无头轧制技术的发展及展望

澳门新葡萄京官网注册,世界金属导报 (张京萍
刘理)  王国栋:  钢铁工业作为最主要的原材料工业,最根本的任务,就是以最低的资源、能源消耗,以最低的环境、生态负荷,以最高的效率和劳动生产率向社会提供足够数量且质量优良的高性能钢铁产品,满足社会发展、国家安全、人民生活的需求。要完成这样一个任务,我认为,钢铁工业应当主要把握以下几个主要技术发展方向:  1流程创新
绿色发展  1.1钢铁生产全流程一体化控制  1)实行“精料方针”和“源头治理”。洁净度控制的窗口位置前移到原料、燃料、熔剂的洁净化处理阶段。  2)全流程一体化的钢材温度控制。减少中间加热过程;在组织调控的关键区间进行适宜温度控制;工序界面合理匹配与衔接。  3)钢铁生产全流程一体化的变形控制。变形区间向高温(>1250℃)黏塑性区间扩展。全程轧制负荷分配优化。  1.2钢铁生产流程的融合与柔性化  1)炼铁工艺路线选择:以减少碳排放为目标,传统主流流程由使用化石能源向富氢喷吹转变;直接还原、熔融还原等非高炉炼铁技术,则提高氢还原比例。它们的共同融合点是提高氢气的比例。  2)炼钢工艺路线选择:适应废钢增加,提高转炉与电炉的原料适应性,适应任意比例铁水、废钢(预热)、DRI。电炉开发废钢预热处理技术。开发电炉-转炉可以转换的电转炉。  1.3短流程Mini-Mill  根据流程的特点和合理的产品定位,发挥近终形、短流程的优势,优化选择适宜的流程,包括长流程、薄板坯连铸连轧流程、薄带连铸流程。  1)薄板坯无头轧制是低成本、高性能的稳恒轧制过程,适于精确组织调控,开发薄规格先进高强钢,实现“以热代冷”。  2)薄带连铸过程也是无头轧制,适于制备超高性能硅钢等难变形、易偏析、高合金材料。  1.4流程减量化  开发与应用无酸洗还原退火热轧镀锌板生产技术、薄带铸轧+还原退火+热镀锌技术、高强钢直接淬火(DQ)生产工艺等流程减量化的生产工艺。  2采矿与矿物加工  2.1采矿技术:智能开采
深部开采  1)深部与超深部高效开采技术及工艺。智能大数据地压预警;深部和难采金属矿床安全高效开采;露天地下协同开采;高效露天转地下协同开采。  2)露天、地下智能开采技术;地下采选一体化绿色开发系统。  2.2矿物加工技术  1)低成本、高效率、高产量的超级铁精矿选矿技术。  2)复杂难选铁矿石选冶技术与装备。  3)高效、低成本、节能磨矿工艺与装备。  4)新型高效绿色铁矿捕收剂及其工业应用。  5)外场强化矿石高效破碎与解离。  6)尾矿综合利用。  3钢铁冶金  3.1低碳炼铁技术  1)低碳高炉炼铁主要前沿技术。含氢物质(富氢、天然气、COG)喷吹。  2)低碳、减排的非高炉炼铁技术。气基竖炉直接还原制备高级洁净钢。  3)氢气直接还原技术。基于氢冶金的熔融还原直接炼钢。  3.2炼钢技术  1)高效脱硫铁水预处理技术。  2)钢包底喷粉高效精炼新工艺。  3)氧化物冶金技术:大线能量焊接高强钢厚板、厚规格结构钢的微观组织均匀细化控制。  3.3高品质特殊钢特种冶金新流程  1)高效率、低成本、高洁净度特种冶金新流程。  2)特钢钢包洁净精炼技术、高端不锈钢加压增氮冶金新技术、基于导电结晶器的电渣重熔技术。  4连铸及连铸与轧制的衔接  1)新一代高拉速、无缺陷连铸坯高效连铸技术。含结晶器流动控制技术、结晶器坯壳均匀生长控制、结晶器振动润滑技术、精准二冷控制技术、凝固末端压下及温控技术等。  2)连铸后高温坯直轧技术、热轧无缝钢管连铸坯热装热送技术、连铸坯全连续单线多流直轧棒线材。  3)全连续无头直接轧制技术:薄板坯热轧薄带无头轧制、连铸坯全连续多线无头直轧+切分轧制生产棒材、连铸坯全连续单线无头直轧棒材或线材、宽带无头轧制技术取代长流程热轧等。  5控制轧制与控制冷却技术  1)新一代超快冷为核心的控制冷却技术。  2)全轧程全面完整的控制轧制技术。  3)热轧无缝管、线材超快冷技术开发与应用。  