工藝技術_畢業(yè)設計之軋鋼生產(chǎn)中新技術的應用

2010屆學生畢業(yè)設計(論文)材料 成型0701韓傳利學號 學 生 畢 業(yè) 設 計（論 文）課題名稱軋鋼生產(chǎn)中的新技術的應用專業(yè)班級材料成型與控制技術0701姓 名韓傳利系 部冶金學院實習單位青島鋼鐵集團指導教師陸鳳君 2010年 5 月 28 日【論文摘要】介紹了近年來軋鋼生產(chǎn)中圍繞節(jié)能、降耗、提高產(chǎn)品質量和軋制生產(chǎn)連續(xù)化、自動化所采用的一些新技術，包括一些軋鋼生產(chǎn)中的共性技術及不同產(chǎn)品的新工藝、新技術【關鍵詞】軋鋼,節(jié)能,降耗,產(chǎn)品質量,新技術，控制軋制，控制冷卻，控軋控冷工藝1 前 言近年來，軋鋼生產(chǎn)中所涌現(xiàn)的新技術、新工藝主要是圍繞節(jié)約能源、降低成本、提高產(chǎn)品質量、開發(fā)新產(chǎn)品所進行的1。在節(jié)能降耗上，主要技術是：連鑄坯熱送熱裝技術、薄板坯連鑄連軋技術、先進的節(jié)能加熱爐等；在提高產(chǎn)品性能、質量上，主要技術是：TMCP技術、高精度軋制技術、先進的板形、板厚控制技術、計算機生產(chǎn)管理技術等；在技術裝備上，主要是大型化、連續(xù)化、自動化，即熱軋帶鋼、冷軋帶鋼的連續(xù)化，實現(xiàn)無頭軋制、酸軋聯(lián)合機組、連續(xù)退火及板帶涂層技術等。這些技術的應用可極大地提高產(chǎn)品的競爭能力。2 以節(jié)能降耗為目標的新技術2.1 連鑄坯熱送熱裝技術連鑄坯熱送熱裝技術是指在400以上溫度裝爐或先放入保溫裝置，協(xié)調連鑄與軋鋼生產(chǎn)節(jié)奏，然后待機裝入加熱爐。在軋鋼采用的新技術中熱送熱裝效益明顯，主要表現(xiàn)在：大幅度降低加熱爐燃耗，減少燒損量，提高成材率，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期等。我國20世紀80年代后期開始首先在武鋼進行熱送熱裝試驗，90年代寶鋼、鞍鋼等在板帶軋制中試驗，并逐步采用了熱送熱裝技術。90年代中期以后我國棒線材大量采用了熱送熱裝技術，但是距日本和一些歐美國家的水平還有較大的差距。連鑄坯熱送熱裝技術的實現(xiàn)還需要以下幾個條件：（1）質量合格的連鑄板坯；（2）工序間的協(xié)調穩(wěn)定；（3）相關技術設備要求，如采用霧化冷卻、在平面布置上盡可能縮短連鑄到熱軋之間的距離、通過在輸送輥道上加設保溫罩及在板坯庫中設保溫坑等；（4）采用計算機管理系統(tǒng)。根據(jù)國內目前的實際情況分析，需要繼續(xù)推廣該技術，己經(jīng)采用的軋機應當在提高水平上下功夫。通過加強管理保證該技術的連續(xù)使用，不斷提高熱裝率和提高熱裝溫度，同時進行必要的攻關，解決由于采用熱裝技術以后，產(chǎn)生的產(chǎn)品質量不穩(wěn)定問題2。2.2 薄板坯連鑄連軋技術薄板坯連鑄連軋是20世紀80年代末實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的新技術，是鋼鐵生產(chǎn)近年來最重要的技術進步之一。采用薄板坯連鑄連軋工藝與傳統(tǒng)鋼材生產(chǎn)技術相比，從原料至產(chǎn)品的噸鋼投資下降1934，廠房面積為常規(guī)流程的24。