宽厚板轧机发展概况

1宽厚板轧机发展概况主讲：朱德隆(教授)时间：2008年6月14日一、随着国民经济的发展，宽厚板轧机在加快发展1.钢铁工业发展迅速：建国初期的1950年，全国钢产量是61万吨，经过50多年的努力，去年（2007）我国钢产量达到48966万吨，大约是1950钢产量的800多倍。2.钢铁工业进行结构调整，向大型化、高精度、高质量、节能环保发展：经过50多年的发展，我国已经有了5500m3高炉、300T转炉、5.5m宽厚板轧机、2250热连轧、2230冷连轧、7.63m焦炉、500m2烧结机等大型设备，这些设备在世界也是属于先进水平的。我国的连铸比在1970年只有2.1%，到2003已经达到95.3%，既节约了能源，也缩短了流程，节约了投资。我国的板管比一直很低，产品结构不合理，经过不懈的努力2006年我国的板管比已经达到49.3%，板材占41.8%，管材占7.5%。3.中厚板轧机发展很快：上世纪50~60年代为了解决国家急需的中厚板，用一套图纸在全国制造了大约10套2300三辊劳特式中板轧机。这种轧机不管是生产的钢板质量和产量都是落后的，国家不得不在上世纪60年代开始在全国进行九大成套产品的建设。其中，就有建在舞阳的4200mm宽厚板轧机，这是我国第一套自力更生建设的宽厚板轧机，当时瞄准的是德国哈庭根和奥地利林茨厂的4200宽厚板轧机。之后十套2300三辊劳特式轧机陆续被改造成为2450、2500、2800、3300四辊轧机，其中3300实际是3500mm轧机，这是我国第二套宽厚板轧机。随着改革开放建设了许多套从4200~5500的宽厚板轧机。4.国民经济对宽厚板的需求与日俱增：由于宽厚板用途广泛、品种多样，已有的宽厚板生产能力仍然不能满足市场的需求，有人预测到2010年我国中厚板的年消费量为8600万吨（其中，特厚板400万吨）二、市场需求高质量、多品种的宽厚板1.宽厚板的定义：人们通常把厚度4mm以上，宽度3000mm以上的钢板称为宽厚板。生产这种钢板的轧机为宽厚板轧机。2.按板材厚度分类：人们把厚度4~25.0mm的钢板称为中厚板；把＞25.0~100mm的钢板称为厚板；把厚度＞100mm的钢板称为特厚板。3.宽厚板用途广泛、品种繁多。概括有钢结构用板、造船板、桥梁板、压容板、锅炉板、管线用板、装甲板、建筑用耐侯板、原子能用板等。24.当代宽厚板轧机的各项技术指标：(1)钢板最大成品宽度：5500mm宽厚板轧机生产的钢板成品宽度为5200~5300mm。(2)钢板最大轧制长度及定尺长度：轧制长度一般为50m。日本川崎水岛厂最长达58m，新日铁大分厂最长达63mm。成品钢板长一般为25m，而大分厂达30m。(3)轧制钢板的最大厚度：日本水岛厂5500mm轧机轧制钢板的最大厚度410mm。新日铁名古屋厂4800/4700mm轧机生产钢板的最大厚度为700mm。(4)最大板坯单重：日本大分厚板轧机设计最大坯重为42.8t，实际最大坯重29.9t。水岛厚板轧机最大坯重为28t。鹿岛厂厚板轧机设计最大轧制板坯重为50t，可轧制钢板最大单重为40t。(5)最大钢锭单重：日本钢管京滨厂最大钢锭单重50t。德国迪林根厂为60t。日本名古屋为80t。水岛厂为110t，可生产最大单重85t的特厚钢板。(6)钢板成材率(从板坯到成品)：水岛厂5500mm宽厚板轧机成材率达94.9%，是当今世界上的最高水平。5.宽厚板高精度轧制技术(1)高尺寸精度轧制工艺技术，主要有厚度、宽度、板形控制技术。(2)为满足TMCP轧制工艺的低温高压下、大功率、大转矩和高刚度的四辊可逆式轧机和厚板轧后加速冷却技术。(3)提高产品成材率的平面形状控制技术。(4)提高产品直线率，即降低离线的表面修磨量和冷矫直量。(5)TMCP工艺的板坯加热温度为950~1150℃出炉温度虽低于常规轧制，但对板坯温度的均匀性要求高，大量采用热装板坯对提高出炉温度均匀性有利。