高线生产技术发展与探讨.doc

高速线材生产技术的发展与探讨曾凡德 熊 坚 (江西萍钢实业股份有限公司九江轧钢厂 江西九江 332500)摘 要：简要介绍国内线材生产发展概况，探讨了萍钢高线在盘螺控轧控冷、通条性能均匀性控制、线材孔型系统优化等生产技术的应用和发展情况。关键词：高线线材；控轧控冷；均匀性控制；孔型系统Development and Discussion on Technology of High- speed Wire Mill ProductionZENG Fan-de，XIONG Jian( The Jiujiang Rolling Mill of Jiangxi Pingxiang Iron&Steel industry Co.,Ltd.,Jiujiang 330001 )Abstract：The wire production actuality in china were introduced , and the technical application and development such as the control-rolling-and-control-cooling of the HRB400 hot rolled ribbled bars，the control on the conformability of lognitudinal temperature and the improvement of pass schedule on wire production were discussed. Key words: high- speed wire; control-rolling-and-control-cooling; conformability; pass schedule前言线材是钢铁工业的重要产品之一，广泛用于各项基础设施建设、建筑工程建设和金属制品行业。我国自20世纪80 年代以来，线材生产有了长足的发展，产量的大幅度增加，在装备上也越来越先进，尤其是近十几年新上的生产线， 很多都装备了当时世界上最先进的设备和工艺，在设备上追求高速、无扭、微张力组合，在产品上追求高精度、高品质、大盘重等特点。目前，我国已成为世界上拥有高速线材生产线最多、产量最大的国家。当前，国家对资源、能源消耗和传统污染环境大户的钢铁行业提出了节能减排的指标和要求。在这种背景下，各个线材生产厂家，从提高产量、质量到节能减排、降本增效，苦练内功，通过不断引进先进生产设备、优化生产工艺技术，提高产品的市场竞争力。在此，在高速线材生产技术发展方面作几点探讨。1. 盘螺控轧控冷盘螺，即建筑用带肋盘条，它在建筑业高速发展的今天，要求具有良好的使用性能，同时可减少实际用量，这促使了级（400MPa级）的盘螺控轧控冷技术的发展。近些年，HRB400MPa盘螺控轧控冷工艺特点是：在普通低碳钢中添加微合金Nb、V、Ti，精轧前采取奥氏体再结晶区轧制，获得奥氏体再结晶的同时有效抑制再结晶后奥氏体晶粒的长大；控温到奥氏体未再结晶区后进行精轧，借助形变诱发的微合金碳化物沉淀抑制形变奥氏体的再结晶，以获得形变奥氏体；然后控轧后快冷，抑制相变产物铁素体的长大，从而获得细小的铁素体晶粒。然而，这种生产工艺因所用的钢坯添加了微合金，且加热和轧制温度高，这对资源和环境造成了负担。为此，在不添加微合金元素、甚至降低合金（Mn）含量的前提下，采取何种工艺生产出400MPa级别的盘螺，是值得探讨的问题。在不添加微合金情况下，通过合理控制各阶段温度，优化盘螺控轧控冷技术，获得良好的细晶强化效果，是目前HRB400MPa盘螺生产的主流。这主要是从控轧、控冷两方面来考虑。其一，增加奥氏体未再结晶低温区轧制变形总量。