我国中厚板轧机生产技术概述2

我国中厚板轧机生产技术概述 1、前言热轧中厚板生产设备包括热连轧机组、中厚板轧机和炉卷轧机等。热连轧宽带钢轧机适合生产薄而窄的产品，常规中厚板轧机适合生产厚而宽的产品，而新兴的宽规格卷轧中厚板轧机（炉卷）能够生产前两种轧机生产比较困难的薄而宽规格的产品。国内中厚板产量主要来源于中厚板轧机，其次是热连轧机。随着长期生产实践与科学技术的不断进步，中厚板轧机生产工艺有两种方案：一是，传统的常规中厚板生产线，采用单张钢板轧制方式。轧机布置型式有：三辊劳特式轧机（已淘汰）；单机架四辊轧机；双机架布置，即二辊粗轧机四辊精轧机或四辊粗轧机四辊精轧机。二是，卷轧中厚板生产线，即炉卷轧机，该工艺是从上世纪80年代逐步发展起来的，即可单张钢板轧制，又可采用卷轧方式生产中厚板。我国于1936年在鞍钢建成第一套2300中板轧机（三辊劳特式）。新中国于1958年和1966年先后建成了鞍钢2800/1700半连续钢板轧机和武钢2800中厚板轧机、太钢2300/1700炉卷轧机。1978年建成了舞钢4200宽厚板轧机。宝钢5000、沙钢5000、鞍钢5500宽厚板轧机分别于2005年、2006年、2008年建成投产。我国常规的中厚板轧机目前可分三类，1类：4.3m和5m高水平轧机；2类：以3.5m为代表的中等水平轧机;3类：2.3、2.8m老旧轧机。2008 年，我国中厚板轧机将达到59套，产能5553万t/a。到2010年我国中厚板轧机产能将达到65007000万t/a（见表1）。2、热轧中厚板生产工艺流程热轧中厚板生产工艺流程：a) 坯料准备工艺流程：选择坯料（种类、尺寸）坯料清理坯料检验合格坯料。b) 加热工艺流程：装炉加热（控制加热时间、温度、速度和炉内气氛）出炉。c) 轧制工艺流程：除鳞粗轧精轧。d) 精整工艺流程：矫直冷却表面检查缺陷清理剪切（抛丸处理或热处理）检验标记入库。轧制是钢板成形阶段，其分为粗轧、精轧两个阶段。粗轧、精轧划分并没有明显界限，一般把双机架轧机的第一架称为粗轧机，第二架称为精轧机。一般将单机架轧机前期道次称为粗轧、后期道次称为精轧。粗轧是将除鳞后的坯料展宽到所需要的宽度，同时进行大压缩延伸。粗轧有四种常用方法；全纵轧法、全横轧法、横轧纵轧法和角轧纵轧法。全纵轧法是指钢板延伸方向与坯料纵轴方向相一致的轧制方法。全横轧法是指钢板延伸方向与坯料纵轴方向相垂直的轧制方法。此法与初轧开坯相结合，可改善钢板的各向异性。横轧-纵轧法是指三步轧制，先纵轧1、2道次，即成形轧制。然后转90进行横轧宽展，即宽展轧制。第三步再转90进行纵轧，即延伸轧制。此法优点是坯料宽度不受钢板宽度的限制。角轧-纵轧法是指将坯料纵轴与轧辊轴线方向成一定角度送入轧辊的轧制方法。送入角在1545范围内。每一对角线轧制1、2道后即更换到另一对角线轧制。每轧一道次，轧件得到一定延伸、宽展，且变成平行四边形。当更换到另一对角线轧制时，轧件又得到了一定延伸、宽展，且又从平行四边形回到矩形。此法只用在用钢锭作坯料的三辊劳特式轧机上。精轧除将粗轧后的轧件继续延伸外，主要是控制质量，包括厚度、板形、表面质量、性能等控制。由于在传统轧制时，轧件前后端产生宽展，轧制后钢板不会形成矩形。