(6)厚板生产的特点是品种多(钢种多、用途广)、规格范围大，因而板坯库、成品库由计算机管理更为必要。(7)厚板轧制工艺过程普遍由计算机进行设定控制。(8)厚板的轧制和精整特点为单张管理,由于品种、用途和规格多，对质量管理和质量保证要求严，因而需要配备各种完善的析测仪表。6.宽厚板的高尺寸精度技术：近年来客户对钢板厚度尺寸精度，板形、表面质量、材质性能提出了更高的要求，如板厚公差要求为±0.2~0.4mm，从而推动高精度轧制技术的发展。(1)厚度控制：在靠近轧机(距轧机中心线2.0~2.1m处)设置γ射线测厚仪，使反馈控制快速应答，提高钢板全长厚度精度。3(2)宽度控制：设立轧边机，既用于平面形状控制，也设置液压AWC系统,使宽度控制精度已达5.7mm。(3)板形控制：厚板轧机以辊形和弯辊作为凸度、平面度的控制，现在又有工作辊移动(WRS)+强力弯辊(WRB)、成对交叉辊轧机(PC)和连续可变凸度轧机(CVC)等，大大改善了板形。7.控制轧制与控制冷却控制轧制是从轧制前的加热到最终轧制道次结束为止的整个轧制过程实行最佳控制，以使钢材获得预期的良好性能的轧制方法。控制轧制分为：奥氏体再结晶控制轧制、奥氏体未再结晶区控制轧制和γ+α两相区控制轧制。三者称为控制轧制三阶段。控制轧制的工艺特点：(1)控制坯料加热温度，把钢坯温度下降到γ细晶粒区的1050℃以下。(2)控制轧制温度：终轧温度尽可能接近奥氏体开始转变温度，起到相似于正火的作用，一般碳钢约830℃或者更低。(3)控制变形程度：道次变形量大于临界变形量，使全部晶粒能进行再结晶。(4)控制轧后冷却速度，除空冷外，还可以吹风、喷水、穿水等冷却方式。控制轧制的主要优点：(1)使钢材的强度和低温韧性有较大幅度改善，使铁素体晶粒从7~8级升至12级，晶粒直径从＞12μm降为5μm。(2)可节约能源和使生产工艺简化。(3)可充分发挥微量元素的作用。三、轧钢技术在“十一五”期间重点开发的品种和技术发展目标(宽厚板技术)：1.高强度、高韧性钢材：推广和研发高强度、高韧性船板(σs=400、500、800Mpa级，高冲击韧性、抗层状撕裂)；高强度、低屈强比的抗震钢板；高强度管线钢板(×80、×100、×120等)；抗层状撕裂的有z向要求的中厚板(海洋平台、建筑梁柱用板)；高强度特厚板(σs=400~500Mpa，厚度200~400mm)；高性能压力容器板；锅炉板(σb=510~780Mpa，调质,抗低温冲击性优良，焊接性优良)。2.耐火、耐候钢板(σs在600℃时屈服限不小于常温时的2/3)建筑用高性能钢板(σb=490~780Mpa，0、20、40℃时AK值不小于47.60、60、80J或100J,耐大气腐蚀为普通材2~8倍，σs在600℃时屈服限不小于常温时的2/3)，桥梁与隧道用高强度耐侯钢板。3.环保节能材：如差厚钢板(最大斜度4.0mm/m，厚50~75mm，厚差3.0~30mm)，热装率要达到60~70%(连铸坯)，强度提高30%。4四、宽厚板轧机的工艺流程：1.炉区：宽厚板的原料一般有三种，即连铸板坯、钢锭和压制板坯，从原料库向不同的加热炉供料。连铸板坯通过步进式加热炉或推钢式加热炉加热；钢锭在均热炉加热；压制板坯数量少在车底式炉加热，加热的坯料经过对正、称量送往轧制区。对于以钢锭为原料的则应有钢锭回转装置，以使钢锭的小头进入轧机。2.轧机区：轧件进入轧机区首先要经过高压水除磷，重型立辊轧机、立辊轧机可帮助除磷，可改善边部质量，也可用于控制板宽。厚板轧机可以是一架，也可以用两架(其中一架作粗轧，一架作精轧)。轧机区设有预矫直机，快速冷却，适应控轧控冷的需要。轧制的钢板进行热矫和标记后进入冷床区。3.冷床区：冷床用于钢板冷却，目前宽厚板多用步进式或步进格栅式冷床，既要考虑冷却效果，也要避免划伤钢板。4.剪切区：在剪切区对钢板进行切头、切板边和切定尺，现在都采用滚切式剪以保证剪切质量。厚的钢板可在火焰切割机上切割。本区域还设有成品测量、探伤、做标记等工序。5.精整区：用于对钢板进行翻板检查、修磨、冷矫等精整作业。