节能减排降成本轧制技术

节能减排降成本轧制技术,节能减排轧制新技术讲座,内容提要,技术背景和发展趋势全线温度制度优化向轧件温度要效益-提高铸坯温度-降温轧制3.化学成分优化向合金元素要效益4.棒线材免加热直接轧制技术5.板带材免加热直接轧制技术6.结束语关键词：二个西瓜，满地芝麻,1技术背景和发展趋势,国家“十二五规划”提出节能减排目标：单位GDP能耗下降16%，二氧化碳排放降低17%主要污染物排放总量减少8到10%钢铁行业是耗能和排放的大户，节能减排压力巨大春节后记者柴静一篇关于雾霾的报道“穹顶之下”再次把钢铁行业推向风口浪尖钢铁产量：中国第一，河北第二，唐山第三，美国第四节能减排责任：钢铁厂义不容辞,1技术背景和发展趋势,2014年钢产量数据：国际钢铁协会：全球16.6亿吨，中国8.227亿吨中商情报网：中国钢材产量11.26亿吨没有最多，只有更多，期望值不断被突破，离钢产量峰值还有多远？,朱镕基时代，1亿吨已嫌太多,温家宝时代，4万亿拉动5亿吨,李克强时代，突破8亿吨产量,1技术背景和发展趋势,钢铁产能已严重过剩，钢材价格一路下跌，竞争越来越激烈通过节能减排来降成本成为企业走出困境的必由之路现场调研发现：钢厂节能，就像海绵里的水，只要去挤，总是有的从能耗物耗的重点部位入手，节能减排大有可为-能耗重点部位：加热炉-物耗重点部位：添加合金元素,现有轧钢生产工艺存在的问题：能量陷阱（高温坯料冷却下来再加热，带来能量损失）解决问题的思路：利用好钢水、钢坯中的余热用Ni表示各种工艺需要加热炉补充的热量N1N2N3,N4=0其中典型数据：N1：冷装炉需补热40kg标煤/吨钢N2：常规热送热装20kg标煤/吨钢N3：高温热送降温轧15kg标煤/吨钢T1：铸坯提温100(3.3kg标煤/吨钢)T2：降温轧制50(1.7kg标煤/吨钢),2全线温度制度优化问题与解决方法,N3,N1,T1,N2,T2,余热利用示意图,N4,1,3,4,2,1冷装炉热轧2常规热送热装3高温热送降温轧4免加热直接轧制,2全线温度制度优化加热炉节能,提高铸坯热装炉温度的做法：建立严密的生产管理与工序衔接技术，提高热装比例加强保温措施（加保温罩、采用保温车）提高辊道的运行速度。提高连铸坯的温度,技术措施1提高热装炉温度,现场经验表明，切断点处的温度可提高200由900提高到1100，不发生漏钢事故。,提高连铸坯温度的三个措施：提高拉速（POSCO薄板坯拉速已达7m/s以上）减少冷却水加保温罩前提：不能出现漏钢事故和裂纹等缺陷炼钢与轧钢产量匹配、距离适当技术支撑：对凝固过程的数值模拟凝固终点与坯壳厚度预报,技术措施1提高铸坯温度,二冷区凝固壳厚度变化与切断处温度分布的数值模拟结果,技术措施1提高铸坯温度,二冷区配水参数优化建立二冷配水与坯壳厚度关系模型,h(x)=2h0-（Q0，x）+（Qw，x）+（Qa，x）（Q0）、（x）和（x）分别为各区水冷强度和对坯壳厚度的影响项,按照数学模型调整二冷水阀门组态,开关,开口度,技术措施1提高铸坯温度,连铸坯温度的反馈控制,为了保证切断点处的连铸坯温度，进行温度闭环控制根据实测表面温度来控制二冷区冷却水阀门组态,温度偏差上限值，增水,温度偏差下限值，减水,温度控制策略设定温度控制上下限温度高于上限-加水温度低于下限-减水温度在上下限之间，维持现有状态不变,实测温度,4,3,1,5,6,7,8,9,连铸坯温度闭环控制原理图1结晶器；2冷却1区；3冷却i区；4冷却n区；5坯壳；6液芯；7测温仪；8可编程控制器（PLC）；9工控机,连铸坯温度的反馈控制,二个漏钢危险点：1结晶器