为此，人们成功研制了许多精轧法，如MAS轧制法（图1）；狗骨轧制法（DBR）如图2所示,图中DB量是指轧件前后端加厚部分的长度和少压下量；咬边返回轧制法（图3）；差厚展宽轧制法（图4）和立辊法（图5）等方法，较有效地解决了这个问题。这些方法的共同特征是采用横轧-纵轧法，横轧前一道的纵轧使轧件纵向厚度不等，或纵轧前一道的横轧使轧件横向厚度不等。如MAS轧制法：调节轧件端面形状的原理见图1，为控制轧件侧面形状，在最后一道延伸时用水平辊对展宽面施以可变压缩。若侧面形状凸出则轧件中间部分的压缩大于两端，如图中情况；若侧面形状凹入则轧件中间部分的压缩应小于两端。将这种不等厚的轧件旋转90后轧制，即可得到侧面平整的轧件，称整形MAS法。同理，若在横轧最后一道次上对延伸面施以可变压缩，将这种不等厚的轧件旋转90后轧制，即可控制前、后端切头，称宽展MAS法。3、轧机及轧机布置3.1 轧机类型中厚板轧机有四种类型：二辊可逆式轧机、三辊劳特式轧机、四辊可逆式轧机和万能式轧机。1）二辊可逆式轧机它由一台或两台直流电机驱动，采用可逆、调速轧制，通过上辊调整压下量（轧制中心线改变了），得到每道次的压下量h。因其低速咬钢、高速轧钢，则具有咬入角大、压下量大、产量高的特点。但二辊轧机辊系刚性较差，板厚公差较大。目前二辊可逆式轧机已不再单独兴建，而有时仅作为粗轧机或开坯机之用。2）三辊劳特式轧机它由上下两个大直径轧辊和一个小直径中间轧辊所组成。由一台交流电动机通过减速机、齿轮座、万向接轴传动上下两个大直径轧辊。中间轧辊无动力（惰辊）且可上下移动（升降），其转动是靠上、下辊摩擦带动的。通过中辊升降和轧机前、后升降台，实现轧件的往复轧制。轧辊的旋转方向不变，轧件在中、下辊之间朝一个方向通过，返回时则在中、上辊之间通过。通过上辊调整压下量，得到每道次的压下量。辊系刚性较二辊轧机好、较四辊轧机差。故这种轧机常用来生产中板而不适用于宽厚板生产。目前三辊劳特式轧机已列入淘汰之列。3）四辊可逆式轧机它由一对小直径的工作轧辊和一对大直径分别位于工作辊上下的支撑轧辊所组成。通常由直流电机驱动工作辊。轧制过程与二辊可逆式轧机相同。由于具有强大的支撑辊，可以承受较大的轧制力、减少工作辊变形以及驱动工作辊。因此，工作辊直径可以比三辊劳特式轧机的中辊直径更小，可进一步减小轧制压力，提高辊系刚性及咬入能力，故这种轧机是生产中厚板的首选轧机。4）万能式轧机万能式轧机是在二辊可逆式轧机、三辊劳特式轧机和四辊可逆式轧机的进口一侧配置一对立辊或进、出口两侧各配置一对立辊的轧机。设置立辊的原意是生产齐边钢板，后续不用切边，提高成材率和生产率。但实践表明，因立辊轧边易使钢板产生横向弯曲，立辊轧边生产只在轧件宽厚比小于6070时才能起作用，而不适于宽而薄的轧件。3.2轧辊宽度选择轧机宽度，即辊身长度的选择取决于多方面因素。随着用户对中厚板材宽度越来越宽和质量越来越高的要求，轧机的制造水平、厚度控制技术、平面形状控制技术、板形控制技术的不断进步，运输条件的不断变化等等，使轧机宽度不断增加。如2300、2800、3200、3800、4300、5000、5500mm等。目前新建中厚板轧机宽度的选择通常考虑三个问题：用户需求、现存轧机宽度分布和运输方式。