4)热轧氧化铁皮控制技术与工艺。  5)基于大数据的热轧钢材生产组织性能预测与控制。  6冷轧板先进连续退火与涂镀技术  1)冷轧薄带钢快速加热技术及工业化应用。  2)薄带钢无氧化快速冷却技术。  7增材制造与复合材料  1)轧制复合工艺、装备。  2)合金薄带、薄板坯、厚板坯连铸与增材制造。  3)耐腐蚀复合带肋钢筋生产工艺与装备。  4)海洋用耐腐蚀碳钢-不锈钢复合棒材。  5)内生陶瓷粒子增强复合材料。  8制造过程的信息化与智能化  1)智能化系统扁平化基本架构设计及原有数字化系统的改造。  2)数据平台建设:全流程工艺质量数据采集与处理。  3)参数深度感知:工艺质量精准预报与在线状态感知
。  4)设备故障诊断:基于工业大数据的设备健康状态诊断
。  5)质量监控优化:质量异常原因追溯与工艺优化。  6)精准协调控制:质量精准控制与多工序协调优化。  7)产供销一体化:产供销全流程协同的智能决策。  9钢铁行业创新研发平台  1)钢铁行业兼有研究、设计、工程、小型生产示范功能的准工业化创新、转化平台集群。  2)矿物加工研究开发平台。  3)钢铁冶金与连铸中试研究平台。  4)绿色加工与热处理中试研究平台。  5)钢铁工艺与装备研究企业平台。  6)液态金属与增材制造研发平台。  7)智能制造研发平台。  8)先进装备研发平台。  9)先进热工技术与装备研发平台。  我认为,今后我们钢铁人应按照“要瞄准世界科技前沿,强化基础研究,实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破等要求,把握钢铁技术发展方向,取得创新突破,促进我国钢铁产业迈向全球价值链中高端,为把我国建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国贡献力量。  来源:世界金属导报

上世纪60年代以前,传统生产钢材方法是先将钢水模铸成大型钢锭,经加热、轧制成坯,钢坯经冷却、清整后再加热,轧成用户所需断面的成品钢材。近40多年来经历了三次飞跃式发展:一是将模铸改为连铸,取消开坯机;二是由一般连铸改为近终形连铸,减少加热、轧制次数;无头轧制技术是钢铁加工流程的第三次飞跃,即钢材生产不再是单块的、间隙性的,而是连续进行轧制,然后根据用户需求剪切成所需长度或卷重。无头轧制的好处是:1.钢材全长以恒定速度进行轧制,生产率有较大提高;2.因对钢材全长施加恒定张力,使钢材断面形状波动减少,钢材质量改善,这点对热轧扁平材生产特别重要;3.由于成品长度不受限制,根据交货状态要求剪切,成品率显著提高;4.由于轧材运行稳定性提高,对热轧带钢来说,有利于生产薄规格带钢;5.和单块轧制不同,钢品啮入次数减少,减小对轧辊冲击,有利于提高轧辊寿命。在施行无头轧制技术中分扁平材和长材两类,其中又有无头轧制和半无头轧制的区别;就技术类型来说分为焊接型和铸轧型两种,将分别叙述于后。扁平材的无头轧制1.在传统热连轧带钢机上无头轧制。第一台全连续无头轧制热连轧带钢机是1996年在日本JFE公司千叶厂投用的。它的轧机组成是:粗轧机架3台,精轧机架7台,辊身长2030mm,设计最高轧速为25m/s,年产能力为540万t。连铸坯经加热在粗轧机架轧成最大厚度为50mm中间带坯进人热卷箱,在热卷箱后设有中间带坯剪断机,将带坯头剪平,以便于后面的焊接设备(用对接压合法电磁感应焊接)进行焊接,焊接后的带坯经过带坯边部加热器使带坯温度均匀,然后送入精轧机架轧成所需带钢厚度,由于中间带坯头尾已经焊接,从理论上来讲是可以无限长的,故称为无头轧制。轧机后卷取机前设有高速带钢剪断机,将高速前进的带钢(最大1200m/min)切断分卷。在千叶厂3号轧机全连续无头轧制取得成功经验后,日本新日铁公司和韩国浦项公司分别将其大分厂和光阳厂热连轧带钢机改造成能无头轧制的全连续热轧带钢机。由于中间带坯焊接操作过程比较复杂,对中间坯头尾可搭接性能要求较高,因而这项技术还没有在全球范围内迅速推广。据对千叶厂考察该轧机的情况介绍,由于市场原因,千叶3#热连轧带钢机实际年产量为300—350万t
