超細(xì)晶螺紋鋼連軋生產(chǎn)線的改造

超細(xì)晶螺紋鋼連軋生產(chǎn)線的改造

中國的“高純度鉻材料的重要基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目規(guī)定，未來的鋼鐵公司研究主要目標(biāo)是高純度、高均勻度和詳細(xì)晶體?；诠?jié)約成本、降低成本和回收率的基本原則。目前“新一代鋼鐵材料”研究計(jì)劃已經(jīng)取得重要成果,“鐵素體/珠光體鋼的超細(xì)晶強(qiáng)韌化與控制技術(shù)”這一成果已開始進(jìn)入了推廣應(yīng)用的關(guān)鍵階段。對(duì)鋼筋生產(chǎn)企業(yè)來講,迫切需要解決的是:在不增加生產(chǎn)成本和節(jié)約能源的基本前題下,使鋼材的綜合性能大幅度提高。因此,近年來有一些企業(yè)已開始對(duì)棒材生產(chǎn)線進(jìn)行改造,以滿足生產(chǎn)超細(xì)晶螺紋鋼的要求。為在國內(nèi)同行業(yè)中保持領(lǐng)先地位,就生產(chǎn)超細(xì)晶螺紋鋼,濟(jì)鋼棒材生產(chǎn)線進(jìn)行了設(shè)備和技術(shù)改造,采用整體規(guī)劃設(shè)計(jì),分步改造的方式,為全面實(shí)現(xiàn)超細(xì)晶螺紋鋼生產(chǎn)作了必要準(zhǔn)備。1超細(xì)晶軋?bào)w制改造工藝超細(xì)晶形成的基本原理是利用形變與相變的耦合機(jī)制,其控制技術(shù)是使奧氏體有大的過冷度和累積變形量。對(duì)于連續(xù)式小型型鋼軋機(jī),由于其孔型設(shè)計(jì)基本確定,要通過改變各道次變形量來適應(yīng)控制軋制變形量要求極其困難。軋制工藝參數(shù)中變形制度難于調(diào)整,因此在連續(xù)式小型型鋼軋機(jī)上只能采取控制各軋機(jī)上的軋制溫度來進(jìn)行控制軋制,即控溫軋制。通過控制軋制溫度,使變形條件在一定程度上滿足控軋要求。在生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)超細(xì)晶軋制,必須對(duì)原有工藝作相應(yīng)的調(diào)整。為盡量減少設(shè)備改造的投資,充分利舊,在粗、中軋階段采用常規(guī)的再結(jié)晶熱軋,這樣對(duì)原有的粗、中軋機(jī)基本不作改動(dòng),還可保證軋制過程順行。中軋后通過中間冷卻器的冷卻及溫度均勻化,使進(jìn)入精軋機(jī)的鋼坯溫度控制在Ae3～Ar3。由于精軋階段鋼坯溫度相對(duì)較低,軋制速度較高,再加上累積一定的變形量而誘發(fā)鐵素體相變,通過形變和相變耦合機(jī)制和鐵素體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶獲得細(xì)小的鐵素體晶粒。精軋后經(jīng)進(jìn)一步冷卻,阻止鐵素體晶粒長大。具體的工藝制度為:鋼坯加熱溫度:1000～1150℃(不含微合金元素的鋼);粗、中軋溫度:950～1000℃;中間控冷后溫度:800～850℃;精軋機(jī)組終軋溫度:780～830℃;軋后冷卻終止溫度:500～700℃。2粗中軋、精軋系統(tǒng)濟(jì)鋼棒材生產(chǎn)線由18架軋機(jī)組成,采用150mm×150mm連鑄坯生產(chǎn)圓鋼和螺紋鋼筋,設(shè)計(jì)年產(chǎn)量都在75～80萬t,最高軋制速度18m/s。