生產(chǎn)時間可縮短10倍以至數(shù)10倍，金屬消耗為常規(guī)流程的66.7，加熱能耗是常規(guī)流程的40%，噸材成本降低80100美元3。根據(jù)國外的統(tǒng)計，目前薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線可以生產(chǎn)的品種主要有：低碳鋼、低合金鋼、普通管線鋼、可熱處理鋼、彈簧鋼、工具鋼、電工鋼、耐磨鋼和部分不銹鋼等?，F(xiàn)在，薄板坯連鑄連軋廠可以覆蓋大多數(shù)的熱軋帶鋼的品種范圍，但是一些高性能要求和高附加值的品種還不能生產(chǎn)。國外正在進行擴大品種的研究工作，希望在短時間內能夠使薄板坯連鑄連軋的產(chǎn)品覆蓋更多傳統(tǒng)軋機生產(chǎn)的熱軋帶鋼。目前的發(fā)展工作主要集中在低碳和超低碳深沖鋼的生產(chǎn)、高牌號管線鋼的生產(chǎn)、高強度鋼的生產(chǎn)等幾個方面。增加薄板坯連鑄連軋品種所采取的主要措施歸結起來主要有：改進電爐原料結構，普遍進行鐵水預處理，加強鋼水精煉，配備真空精煉設備，從根本上改善鋼水的純凈度；改進結晶器的結構；二冷普遍采用輕（軟）壓下技術，并根據(jù)鋼種、鑄速對二冷區(qū)域輕（軟）壓下的起、終點、壓下量及壓下速率進行智能化控制；加大鑄坯厚度以增加壓縮比，提高澆鑄過程中結晶器液面的穩(wěn)定性；進行粗軋；多次高壓水除鱗；進行鐵素體軋制等7個方面。這樣不僅全面提高了熱軋薄帶卷的質量，而且可擴大產(chǎn)品品種范圍。從工藝理論上來分析，薄板坯連鑄速度高、凝固傳熱強度大，只要控制低的系統(tǒng)澆鑄溫度，加上電磁攪拌、輕壓下等技術，鑄坯質量就可以達到或接近傳統(tǒng)板坯連鑄的質量?？焖龠叢考訜帷⒕鶡?，多道次高壓水除鱗，加上新流程的精軋機組配備了最新的技術裝備，軋制質量可以優(yōu)于部分傳統(tǒng)熱軋機組的軋制質量，在同樣的潔凈鋼生產(chǎn)條件下，新流程生產(chǎn)各種優(yōu)質薄帶材應當可以達到傳統(tǒng)流程的質量水平，只是在新的壓縮比和熱銜接條件下，需要繼續(xù)探索和完善工藝技術和裝備。2.3 節(jié)能加熱爐技術高效蓄熱技術是目前世界上先進的燃燒技術，可以從根本上提高企業(yè)能源利用率，對低熱值煤氣進行合理利用，最大限度地減少污染排放，很好地解決燃油爐成本高、燃煤爐污染重的難題。該技術是 1982年由英國開發(fā)的，此后，世界上一些工業(yè)發(fā)達國家相繼開發(fā)和采用了這項技術2。新型蓄熱式爐技術能最大限度地回收出爐煙氣的熱量而大幅度節(jié)約燃料、降低成本，還能提高爐子的產(chǎn)量，同時減少CO2和NO2的排放量，有利于環(huán)境保護，因此引起普遍重視和迅速推廣。新型蓄熱式加熱爐技術的重大突破主要表現(xiàn)在兩個方面：一是蓄熱體改為陶瓷小球、蜂窩體等陶瓷質蓄熱體，表面積比格子磚大了幾十甚至上百倍，因而傳熱效率很高，蓄熱室體積大大減少；二是換向設備的改造和控制技術的提高，使換向時間大大縮短，可靠性增強。傳統(tǒng)蓄熱室的煙氣溫度為300、600，而新型蓄熱室煙氣排出的溫度只有200或更低。新型蓄熱室可以將空氣或煤氣預熱到比爐煙氣溫度只低100左右，熱效率可達到70以上。