高产量酸连轧机组或连续式冷轧机最新解决方案

2007中国钢铁年会论文集高产量酸连轧机组或连续式冷轧机最新解决方案StanislasMauuary1OlivierGermain1PhilippeGippet1SébastienMartin1GeorgBytomski2GerlindeDjumlija3（1.西门子奥钢联，法国；2.西门子奥钢联，德国；3.西门子奥钢联，奥地利）摘要在市场的压力下，为了减少吨钢成本，达到高质量和高生产率要求并实现高利润，钢生产厂家必需使其的设备和操作合理化。在高生产率和低操作费用的情况下，酸连轧机组或连续式冷轧线是目前新建或改造串列式冷轧机的标准。西门子奥钢联提供从设备到自动化的完整解决方案，以帮助冷轧带钢生产厂家提高生产效率和改善产品质量。本文描述客户使用我们的高生产率冷轧机SIROLLCISCM解决方案实现的效益。关键词冷连轧机酸洗冷轧联合机组PLTCM高生产率低操作费用SIROLLCISCM1引言对产品质量和低成本生产提出的要求日益增加，迫使冷轧带钢的生产厂家不断地寻求改进设备和寻求更有效的轧制操作工艺。全世界正在运行的220套串列式冷轧机，40％以上或酸洗线联机，或是全连续冷轧机。现在这个比例继续保持增长，且一个不争的事实是，连续工艺流程是串列式轧机优化生产率、收得率和质量的最好配置。通过转化现有的一半以上的轧机，西门子-奥钢联已经能够进行和调整许多不同的解决方案，权衡它们的具体优点和缺点。2从单卷轧制式到连续式采用单卷轧制操作方式的串列式冷轧机生产能力一般在每年600000到800000t范围内。今天现有的很多单卷轧制的轧机被扩建和改造成连续式轧机，而新建轧机从一开始就被安装成为连续式。根据产品大纲，这些连续轧机的生产能力每年能达到120万t以上，而且很多质量参数得到了改进。3串列式冷连轧机现代化改造目标总述今天，冷轧机的大多数改造项目都追求两个总目标：目标1：降低生产费用。减少生产费用的成本要素有：（1）能源费用（变形能量，其它轧机设备的能源，像泵站等）；（2）维护和消耗品费用（维护人员、轧辊、一般易损件、备件、乳化液等）；（3）操作人员的费用；（4）生产中或库存材料的资本费用。基准特点数字：生产率、利用率和收得率是定义轧机生产能力的关键点。这些数字通常用于确定基准点。这种基准点需要仔细确定；即，目前的产品大纲、平面布置、市场、设备等都应予以考虑。如果一台轧机有5％的份额是非常薄的规格，而另一台轧机有20％的份额是薄规格产品，其生产率将很难进行比较。今天，普通冷轧机的利用率（实际净轧制时间与计划的净轧制时间的关系，包括计划的换辊时间）在70％～84％之间，收得率（带卷重量与装入板坯重量的关系）一般为98％。高产量酸连轧机组或连续式冷轧机最新解决方案目标2：使冷轧带卷产品适应市场要求。这些目标与产品本身有关，可分为下列三方面：（1）改进产品质量（厚度、表面质量、平直度等）；（2）扩大产品大纲的尺寸范围（更宽，更薄等）；（3）扩展钢种大纲（例如DP钢，TRIP钢）。下面各节简要介绍在减少生产成本或使冷轧带卷产品适应市场要求方面实现改进的措施，并且以最近的业绩举例说明：（1）带钢喂送和焊接段；（2）生产线入口布置的新发展；（3）活套和带钢转向设备；（4）串列式轧机入口设计及益处；（5）串列式轧机设计特点；（6）动态变规格和速度优化；（7）串列式轧机仪表配置；（8）两台卷取机或轮盘式配置卷取段；（9）设备总体效率。3.1带钢喂送和焊接段此段对生产线性能影响很大，必须根据生产计划的约束条件进行设计，对各种钢种及规格都能保证喂料高节奏和可轧制的焊缝。因此，喂送段必须全自动，在带尾离开开卷机到切月牙边后重新起动的停机时间尽可能最短。西门子-奥钢联设备的主要特点是：（1）自动化系统保证自动预设头尾端高度水平，作为带钢钢种和厚度的函数。（2）直流闪光对焊FB21-S型焊机，以其优化的Weldamatic控制系统，满足从镀锡板产品到DP，TRIP钢的要求。