有立輥機的厚板軋機紛紛安裝新的立輥軋機,并取得了較好的經(jīng)濟效益。日本以立輥軋機研發(fā)了無切邊厚板生產(chǎn)技術,每邊切邊量控制在20mm以下,采用銑邊加工方式,使板寬精度保持在±0.5mm以內(nèi),滿足了用戶不必再加工的要求。附設立輥軋機雖然會使軋機產(chǎn)能有所下降,但成材率會提高1%~3%。未設立輥軋機時,伯利恒廠成材率僅85%,迪林根廠也只有89%,設立輥的鹿島廠為92%,水島廠是世界上成材率最高的工廠,采用“免切邊立輥”,成材率提高到94%。立輥軋機的布置形式主要是附著在水平軋機入口或出口,如韓國浦項、日本大分厚板廠在四輥軋機入口設立輥,日本水島廠則在軋機出口設立輥,正在使用的立輥軋機普遍有液壓AWC系統(tǒng)。1.4矯直輥縫調節(jié)系統(tǒng)厚板軋機上廣泛應用控軋控冷技術使終軋溫度與冷卻后的鋼板溫度大大降低(450~600℃),從而使鋼板的屈服強度提高很多。因而對熱矯直機的性能提出很高的要求,即在低溫區(qū)對厚板能進行大應變量的矯直工作,這就促進了熱矯直機向高負荷能力和高剛度結構發(fā)展。為提高矯直質量,要求矯直機具備多種矯直功能,由此促使第3代熱矯直機的誕生。其主要特點是高剛度、全液壓調節(jié)及先進的自動化系統(tǒng)。由計算機控制的矯直輥縫調節(jié)系統(tǒng)可根據(jù)鋼板厚度設定調節(jié)上輥組的開口度,以及入口/出口方向和左右方向的傾斜調節(jié)。上輥組可以快速打開、關閉,上矯直輥的彎曲調節(jié)用以糾正鋼板的中間浪和左右邊浪,并且每個上輥和下輥組的入口出口輥可以單獨調節(jié)。20世紀80年代開始至90年代末期,幾個主要的厚板生產(chǎn)廠大都對熱矯直機進行了改造或更新,普遍采用第3代技術,達到了理想的矯直效果。20世紀90年代,日本水島廠將熱矯直機更新為1臺由入口/出口各4個小矯直輥和主體7個大矯直輥組成的可伸縮式矯直機,矯直厚度范圍由原來的9~50mm擴大為4.5~80mm。當矯直薄規(guī)格時15個輥子同時使用,小輥與大輥間可形成最大達1100kN的張力;當矯直厚規(guī)格時,前后各2個上輥抬起。該臺矯直機的矯直力達41000kN,屬于世界上最大的熱矯直機。20世紀80年代末期,三菱重工為日本鹿島廠制造的組合式熱矯直機,矯直厚度范圍從原來的4.5~50mm擴大到4.5~70mm,矯直力達到30000kN。德國迪林根采用德馬克設計的1臺重型9輥輥式熱矯直機,最大矯直力為30000kN,最大壓下量可達5mm,矯直鋼板厚度通常為12~110mm,最大矯直厚度可達300mm。1.5用tmcp工藝生產(chǎn)的鋼板和船板tm用隨著控軋控冷技術的普遍采用,熱處理量趨于減小。管線鋼已不作熱處理,典型的例子是德國米爾海姆廠,98%的產(chǎn)品以TMCP工藝生產(chǎn),原有兩座輥底式熱處理爐已停用。目前,一般抗拉強度σb為520MPa,出服強度σs為360MPa的船用鋼板也不熱處理,甚至D、E級船板也用TMCP工藝生產(chǎn),只有當用戶有特殊要求才進行?；幚怼Ｐ枰獰崽幚淼钠贩N主要是較高強度等級的高強度板、低溫用鋼板、鍋爐和壓力容器板、橋梁板和一些特殊用途的鋼板。熱處理方式主要有?；?、淬火、回火。其中淬火和?；瘜俑邷靥幚?處理時間長,鋼板表面易生成氧化鐵皮。目前已從過去明火加熱的輥底式爐,發(fā)展到采用輻射管加熱的無氧化輥底式爐。進爐前,有的還配以拋丸,去除冷卻、精整中生成的氧化鐵皮。必要時拋丸后還進行表面檢查。