我國鋼鐵企業(yè)高爐煤氣放散率為13.72，如果將放散煤氣全部利用，可節(jié)約260萬t標煤。采用高效蓄熱技術后，可實現(xiàn)軋鋼加熱爐的高效、低耗和清潔生產(chǎn)，生產(chǎn)成本可大大降低，提高產(chǎn)品競爭能力。2.4 熱軋工藝潤滑技術對許多軋機而言，采用工藝潤滑能降低軋制壓力、轉矩和能耗，特別是對鋼板軋機尤為重要。軋板時往往因為軋制力能參數(shù)而限制了允許壓下量，在薄板軋機上采用潤滑可以減薄軋制帶鋼的厚度，以及減少軋輥磨損而改善產(chǎn)品表面質量2。鋼的熱軋溫度一般在8001250，在變形區(qū)軋輥表面的溫度可高達450550，因此，需要用大量的水冷卻軋輥。在這種情況下，熱軋潤滑劑應具備以下性能：（1）對軋輥表面有牢固的附著能力，不易被水沖掉；（2）高溫下有良好的抗氧化及耐熱性；（3）抗乳化性好，軋制后容易與冷卻水分離。通過試驗可得出以下結論：（1）采用熱軋工藝潤滑，軋制壓力比初期軋制時的軋制壓力降低得多。（2）軋輥表面狀況：由于使用潤滑劑附輥面上生成了薄膜，使輥面始終保持光滑的狀態(tài)。（3）軋輥磨損：由于軋制力的降低和軋輥表面生成薄膜，軋輥磨損量通?？蓽p少30。（4）成品形狀及斷面改善：由于軋輥磨損的減少和軋制壓力的降低，使成品的形狀和斷面得到改善。（5）軋制動力消耗降低：由于軋制力的降低，軋制動力的消耗約下降8%。 3 以提高產(chǎn)品性能、質量為目標的新技術 3.1 TMCP技術TMCP技術是通過控制軋制溫度和軋后冷卻速度、冷卻的開始溫度和終止溫度，來控制鋼材高溫的奧氏體組織形態(tài)以及控制相變過程，最終控制鋼材的組織類型、形態(tài)和分布，提高鋼材的組織和力學性能。通過TMCP 可以替代正火處理，利用鋼材余熱可進行在線淬火回火（離線）處理，取代離線淬火回火處理，改善鋼材的力學性能，大幅度減少熱處理能耗2。TMCP技術的核心包括：鋼材的成分設計和調整、軋制溫度、軋制程序、軋制變形量的控制、冷卻速度的控制等；在裝備上主要是采用高剛度、大功率的軋機，以及高效的快速冷卻系統(tǒng)和相關的控制數(shù)學模型。采用TMCP技術的控制冷卻線，可以使用高密度管層流、水幕層流和氣霧冷卻系統(tǒng)。這些技術目前國內均己掌握，國內設計的高密度管層流冷卻成套設備包括高位水箱、水量分配器、流量調控裝置、冷卻區(qū)前后吹掃裝置、側吹掃裝置、控制閥門、檢測儀表、控制系統(tǒng)和鋼種數(shù)學模型。TMCP技術的關鍵是選擇合理的冷卻裝置和控制模型。國內開發(fā)的TMCP技術采用世界先進水平的高密度管層流冷卻裝置，配備高精度溫度控制軟件。采用TMCP技術，目前己經(jīng)開發(fā)的新品種包括X70、HJ58D、B620、DB685等低合金高強度鋼，可以降低鋼種的Mn、Nb、V、Ti合金含量，降低冶煉成本；取代Q345D、Q345C、DH36、16MnR等鋼種的正火處理工藝，實現(xiàn)HG70、HG785等鋼種的在線淬火，減少生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，降低能源消耗。另外，通過TMCP技術，還可以提高鋼板的性能合格率13。3.2 高精度軋制技術為了提高軋鋼產(chǎn)品表面質量和尺寸精度，在軋鋼生產(chǎn)中針對一些不同產(chǎn)品而開發(fā)了相應的技術4。