浅析螺纹钢的生产工艺流程.doc

炉外精炼课程论文 题目： 浅析螺纹钢工艺流程 姓名： 刘 彪 学号： 院（系）：冶金与材料工程学院 专业班级： 教师： 分数： 2014年4月30日浅析螺纹钢工艺流程摘要:随着我国的工业化和城镇化发展的进一步加快，螺纹钢在我国今后发展中将继续是非常重要的建筑用钢，本文通过介绍螺纹钢的生产工艺流程以及生产螺纹钢的设备，以及螺纹钢在国内外的生产现状和生产新技术，综合分析说明提高螺纹管工艺技术对我国社会主义现代化建设具有重要的现实意义。关键词：螺纹钢；生产工艺；生产现状；成材率；生产新技术；1、 前言随着我国经济建设的快速发展，我国基础设施如房屋、桥梁、道路以及重要能源、交通等工程得到快速增长，我国正处于经济发展时期，宏观经济和固定资产投资将保持健康持续的增长。建筑行业是中国和发展中国家发展最快的行业之一，建筑用钢也将会得到长期的发展，其中螺纹钢将是最大的建筑用钢。随着钢铁工艺技术的进步，螺纹钢将不断更新换代，推出性能更好的新产品，满足用户不同的技术要求。二、螺纹钢简介螺纹钢是表面带肋的钢筋，亦称带肋钢筋， 普通热轧钢筋其牌号由HRB和牌号的屈服点最小值构成。H、R、B分别为热轧（Hotrolled）、带肋（Ribbed）、钢筋（Bars）三个词的英文首位字母。热轧带肋钢筋分为HRB335（老牌号为20MnSi）、HRB400（老牌号为20MnSiV、20MnSiNb、20Mnti）、HRB500三个牌号。通常带有2道纵肋和沿长度 方向均匀分布的横肋。横肋的外形为螺旋形、人字形、月牙形3种。规格用公称直径的毫米数表示。带肋钢筋的公称直径相当于横截面相等的光圆钢筋的公称直径。钢筋的公称直径为6-50mm，一般采用的直径为8、12、16、20、25、32、40mm。带肋钢筋在混凝土中主要承受拉应力。带肋钢筋由于肋的作用，和混凝土有较大的黏结能力，因而能更好地 承受外力的作用。带肋钢筋广泛用于各种建筑结构、特别是大型、重型、轻型薄壁和高层建筑结构。成分指标：考核螺纹钢成分含量的指标主要有：C、Mn、P、S、Si等项，牌号不 同，含量各有差别，其大致范围为：C（0.100.40%）、Mn1.80%、P0.050 %、S0.050%、Si（0.601.00%）；螺纹钢是由小型轧机生产的，可扎出螺纹钢线材和螺纹钢棒材，小型轧机的主要类型分为：连续式、半连续式和横列式。当今新型的钢筋轧机有通用的高速轧制的钢筋轧机和四切分的高产量的钢筋轧机，但从成本上考虑，目前世界上大多数企业都采用全连续式小型轧机。三、螺纹钢典型生产工艺流程3.1生产工艺螺纹钢生产主要的工艺流程如下：高炉铁水转炉（电炉）炉外精炼方坯连铸定尺切割入库轧钢加热炉棒材轧机控轧控冷冷床定尺剪切收集打捆称重挂牌入库，如图1.1所示。图1.1 螺纹钢生产工艺流程图螺纹钢企业的典型生产工艺流程，按各工序间的紧密衔接程度，大致可以分为三个主要区域:炼铁区域、主炼刚区域、精加工区域。各个区域的生产任务和前后工序的物流衔接关系如下所述：(l)炼铁区域。在炼铁区域，炼铁工序将铁矿石、焦炭和石灰石送人高炉进行冶炼，铁矿石被分解预熔化，生成生铁，作为炼钢工序的原料，送往炼钢工序。(2)主炼钢区域。主炼钢区域主要包括转炉(或电弧炉)炼钢，接受来自炼铁工序送来的生铁，与废钢一起投人转炉(或电弧炉)中，经吹氧并去除杂质，转化为钢水，出钢到钢包炉进行精炼(或脱气)，通常采用LF精炼法，提高钢水质量，LF法采用氩气搅拌，在大气下用石墨电极埋弧加热，再加上白渣精炼技术组合而成，具有用强还原性渣脱硫、脱氧，进而进行夹杂物控制和用电弧加热熔化铁合金，调整成分、温度等功能；而一个满转炉炉容量的钢，称为炉次。达到钢种质量要求的钢水经连铸机固化、冷却、拉流、切割成各种长度的连铸坯小方坯，其边长一般为130160mm，长度一般在612米左右，坯料单重1.53吨。(3)精加工区域。从连铸机拉出的板坯，经不同的加工路线送热轧机，在达到轧制所要求的温度下，送至连续小型轧机，轧制线多为平-立交替布置，实现全线无扭转轧制。根据不同坯料规格和成品尺寸有18、20、22、24架的小型轧机，18架为主流。目前，棒材轧制多采用步进式加热炉、高压水除鳞、低温轧制、无头轧制等新工艺，粗轧、中轧向适应大坯料及提高轧制精度方向发展，精轧机主要是提高精度和速度（最高18m/s）。