棒線材直接軋制工藝關(guān)鍵問題分析

/棒線材直接軋制工藝關(guān)鍵問題分析2016-10-22

《中國冶金報》

軋鋼之家許宏安近年來，隨著我國對鋼鐵生產(chǎn)能耗和環(huán)保的要求日益嚴(yán)格，業(yè)內(nèi)掀起了開發(fā)低能耗軋制工藝的熱潮。許多棒線材企業(yè)都在現(xiàn)有生產(chǎn)線上試驗提高熱裝率、熱裝溫度，試驗補熱直接軋制、無加熱直接軋制，但很多關(guān)鍵工藝問題沒有得到很好的解決。因此，有必要對國內(nèi)無加熱直接軋制高強度鋼筋生產(chǎn)工藝存在的問題進(jìn)行進(jìn)一步探討。直接軋制和熱送熱裝的分類與發(fā)展真正的直接軋制，應(yīng)是將從連鑄機送來的連鑄坯不經(jīng)任何其他加熱或補熱工序直接軋制成最終產(chǎn)品。然而，多年來，大部分生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝研究和試驗，都在軋制前對連鑄坯進(jìn)行再加熱或者補熱。連鑄坯熱送熱裝和直接軋制技術(shù)是正在發(fā)展中的新技術(shù)，其概念和分類見附表，具體特征如下：連鑄坯無加熱或補熱直接軋制，簡稱CC-FDR，分類為1類。連鑄坯在表面溫度在820℃以上（芯部在960℃以上）的條件下，不經(jīng)任何形式的加熱和補熱，也不用建設(shè)加熱爐，直接被送入軋機軋制。鑄坯軋前未經(jīng)過γ-α-γ相變再結(jié)晶過程，仍保留鑄態(tài)粗大的奧氏體晶粒，微量元素Nb、V等無常規(guī)冷裝爐的析出、再溶解過程，因而須開發(fā)新的軋制工藝來得到晶粒細(xì)化的組織。連鑄坯直接軋制，簡稱CC-DR，分類為2類。連鑄坯在A3溫度以上的條件下不經(jīng)加熱爐，在輸送過程中通過邊角補熱裝置，被直接送入軋機軋制。連鑄坯熱直接軋制，簡稱CC-HDR，分類為3類。連鑄坯溫度在A3以上，鑄坯不經(jīng)加熱爐，在輸送過程中通過補熱和均熱達(dá)到可軋溫度，被直接送入軋機軋制。連鑄坯直接熱裝軋制，簡稱CC-DHCR，分類為4類。連鑄坯溫度在A3以下、A1以上，鑄坯被直接送加熱爐加熱后軋制。由于熱裝溫度較高，它也叫紅送紅裝，加熱爐在連鑄機和軋機間起緩沖作用。連鑄坯熱裝軋制，簡稱CC-HCR，分類為5類。連鑄坯溫度在A1以下、400℃以上，鑄坯不放冷即被送保溫設(shè)備（保溫坑、保溫車和保溫箱等）中保溫，再被送加熱爐加熱后軋制，也叫熱送熱裝。保溫設(shè)備在連鑄機和加熱爐之間起緩沖和協(xié)調(diào)作用。連鑄坯冷裝爐加熱后軋制，簡稱CC-CCR，分類為6類。這是沒有熱送熱裝工藝時的常規(guī)軋制方式。無加熱直接軋制的優(yōu)點與問題無加熱直接軋制的優(yōu)點。直接軋制具有以下優(yōu)點：一是能夠充分利用連鑄冶金熱能，降低能源消耗，起到節(jié)能減排的作用；二是減少加熱爐設(shè)備、耐材、廠房、生產(chǎn)人員的投入；三是減少氧化鐵皮燒損，提高成材率，縮短生產(chǎn)周期，減少鋼坯堆放廠房和運輸設(shè)備的投資；四是鋼坯斷面溫度外低內(nèi)高，有利于軋制成型。從指標(biāo)上講，無加熱直接軋制可以做到“六個零、一提高、一降低”，即二氧化碳排放為零、煙塵排放為零、二氧化硫排放為零、氮氧化物排放為零、加熱氧化燒損為零、加熱燃料消耗為零，不但提高產(chǎn)品性能，而且降低生產(chǎn)成本50元/噸~150元/噸。棒線材無加熱直接軋制工藝存在的主要問題。棒線材無加熱無補熱直接軋制工藝的以下問題亟待解決：一是連鑄坯未經(jīng)過加熱或補熱，在長度方向存在嚴(yán)重的溫度分布不均問題，棒材頭尾屈服強度性能差高達(dá)40MPa，出現(xiàn)抽檢合格而工地檢驗不合格的現(xiàn)象，因而須要均勻同根鋼坯頭尾的性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。二是鑄坯軋前未經(jīng)過γ-α-γ相變再結(jié)晶過程，仍保留鑄態(tài)粗大的奧氏體晶粒，微量元素Nb、V等無常規(guī)冷裝爐的析出、再溶解過程，因而須開發(fā)新的軋制工藝來得到晶粒細(xì)化的組織。