在产品宽度方面：对于5000mm或5500mm以上的钢板订货量有限，主要是用于制造大口径直缝焊管。直缝管管径一般在14001500mm以下、30万t载重吨级船舶要求宽厚板幅面最大宽度约4500mm。因此要求最大板宽在45004800mm即可满足最宽产品的要求，48005000mm宽厚板轧机产品可覆盖该产品的规格范围。中厚板运输方式决定轧辊宽度选择。对于宽度规格较大的宽厚板（板宽3000mm），铁路运输较为困难，这也是制约内陆钢厂，生产中厚板宽度一般在3000mm范围内的因素。通常铁路线上敞车宽度为3000mm，平放可适合运输最宽2900mm的中厚板，中厚板宽度在30003400mm可采用斜放进行运输，但相应增加安装、固定费用。宽度超过3400mm的钢板需采用汽车运输，运输成本高于火车运输。因此目前我国新建中厚板轧机辊身应适当加宽，新建宽厚板轧机应充分考虑利用水路运输，将轧机建在沿海地区。内陆地区新建中厚板轧机，一般产品宽度应定位在3400mm以下。3.3 轧机布置形式中厚板车间轧机布置有三种形式，即单机架布置、双机架布置和连续式多机架布置。1)单机架布置生产是指在一架轧机上完成中厚板的轧制。轧机可选用二辊可逆式、三辊劳特式、四辊式和万能式中厚板轧机。目前前两种轧机已被四辊式轧机所取代。由于单机架轧制，粗轧与精轧都在一架轧机上完成，产品质量较差、规格受限、产量较底。但投资省，适于生产对产量要求不高、对产品质量要求较宽的钢板。2)双机架布置生产是指在两架轧机上完成中厚板的轧制，将粗轧与精轧分到两个机架上分别完成。由于双机架轧制，产品质量较好、产量也较高。粗轧机可选用二辊可逆式或四辊可逆式轧机。精轧机一律选用四辊可逆式轧机。但目前双机架布置，均采用双四辊布置。3)连续式多机架布置生产是指在全连续式、半连续式、3/4连续式布置的多架轧机上完成中厚板的轧制。它是一种生产宽带钢的高效轧机，也可看作是一种中厚板轧机。带卷厚度已达25mm或以上，这几乎有2/3的中厚板可在连轧机上生产，但其宽度一般不大。用可以轧制更薄产品的连轧机生产较厚的中板，这在技术上和经济上都不太合理。对于半连续轧机，其粗轧部分由于轧机布置灵活，可以满足生产多品种钢板的需要，但精轧机部分的作业率就低了。这是连续式中厚板轧机很少发展的主要原因。综上所述，中厚板轧机的发展趋势是：二辊可逆式轧机不再兴建，三辊劳特式轧机落后已被淘汰，四辊可逆式轧机广泛应用。在机架布置上，则四辊双机架布置是主要形式。4、中厚板炉卷轧机中厚板卷主要来自热连轧机组和炉卷机组，其中热轧机组的一部分设计产能用于生产中板卷，主要是生产薄规格的中厚宽带钢，热连轧机组的中厚板产量随中厚板和薄板的市场行情变化而变化。炉卷轧机即可生产中厚板产品又可生产板卷，但主要是生产中厚板卷。20世纪80年代中后期炉卷轧机复兴，因其吸取热连轧机和常规中厚板轧机的控制技术而得到了快速发展,尤其是以卷轧方式生产宽规格热轧卷。1985年美国Tippins公司首次采用卷轧方式生产中板的炉卷轧机获得成功。我国南京钢铁公司引进了奥钢联的炉卷轧机,于2005年成功轧出第1块钢板。同期,安阳、韶关钢铁公司从达涅利公司引进用卷轧工艺生产的炉卷轧机。