产品规格一般为10-40mm，也有6-32mm或12-50mm的。生产的钢种为市场大量需要的低中高碳钢、低合金钢；最高轧制速度为18m/s。其生产工艺流程如下： 图1.2 螺纹钢轧制工艺及设备示意图 步进式加热炉粗轧机中轧机精轧机水冷装置冷床冷剪自动计数装置打捆机卸料台架1步进式加热炉，2粗轧机组，3中轧机组，4精轧机组，5水冷装置，6步进式冷床，7精整设备（冷定尺剪、短尺收集系统、自动计数装置、打捆机和收集台架）3.2典型生产工艺特点螺纹钢在使用过程中重点要求的力学性能和工艺性能取决于化学成分，在典型生产工艺流程中，严格按国家标准规定的范围进行控制，产品质量基本都可以满足使用要求。在冶炼过程中可通过调整各元素组合，来确保最终产品的力学性能，在炉外处理过程中，利用LF精炼法提高钢水质量，如在电炉厂里，可以取消还原期，能显著提高冶炼时间，提高生产率，另外在轧制过程中还可以采用低温轧制、控轧控冷等技术来进一步改善其综合性能。螺纹钢属于简单断面型钢，外形尺寸取决于孔型设计，虽然尺寸偏差控制严格，但轧制工艺比较简单，先进的生产线作业效率非常高，现代化的生产车间其日历作业率一般都可达85%以上，成材率、定尺率也都接近100%。由此可以看出，典型生产工艺流程的生产特点是：工艺简单，调整灵活，控制严格，生产效率高等。四、国内外生产现状4.1国外生产现状近几十年来,螺纹钢的开发与应用发展很快，具有耐磨性能好、使用寿命长、抗拉强度好、耐腐蚀等特点；生产工艺较简单,日本、德国、瑞典等国的一些钢铁公司都能生产优质的螺纹钢。目前,力学性能等基本上可以满足建筑用钢的各种使用要求。国外该类钢的生产和应用已趋于稳定。发达国家的一些钢铁公司已经有了自己的系列产品和标准,其成品板在保证高硬度、高耐磨性的同时,冷弯性能十分优越，如瑞典奥克隆德的HARDOX系列、德国蒂森克虏伯的XAR系列、日本JFE的EVERHARD系列等。这些在世界上影响力较大的钢铁生产商,拥有世界上先进的生产设备和生产工艺。这些厂家能够稳定供应各级别的螺纹钢产品,并为大多数使用环境提出适当的解决方案,并在高建筑用钢中得到了成功的应用。但近些年由于全球钢铁行业产能过剩和铁矿石价格不断上涨，一些国外钢铁企业开始减产，例如，日本受建筑部门持续呆滞和全球钢铁产能过剩的影响，日本几大螺纹钢生产厂家声称进一步削减产量。日本最大的螺纹钢生产厂家共英制钢决定加大对枚方厂和名古屋厂的产量削减力度，11-12月，枚方厂产量同比减20%，从明年1季度开始幅度将减至25%；今年底到明年1月份，名古屋厂减产幅度将从目前25%扩大到30%。 4.2国内生产现状2000年以来，我国螺纹钢产量总体保持快速增长，到2010年，螺纹钢产量达到13096.4万吨，比2001年增长3.51倍，占当年我国钢材总产量的16.4%。据中国钢铁工业协会的数据，2010年我国三级及以上螺纹钢产量占螺纹钢总产量比例约为37%，按此测算，我国三级螺纹钢产量达到4846万吨。而2000年我国三级及以上螺纹钢产量仅26.5万吨，占螺纹钢的比重只有0.93%。重点钢铁企业是我国螺纹钢生产的主力军，根据国家统计局和中国钢铁协会的数据测算，从2005年开始，重点钢铁企业螺纹钢比例基本保持在70-80%之间，其中2010年，我国重点钢铁企业螺纹钢产量9974万吨，占到国内螺纹钢总产量的76.2%。从产业集中度看，螺纹钢产能集中度有待进一步提高。2010年我国前10家钢铁企业螺纹钢产量5669万吨，占国内螺纹钢总产量的43.3%，比2005年提高了3.3个百分点，但低于我国粗钢的集中度，2010年我国前10家钢铁企业粗钢产量30473.3万吨，占国内粗钢总产量的48.6%。据相关统计，到2010年底，我国共有螺纹钢生产线280余条（不包括特钢企业的棒材生产线），设计产能约1.87亿吨，去年我国螺纹钢产量在13096.4万吨，即使考虑部分生产线兼顾生产棒材，我国螺纹钢产能已经存在过剩。五、影响成材率的因素5.1 氧化烧损在钢坯加热过程中，钢坯表面的铁元素与炉气中的氧化性气体发生氧化反应，生成铁的氧化物，造成金属损失的现象称为钢坯的氧化烧损。影响氧化烧损的因素较多，其中炉内气氛和加热温度及加热时间的影响是主要因素。炉气的氧化性气氛浓度越高，氧化性气体含量越多，氧化能力越强，钢坯氧化烧损量越大。