轧钢工艺流程介绍

从炼钢厂出来的钢坯还仅仅是半成品，必须到轧钢厂去进行轧制以后，才能成为合格的产品。从炼钢厂送过来的连铸坯，首先是进入加热炉，然后经过初轧机反复轧制之后，进入精轧机。轧钢属于金属压力加工，说简单点，轧钢板就像压面条，经过擀面杖的多次挤压与推进，面就越擀越薄。在热轧生产线上，轧坯加热变软，被辊道送入轧机，最后轧成用户要求的尺寸。轧钢是连续的不间断的作业，钢带在辊道上运行速度快，设备自动化程度高，效率也高。从平炉出来的钢锭也可以成为钢板，但首先要经过加热和初轧开坯才能送到热轧线上进行轧制，工序改用连铸坯就简单多了，一般连铸坯的厚度为１５０～２５０ｍｍ，先经过除磷到初轧，经辊道进入精轧轧机，精轧机由７架４辊式轧机组成，机前装有测速辊和飞剪，切除板面头部。精轧机的速度可以达到２３ｍ／ｓ。热轧成品分为钢卷和锭式板两种，经过热轧后的钢轨厚度一般在几个毫米,如果用户要求钢板更薄的话，还要经过冷轧。与热轧相比，冷轧厂的加工线比较分散，冷轧产品主要有普通冷轧板、涂镀层板也就是镀锡板、镀锌板和彩涂板。经过热轧厂送来的钢卷，先要经过连续三次技术处理，先要用盐酸除去氧化膜，然后才能送到冷轧机组。在冷轧机上，开卷机将钢卷打开，然后将钢带引入五机架连轧机轧成薄带卷。从五机架上出来的还有不同规格的普通钢带卷，它是根据用户多种多样的要求来加工的。冷轧厂生产各种各样不同品质的产品，那飞流直下，似银河落九天的是镀锡板，那银光闪闪的是镀锌板，有红、黄、兰各种颜色的是彩色涂层钢板。镀锡板是制造罐头和易拉罐的原料，又叫马口铁，以前我国所需要的镀锡板全靠进口，自从武钢镀锡板大量生产后，部分替代了进口货。武钢生产镀锡板采取的是电镀锡工艺，这些镀锡板好像镜子一样，光鉴照人，就像诗人描写的：“轧钢工人巧手绘锦帐，千万面银镜送给心爱的姑娘，你知道不知道，在那爱妻牌洗衣机上，有我们汗水的芬芳”。镀锌板的生产工艺有两种，一种是热镀锌，一种是电镀锌。那貌不惊人包装特别的是硅钢片，它们用在发电设备、机电设备、轻工、食品和家电上。用镀锌板作为基材，在反面涂上各种涂料就成为彩色涂层钢板。由于工艺先进，涂层十分牢固，可以直接用于家电产品和作装饰材料。除了板材以外，轧钢厂也生产长材，如型钢、钢轨、棒材、圆钢和线材，它的生产过程和轧钢原理与板材类似，但是使用的轧辊辊型完全不同。轧钢生产技术钢铁生产总是希望以成熟的新技术、新工艺，改进生产，降低运营成本，保证产品质量，提高竞争能力。本文介绍近期轧钢生产所采用的新技术，其中有些是国外新技术，有些是投入新设备仪器的老工艺，其共同特点是可以达到生产顺利、成本降低，对钢铁企业会有所裨益。轧钢生产的实用技术1蓄热式加热炉高炉煤气发热值偏低，直接送到轧钢加热炉往往遇到加热能力不足的问题，所以一直需要配给一些焦炉煤气。如果焦炉煤气不足，多余高炉煤气不得不放散或白白烧掉，造成浪费能源或污染空气。蓄热式连续加热炉是20世纪90年代，美、日、英等国家开发的新技术，它利用高温烟气先预热蓄热箱中的蓄热体，之后更换阀门让待燃烧的空气或煤气进入蓄热箱吸收蓄热体的热量(图1)。这样使空气或燃烧煤气提高500～800℃，燃烧温度可提高到1300℃，能够满足钢坯加热的需要。由于高炉煤气价格低廉，国内某厂4座用焦炉煤气混烧或与重油混烧的加热炉改为蓄热式加热炉后，完全使用高炉煤气，加热成本基本降到原来的四分之一，不用两年即可收回改造费用。其低氧燃烧和低NOx排放含量也达到较好水平。该技术在加热炉、热处理炉都可应用。目前，对于有高炉煤气的中国钢铁联合企业，已有不少完成蓄热炉的改造，获得显著效益。2悬浊液强力冷却由于终轧温度高，吐丝或上冷床的线材棒材温度过高，加上提速，原有冷却能力不足一直是困扰各棒线材厂的问题之一。