三是無加熱爐的緩沖和協(xié)調(diào)作用，煉鋼與軋鋼剛性連接，生產(chǎn)節(jié)奏不匹配，生產(chǎn)相互影響，不可避免產(chǎn)生冷坯，因此，要開發(fā)新的柔性銜接工藝。四是棒線材無加熱無補熱直接軋制，鋼坯經(jīng)常出現(xiàn)850℃左右的溫度，甚至出現(xiàn)820℃的溫度，若放棄不軋，將不利于提高直軋率。這些鋼坯軋制時，軋機軋制負(fù)荷較高，因此，工藝設(shè)備的強度和負(fù)荷必須滿足要求。五是鋼坯溫度過低時無法直接軋制。一般車間連鑄坯送到軋機前，鋼坯轉(zhuǎn)運周期在300秒以上，鑄坯的溫度已降至700℃~800℃。若要減少鋼坯轉(zhuǎn)運過程的溫降，則要提高鋼坯的轉(zhuǎn)運速度。無加熱無補熱直接軋制是一項龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉與眾多技術(shù)領(lǐng)域、多個分系統(tǒng)。其研制工作環(huán)環(huán)相扣，任何一個微小環(huán)節(jié)的失誤，都可能導(dǎo)致整個生產(chǎn)無法順利、高效、穩(wěn)定地進(jìn)行。無加熱直接軋制工藝實踐全連軋棒材生產(chǎn)線無加熱直接軋制工藝。熱送熱裝技術(shù)雖在行業(yè)廣泛應(yīng)用，在節(jié)能減排方面發(fā)揮了很大的作用，但畢竟需要加熱爐補熱，仍消耗少量燃?xì)?，并增加氧化鐵皮。因此，業(yè)內(nèi)始終把無加熱無補熱直接軋制作為一項降低軋鋼工序能耗和制造成本的技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。無加熱無補熱低溫直接軋制技術(shù)應(yīng)用在高強度抗震鋼筋生產(chǎn)線上，其典型工藝包括四機四流連鑄機、出坯輥道、橫向調(diào)配裝置以與軋線，多流連鑄機每流出口處設(shè)置出坯輥道，出坯輥道的末端設(shè)置可橫向調(diào)配坯料的裝置，在橫向調(diào)配裝置與出坯輥道相對的一側(cè)設(shè)置全連軋棒材軋線。經(jīng)過8年的試驗與試產(chǎn)，研究者于2011年研發(fā)了26項技術(shù)，完善了該工藝，并在某鋼鐵企業(yè)的全連軋棒材生產(chǎn)線上得以應(yīng)用，實現(xiàn)了無加熱無補熱弱降溫直接軋制高強度抗震鋼筋的實際生產(chǎn)。該項目至2015年底共生產(chǎn)抗震鋼筋231萬噸，直軋率為95.8%，成材率提高了1.35%，鋼材抗震性能指標(biāo)提高了30MPa，二次氧化燒損為零，氮氧化物、二氧化碳、二氧化硫排放為零，生產(chǎn)成本降低了147.5元/噸。產(chǎn)品性能。某鋼鐵企業(yè)采用該工藝生產(chǎn)的HRB500E鋼材通過了國家建筑鋼材質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心理化檢驗、焊接型式試驗檢測。抽取100批的數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，抗震性能符合率為100%；屈服強度為565MPa，抗拉強度為725MPa，斷后伸長率為22%；強屈比為1.28；冷彎、反彎、焊接性能等全部合格。經(jīng)過60批對比試驗，頭尾平均屈服強度差小于5MPa（某半連軋棒材線調(diào)整做到了尾比頭性能高）。金相數(shù)據(jù)對比顯示，晶粒尺寸邊中比值減小，晶粒總體得到進(jìn)一步細(xì)化。工藝特點。該棒材無加熱無補熱直接軋制工藝的主要特點如下：均勻了同根鋼坯頭尾性能，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；用一定的工藝來得到晶粒細(xì)化的組織；開發(fā)了新的柔性銜接工藝；系統(tǒng)確定了工藝設(shè)備的強度和負(fù)荷，滿足了棒線材無加熱無補熱直接軋制對參數(shù)的要求；連鑄火切裝置到1號軋機的距離可以放長到300米，輥道運送鋼坯線速