钢坯的氧化速度随炉温升高而加快，900开始加剧，1100以上氧化速度急剧上升。加热时间越长氧化生成的氧化铁皮量越多。5.2 轧废轧废是影响成材率的一个重要因素, 钢温不均匀、工艺故障、设备故障都有可能导致冲跑钢事故，在连轧时，当精轧区域跑钢时，除把发生故障的这支钢切掉外，还要切掉第二支钢已经进入第2架粗轧机的钢。例如：以规格为170X170X9500mm的坯料，一个班8小时假设产量1200吨，废两根钢就是4吨，成材率就降低了0.33%，因此，必须大大降低轧制故障率，减少轧废量，提高成材率指标。5.3 切头切尾飞剪切头切尾的长短，明显影响着成材率，只有合理控制切头切尾长度，才能减少金属损耗，提高成材率。5.4 定尺冷飞剪主要功能为定尺剪，在定尺剪切前要切头，切头长度也是影响成材率的一个因素，只有合理剪切头部长度，才能提高成材率。6、 生产工艺新技术6.1轧后余热处理工艺轧件离开终轧机后进入冷却水箱，利用轧件余热通过快速冷却进行淬火，使钢筋表面层形成具有一定厚度的淬火马氏体，而心部仍为奥氏体，当钢筋离开水箱后，心部的余热向表面层扩散，使表层的马氏体自回火，当钢筋在冷床上缓慢的自然冷却使，心部的奥氏体发生相变，形成铁素体和珠光体或奥氏体铁素体加珠光体。与采取添加合金元素这一强化措施生产的钢筋相比，余热淬火钢金的合金元素含量极少，生产成本可降低8%10%，并可减少不合格品2%5%，而且不合格的产品还可通过调节冷却强度进行挽救。由于这项技术投资很少获益很大，在国际上已成为钢筋生产的标准工艺，在新建和改建的小型棒材轧机上普遍采用。但在国内由于受建筑规范的制约，用轧后余热处理工艺生产的螺纹钢筋，还不能为市场所接受。6.2细晶粒钢筋生产技术细晶粒钢筋生产工艺思路是在不改造设备，不降低产量和不低温轧制的前提下。利用棒线轧机高速连续变形产生的应变积累，在较高温度条件下实现控制轧制,通过超快速冷却使轧件冷却至最佳终冷温度范围,抑制硬化奥氏体的再结晶，保持变形奥氏体的硬化状态，获得较细和强烈硬化的形变奥氏体晶粒。该技术可以不使用任何微合金元素，生产出各项性能指标全面提高的HRB400带肋钢筋，降低成本；对现有设备的电机功率和轧机强度无高要求，可以在现有的轧机上完成生产过程；冷却强度大，冷却时间短，控制冷却线的总长度小于13米，但控制冷却设备的投资小；提高冷床产量和产品的表面质量，且生产过程的控制条件比较宽松，生产过程稳定。该技术适合国内大多数厂家，具有很高的应用价值。6.3无孔型轧制技术常规的轧制方法是通过各种孔型对轧件的各个方向进行加工的，在轧制过程中存在着严重的不均匀变形，而无孔型轧制又称平辊轧制，即将有轧槽的轧辊改为平辊，轧件不与孔型侧壁接触，具有轧制负荷小、通用性强、轧辊车削简易等优点。因此在螺纹钢生产中应用无孔型轧制技术，不会因轧件角部缺陷造成产品的质量问题；同时由于无孔型轧制时轧件的表面层变化比孔型轧制更为均匀，表面层厚度分布均匀有利于减少表面裂纹的形成；并且无孔型轧制没有孔型侧壁的限制，氧化铁皮更易脱落，在提高钢材表面质量方面无孔型轧制优势更加明显；此外，无孔型轧制技术还可以提高成材率和轧机作业率，且对不同坯料和轧制程序的适应性很强，尤其是棒材生产存在产品规格多、坯料不统一问题，无孔型轧制技术可获得明显的经济效益，目前在螺纹钢生产中，实现了除K1、K2孔外的全线无孔型轧制，但其技术应用的技术难点仍需要进一步研究。七、结束语由于螺纹钢广泛用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设。大到高速公路、铁路、桥梁、涵洞、隧道、防洪、水坝等公用设施，小到房屋建筑的基础、梁、柱、墙、板，螺纹钢都是不可或缺的结构材料。随着我国城镇化程度的不断深入，基础设施建设、房地产的蓬勃发展对螺纹钢的需求强烈。但由于随着世界各国对优质铁矿石资源使用量不断增大，导致优质矿石资源过快的耗竭，导致铁矿石原料价格不断上涨，从而使钢铁企业的炼钢成本大大提高，再加上世界钢铁行业产能过剩，利润减少。使螺纹钢的市场受到很大的冲击，因此应加快新技术的开发与应用，不断推出性能更好的新产品，满足更多的技术要求，提高其在市场中的竞争力，可适当增大企业的效益，减少来自市场的冲击。参考文献1 徐志伟、温孝卿，钢铁行业的产能过剩、存量资