高效节约型热轧钢筋生产技术.doc

高效节约型热轧钢筋生产技术【摘 要】改善钢材综合性能，节约资源和成本，提高生产效率，追求利润一直是企业生存的前提条件。本文根据方大特钢科技股份有限公司轧钢厂棒材车间生产的热轧带肋钢筋实际情况，对影响生产高效节约型热轧带肋钢筋的因素进行了系统分析，并通过优化轧制工艺，节约资源，提高生产效率等来提高企业生产利润。结果表明在保持材料综合性能达到HRB400国标规定的前提下，轧后采用强制冷却可大幅降低合金含量；通过降低烧损率、切损率、中废率、成品质废率以及提高负偏差收得率等“一高四低”措施来提高热轧钢筋的生产效率，每年可创造经济效益500600万元，改善效果明显。【关键词】高效 节约型 热轧钢筋 晶粒细化中图分类号：TG335.51.引言热轧钢筋是工程结构所用主要材料之一，被广泛应用于工业与民用建筑、高铁、水电、公路以及桥梁等行业，其质量的优劣将直接影响工程结构的正常使用和安全1。随着国民经济的飞速发展，热轧钢筋的消耗量已急速增加，对其综合性能的要求也越来越高2-3，但由于我国铁矿石、能源以及运输资源等有限，无法满足钢铁产能的激剧增长，需大量采购国外资源，从而导致全球钢铁生产原材料供应紧张、价格飞涨，这将直接危及钢铁产业的健康持续发展。钢铁企业要想在激烈的市场竞争中保持领先地位，就必须降低成本创造高额的经济效益，因此，生产高效节约型产品已成为钢铁企业面临的严峻难题4-5。随着经济全球化步伐的加快，国内国际竞争日益加剧，如何提高企业竞争力，从而长久保持持续增长能力已成为每个企业面临的课题与追求的战略目标6。国内钢铁企业普遍存在科技投入不足，设备老化，装备落后等问题，结果导致工艺落后，能耗增加，成本难降，效益差，产品缺乏市场竞争力，如不革新将最终导致企业走入困境7。本文将根据方大特钢科技股份有限公司轧钢厂棒材车间生产的热轧带肋钢筋实际情况，对影响生产高效节约型热轧带肋钢筋的因素进行系统分析，通过探索优化轧制工艺生产高性价比的钢材，从而节约资源以及提高成材率等来提高效益，生产出成本低廉，性能优良的热轧钢筋，为公司走低成本、可持续发展战略奠定基础。2.热轧带肋钢筋生产概况方大特钢科技股份有限公司轧钢厂全连轧棒材生产线于2000年4月开工建设，并2001年2月开始试生产，在这将近10年的生产时期内，经过了多次技术革新，目前能生产1042mm的带肋钢筋，生产中所用连铸坯为160 mm160 mm9550 mm，产品主要有HRB335，HRB400以及系列优圆等，产量已达到120万t/a生产能力，力争达到130万t/a产能，各项技术经济指标均已达到国内同行的先进水平。该生产线工艺布置为全连续式，加热炉为一座有效面积为10.718m空气单预热燃焦炉煤气推钢式加热炉，轧制设备主要分为粗、中、精轧，粗轧机组为6架二辊高刚度闭口轧机（5204+3802），中轧机组为6架二辊高刚度闭口式轧机（3806），其中11号、12号轧机一般情况不使用，精轧机组为6架二辊短应力线轧机（3206），其中粗轧与中轧间，中轧与精轧机组间各有1台启停式回转飞剪，用于切头、切尾以及事故碎断等。成品轧机后设有强制冷却设备和1台启停式回转分段飞剪，全线轧机均为平立交替布置形式，其中16号、18号轧机为平立可转换轧机，精整设备为9.595m齿条步进式冷床，500 t冷剪2台，以及612m定尺材及非定尺材收集包装线2条等设备。3.