低温轧制技术在棒线材生产中的应用.pdf

低温轧制技术在棒线材生产中的应用 戴克玉 中冶华天工程公司 摘 要 介绍了棒线材低温轧制的发展情况 叙述了低温轧制的节能效果 低温轧制对成品质量的影响 低 温轧制对轧机负荷的影响及低温轧制在生产中应注意的问题 为国内在棒线材生产中进一步应用低温轧制工艺 提供了有益参考 关键词 低温轧制 棒材 线材 节能 The Application of Low2temperature Rolling Technology in Wire Rod Production Dai Keyu Zhongye Huatian Engineering Technology Co Ltd Abstract The development state of low2temperature rolling technology for wire rod is introduced The energy2 saving effects of low2temperature rolling effect of low2temperature rolling on product quality mill load and aspects to be noted on low2temperature rolling production are discussed Useful reference is provided for further application of low2temperature rolling in domestic wire rod production Key words low2temperature rolling wire rod wire energy2saving 0 前言 节能降耗始终是钢铁工业的一项重要任务 国 内外近年来的生产实践证明 在轧钢生产中可通过 降低坯料的再加热温度来实现节能 国内采用低温 轧制技术已呈发展趋势 低温轧制就是将钢坯加热 到低于常规加热温度 在低于常规热轧温度下进行 的轧制 更确切的说是中温轧制 其主要目的是为了 大幅度降低坯料加热所耗燃料 减少金属烧损 低温轧制的优点是 减少加热能耗 减少氧化烧 损 提高轧钢加热炉的加热产量 延长加热炉的寿 命 减少轧辊的热应力疲劳裂纹以及氧化皮引起的 磨损 降低脱碳层深度 提高成品的表面质量 细化 晶粒 改善产品性能 低温轧制的缺点是 加大了轧材的变形抗力 从 而加大了轧制力和轧制功率 降低了轧制时轧材的 塑性 从而影响轧材的咬入 有时需降低道次压下 量 增加道次 在棒线材连轧机生产中 从开轧到终轧温降很 小 甚至升温 这就为实现低温轧制提供了条件 从 现代棒线材连轧机的设备和技术条件上看 通过制 定合理的压下规程 适当提高轧机的能力 完全可以 实现低温轧制 1 低温轧制的节能效果 我国冶金产品的成本构成中 能源费用约占产 品成本构成的30 现代钢铁生产由连铸到精轧 成品过程中 大部分能量消耗在钢坯再加热过程中 即总能耗的65 90 用于加热炉的燃耗 即冷坯 加热 用于轧制的能耗仅占10 35 据了解 普通棒线材轧机 每吨钢材生产能耗约 为650kWh 其中约需520kWh的能量用于钢坯加 热到1150 而用于轧制的能量仅为110kWh 实 际每吨钢坯在该温度的物理热仅为230kWh 加热 炉的热效率等各种热损失超过50 因此 轧钢节 能的潜力主要来源于加热炉 降低炉子加热温度 实 现低温轧制可以节约燃料消耗 降低总能耗 随着加热温度降低 氧化铁皮显著减少 低温 轧制在燃料消耗和氧化铁皮量的降低等方面所获得 的效益完全能克服并超过轧制功率增加造成的成本 增加 作者简介 戴克玉 高级工程师 安徽省马鞍山市 243000 中冶华天工程公司 41ANHUI METALLURGY 2007年第3期 1994 2013 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 通过实施低温轧制 某钢厂三轧厂的燃料消耗 指标明显下降 由原来的48kg标煤 t下降到40kg 标煤 t以下 节省8kg标煤 t 折合20 72kWh t 钢 连铸坯加热时的氧化铁皮明显减少 烧损下降 了0 1 左右 但降低轧制温度 轧机能耗要上升 经测试 采用低温轧制时轧机电耗上升幅度平均为 12 轧机吨钢电耗上升5 43kWh t 总体平衡 后 可节约能源15 