濟(jì)鋼生產(chǎn)線改造前主要設(shè)備有:熱坯和冷坯爐前上料系統(tǒng)、150t/h雙蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐;粗軋機(jī)組為?550mm×4+?450mm×2平立交替軋機(jī),中軋機(jī)組為?400mm×6,精軋機(jī)組為?320mm×6,中、精軋機(jī)組均為水平軋機(jī);各種功能剪機(jī)3臺(tái)(中軋后2號(hào)切頭剪、精軋后3號(hào)倍尺飛剪、冷床后定尺剪)、步進(jìn)式齒條冷床及其輸入輸出輥道、鏈?zhǔn)捷斔褪占?、打捆及稱重設(shè)備等。粗中軋采用微張力控制,精軋機(jī)組采用6個(gè)立活套實(shí)現(xiàn)無張力控制,所有軋機(jī)傳動(dòng)均采用西門子6RA70裝置及S7系列PLC全數(shù)字控制。生產(chǎn)線軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。3濟(jì)源鋼改革方案的內(nèi)容、初步試驗(yàn)結(jié)果和下一步的改造目標(biāo)3.1內(nèi)容更新(1)u3000解決了“黃粱夢(mèng)”2號(hào)飛剪和“中、高長絲”3架空濟(jì)鋼將生產(chǎn)線的改造目標(biāo)確定為生產(chǎn)超細(xì)晶螺紋鋼筋,對(duì)原有軋制線進(jìn)行了較大的改造:原有6架粗軋機(jī)不變,中、精軋更換為12架最新型的第5代短應(yīng)力線高剛度軋機(jī),其中中軋機(jī)為?450mm×6、精軋機(jī)為?350mm×6共兩個(gè)機(jī)組,形成全連軋生產(chǎn)線,布置形式為6+6+6平立交替,其中精軋14、16、18這3架軋機(jī)為平立可轉(zhuǎn)換軋機(jī)。新增1號(hào)切頭飛剪,加大了2號(hào)、3號(hào)飛剪的能力。軋機(jī)主傳動(dòng)大部分利用現(xiàn)有不變,將16、17、18架主電機(jī)更換為1500、1200、1500kW,見表2。中、精軋機(jī)減速機(jī)更換為硬齒面高強(qiáng)度減速機(jī)。自動(dòng)化根據(jù)新增設(shè)備的工藝要求在現(xiàn)有的控制基礎(chǔ)上進(jìn)行完善,中軋前5架之間采用微張力連軋,5架與6架之間設(shè)置一立活套,中精軋之間設(shè)置一側(cè)活套,精軋機(jī)組每架軋機(jī)之間均設(shè)置立活套,形成無張無扭軋制,軋機(jī)最大速度可達(dá)18m/s。增加了切分導(dǎo)衛(wèi),可實(shí)現(xiàn)?10mm四切分,?12mm、?14mm三切分,?16mm及?18mm兩切分軋制。還增加了與軋機(jī)相配套的液壓站、稀油站及部分輥道等。改造后的生產(chǎn)線平面布置如圖1所示。(2)冷卻裝置布置新增中、精軋之間中間控制冷卻和精軋后控制冷卻系統(tǒng)。中間控制冷卻設(shè)一線,長9m;軋后控制冷卻設(shè)四列水冷器,長18m,可滿足四線切分軋制。冷卻器能快速更換,以冷卻不同規(guī)格范圍的棒材。水箱與輸送輥道共同安裝在橫移小車上,水箱與軋線平行布置。當(dāng)不使用水冷器時(shí),可及時(shí)更換為輸送輥道,將軋件直接送入冷床。冷卻裝置布置示意見圖2。根據(jù)超細(xì)晶螺紋鋼筋生產(chǎn)工藝的要求,在中軋和精軋機(jī)組間要有足夠的距離,以便設(shè)置中間冷卻裝置并保證一定的返溫均溫距離。冷卻設(shè)備要有強(qiáng)的冷卻能力并保證軋件的順利通過。本冷卻器采用的是湍流管式冷卻器,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。高壓水以一定角度噴入湍流管,形成螺旋式前進(jìn)的水流,而湍流管內(nèi)部的收擴(kuò)型結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)部環(huán)流,一方面有利于高壓水流沖破棒材表面的蒸汽膜,提高冷卻能力,另一方面有利于提高冷卻均勻性。