影响带肋钢筋生产效率与成本的因素3.1 提高生产效率影响热轧带肋钢筋生产效率的因素主要包括外部因素和内部因素，其中外部因素主要含用户的需求、连铸坯质量、炼钢工序与轧钢工序间的衔接与协调以及煤气品质对加热炉运行的影响等，而内部因素主要含生产技术与管理水平等。从公司生产实际情况分析，在影响生产效率各因素中，内部因素约占60%，外部因素约占35%，其他不确定性因素约占5%，而在内部因素中，生产技术水平占全部因素的40%，管理水平占全部因素的20%，所以生产技术水平是关键因素，管理水平是次关键因素。生产技术水平对生产效率的影响主要体现在人员素质、工艺设计、设备性能、成品质量控制以及热轧带肋钢筋负偏差控制等，而管理水平对生产效率的影响主要体现在生产技术统计数据的准确性与真实性、上下工序的协调、工作人员的培训以及成材率目标值是否明确等。从影响生产效率的因素分析来看，要想提高热轧带肋钢筋生产效率应坚持技术革新，强化管理相结合，深挖潜力。根据生产现场的实际情况，我们提出了“一高四低” 有效措施来提高热轧带肋钢筋生产效率，“一高”主要是推行负偏差轧制，最大限度地提高负偏差收得率，这措施主要包括制定合理的负偏差收得率目标，并以此对现场进行考核；对轧机使用情况进行跟踪，将轧制过程中轧机弹跳、轴向窜动控制在最小范围，以便精确控制负偏差值；优化成品孔以及成品前孔的孔型设计，按国标范围内负偏差要求设计孔型，从而节约资源，图1 为22热轧带肋钢筋成品及成品前负偏差孔型示意图。图1 22热轧钢筋成品及成品前负偏差孔型“四低”主要是指降低烧损率、降低切损率、降低中废率以及降低成品质废率等，在降低烧损率方面我们采取了提高连铸坯料热送热装比率，使其达到90%以上，并使高温连铸坯在空气中停留时间控制在10min以内，加热炉内气体压力始终保持为微正压，铸坯加热时间控制在90min以内就出钢，从而减少烧损，并采用低温轧制技术，还可节约约25%的能源；在降低切损率方面主要采取严格把握连铸坯质量，确保其品质与数量，优化生产工艺，提高连铸坯料单重，使其由原来的150150mm坯改为160160mm坯，甚至使用180180mm坯，从而降低切尾相对切损率，还有就是提高飞剪的剪切精度，严格控制堆拉关系，保证上冷床热轧带肋钢筋长度为倍尺；在降低中废率方面主要采取严格管理设备，减少设备事故，从而降低因设备事故造成中废品，提高岗位责任意识，要求岗位工严格执行操作规程，严密监控生产流程，狠抓工艺纪录，加强对调整工的培训，确保上线导卫、轧机等的上线合格率为100%；在降低成品质废率方面主要规定工艺技术操作规程要求与时间间隔，并严格执行，对生产出的热轧带肋钢筋成品、上线轧机、导卫等时时检查，及时对不合格的料型、轧机及导卫装置进行调整，对冷床各部件以及冷床后冷剪剪切产生的非定尺品进行监控，严格按内控标准进行操作，以及提高产品包装、贮存、运输质量，减少因此而产生没必要的废品等。经过多年的生产技术革新，方大特钢棒材车间生产线的成材率指标逐步得到了改善，如表1, 2，图2, 3所示，成材率现已名列国内同行前列，这措施每年可创造经济效益500600万元，改善效果明显。表1 2008年热轧钢筋成材率统计月份12345678平均成材率（%）101.46101.54101.05102.06102.07101.53102.01101.67101.67图2 2008年热轧钢筋成材率统计柱状图表2 2010年热轧钢筋成材率统计月份12345678平均成材率（%）101.47102.12102.48102.25102.99101.88102.23102.28102.22图3 2010年热轧钢筋成材率统计柱状图3.2 优化轧制工艺国家标准对热轧带肋钢筋化学成分中合金元素含量只规定了上限值，并没有对下限值进行限定，如表3所示，所以我们可以考虑对生产工艺进行优化，减少合金含量，从而节约资源和生产成本。