悬浊液强力冷却技术利用大比重悬浊物对汽膜的破坏，大大增强冷却能力，这是冷却理论上的重大突破。由河北理工大学与宣钢二轧共同完成的棒材悬浊液穿水装置，经过生产实践检验证明，冷却效果十分显著。该系统设计了新型喷嘴装置，其悬浊液循环系统经过近两年的运行，通畅可靠，水循环利用率高。这一技术的成功为现场解决吐丝温度高、冷床能力不足、提高产品力学性能与合格率，提供了有效方法。该棒材悬浊液穿水装置不必加长原有水冷段，仅仅增加一个小型蓄水池即可，冷却用水经过滤并循环利用，因而是现有车间实现中轧降温、进行低温精轧、或终轧后快速降温，大幅度提高产品的力学性能指标的切实可行的冷却新技术。3扁坯展宽轧窄带许多中窄带钢车间使用宽度尺寸不变的连铸坯，用常规轧法的轧件宽度就有限度。有时轧辊宽度有所富余，因而出现用窄料轧制更宽带钢的需求。为此，采用具有切深特点的强迫宽展开坯孔型，轧出较宽的带钢中间坯，精轧就可以轧出较宽带钢，更好适应市场的需求。常用窄坯轧宽的方法是使用切展法和蝶式弯折法。前者利用压下不均匀变形后，轧制变形区部分延伸少的金属阻碍其余金属的延伸，造成强迫宽展，目前已经可以生产比坯料宽出16倍的带钢。4圆钢定位测径仪在线测量终轧棒线尺寸，调节辊缝，扩大高精度产品比例，是众多棒线材厂的希望。进口旋转式扫描式测径仪，可以在线测量高速运动的整个轧件凸起轮廓的外周边，但是这种仪器数百万元，而且整机长度大，放在现有长度十分有限的水冷段内很占空间。其实，圆棒线生产主要掌握轧件高度和辊缝处的耳子，测量仪器如果能静止放置，就可以大大简化。天津兆瑞测控公司生产的8点固定式测径，就能以非旋转的固定探头测量运动中的轧件尺寸，虽然不是连续反映轧件周边变化，但对高度、宽度等主要尺寸都能反映出来。尤其该仪器宽度不到300mm，放在轨道车上，进入轧线或撤出轧线十分便利，适合精轧出口水冷段偏短的现场使用。经过现场几年的使用证明，吹扫系统合理，光源寿命远比进口旋转测径仪持久，而价格仅为进口仪器的六分之一。5滚动轴承替换胶木轴瓦胶木轴瓦是长久以来使用的一种老式滑动轴瓦，虽然价格便宜，但刚度小，磨损快，在温度波动较大时，易出现轧件尺寸波动。为此，某车间将三辊400中轧机改为密封的滚动轴承。经过一段时间使用后，效果良好。前面三辊轧机粗轧有尺寸波动的坯料，在这里也得到控制，使后面事故大大下降，对保证生产，提高产品尺寸精度起到显著作用，用水也显著减少。6弧齿接手替换梅花套筒梅花套筒传动是一种极为古老的传动轧辊方式，它在传递力矩时并不均匀，由于自重转动起来时常有悬空跌落过程，造成较大的噪音，同时对产品精度也有影响，严重时出现明暗交替的条纹。这是因为，连接杆为了能够倾斜就必须在梅花瓣与套筒之间留有相当的旷量。于是在传递力矩时，连接杆自重和倾角使得套筒受力不均。在加载时，梅花瓣受力点容易变动，尤其磨损之后的旧套筒，造成上下力矩不均，轧辊滑动。因此用弧齿接手或其它接手替换梅花套筒，可以减少备件数量，提高作业环境质量，也为生产维护带来方便，全部投资仅半年便收回。7感应加热直接轧制是节能最理想的工艺，但连铸坯从结晶器出来经过弯曲水冷段时，一般角部温度已经偏低，加上连铸机距离轧机较远，整体温度也下降不少，需要对角部补热均热。电感应加热具有占地少、加热快、不必存储能量等优点，国内有些厂家安装了这类设备，但没有达到预期效果。其主要原因是感应加热效率选取过高，导致钢坯受热远低于实际需要，因而钢坯无法达到轧制温度的一般要求。但这项技术在国外并不鲜见，英钢公司使用Radyne公司的10MW管材感应加热系统，可以快速将外径168mm的管材从700℃加热到1100℃。该装置共6台固态加热器，每台输出功率1650kW、频率1kHz，管材行进速度为17m/s，比一般连轧钢坯进粗轧机的03m/s速度高许多。