独特的设计包括紧凑和坚固核心技术，操作性能卓越。（3）新型激光焊机LW21H应用于更高要求的厚规格产品。业绩：（1）法国SollacAtlantiqueMardyck（Arcelor）5机架串列式轧机转化成连续生产镀锡板、薄板和汽车钢板产品；（2）印度Essar钢公司4机架串列式轧机转化成5机架串列式连轧机，用于生产镀锡板与薄板产品。3.2生产线入口布置的新发展连接到酸洗线的高产量串列式连轧机经常会受到因带钢切割和焊接所需要的入口段停机时间的限制。为此特殊需要，西门子-奥钢联开发了入口段新的专利设计。原设计带有附加活套和缝合机，可以将带钢定位和切割与带钢焊接分段执行。这样的布置将入口停产时间减少35％。根据产品大纲，这一改进生产率提高15％～30％，从而有很快的ROI（投资收益率）。3.3连接装置和活套在将两条单独建设的现有生产线连接在一起时，连接装置应是标准组件，适应任何可能的平面布置。非常坚固的转向塔或螺旋状转向辊保证免维护、自对中和无停产的顺利运行。活套可安装在一个或两个高度，有二、四或六层，可建在地下，地面上甚至安置在屋顶上。业绩：（1）法国SollacAtlantiqueMardyck（Arcelor）的5机架串列式轧机转化成连续操作，用于生产镀锡板、薄板和汽车钢板产品。图1示出在串列式轧机联机后的生产学习曲线。仅用4个月就达到100％额定产量。2007中国钢铁年会论文集图1ArcelorMardyck–学习曲线（2）印度尼西亚，Krakatau钢公司，5机架串列式轧机转化成5-机架连续操作；（3）印度Essar钢公司4机架串列式轧机转化成5机架串列式连轧机，用于生产镀锡板和薄板产品。3.4串列式轧机入口设计和对厚度性能的影响轧机入口段包括两个张紧辊之间的对中装置，一台铡刀剪和轧机第一机架前稳定带钢用的三辊装置。入口张紧辊位置明显改进了轧制的带钢的厚度性能。实际证明，在任何情况下,轧机入口的三辊装置对带钢在轧机中的居中是极有效、极可靠的。业绩：（1）美国，Mittal钢公司（前伯利恒钢公司）雀点厂的与酸洗线连接的5机架串列式轧机。（2）荷兰CORUSIJmuiden与酸洗线连接的4机架6辊串列式轧机。通过在轧机第一机架采用先进厚度控制使响应时间减少到1/3。（3）法国SollacAtlantiqueMardyck（Arcelor）：5机架串列式轧机转化成连续操作，用于生产镀锡板、薄板和汽车钢板产品。在轧机前安装了辊式张紧装置，以实现最佳响应；可达到DWI的0.7％以下的厚度精度。图2CORUSKW22–轧机入口3.5串列式轧机设计特点西门子奥钢联提供4辊和6辊冷轧机。这两个解决方案带来了特殊效益，我们对客户总体要求的分析确定了最佳可能的技术解决方案和轧机生产所有产品的高灵活性。与4辊轧机工作辊或6辊轧机的中间辊的轴向移动有关的SmartCrown辊轮廓控制装置可保证提高平直度控制。业绩：（1）奥地利，Linz，Voestalpine钢公司的5机架4辊SmartCrown串列式连轧机。该轧机专用于生产汽车工业用的最新高强度钢产品。高功率发动机，高轧制力和带有SmartCrown的功能强大的执行机构克服了加工这类钢种的困难，并且生产出最高质量水平的带钢。高产量酸连轧机组或连续式冷轧机最新解决方案图3奥地利Voestalpine厂的冷连轧机（2）荷兰，CORUSIJmuiden的连接到PL（酸洗线）的4机架6辊轧机。CORUSIjmuiden的产品大纲有低碳钢到高强钢，业主将会享受到6辊轧机的轧制范围广和易操作带来的好处。该厂将安装各种能支持未来开发先进高强钢种的设备。3.6动态变规格和速度优化尽管安装有正确机械组件，而优化产量只能通过过程控制来保证。为了改进带钢厚度控制和平直度，工艺控制系统包括有液压厚度控制（HGC）、最佳厚度性能的控制回路和张力控制。在连续模式中，两个主要功能是“速度优化”和“动态变规格”（FGC）（1）动态变规格系统使能焊接在一起的钢种和规格更宽泛，并以此排产。