6.特厚板区：对特厚板进行缓冷，火焰切割，翻板检查和在压平机上对特厚板进行压力矫直。7.热处理区：用于宽厚板的常化和调质处理以提高钢板的性能。此区设有抛丸机、修磨、热处理炉、淬火机、冷床、矫直、剪切、火焰切割等设施。五、主要设备的性能和结构特点:1.四辊轧机:现代的四辊轧机以高精度、高刚度、大转矩为显著特点。如1985年投产的迪林根5500mm轧机为例，支撑辊直径为φ2400mm，牌切断面为10040cm2,最大轧制力108KN，轧机刚性模数为10400KN/mm，主电机功率2×10900KW，最大轧制力矩2×4500KN·M，最大轧制速度为6.95m/s，设有液压弯辊系统。宝钢5000mm后跟着UOE直缝焊管，年产钢管50万吨/年，焊管直径φ508~φ1422mm，壁厚6.0~40.0mm，最大长度18.3m。(已试制X120管线钢板)宝钢借浦钢搬迁罗经建成4200mm宽厚板轧机。图上所示，四辊轧机的工作辊φ1200/φ1100×4880mm，支撑辊φ2250/φ2050×4880mm。沙钢5000轧机：年产量150万吨，产品：4.5~300×900~4800mm。重钢将在长寿建4100mm宽厚板生产线，生产板宽1500~3800mm，年产130万吨。鞍钢在鲅鱼圈建一套5500宽厚板生产线，年产200万吨。2.滚切式剪：一般剪切厚度5~50mm剪切次数30C/min。5钢板的剪切有斜刃剪、圆盘剪、滚切剪(1971年德国作出世界第一台)。用纵向双边滚切剪进行切边，用滚切剪进行切头和定尺，是宽厚板生产线较理想的设备，其优点：(1)剪切厚钢板变形小，大大提高了钢板的形状精度，切下的板边扭曲度小，便于进行碎边和运输。(2)对剪刃的划伤和磨损小,提高刀片的使用寿命,钢板切口断面光滑。(3)剪刃重叠是沿板宽方向相等。剪刃总行程比斜刃剪减少30%~40%，曲轴半径和剪切力减小，电机功率减小、节能、传动系统重量轻。(4)剪切效率高，剪切次数可达30c/min。(5)剪切厚度范围大(5~50mm)缩短了作业线长度，减轻了重量。(6)自动化程度高，自动测厚、自动对中、自动调侧隙、快换刀片，提高了生产效率。3.圆盘剪：只适用于中厚板，一般厚度不超过26mm。4.矫直机：预平整机可平整的中厚板厚度为5~25mm，温度为700~1000℃。预平整与快冷配合使用，预平整可消除前沿高达0.5m得上翘。预平整有4根平整辊，2上2下。预平整最大辊缝可达609.6mm最大矫平力2500KN。冷热矫直机有9辊式和11辊式。一般矫直钢板厚度为4.5~50mm，热矫温度在450~600℃，多为四重式，有的可倾动。MDS为迪林根厂制造一台重型9辊热矫机，最大矫直力30000KN，矫直钢板厚度(5)12~110mm最大矫直厚度300mm。三菱重工1988年为水岛厂制造了十五辊矫直机。入口、出口各4个小直径矫直辊，中间7个大直径矫直辊。据说可矫钢板厚4.5~80(265)mm，最大矫直力41000KN,矫厚板时小辊抬起(前后各2)，矫薄规格全投入。SMS设计新型高性能矫直机(HPL)，其矫直辊数和辊距可变。如改为5辊式厚度范围为5~120mm，最大宽度4500mm，所有矫直辊(上、下)均为单独传动、单独调节。压平机用于特厚板，它属于压力矫的方式。5.冷床：主要有三种形式——承载链式、滚盘式和步进梁式与步进格栅式。一般承载链式冷却钢板最大厚度150mm(京滨厂、鹿岛厂)。滚盘式多用于中厚板上，冷却钢板厚度80mm。步进梁式和步进格栅式冷床可冷却钢板厚度4.5~110mm。德国迪林根用于特厚板的步进式冷床最大钢板厚度300mm。6.冷却装置：采用连续式冷却方式，钢板通过ACC的速度范围一般在615~150m/min，冷却段的长度一般为12~40m，多数在20~40m范围内。ACC冷却钢板的厚度范围为8~100mm，加速冷却终了的钢板温度为400~600℃，一般不低于450℃。钢板加速冷却的难点是实现均匀