一般情况下，粗、中轧在奥氏体再结晶区轧制，但根据中轧轧机能力、粗中轧布局特点，选择合适的开轧温度，并利用分钢辊道控制钢温在950以下奥氏体未再结晶区进行中轧轧制；同时为增大奥氏体未再结晶区的变形程度，在中轧后设置冷却装置、控制预精轧机之间冷却水量，确保预精轧在奥氏体未再结晶区轧制。通常，在预精轧后安装了水冷装置，保证轧件以较低的温度进入精轧，但大多数线材厂受精轧机轧制能力限制，难以实现低温奥氏体区或两相区的大变形轧制，故一般选择在850左右进入精轧机轧制。虽然精轧高速轧制使得轧件升温明显，但通过控制导卫冷却水量尽可能地减少温升。这样逐阶段地控制轧制温度，可以起到较好的奥氏体晶粒细化效果。其二，更好地控制冷却过程。高线控制冷却目的是以希望的冷却速率冷却到相变温度区，然后通过风冷线风机和保温罩控制实现奥氏体向铁素体相变。因盘螺断面尺寸小且带肋、轧制速度快，轧后进入穿水冷后运行阻力大于盘条，使得其冷却过程控制难度大，对水量、水压、水温以及喷嘴的开闭控制方式都有较高的要求。通常情况下，采取多段、均匀地通过式冷却，实现三次或以上的淬火加自回火的过程，使得吐丝温度接近相变温度点。若吐丝温度较高，需加大风冷线冷却强度，如吐丝后立即开启大功率风机强风冷却或风机风冷+雾化冷却相结合，使之尽快达到相变温度，以获得细小的铁素体晶粒。低温轧制技术早为人们所认知，通常开轧温度在900950之间，且早在20世纪80年代初期的研究表明，通过奥氏体未再结晶低温区或奥氏体与铁素体区的大变形，实现形变诱发铁素体相变和铁素体动态再结晶，可以获得大量的等轴2-4m铁素体晶粒，有显著的强韧化效果。目前，国内许多厂家受到设备能力限制，采取Q235级别的化学成分生产400MPa级别盘螺，一时难以实现，但其节约了资源，减少了消耗，符合节能减排的时代要求。因此，在不添加微合金的基础上再降低合金含量的情况下，通过改进或引进轧钢装备、优化自动化控制系统、应用低温轧制技术和TMCP技术，生产400MPa及以上级别的盘螺，具有巨大的潜力和前景。2. 通条性能均匀性控制为保证通条性能的均匀性，即要求整个生产过程中保证尺寸稳定的前提下，其通条温度均一性好。通常，由于坯料在加热、轧制过程中的温度控制不到位、穿水管水压不稳定或水流不均匀、水阀开启不合理及开启响应时间不同等因素都将导致冷却不均匀而造成通条温降不一致。又因线材出精轧机后不能立即穿水冷却，通常是在轧件头部夹送辊夹持后再开启水阀，使得头部未水冷，势必导致头部的吐丝温度偏高（通常在1000左右）。 因此，如何控制好轧件在轧制和冷却过程中的温度差，是解决通条性能均匀性的根本问题。由于近年来各项制造技术、自动化控制技术的发展，检测技术的进步，使高速线材轧制速度已达120m /s 以上，原来轧制过程温降快的缺点不复存在，但要有效控制各阶段的温度须从钢坯加热、轧制和冷却等各个工序控制点考虑，控制好各阶段的温度变化，最终达到保证性能均匀性的目的。具体温度控制措施如下：（1）在钢坯加热方面，采用侧进侧出全梁式步进加热炉、蓄热式燃烧技术，可很好地控制炉膛温度，同时通过调整空煤换向时间，合理控制加热炉两侧的燃烧时间，使得钢坯加热的均匀性，并确保头尾呈现微小的温度梯度，即头部温度稍低于中尾部。（2）粗轧与中轧之间的分钢辊道，既是将轧件分A/B两线进行轧制，也对轧件起到保温或冷却的作用。其一，可以灵活控制保温罩开启与关闭的时间，以控制轧件空冷和保温的时间；其二，可以通过控制轧件在分钢辊道上的停留时间来控制轧件的温度，这两个控制方式都可以达到控制轧件头尾温度差的目的。（3）优化预水冷控制系统，合理设定延迟开启时间，并选取质量可靠的控制阀门，提高阀门响应时间，从而精确地控制全长的水冷温降，保证进精轧温度的均匀性。（4）在精轧各机架间，均匀地控制导卫冷却水和辊环冷却水，既充分均匀地冷却导卫和辊环，亦良好地控制轧件在精轧过程中的温升。