(设计年产能力540万t的55%-65%),采用无头轧制产品的月产量不足4万t。随着生产经验的积累和对新技术的掌握和改进,相信这项技术将会发挥更大的作用。2.薄板坯连铸连轧生产线上半无头轧制。实现半无头轧制薄板坯连铸连轧生产线的基本设备配置和传统的薄板坯连铸连轧大体相同,但是技术上有较大变化,即钢水经连铸机浇铸成钢坯后,不需剪切分段直接送人辊底加热炉进行均热,热后即直送轧机轧制,如德国西马克·德马克公司设计的CSP连铸机薄板坯出结晶器时厚63mm,经过液芯压下离开连铸机时铸坯厚48mm,因铸坯不经剪切进入加热炉(传统CSP技术铸坯剪断为40余米),加热炉长达300余米(传统CSP技术为200米左右),铸坯经均热后进入7机架连轧机组轧制成材。输出冷却辊道分为两段,第一段较短,为30m左右,其中快速水冷却水集管段为10余米,冷却段后为超薄带卷取机(旋转卷取机);第二段为传统的层流冷却和卷取机,主要生产一般规格的热带。这种类型的生产线以超薄规格薄带为主,其中0.8—3.0mm的带钢占60%以上,高强钢最小厚度为1.2mm,低碳钢可达0.8mm,由于采用该项技术,双流连铸机最大年产量可达240万t,半无头轧制技术利用了连铸坯长的特点,减少了穿带过程中产生的带钢温度降低、厚度不易控制和生产不稳定的问题,极有利于薄规格带钢轧制。我国华菱集团涟源钢铁公司新建薄板坯连铸连轧生产线即是按上述半无头轧制工艺设计建设的。由德国西马克·德马克公司供货,投产8个月后即成功创造世界同类型生产线半无头轧制268m长坯的最长纪录以及生产出厚度为0.78mm特薄热轧带卷,涟钢均热炉长291.15m,是目前世界上最长的均热炉。棒、线材无头轧制棒线材无头轧制技术有三种类型:一是铸轧型无头轧制技术。将方坯连铸机和热连轧机结合在一条生产线上连铸连轧棒线材的新工艺称为Luna无头铸轧技术。二是连铸坯焊接型无头轧制技术。将在步进炉加热好的钢坯进行焊接,成为无头坯送往轧机进行轧制。三是中间坯焊接型无头轧制技术。将经粗轧机架轧制后的中间坯(由45mm左右)进行焊接,在中轧、精轧机中实现无头轧制。1.铸轧型无头轧制技术。意大利达涅利公司开发成功该项技术并用于意大利乌迪内ABS公司的年产50万t特殊钢棒线材工业性生产厂中,已于2000年8月正式投产。连铸机和热连轧机配置在一条生产线上,铸机产品为160mm×200mm大方坯,共两流。连铸机后设有两个淬火箱,其后为125m长辊底式加热炉,加热炉前设有65m长双流隧道式炉以作为工序间缓冲,热缓冲能力约为45t。
生产线能以单流或双流生产,在单流生产时,连铸坯可以是14m以上的任意长度,在连铸和连轧两工序间不进行任何切割,实际上实现了半无头轧制。当双流生产时,连铸坯要切割成45m长交替送到隧道式炉中,然后送入辊底式加热炉加热和均热。轧机由18架粗、中轧和预精轧机架及3架三辊RSB减定径机架组成,在精轧机前后装备有控温轧制所需的必要设施,包括在线热处理的淬火及回火(退火)设施。从技术上来讲,Luna无头铸轧技术给长材轧制工艺带来了一场革命性变化,它实现了从连铸、连轧、在线热处理、表面精整到在线检查的全连续化;全部工序都实现了计算机控制,从订单下达到成品入库全部生产过程不超过4小时。ABS公司吨钢材成本较常规技术减少约40美元。工厂产品规格为圆钢Φ20-100mm,圆钢盘卷φ15-50mm和相应规格的方钢。钢种有碳素钢、表面硬化钢、低合金钢、调质钢、轴承钢、弹簧钢和不锈钢。2003年1月,ABS公司对其Luna生产线上在线退火装置进行改造,将炉室长度增加一倍,可处理长50m轧材,原退火炉只能处理长24m轧材,严重制约整条生产线能力的发挥。2.连铸坯焊接型无头轧制技术。该技术是连铸方坯经步进式加热炉加热后将前一块钢坯尾部和后一块钢坯头部进行对焊(用闪光焊接),形成无头坯送热连轧机进行轧制,名为EWR(Endlees