出口；2切断处防止漏钢的措施：结晶器出口-根据数学模型控制坯壳厚度切断点-设定安全距离L保证切断点之前已经完全凝固,1,3,4,5,6,2,7,8,9,L,10,连铸过程坯壳厚度与安全距离示意图,1中间包；2钢水；3浇注水口；4保护渣；5结晶器；6二冷区；7坯壳；8液芯；9凝固终点；10切断点；11切断后铸坯,防止漏钢的措施,1加保温罩的效果,辅助措施,2优化切断位置和切断方式条件允许时，前移切断点每前移2米减少温降1分钟对方坯连铸，可用液压剪替代火焰切割可节省时间（40s）,降低出炉温度，势必影响开轧温度，普碳钢现行的开轧温度：中厚板和热连轧：1150-1200热轧普通螺纹钢：1050-1100低温轧高速线材：750-950思考和回答（4个不一定）：现行的不一定都是合理的；习惯的不一定都是不变的；学来的不一定都是先进的；可行的不一定都是优化的。随着时间、地点、条件的变化需要重新审视，需要对开轧温度进行优化,技术措施2降低出炉温度,引起思考的问题：钢种成分都差不多，温度差别怎么那么大呢？,近30年轧制技术发生了哪些重大变化：炼钢的手段大幅度提升，炉外精炼（LF、RH等）普遍采用-钢水质量明显改善，窄成分控制、有害杂质控制轧钢的能力大幅度提升-普遍采用大功率强力轧机（轧制力：20kN/mm，功率：2kW/mm)-普遍配备了大流量加速冷却装置，具备较强的控轧控冷能力-已经从根本上改变了设备落后面貌-多项指标达到了国际先进水平加热炉的控制水平提高-轧件头中尾的温差减小-出炉温度的命中率提高,技术措施2降低出炉温度,这就为降温轧制提供了良好的外部条件！,国之重器5米轧机,我国二重制造的5m轧机在工作中,5米轧机被称为轧机之王（鞍钢鲅鱼圈轧机超过5m，达到5.5m）辊身宽度:5000mm产品厚度:400mm牌坊重量:500t2支撑辊重:200t2三个10000:轧制力max.10,000t电机功率：10,0002kW设备零件：10,000个,对出炉温度进行优化的方向，从节能减排的角度来看，就是要降低出炉温度即使30年前开轧温度1150-1200是合理的，现在看来它不是最优的降温轧制需要考虑的几个主要因素：降温幅度有多大？变形抗力增加，轧机能力够不够？轧机电耗增加，总账合不合算？对产品性能有什么影响？能不能满足要求？有没有在哪个现场应用的实践经验？,技术措施2降低出炉温度,要往下降！12001100？,降温幅度：中厚板和热连轧：50-100（由1150-1200，降到1080-1150）热轧普通螺纹钢：50-150（由1050-1100，降到900-1000）降温50-100将导致变形抗力增加15-30%，这将导致：轧制力、力矩同比例增加轧制电耗相应增加需要进行校核-轧制力-传动系统（轧辊、接轴、齿轮箱）-电机过载情况（瞬时过载和发热校核）-必要时重新进行各个道次的负荷分配,技术措施2降低出炉温度,温度影响函数与温度之间的函数关系,技术背景：人们的思维定势：宁可保守，绝不冒险过渡安全：造成资源、能源、能力的浪费-举例：7000t轧制力，限幅在4000t-只有个别道次能接近，大多数达不到目前轧机负荷分配不均匀是常态，有潜力可挖负荷裕量优化分配的学术思想：减轻危险道次负荷，分配到低负荷道次使各个道次的负荷裕量尽可能接近均匀保证降温轧制后，仍能满足允许的过载条件优化后强力轧机一般都能够满足降温轧制要求,技术措施2降温轧制,咬入时瞬时峰值电流,稳定轧制时的各个机架的电流,降温轧制氧化皮减少，钢材的表面质量好有利于避免出现魏氏组织，影响产品性能可提高产品强度1030MPa，改善性能有减少合金元素添加量的前景,C-Mn钢产品强度与开轧温度的关系开轧温度，11501000提高幅度900提高幅度屈服强度MPa4204301044535抗拉强度MPa6056151063530,降温轧制对产品质量的影响,采用降温轧制时加热炉节能与轧机电耗增加的关系：查到的统计数据表明：加热温度降低200，轧机电耗增加约20%约为加热炉节能的四分之一吨钢综合节能可达60kWh,技术措施2降温轧制,2全线温度制度优化效益核算,看似蝇头小利，累计到年产量就非常可观！