3.2.1 板帶軋制技術熱軋板坯的在線調寬，采用重型立輥、定寬壓力機實現(xiàn)大側壓，重型立輥每道次寬度壓下量一般為150mm，定寬壓力機每道次寬度壓下量可達350mm以上；寬度自動控制（AWC）系統(tǒng)，寬度精度可達5mm以下；液壓厚度自動控制（AGC）帶鋼全長上的厚度精度已達到30m；板形控制，研制開發(fā)了HC、CVC、PC等許多機型和板形儀，可實現(xiàn)板形的自動控制；全液壓卷取機，助卷輥、液壓伸縮采用踏步控制，卷筒多級漲縮，可更好地控制卷形。3.2.2 型鋼軋制技術型鋼生產(chǎn)中采用的柔性軋制技術、切分軋制技術和緊公差精密軋制技術，實現(xiàn)了H型鋼自由尺寸軋制、延伸道次無孔型軋制、多輥萬能孔型軋制；其產(chǎn)品公差范圍可控制在1/41/10。3.2.3 棒、線材軋制技術棒、線材軋制廣泛采用了摩根第六代V字形精軋軋輥箱結構組成的微型模塊式軋機，可擴大產(chǎn)品規(guī)格范圍，提高生產(chǎn)能力，其結構緊湊、換輥方便、利用率高，使最高設計速度達到140m/s，產(chǎn)品尺寸精度可達0.1mm，生產(chǎn)率提高15%以上，軋機利用率提高5%10%，產(chǎn)品精度高，公差可達0.1mm，橢圓度0.1，可實現(xiàn)自由尺寸軋制，自由定徑范圍0.3mm，還可通過機前水冷提高機械性能。3.2.4 無縫管軋制技術在無縫管軋制生產(chǎn)中，直接采用80560mm的連鑄管坯，使其內部質量和尺寸公差都優(yōu)于軋制管坯，金屬收得率可提高10%15%，節(jié)能40%50%，管坯成本降低20%50%。另外，采用錐形穿孔機提高了穿孔效率，擴管比可達1.42；限動（半限動）芯棒軋管機的應用，使鋼管內壁光滑，工具消耗低，鋼管降溫少，可取消定徑前的再加熱爐；最新開發(fā)的三輥可調限動芯棒連軋管機（PQF）可軋制高強度和壁厚更薄的鋼管，對頭尾可進行預壓下，以減少管端增厚。4 以生產(chǎn)連續(xù)化、自動化為目標的新技術4.1 無頭軋制技術與半無頭軋制技術無頭和半無頭軋制技術是近年出現(xiàn)的新技術，無頭軋制主要應用在熱軋帶鋼和棒線材生產(chǎn)中，半無頭軋制主要應用在薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)中。傳統(tǒng)的分塊軋制方式軋機要頻繁的咬鋼、拋鋼，甚至升速降速，鋼材頭、尾部的質量難以保證，并且軋機作業(yè)率低下、尺寸精度的控制也有一定的困難5。無頭軋制技術是指粗軋后的帶坯在進入精軋機前，與前一根帶坯的尾部焊接起來，并連續(xù)不斷地通過精軋機，這種技術擴大了傳統(tǒng)熱帶軋機的軋制范圍，可批量生產(chǎn)0.8mm的超薄帶鋼。實現(xiàn)無頭軋制后預計可以得到以下效果：（1）由于中間坯全長在恒定張力的作用下進行軋制，因此軋制的帶鋼厚度精度高、板形波動減少，與傳統(tǒng)軋制法相比，成材率可提高0.5%1.0%。（2）帶鋼按照一定的軋制速度連續(xù)軋制，不受傳統(tǒng)軋制法的速度規(guī)范的限制，可使生產(chǎn)率提高15%。（3）能生產(chǎn)薄規(guī)格產(chǎn)品。因為用傳統(tǒng)的軋制法軋制薄板時不穩(wěn)定，要跑偏、甩尾、浪形等，而無頭軋制無此現(xiàn)象，提高了鋼帶行走的穩(wěn)定性，所以可生產(chǎn)0.81.0mm的薄帶材。