在水冷器的出口處安裝有氣封噴嘴,以防止棒材出水冷器后有水附著在棒材表面上,從而影響棒材全長的質(zhì)量均勻性。(3)供水系統(tǒng)新建一套獨(dú)立的冷卻水循環(huán)處理系統(tǒng),含過濾、冷卻、除油、泵組等裝置,最大供水量為650m3/h,水壓為1.6～2.0MPa。(4)程控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成控制冷卻的自動(dòng)控制系統(tǒng)由檢測(cè)儀表、基礎(chǔ)自動(dòng)化和工藝過程控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成。檢測(cè)儀表負(fù)責(zé)對(duì)冷卻水參數(shù)的測(cè)量,經(jīng)過計(jì)算、分析、處理后,由過程控制機(jī)按控制冷卻規(guī)程對(duì)各參數(shù)進(jìn)行控制,最終實(shí)現(xiàn)控制軋件的冷卻速度和終冷溫度。3.2試驗(yàn)結(jié)果及效果第一步改造完成后進(jìn)行了工藝試驗(yàn),濟(jì)鋼采用20MnSi生產(chǎn)?25mm螺紋鋼,試驗(yàn)了噸鋼加0.2kg鈮鐵(相當(dāng)于常規(guī)含量的一半)和不加鈮鐵的對(duì)比試驗(yàn),化學(xué)成分見表2。試驗(yàn)中用水量475m3/h,水壓1.5MPa,軋制速度14.5m/s,經(jīng)批量生產(chǎn)試驗(yàn)已取得了良好的結(jié)果,力學(xué)性能見表3。宣鋼試驗(yàn)了用20MnSiNb生產(chǎn)?12～32mm螺紋鋼,噸鋼加0.65kg鈮鐵。化學(xué)成分見表4。試驗(yàn)中冷卻水量250～280m3/h,水壓0.5～0.8MPa,鋼的力學(xué)性能見表5。從上述表中可以看出:(1)在濟(jì)鋼的生產(chǎn)條件下,不加Nb鐵和加少于1/2量Nb鐵,最終力學(xué)性能都達(dá)到國標(biāo)的要求。按節(jié)省1/2量Nb鐵計(jì)算,噸鋼至少降低成本20～25元(Nb鐵按10.8萬元/t計(jì)算),與用釩氮合金相比,成本更可大幅度降低。(2)由于加入少量Nb及采用軋后冷卻,鋼筋的主要強(qiáng)化機(jī)制是細(xì)晶強(qiáng)化和相變強(qiáng)化,成分和力學(xué)性能都滿足國標(biāo)要求。3.3精軋機(jī)組冷卻濟(jì)鋼棒材生產(chǎn)線進(jìn)行了第一步改造,如對(duì)中、精軋機(jī)及減速機(jī)、電機(jī)和2號(hào)飛剪等硬件設(shè)備進(jìn)行了必要的改造,制定了相應(yīng)的孔型和溫度制度,并且在中軋機(jī)組后建立了中間冷卻以及軋后冷卻裝置,以控制進(jìn)入精軋機(jī)組鋼筋的溫度,使鋼坯冷卻到奧氏體臨界溫度附近進(jìn)行精軋機(jī)組的軋制,為生產(chǎn)超細(xì)晶螺紋鋼筋奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。如果有條件可進(jìn)一步改造成全流程低溫控軋控冷生產(chǎn)線,這樣可節(jié)省大量的加熱爐能耗,降低鋼在加熱過程中的氧化燒損,還可降低中間冷卻裝置的冷卻強(qiáng)度,但要對(duì)粗軋機(jī),以及中軋機(jī)部分設(shè)備進(jìn)行較大的改造,實(shí)施的難度較大,需要進(jìn)一步資金投入。4過起步改造效果(1)在現(xiàn)有的棒材連軋生產(chǎn)生產(chǎn)線上,在基本不影響生產(chǎn)的前提下,分步實(shí)現(xiàn)超細(xì)晶螺紋鋼生產(chǎn)線的改造是可行的。