方大特钢为了生产高效节约型产品，提高企业生产效益，在热轧带肋钢筋轧后采用强制冷却的方式来细化晶粒组织，这样在保持材料综合性能达到所需要求的前提下，可降低合金含量，设计化学成分见表3所示。图4为热轧带肋钢筋在相同的变形量、变形温度以及化学成分的前提下，其轧后经不同冷却方式下的22mm热轧带肋钢筋组织形貌，其中图4(a)为轧后空冷状态下的材料组织形貌，其心部组织是铁素体加珠光体，晶粒度等级约为7.0级，图4(b)为轧后强制冷却状态下的材料组织形貌，其心部组织也为铁素体加珠光体，但其晶粒度等级细化到了约8.5级。图5为两种成分相同，经不同冷却方式后材料的室温拉伸应力-应变曲线，其中01为热轧带肋钢筋轧后经空冷后的应力-应变曲线，02为热轧带肋钢筋轧后经强制冷却后的应力-应变曲线，研究结果表明轧后经强制强制冷却的热轧带肋钢筋延伸率为22.68%，跟空冷状态下的24.30%基本相等，但其屈服强度由空冷状态下的358.03MPa增加到498.37Mpa，提高了39.20%，抗拉强度由空冷状态下的508.33Mpa增加到626.44Mpa，提高了23.23%，可见在不改变热轧带肋钢筋的变形量、变形温度以及化学成分的前提下，轧后采用强制冷却可使钢材组织晶粒度等级从7.0级提高到8.5级，这在提高钢材综合性能，节约资源和企业生产成本方面发挥的作用较明显，这也证明了弹性模量对结构组织的不敏感性，而屈服强度与抗拉强度对结构组织的敏感性。轧后采用强制冷却的热轧带肋钢筋的综合性能已达到了HRB400国标规定的综合性能，但合金元素Mn、Si含量得到了大大降低，这将大幅节约资源和生产成本，创造可观的经济与社会效益。表3 HRB400化学成分材料化学成分(质量分数)%CMnSiPSNb、V、TiHRB400国标0.251.600.800.0450.045微量轧制试样0.221.120.360.0250.023含Nb为0.007 （a）空冷 （b）强制冷却图4 带肋钢筋轧后经不同冷却方式下组织形貌图5 热轧钢筋拉伸应力-应变曲线4.结语通过对生产高效节约型热轧带肋钢筋的因素进行了系统分析，并根据方大特钢实际生产情况，采取优化轧制工艺，降低合金化学成分，提高成材率等来节约资源和生产成本。研究发现在保持材料综合性能达到HRB400国标规定的前提下，轧后采用强制冷却可大大降低合金含量；采取“一高四低” 有效措施后，可大幅度降低烧损率、切损率、中废率、成品质废率以及提高负偏差收得率，从而使方大特钢棒材车间生产的热轧带肋钢筋成材率指标得到大幅度提高，每年可创造经济效益500600万元，改善效果明显，进而提高了公司产品的形象与市场竞争力。生产高效节约型产品当然还有别的途径，本公司今后应在轧材短流程，技术革新，工艺优化以及节约能源上再次加大力度，对操作人员加强技术与操作技能培训，增强相互间交流与沟通，提高操作人员意识与责任心，并加大考核力度，为公司走低成本、可持续发展战略奠定基础。参考文献1 董 瀚，先进钢铁材料M，北京:科学出版社,2008.1。2 翁宇庆，超细晶钢-钢的组织细化理论与控制技术M，北京:冶金工业出版社，2003.9。3 王有铭、李曼云、韦 光，钢材的控制轧制和控制冷却M，北京:冶金