,按照标煤CO2排放系数2.62计算吨钢1减排CO2：0.0332.,优化温度制度可产生的经济效益，万元,2全线温度制度优化效益核算,年产100万吨轧钢厂优化温度制度可产生的环境效益：,2全线温度制度优化效益核算,连铸坯温度的反馈控制,邯钢2250热连轧机组，产品：SS400等节能减排措施：厚度规格大于6mm的加热炉出炉温度降低20把热送热装（600）比例提高40%以上效果：年生产140万吨6mm以上规格产品，经济效益700万元吨钢经济效益5元,应用实例（1）,连铸坯温度的反馈控制,我国某特大型钢铁企业，在多个主打品种中，大面积使用降温轧制在未采取措施提高铸坯装炉温度的情况下，仅由降低出炉温度实现节能降温范围：根据钢种不同，一般在50-70用于年生产数百万吨钢，经济效益数千万元已经通过省级科技成果鉴定,应用实例（2）,小花絮,过去曾被称为“低温轧制”（有多篇论文）温度在800-900以上说“低温”受到置疑曾有人提出折中方案用“中温轧制”不如用“降温轧制”更为贴切,钢材的化学成分是影响产品成本的重要因素强韧性越高的产品对化学成分的依赖性越大常用的昂贵元素：钼、镍、铬、稀土比较昂贵的元素：铌、钒、钛、锰便宜的强化元素：碳、硅、硼近年来通过控轧控冷来控制产品组织，少用合金已成为共识最重要的二个技术途径：细晶化复相化,3优化合金成分降成本,Hall-Patch公式：0+kd0.5举例：晶粒尺寸由16微米减小到4微米，强度可提高1倍,细晶粒钢开发的基本原理和实验数据,平均晶粒尺寸与屈服强度关系的现场实验结果前期开发细晶粒钢的实践表明：控制晶粒尺寸可得不同强度级别的产品,软相加硬相，获得复相钢。软相延伸好，硬相强度高。二者长补短，提高了指标。控制百分比，性能还可调。,复相钢开发基本思路,复相化：基本概念,常见软相组织：铁素体：体心立方晶格，塑性好，强度低残余奥氏体：可提高塑性,近年受到重视常见硬相组织：渗碳体：FC3，硬相，通常起到强化作用马氏体：淬火获得，强度极高，塑性差贝氏体：中温转变产物，综合性能好第二相粒子：碳氮化物、氧化物（均匀弥散）通过限制位错运动等机制，起到强化作用,(a),马-铁双相钢,马-铁-残奥trip钢,贝氏体钢,复相钢的实验数据，相变强化潜力,举例1：低成本Q345开发，措施：降低终冷温度目标：把Mn由1.45%降低到0.6%，降成本效果：50元/吨钢优点：不需要设备改造，只改变冷却工艺,3优化合金成分降成本,数据来源：牛见青等.低成本系列厚钢板的控轧控冷工艺.上海金属，2013，2，36,举例2：低成本高强度特厚板开发目标：通过工艺优化,减免加合金元素，降成本效果：40元/吨钢措施：1）采用再结晶型控轧及快速冷却2）高温低速大压下，促进内部微裂纹愈合优点：厚度方向上的组织性能均匀性好,较易实现力学性能Z向性能数据来源：1李婧等.高强度特厚板减量化轧制工艺.钢铁研究学报，2010，1，9-132王根矶等.低合金厚板的减量化轧制.