Radyne公司的这套感应加热系数设计高出实际需要的20%，留有相当的余量，因而可以任意提高轧件行进速度。该系统设计对于国内设计具有参考价值，在对165mm方坯感应加热设计时，还应考虑方坯角部涡流效率和实芯的特点，功率至少应该不低于10MW。8测厚仪与凸度控制许多热轧窄带钢车间缺乏在线测厚装置，产品厚度仅仅依靠人工定时检测，难以做到及时测量更谈不上厚度控制，产品厚度尺寸波动极大，甚至一些供给冷轧原料的一些中宽带车间也仅装备中心测厚仪，不能检测产品凸度，使客户得不到凸度较小且恒定的冷轧原料。这一方面缘于射线测厚有一定危险，现场不愿使用，另一方面价格昂贵(数十万元1套)，装置防护系统比较复杂。曾经有人认为800mm以上宽带才安装凸度检测，实际上现场500mm宽带已经有3点式测量，直接获知板凸度，这可为中宽带钢凸度控制提供参考，对稳定产品质量具有重要意义。热轧激光测厚测宽仪的出现，为轧钢生产带来方便。激光打在红钢板上有特殊光点，经过三角光学变换，由光电耦合器转换为电信号。这一信号结合计算机辨识技术就可以分辨激光斑点位置，从而测量出带钢厚度。目前激光测厚精度还不如射线测厚，但钢板横截面上的相对厚度还是可以比较。9板带钢液压厚度高精度控制由于电动压下动作慢、精度差，不适合在线快速微调。一般液压缸响应速度比电动压下高出6倍，精度也大大高于电动压下螺丝。在带钢精轧机成品架安装液压缸，可以实现PM-AGC快速辊缝调整。如果与成品前架压力传感器配合，可以实现压力测厚计的前馈控制。如在成品架出口安装测厚仪，则实现测厚仪反馈控制，这将对长时间轧制造成的头尾温差影响予以补偿，可以大大缩小整卷带钢的厚度偏差波动，产品精度更有保证。某厂使用郑州光学研究所生产的误差3μm激光测厚仪监控产品厚度，并与计算机及液压辊缝调整装置配合，组成液压监控AGC系统，减少了带钢头尾厚度的尺寸波动。过去板带头尾厚差近40μm，采用液压压力反馈AGC或测厚仪监控AGC后，尽管单重增加、轧制时间加长，头尾厚差下降十多微米，使产品进一步提高了市场竞争能力。对老式四辊中厚板轧机也有采用液压AGC厚度控制的，获得了厚度精度提高的效果。10无活套微张力轧制活套支撑器用来反映机架间张力水平，但在厚坯轧制时耗能很高，在成品机架又反映不够快，限制板厚精度的进一步提高。因而国外一些厂家研制成功无活套轧制，省去活套支撑器。无活套轧制首先需要对轧制速度和稳定后的张力精确计算，并使后架轧机有补偿动态速降的增量转速。国外无活套轧制主要依靠电流记忆法，建立观测器，同时选择合适的力臂系数计算公式来计算张力，依此张力，实现张力控制。实际连轧张力主要取决于前后轧机轧件自由轧制时的出入口速度差，也与电机拖动能力和张力对前后滑的影响有关。有文献对张力的计算提出的实用模型，使连轧参数计算简单直观。这一公式考虑电机的情况和轧制中张力对前后滑的影响，不但适用于板带也适用棒线材粗轧张力计算。11热连轧喷油润滑热连轧工艺润滑可使摩擦力下降，从而显著降低轧制力与力矩，轧辊磨损减少，板面质量有所提高。国外工业先进国家普遍采用这一技术，降低能耗与辊耗；压下越大，润滑效果越显著。摩擦系系数从0.35可以下降到0.12，轧制力和辊耗都下降达20%。热轧润滑的应用会使热连轧控制系统原来设定的摩擦系数变动较大，但一般仍在“张力自调整”范围内，轧制力的分配也略有变动。热连轧喷油需要专门的油路泵站，也需要以咬入起停的高精度控制阀门。对于润滑油要求喷出后有较好的附着性，而且在600℃高温下，要有较高的裂解点。此外要注意喷量限制，保证轧制过后燃烧贻尽。这一技术也可推广到型钢轧制，但要注意喷油均匀不可过量。结语轧钢企业为了提高产品的市场竞争力，就必须注意技术进步，以先进技术改造或淘汰老工艺老设备，不断完善生产操作，使生产顺利，事故下降，以较低的成本生产高质量的钢铁产品