（4）可進行潤滑軋制和加大壓下量軋制，為生產(chǎn)深沖性能良好的熱軋板創(chuàng)造條件，同時由于潤滑軋制，也使產(chǎn)品的表面光滑性提高。（5）無頭軋制使鋼帶全長都在恒張力下軋制，故走行穩(wěn)定，可進行強力冷卻，從而可生產(chǎn)薄且強度高的帶鋼。由傳統(tǒng)的連續(xù)式熱帶軋制發(fā)展成為無頭軋制，其關鍵是把相鄰的中間坯的頭部和尾部焊接起來，連續(xù)不斷地向精軋機組供應中間坯，因此，必須解決以下技術難點：（1）在前一塊中間坯進行精軋的條件下，如何確保與后一塊中間坯進行焊接所需的時間。（2）如何防止中間坯溫降，并保證焊縫與母材的組織及強度接近。（3）如何將焊接后的帶坯經(jīng)精軋機組軋制后，在高速時及卷取前再切斷，分別卷取。半無頭軋制主要用于薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線，主要是為生產(chǎn)薄規(guī)格熱軋帶鋼設計的，該生產(chǎn)線的基本設備配置與傳統(tǒng)的薄板坯連鑄連軋大體相同，但是技術有很大變化，在工藝上稱為半無頭軋制技術。比如CSP連鑄的薄板坯出結晶器時厚63mm，經(jīng)過液芯壓下后離開連軋機時鑄坯厚48mm。此時鑄坯不剪斷進入隧道式加熱爐（傳統(tǒng)的CSP技術鑄坯剪斷為40余米），加熱爐可達300余米，鑄坯經(jīng)均熱以后進入7機架連軋機組軋制成材。半無頭軋制技術利用了連鑄坯可以較長的特點，減少了穿帶過程產(chǎn)生的帶鋼溫度降低、厚度不易控制和生產(chǎn)不穩(wěn)定的問題，因此非常有利于薄規(guī)格的軋制。4.2 冷軋板帶及涂鍍層技術冷軋板帶技術發(fā)展主要表現(xiàn)在：酸洗一冷軋聯(lián)合機組，可提高成材率1%3%，提高機時產(chǎn)量30%50%，減少中間倉庫500010000m2，降低軋輥消耗40%50%，并降低了生產(chǎn)成本和建設投資；連續(xù)退火技術，其產(chǎn)品質量高、板形好、表面光潔、性能均勻，可提高成材率1%3%，鋼種多樣化，節(jié)能20%以上，生產(chǎn)周期由10天縮短到1天以內，設備占地面積小。4.3 計算機生產(chǎn)過程管理技術在鋼鐵生產(chǎn)流程中，無論是以鐵礦石為原料，還是以廢鋼為原料，煉鋼、連鑄、熱軋都是不可缺少的三大關鍵工序。它們之間呈現(xiàn)順序加工關系，不僅存在物流平衡和資源平衡問題，而且由于高溫作業(yè)，還存在著能量平衡和時間平衡問題。鋼水要保質保量并按一定節(jié)奏送交連鑄工序，以實現(xiàn)更多爐次的連鑄，連鑄高溫坯的運送要與熱軋的軋制計劃有機結合，爭取更高的裝爐溫度和熱裝比。這就要求將這三道工序視為一個整體，實現(xiàn)一體化管理，做到前后工序計劃同步，物流運行準時化，充分利用高溫潛熱，取消或減少再加熱過程，降低能耗，減少燒損，縮短生產(chǎn)周期，減少在制品庫存，增加企業(yè)效益和市場競爭力。一體化管理是指煉鋼連鑄熱軋生產(chǎn)的一體化管理，統(tǒng)一計劃，統(tǒng)一調度，以此指導煉鋼連鑄熱軋的生產(chǎn)，使物流連續(xù)高效運作。一體化管理是鋼鐵企業(yè)近期生產(chǎn)組織追求的目標