另外，超差长度更短，直接影响收得率。（2）速度优化模块使用生产线参数、操作约束条件和产品数据，来优化活套位置和每一段的速度。目标是在任何情况下在任何时候都能得到最高产量。西门子奥钢联开发的解决方案具有下列特点：1）考虑了生产线上的全部带卷，再加上接下来要装载的10个带卷，能够管理由短带卷引起的困难局面；2）模块式设计，可以在对现有的PLTCM自动化系统做小修改便可实施；3）除了控制生产线外，还有一套指示器提供操作管理，诸如：每台设备瓶颈和未使用的生产能力的百分比。业绩：（1）法国Arcelor，St.Agathe，4-机架PLTCM的产量优化；在Arcelor，SteAgathe的串列式轧机，在现有设备处安装有产量优化模块，首先是观察方式（被动）。图4描述了瓶颈识别模块的结果。在2006年夏天两个一星期测试期间的生产率收益。评价表明潜在产量增加可达到5.2％；图4瓶颈识别图2007中国钢铁年会论文集（2）其它使用SIROLLCISCM速度优化装置的最新串列式冷连轧机的有中国包头的PLTCM，加拿大Dofasco的PLTCM和韩国HYSCO的PLTCM。3.7串列式轧机仪表连续的减少和简化了机架间设备配置，这样有更多的空间用于安装执行日益增长的产品质量要求的各种测量计。（1）除厚度测量计外，现在还需要速度激光测量计，以便更好地控制滑移和厚度性能，特别是过渡期（在轧机的第一座机架和最后一座机架的两侧）；（2）增加了板形、温度和宽度测量仪；（3）在轧机No.1机架出口侧安装的Planicim板形测量辊有两个好处：1）轧机预设定，优化带钢板形，这样，即使带钢入口板形未知的情况下都能顺利操作；2）有助于改进带钢在轧机内跑偏并提高速度。（4）在末机架出口安装Planicim版形测量辊或SIFLAT无接触测量系统；用于闭环平直度控制。（5）安装自动表面质量检查系统（SIAS），西门子-奥钢联产品。业绩：荷兰CORUSIJmuiden公司的连接到酸洗线（PL）的4机架6辊轧机；在串列式轧机出口安装SIAS系统。3.8卷取段配置带钢卷取段可使用经典双卷筒装置或更紧凑的轮盘式卷取机。对于这两种配置，根据卷筒直径，卷取厚度为0.3mm以下薄带钢产品，可采用自动上套筒系统。根据平面布置情况，可考虑最佳的检查线配置——一侧、两侧、快速、单独，按应用而定。业绩：（1）印度尼西亚，Krakatau钢公司，5机架串列式轧机转化成5机架连续操作；（2）奥地利，林茨，voestalpine钢公司5机架4辊SmartCrown串列式轧机；（3）中国，唐山新建的连接到酸洗线的5机架串列式轧机。3.9设备总体效率在联机的冷轧线上获得了更多产量，设备和自动化起着巨大作用。然而，不能低估的是各级操作监督的重要性，即生产和维护。为了在这一重要任务中给操作经理提供帮助，西门子-奥钢联PLTCM的自动化解决方案包括一个专用的TPM（TPM意为整个生产性维护）模块。此模块的目标是提供关于在线利用率，产量和质量的可靠信息。它实时计算OEE（设备总体效率），是一个收集三个方面信息的复合指示器：（1）质量，即质量在可接受范围内的产品比率；（2）生产线利用率，即可供生产的时间比率；（3）性能，即实现产量与计算的生产能力的比率。这一工具已安装在或将安装到很多钢厂中，比如ESSAR，TISCO，CORUS等，实践证明，它对任何一级操作和维护人员都有极大的帮助。该工具对潜在节约提供一个清晰可靠的图表。也是一个评估预防性或正确维护行动效率的一个很好的监控工具。4结论串列式冷连轧机是一种生产冷轧带钢具有很大吸引力的配置。连续轧机或联机冷轧线也是一条复杂的生产线，它综合有一系列单一组件，链条中每一个链节都需以适宜方式相互关联，以便在产量和质量方面达到预期目标。高产量酸连轧机组或连续式冷轧机最新解决方案图5设备总体效率–主操作盘本文通过实例展示了西门子-奥钢联的SIROLLCISCM系统如何组合设备和工艺控制，以期实现这些目标，这也是冷连轧现代解决方案的代表