29kWh t钢 1kWh电的价格 按0 5元计算 可节约7 65元 t钢 规模按50万 t a 一年可节约资金382万元 1 2 低温轧制对成品质量的影响 2 1 低温轧制与力学性能 低温轧制的加热温度低于常规轧制的加热温 度 其钢坯加热时奥氏体晶粒尺寸大大减小了 由 于精轧阶段低温轧制与常规轧制的温度逐渐趋于一 致 低温轧制钢材的晶粒较细小 故一般而言 低温 轧制钢材的性能与常规轧制钢材的性能相近 或低 温轧制钢材的某些性能略有提高 具体低温轧制对 性能的影响情况还与加热工艺 轧制工艺 钢中合金 元素的种类 质量分数等多种因素有关 常规轧制 与低温轧制时的温度变化见表1 表1 低温轧制和常规轧制最终产品的力学性能 材料与性能 温度 11501000900 25MnSi s MPa387 5412 5440 b MPa607 5617 5635 2927 524 5 从图1可以看出 钢坯在1150 和750 开轧 后通过14个机架的温度变化 由于低温轧制的温 度较低 散失的热量少 加上精轧时轧速较高 摩擦 热和变形热使轧件温度略有升高 使其从粗轧到精 轧的温度基本保持平衡 常规轧制时由于温度较 高 摩擦热和变形热不能完全补偿轧制过程散失的 热量 使温度逐渐下降 因此在精轧阶段 两者的温 度逐渐趋于一致 这就从温度上保证了两种轧制状 况产品的最终力学性能相近 表1所示不同加热温 度轧制25MnSi钢最终产品的力学性能 都符合国 家标准 1 常规轧制 2 低温轧制 图1 常规轧制与低温轧制时的温度变化 2 2 低温轧制与表面质量 低温轧制使钢坯加热温度明显降低 从而显著 减少了钢坯的氧化烧损 同时可改变氧化皮中 FeO Fe2O3和Fe3O4的比例 改善了钢材表面质 量 3 低温轧制对轧机负荷的影响 以25MnSi钢为例 不同轧制温度轧制25MnSi 钢时 轧制力的变化 见图2 Formaster2Press和 Gleeble模拟试验机试验与轧制试验结果见表2 2 从图2和表2可见 轧制温度降低后 变形抗力增加 了 表2中模拟试验与轧制试验的结果有所差异 Gleeble模拟试验机试验得出的变形程度与变 形抗力的关系见图3 3 从图3可见 当变形程度从 35 增加到50 时 变形抗力增加较平缓 表2 Formaster2Press和Gleeble模拟试验机试验 试验方法 变形温度 1150110010501000950900 Formaster2Press100 0108 0 8 0120 0 20 0141 0 41 0167 0 67 0200 0 100 0 Gleeble83 5105 5 26 0119 0 42 5140 0 67 7165 5 98 2202 5 142 5 轧制试验89 0103 0 17 0117 5 32 0132 0 48 3146 5 64 6159 0 78 6 注 材料为25MnSi 35 0 3 836 s 表中分子为变形抗力 MPa 分母为相对于1150 轧制所增加的百分比 51 2007年第3期 安 徽 冶 金 1994 2013 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 1 r 36 40 2 r 27 85 3 r 19 40 图2 不同轧制温度轧制25SiMn钢时轧制力的变化 图3 变形程度与变形抗力的关系 3 836 s 从1100 到900 25MnSi的变形抗力大约增 加1 5倍 如果实行低温轧制 开轧温度从1150 到900 轧制力大约增加到原来的1 4倍 4 低温轧制在生产中应注意的问题 4 1 低温轧制过程的温度控制 一般在采用低温轧制工艺时需要控制轧制过程 中的温降 以降低中 精轧机的轧制负荷 保证产品 的性能 钢坯的再加热温度降低后 可以通过精轧 机组加速轧制生产的变形热和摩擦热来补偿 也可 通过粗轧机组间增设高效辊道保温装置来实现热补 偿 低温轧制的最佳加热温度与轧材的品种 外形 产品性能 轧机及轧辊情况等因素有关 一般其终 轧温度控制在Ar3以上 以防止轧机过载 避免出 现轧制裂纹等缺陷 保证产品的力学性能 不同钢 种适宜低温轧制的温度见表3 表3 不同钢种适宜低温轧制的温度 序号钢种低温轧制常规轧制 1低碳钢800 850880 920 2中碳钢800 850860 900 3高碳钢750 800850 900 4齿轮钢750 850850 