钢铁.2009.8.60-63,3优化合金成分降成本,举例3：低成本双相钢开发目标：通过工艺优化,开发540-590级热轧双相钢，降成本效果：100元/吨钢措施：1）采用卷取前超快速冷却，进行冷却速度和终冷温度的优化控制2）C、Si、Mn等成分的优化设计优点：厚度方向上的组织性能均匀性好,较易实现数据来源：1刘彦春等.应用超快冷工艺开发级双相钢试验.轧钢，2007，2，6-92王根矶等.低合金厚板的减量化轧制.钢铁.2009.8.60-63,3优化合金成分降成本,强度590MPa级低成本双相钢开发C-Mn作为强化元素采用超快冷作为组织控制手段在现场进行了工业生产厚度4.011.0mm,化学成分（W%）,6机架连轧,层流冷却,卷取,950项目效益：节省的煤气用于发电，年效益4000万元减少氧化铁皮1%，年效益2000万元,经济效益和社会效益：与热装热送工艺相比，吨钢节省标准煤20kg按年产100万吨的螺纹钢生产线计算-节省标煤2万吨，减少氧化铁皮损失1万吨-合计经济效益3000-4000万元按照排放因子2.6计算，可减排二氧化碳5.2万吨按照吨标煤排放二氧化硫8.5kg计算，每年2万吨标煤减排二氧化硫约170吨节煤、节水、节材，有利于可持续发展,现场应用情况效益分析,政府最感兴趣可申报节能奖,板带材免加热直接轧制比棒线材的意义和影响更大人们大力探索板带材的免加热直接轧制已有40多年历史80年代日本在常规热连轧生产线上尝试直接轧制未获成功其后德马克公司推出了ISP（InlineStripProduction）技术彻底抛弃了加热炉，受到人们关注，在世界上建立二条ISP生产线一条在意大利阿维迪（Arvedi），一条在韩国浦项（POSCO）,5板带材的免加热直接轧制,德马克与西马克合并后暂时放弃了ISP，集中推CSP在沉默了20多年后，建在意大利和韩国的二条ISP均迈出新一步分别推出板带材无头轧制技术-Arvedi技术称为ESP（EndlessStripProduction）-POSCO技术称为CEM（CompactEndlesscastingrollingMill)适于生产1.0mm以下的薄规格产品（已经有人提出下限0.6mm）目标：以热带冷降成本,5板带材的免加热直接轧制,CEM,ESP,铸坯经液芯压下直接进入初轧机轧制成中厚板，经剪切可下线出售不下线的板坯经感应加热后，进入五架精轧机轧制成薄带钢生产线全长仅180-190m，从钢水到地下卷取机仅用7min浇注速度5-8m/min，钢水流量:可达6.5t/min，铸坯厚度：90-110mm可以大批量生产超标薄规格(0.8-1.0mm)带卷，实现以热带冷钢的收得率可达98.0%-98.5%生产成本比传统流程低约30-50%吨钢成本可降200元，足以吸引眼球，需要考虑对策能耗比传统热带钢轧机减少约40%，水耗降低80%有害气体的排放降低40%-50%，而生产较薄规格时降低65%-70%,ESP(CEM)生产线的技术特点及主要参数,从ISP到CEM（ESP）的主要变化：采用一套高速连铸机(5-8m/min)取代原来二套连铸机由成卷轧制变为全连续无头直接轧制取消了中间保温炉增加了卷取前飞剪铸坯厚：75/70100/80mm粗轧机：2架3架中间坯厚：20-3010-25mm最小规格：1.40.8mm在生产薄规格时具有优势,CEM生产线的技术特点及主要参数,改造前：ISP,改造后：CEM,min.0.8mm,日照钢铁的惊世之举：一举从Arvedi引进5（2+3）条ESP生产线！一期两条ESP订单，设计年产量为520吨(每条生产线为260万吨)，可生产最大宽度为1600毫米，最小厚度为0.8毫米超薄热轧带钢计划2015年投产，年初连铸已经