Welding
Rolling)。自从1998年3月在日本东京高松厂问世以来有了快速的发展,闪光焊机设在加热炉出料端后,焊接过程由计算机控制,并纳入轧钢自动化系统,因而有良好的焊接过程稳定性和可重复性,各种断面形状和钢种的钢坯均能对焊,最大规格可达200x200mm。我国唐山钢铁公司棒材厂建设的EWR装置对焊165mm方坯所需周期约37-40秒,其中焊接时间约10秒。由于焊接技术的提高,焊口位置不但不存在内部缺陷,强度指标也不亚于轧件母体。无头轧制和常规轧制相比,生产效率可提高12%-16%,生产成本降低2.5%-3.0%,棒材定尺率接近100%,金属收得率提高约l%,从轧件品质分析,因为仅有一个头部,所以能明显减少轧制纵向尺寸和性能不均现象。除新建轧机外,在现有现代化连续棒材轧机上可以新增无头轧制装置,如唐钢棒材厂即属于改造项目,总投资210万美元。3.中间坯焊接型无头轧制技术。该项技术系将经粗轧机架轧成的中间坯头尾焊接后送中轧、精轧机轧制,类似传统热轧带钢机装设的无头轧制装置。新工艺由日本大和钢公司在其所属东部事业所开发成功。作业时间共30-70秒,其中焊接时间5.5秒,中间坯断面φ45mm,长36m。该技术开发成功,使东部事业所轧制能力提高约20%,冷坯发生率减少,热坯使用率由75%增到9l%,燃料消耗减少,成材率有较大提高。展望1.在扁平材无头轧制技术中,以薄板坯连铸连轧生产线中实施半无头轧制较简易可行,我国涟源钢铁公司CSP薄板坯连铸连轧生产线已有良好的开端,特别对生产薄规格带钢具有显著优越性。传统热连轧带钢机无头轧制技术也有广阔发展前景,但作为一项全新技术有一个继续开发、改进和掌握的过程,是完全可以理解的。2.在棒线材无头轧制技术中,以连铸坯焊接型无头轧制应用最多,在泰国、马来西亚、墨西哥、西班牙等国若干长材生产厂都得到采用,我国第一家采用该技术的是唐山钢铁公司棒材厂,新疆八一钢铁公司和湖南涟源钢铁公司也采用了该项技术,但在实际生产中出现一些问题和要求,一是提供无缺陷连铸坯是应用此项技术的前提条件;二是钢坯对焊成功率主要取决于对接钢坯端面几何形状的一致性。目前一些钢厂对焊率不高主要是由于火焰切割的坯料端面不整齐和铸坯断面脱矩造成的,因此该项技术使用率不高,绝大部分仍采用常规轧制。但无头轧制优越性十分明显,连铸坯焊接型无头轧制新增设备不多,投资额不大,结构和操作不很复杂,具有进一步推广使用的前景。3.中间坯焊接型棒材无头轧制技术的优点和问题与前述铸坯焊接型大体相同,它的长处还存在于:①中间坯断面小,设备费用少,消耗材料少;②中间坯焊接时产生毛刺少,易于去除。但其所需设备较多,操作较复杂,目前除日本大和钢铁公司东部事务所外,其他企业应用较少,尚需进一步实践。4.铸轧型棒线材无头轧制技术实质上是类薄板坯连铸连轧的方坯连铸连轧,在技术上比较成熟,如用于生产普通碳素钢棒材、钢筋和线材,没有特殊钢生产的在线热处理作业,生产将更易掌握。5.无头轧制和半无头轧制技术具有显著优越性和巨大的经济效益,但总的说来,在生产实践中应用的时间还不长,采用的厂家还不多,属于一种正在发展中、有广阔发展前景的新工艺技术,值得关注、重视并以积极态度去开发和探索。具体建议:一是在以后新建薄板坯连铸连轧生产线时应重视研究采用半无头制技术的可行性。特别是当产品要求薄规格带钢品种较多时,应该采用这项技术。二是在我国适当地点建设一些Luna无头铸轧生产线,这可能会象薄板坯连铸连轧一样,为我国在棒线材生产领域出现一场新的变革作出贡献,三是选择一家新建或现有的传统热连轧带钢机安设无头轧制焊接设施,摸索经验,解决存在的矛盾的问题。四是认真总结交流已建成连铸坯焊接型棒线材无头轧制的经验教训,不断提高对焊成功率和无头轧制焊接装置的使用率。
(end)

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