（5）通过优化穿水冷的水管结构，由内管的环形喷嘴喷射出均匀稳压的冷却水，然后形成层流压力水， 对轧件断面进行均匀的冷却， 此时轧件在圆锥环形的中心点上运行，可起到良好的均匀冷却效果。（6）利用穿水冷温度闭环控制系统，合理设定各段冷却喷嘴开启的排布方式，实施多段、均匀地冷却，同时系统自动实现头尾长度跟踪控制，通过设定尽可能短的安全生产头部不冷却长度，从而减少头部不穿水长度，进一步地缩小了通条温度差。（7）采用沿宽度分配风量的装置、多台阶式结构、抖动辊以及设有跌落段，并合理设定风量和地辊速度，保证了风冷线上的温度变化的均匀性。 以上具体措施，有效地控制了生产过程中的通条温度差，保证了线材通条性能的均匀性。然而，若改进冷却水系统以提高水质和水压稳定性，优化穿水冷温度闭环控制系统及其运行环境，并提高水冷控制阀门的响应性，实现中轧后、预精轧后和精轧后穿水冷的冷却水流量高精度控制；同时通过开发和利用先进技术，实现风冷线上线圈可旋转，将会保证温度控制更加均匀，进一步提高线材各项性能的均匀性。3. 线材孔型系统优化20 世纪90 年代以来， 连续式线材轧机在我国得到迅速发展， 成为线材的主要生产方式。为了提高产品质量、减少孔型磨损和换孔次数，提高轧机作业率，不但不再采用大延伸能力的孔型系统，反而采用延伸能力不大，但变形均匀的孔型系统，如椭圆- 圆、椭圆- 立椭圆孔型系统。特别是近年来，在高速线材轧机上减定径机组这项最新技术的应用，粗、中、预精轧和8 架无扭精轧机只有一套孔型，所有成品均由4 架减定径机组上轧出，使得在改变产品规格时，只需更换减定径机组辊环，减少了轧辊消耗，提高了轧机利用率。各个线材厂家的孔型系统都有自身的特点，但均是为了获得所要求的产品断面形状、尺寸，同时能够提高产品质量和轧机生产能力，降低金属消耗、能耗、产品成本和劳动条件等。萍钢，作为具有950万吨线螺生产能力的企业，其中4条高速线材生产线，通过不断优化孔型结构，加强工艺技术管理，取得了不错的成绩。在此，对萍钢高线孔型系统的特点作如下几点说明和分析：（1）粗轧采取1#箱形、2#立椭形状的万能孔型、3-6#椭-圆孔型的设计，使得咬入钢坯方便，减少不均匀变形，减轻孔型磨损，并有利于料型控制，方便控制粗轧出口轧件的断面大小。通过优化粗、中轧孔型，适当放大粗轧的出口料型，并经过中轧的合理消化，实现了轧制节奏的提升，提高了机时产量。（2）除1#、2#外，其余均采取椭圆- 圆孔型系统，并且统一了常规产品的粗、中轧和预精轧孔型系统，既保证了轧件变形均匀、表面质量好，也做到了轧辊共用性大和降低了轧辊消耗。（3）通过优化精轧力能参数、变形参数、延伸系数等优化精轧孔型，精确计算轧件的宽展，统一了精轧辊缝，实现了微恒张力轧制。精轧统一辊缝是萍钢高线孔型系统的一大亮点，它方便了操作工在辊环更换时的辊缝控制，缩短了辊缝补偿调整时间，同时也保证了稳定的连轧关系和良好的产品表面质量。（4）萍钢在无槽轧制技术方面做了大胆尝试，在粗轧、中轧部分机架采用平辊轧制，大幅度降低了轧辊消耗，在某个时间段取得了很好的效益，但轧件料型控制难度大，还有待工程技术人员进一步开发和利用。近些年来，随着孔型设计系统软件的开发应用，引进国外轧机孔型系统的利用与优化，使得国内高线孔型设计非常成熟，但仍须根据自身特点，不断完善和优化孔型系统，提高轧机作业率和线材成材率，以求在当前激烈的市场竞争中占有一席之地。4. 结束语目前，在高线生产中，无头轧制技术、减定径机组和双模块轧机的精密轧制技术、在线测径及涡流探伤技术已经在国内先进厂家应用。为了使我国的线材生产能够持续、健康地发展，必须对现有的先进技术进行消化和吸收，尽快国产化；同时积极调整品种结构，加强钢质的净化，开发新产品，增加级钢的产量，进一步扩大连铸坯热送热装比例