目前,采用輻射管加熱的無氧化輥底式爐可處理的鋼板最大厚度為200mm,最大寬度為5400mm,最大長度為26m(如日本的京濱厚板廠),日本水島廠的爐子最長,達91.575m。鋼板回火屬低溫處理,目前普遍仍采用明火加熱的輥底式爐。對于淬火,目前較多的采用輥式淬火機,冷卻速率較均勻,板形也較好。2中壓機技術的發(fā)展2.1增強和改善晶圓面的加工技術控制軋制技術是通過控制加熱溫度、軋制溫度、變形制度等工藝參數(shù)來調整鋼的組織狀態(tài),從而達到改善鋼板性能的一項技術。此項技術20世紀60年代初由日本開始研究,70年代即已成熟。采用控制軋制工藝之目的是通過細化晶粒來提高強度和韌性,而細化晶粒的關鍵是控制950~600℃時的變形量,同時還需增大道次壓下量以取得更好的效果,因而要求厚板軋機的軋制力要大,剛性要高,具備大傳動力矩,在軋制過程中可隨時調整道次和壓下量。目前國外20套4700mm以上的厚板軋機都具備了這方面的要求,可成熟地應用控制軋制技術軋制出性能優(yōu)良的鋼種。20世紀70年代初該項技術剛開發(fā)成功,日本新日鐵大分廠用此技術軋制出具有良好韌性的X65鋼板。20世紀70年代末期,日本、美國、德國等厚板廠開發(fā)了X75和X85的低碳含鈮的低合金高強度高韌性鋼板。20世紀90年代,日本、德國等又利用該項技術開發(fā)了超低碳高錳鈮系列的鋼板,這種鋼板具有細鐵素體、貝氏體和島狀馬氏體混合組織,具有更高的屈服強度和韌性。2.2等軸常在鋼板冷卻技術中的應用控制冷卻技術是控制軋后鋼板的冷卻速度從而達到控制鋼板組織性能的技術,也是由日本率先進行研究并在20世紀70年代中期在軋制管線板時獲得成功的?？乩浼夹g目前之所以在厚板軋機中得到廣泛應用,是因為它比直接由再加熱后的等軸奧氏體加速冷卻產(chǎn)生更大的強韌化效果,并且在可以進一步細化鐵素體的同時使珠光體分布均勻,消除帶狀珠光體并且有可能形成細貝氏體組織。此外,在控制冷卻過程中阻止延遲了碳化物過早析出,使其在鐵素體中彌散,提高鋼板強度而不損害脆性轉化溫度。將控軋技術和控冷技術結合使用,統(tǒng)稱為TMCP技術,由于應用此技術可生產(chǎn)出綜合力學性能和焊接性能均優(yōu)良的鋼板,因此被稱為當今厚板生產(chǎn)中最關鍵的工藝技術。以前此工藝技術主要用于生產(chǎn)高強度船板、管線鋼板。近年來又被用于開發(fā)高層建筑用厚壁鋼板、海洋平臺用鋼板、儲罐用板等,目前采用TMCP工藝技術生產(chǎn)的厚板占全部厚板的比例日本最高,在45%左右。2.3工作輥彎輥裝置板形控制的最終目的是能軋制出切頭、切尾、切邊極少,尺寸偏差極小,齊邊,近似矩形的產(chǎn)品,從而最大限度地減少精整工序。它也是厚板生產(chǎn)過程中不可或缺的一項技術。過去,厚板軋機上主要采用工作輥或支撐輥彎輥裝置進行板形控制,兩者各有優(yōu)缺點,后來采用工作輥彎輥裝置的較普遍。目前,已普遍開始在采用工作輥彎輥裝置的基礎上將應用于熱帶軋機的PC(雙交叉輥技術)、CVC(連續(xù)可變凸度軋機)WRS(工作輥移動技術)應用于厚板軋機。如日本福山廠4700mm軋機和大分廠5500mm軋機,工作輥移動量最大達到1000mm,同時裝有強力工作輥彎輥裝置,WRS主要功能為均勻軋輥磨損,減少軋制板寬的約束。瑞典奧斯陸廠已于1999年初將原來的厚板軋機改造成目前世界上第一臺CVC厚板軋機。這臺軋機主要軋制硬質鋼板,軋制力為100MN,軋機配有很強的彎輥裝置。有關資料顯示,此軋機在板形控制方面取得了較好的效果。20世紀90年代日本君津廠將4724mm厚板軋機改造成PC軋機;1997年新投產(chǎn)的韓國浦項4300mm厚板軋機也采用了雙交叉輥技術,在板形控制方面取得不錯的業(yè)績。