目前我国南钢、酒钢、安阳、韶钢、昆钢等企业拥有炉卷轧机产能近700万t。卷轧中厚板生产线较常规中厚板生产线的特点：1） 可增大坯料长度，提高单重，实现倍尺轧制，减少切头尾损失，提高综合成材率和生产效率，降低生产成本。2）因选用125/150mm厚的中等厚度板坯，可减少轧制道次，降低消耗；便于同连铸机衔接生产，可保证较高的坯料热送温度，较高的热装率，降低能耗消耗。3）适合于少品种、批量生产。由于炉卷轧机自身的特点,其连铸坯较长，故不能进行横向轧制，导致不能生产具有双向性能要求的钢材品种，例如海洋平台用Z向钢等。由于采用的连铸坯厚度相对较薄，压缩比受到限制，不能生产较厚规格的专用板，故只能生产一般中厚板品种。不宜组织特殊专用板等小批量多品种规格产品生产,生产灵活性也明显不如常规中厚板轧机。4）最好作为几套常规中厚板轧机的补充,发挥轧机产品分工的协同效应。5）目前3500mm炉卷轧机，适合批量生产厚度为20mm以下，宽度为20003200mm薄、宽规格的钢板，20002800mm钢卷。4.1 卷轧中厚板轧机生产工艺卷轧中厚板轧机有3种生产工艺：1)单张钢板往复轧制方式（轧制厚度20mm的厚钢板时）。该种方式同常规的中厚板生产工艺，轧件既不进卷取炉，也不进卷取机。2)卷轧钢板方式（轧制厚度20mm的中厚钢板时）。该种方式使用板坯较长,先在轧机上经反复可逆轧制,当轧件厚度25mm时,长轧件进入轧机入口或出口卷取炉进行保温,经往复轧制,最终轧至成品厚度，但不进卷取机卷曲。然后从出口卷取炉下面送往飞剪剪切成长度50m的母板长度,再经热矫直机矫直,冷床冷却,在精整线剪切成定尺长度钢板。这种生产工艺是卷轧中厚板轧机特有的生产工艺，既不同于普通中板生产方式,也不同于热连轧钢卷生产方式。由于其采用的是当轧件轧至厚度25mm,长轧件进入机前或机后卷取炉进行保温方式。因此既减少了轧件的温降,也可使轧件在卷取炉与轧机之间形成张力,进而可减小轧件纵向的变形抗力。由于卷轧钢板具有上述特点,因而可使轧件轧得更薄,并能得到较好的板形。3)钢卷轧制方式（轧制厚度2.520mm的钢卷时）。该种方式用于轧制商品钢卷，采用出、入口卷取炉,将轧件往复轧至厚2.520mm的带钢,经层流冷却后进入地下卷取机卷成钢卷。4.2中厚板炉卷轧机布置目前中厚板炉卷轧机布置有二种方式：1）单机架炉卷轧机。产能100万t/a。2）双机架炉卷轧机。产能140万t/a。粗轧机采用四辊可逆、带立辊轧机。因上述两种轧机布置方式均采用全纵轧制方式，也有学者建议：粗轧机采用常规的中厚板轧机+精轧机采用炉卷轧机的双机架布置方式。在粗轧机上可实施纵、横轧，同时可出中厚板产品。5、中厚板轧机新技术我国中厚板轧机经过近些年来的改造和引进，采用了许多新技术，如在大多数轧机上普遍采用了液压AGC和轧机过程控制系统，部分轧机已经采用立辊轧机的AWC、工作辊弯辊技术及CVC技术等。特别是宝钢5000、沙钢5000、鞍钢5500宽厚板轧机，均采用了当今世界上最先进的轧机新技术。以宝钢5000mm轧机为例其采用的新技术：1）采用了高水平的控制轧制和控制冷却工艺。如在置于精轧机后的加速冷却装置上采用喷射冷却和层流冷却组合形式，使其可实现直