900 5淬火回火低合金钢750 800850 900 6弹簧钢750 800850 900 7冷墩钢780 800850 900 8轴承钢850 900 9微合金钢750 800850 900 在低温轧制中要保证有较高的终轧温度 就要 求在精轧机组采用较高的轧制速度 一般认为 小 型棒材轧机的轧制速度在8 12m s 轧件的散热损 失与轧制变形摩擦热基本平衡 轧制速度 12m s 后 轧件温度与轧制速度呈正比增加 当轧制速度 30m s时 终轧温度几乎与加热温度无关 从图1 可以看出 750 低温轧制时 整个轧制过程温度的 变化较平稳 散失的热量与从变形和摩擦中得到的 热量基本平衡 在精轧机组 常规轧制与低温轧制 的温度比较接近 国内某厂棒材连轧机将150mm方坯经17道次 轧成 16mm螺纹钢时 各机架轧件温度实测结果 见图4 从图4可见 1020 开轧 1030 终轧过程 中 只有中间几个道次的轧制温度略有下降 终轧温 度过高使得产品晶粒粗大 成品孔咬入不好 生产中 采取的措施是在成品孔前对轧件浇水冷却 使轧件 温度稍下降 图4 150mm方坯轧制成 16mm 螺纹钢时各机架轧制温度 总之 从棒线材连轧机各机架轧件温度和低温 轧制对轧制温度控制的要求来看 棒线材连轧机采 用低温轧制工艺是可行的 低温轧制时的温度选 择 主要受轧制材料的塑性和轧制设备 特别是辊 径 强度 能力的限制 因此在采用低温轧制前应该 对轧机强度 电机能力和材料的塑性等方面进行仔 细的核实 61ANHUI METALLURGY 2007年第3期 1994 2013 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 4 2 连轧机上的负荷均匀控制 降低轧制温度必然会导致轧材变形抗力的增 加 所以进行低温轧制时 必须要先对轧机负荷进行 仔细的核算和验证 孔型设计时应合理地分配各机 架的压下量 低温轧制首先在粗轧机上进行 而精 轧机的轧件温度与常规轧制时基本保持一致 只要 轧机的轧辊强度和电机功率足够大 就可进行低温 轧制 棒材低温轧制时采用相对等负荷法进行孔型设 计 可改变轧件尺寸 均衡轧制负荷 避免出现 尖 峰 负荷 相对等负荷是指当棒材连轧机各机架的 主电机功率不相等时 若按等负荷分配 会造成小容 量主电机能力不足 而大容量主电机不能充分发挥 其能力 这种情况下 可按轧机各机架主电机的相 对等负荷来制定轧制规程 即主电机容量大的轧机 让其多消耗一部分轧制功率 这样不仅可以充分发 挥设备能力 而且避免了因负荷分配不均衡而发生 的轧制事故 利用相对等负荷技术对棒材轧制规程进行优化 设计时可以从两方面入手 1 通过调整轧辊辊缝来改变轧制负荷 使轧制 负荷趋于相对均衡 但是 辊缝的调整量受到轧件 质量的限制 当调整量大时 孔型充不满或出耳子 会影响棒材产品质量 调整量小时 起不到均衡负荷 的作用 2 利用优化方法修改孔型尺寸 以达到均衡轧 件负荷的目的 4 3 适当提高轧机的轧制能力 实现低温轧制的关键是粗轧机的能力问题 只 要粗轧机有足够的能力 在轧件塑性允许的范围内 适当降低钢坯的加热温度 实现轧钢节能是完全可 行的 今后无论是老轧机改造或新轧机的建设 粗轧 机的能力要给予足够的重视 5 结语 低温轧制是轧钢领域实现节能的新工艺 降低 加热温度还可明显减少材料的烧损 提高成材率 该技术成熟可靠 国外已在生产上取得明显经济效 益 低温轧制几乎可用于所有轧制领域 从棒线材 连轧机各机架轧件温度和低温轧制对轧制温度控制 要求来看 棒线材连轧机采用低温轧制工艺是可行 的 低温轧制时的温度选择 主要与轧制材料的塑 性和轧制设备 特别是辊径 强度 能力有关 所以在 采用低温轧制前要对轧机强度 电机能力和材料的 塑性等进行仔细的核算 低温轧制钢材的性能与常规轧制钢材的性能相 近 或低温轧制钢材的某些性能略有提高 采用低 温轧制不会对材料的力学性能产生不良影响 降低 轧制温度必然导致轧材变形抗力增加 优化孔型设 计和压下规程可使轧机各机架电机负荷合理分配 实现低温轧制 参考文献 1 诸葛铭毅等145钢低温轧制的生产实践1Steel Rolling 2003 4 19 211 2 李小玉1 低温轧制技术与应用1 轧钢 1998 增刊 13 181 3 李小玉1 低温轧制与热轧工艺润滑1 钢铁 1992 27 5 281 4 吴 迪 赵宪明1 棒线材连轧机低温轧制规程研究1 全