2.4mas平面形狀控制方法為了減少鋼板頭與尾的魚尾形與舌頭形、邊部的鼓肚、塌邊及鐮刀彎等不規(guī)整變形的損失,使之接近于矩形鋼板,平面板形控制已成為提高中厚板成材率極為有效的措施?？刂品绞椒矫?不同的生產(chǎn)廠各有特點,但大多數(shù)是由日本川崎水島廠開發(fā)的技術衍生發(fā)展起來的。20世紀70年代末日本川崎水島廠開發(fā)了MAS平面形狀控制法,根據(jù)預測模型在成形和展寬軋制階段對板坯厚度斷面給予變化的壓下量進行形狀控制,使鋼板在軋制終了時的形狀接近矩形。自1978年此項技術應用以來,比傳統(tǒng)方法提高成材率4.4%。1982年左右又開發(fā)了與MAS法大體相同的“狗骨軋制法”。即軋制開始時將板坯厚度斷面頭尾部分軋成斜形,然后展寬軋制和延伸軋制。不僅日本幾套主要的厚板軋機,如君津廠和京濱廠軋機應用了類似于水島廠的MAS平面形狀控制方法,芬蘭、英國、瑞典的厚板軋機也采用了MAS技術。水島廠在開發(fā)MAS基礎上又于1985年研制出TFP技術,軋制“免切邊鋼板”(用銑削床銑邊)也取得了不錯的效果。3其他設備和技術現(xiàn)狀3.1高壓水壓力隨著厚板生產(chǎn)進一步推廣應用TMCP技術,由于鋼中添加微合金元素和加熱爐低溫出鋼,使板坯表面氧化鐵皮粘著力增加,因此除鱗用高壓水的壓力有提高的趨勢。日本的厚板廠大多在20世紀70年代建設的,高壓水壓力一般為15~17MPa,有時除鱗不凈。20世紀80年代新增建的或改造的均采用20MPa以上的壓力,例如瑞典奧斯陸廠為23.5MPa,英鋼聯(lián)為24MPa,德國米爾海姆廠為25MPa,韓國浦項3號厚板軋機為21MPa,伊朗胡澤斯坦廠于2000年投產(chǎn)的4800mm軋機為21.7MPa。為追求除鱗效果,大多生產(chǎn)廠還在除鱗裝置上采取保持上噴嘴至板坯表面距離的恒定和噴射角度的恒定,為避免板坯撞壞上噴嘴,設置了機械導向塊作保護,設置了上集水管快速更換裝置,以免影響軋機作業(yè)效率等。部分厚板廠高壓除鱗水壓力使用情況見表2。3.2鋼板探傷裝置厚板廠絕大多數(shù)都有超聲波探傷裝置,日本大多數(shù)厚板廠還配有2臺。探傷裝置中通道最多的是大分廠,共有280個,以下依次為君津廠238個,名古屋廠216個,京濱廠130個。探傷裝置的布置方式有:(1)在線布置。有的設在冷床出口處,讓鋼板直接通過。如德國的迪林根、米爾海姆、杜依斯堡、日本大分等;也有設在定尺剪后面的,如日本的君津、鹿島等。(2)離線布置。設在精整區(qū)后部,用起重機上卸料,如韓國浦項廠。該裝置的特點是鋼板在輥道上不動,探傷裝置沿鋼板寬度方向來回探傷。(3)旁線布置。設在與剪切線平行的輥道上,如日本的君津、鹿島、扇島、水島等。德國幾個廠除了在線布置、離線布置外,還有人工地面探傷,其型式均為連續(xù)波穿透式,探傷鋼板溫度為250℃左右。目前超聲波探傷裝置和技術都比較先進,尤以日本為最,可檢測出鋼板的縮孔、分層、白點、氣泡、偏析、內(nèi)裂及嚴重的粗晶等內(nèi)部缺陷,也可以發(fā)現(xiàn)表面裂紋,鐵皮過厚等表面缺陷,并可檢測出2mm厚度內(nèi)的缺陷。3.3提高生產(chǎn)質量目前,厚板廠的剪切線一般都由切頭剪、雙邊剪或圓盤剪、剖分剪、定尺剪以及鋼板形狀識別(檢測)、自動標志打印、自動檢測厚度、寬度、平直度等設備組成,并應用自動控制技術,從而使剪切線生產(chǎn)能力和尺寸精度大為提高。剪切機一概采用弧形剪刃的滾切式剪,其中采用雙切邊剪三軸三偏心傳動型式較多。剪