我國中厚板軋機(jī)生產(chǎn)技術(shù)概述2

我國中厚板軋機(jī)生產(chǎn)技術(shù)概述 1、前言熱軋中厚板生產(chǎn)設(shè)備包括熱連軋機(jī)組、中厚板軋機(jī)和爐卷軋機(jī)等。熱連軋寬帶鋼軋機(jī)適合生產(chǎn)薄而窄的產(chǎn)品，常規(guī)中厚板軋機(jī)適合生產(chǎn)厚而寬的產(chǎn)品，而新興的寬規(guī)格卷軋中厚板軋機(jī)（爐卷）能夠生產(chǎn)前兩種軋機(jī)生產(chǎn)比較困難的薄而寬規(guī)格的產(chǎn)品。國內(nèi)中厚板產(chǎn)量主要來源于中厚板軋機(jī)，其次是熱連軋機(jī)。隨著長期生產(chǎn)實(shí)踐與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，中厚板軋機(jī)生產(chǎn)工藝有兩種方案：一是，傳統(tǒng)的常規(guī)中厚板生產(chǎn)線，采用單張鋼板軋制方式。軋機(jī)布置型式有：三輥勞特式軋機(jī)（已淘汰）；單機(jī)架四輥軋機(jī)；雙機(jī)架布置，即二輥粗軋機(jī)四輥精軋機(jī)或四輥粗軋機(jī)四輥精軋機(jī)。二是，卷軋中厚板生產(chǎn)線，即爐卷軋機(jī)，該工藝是從上世紀(jì)80年代逐步發(fā)展起來的，即可單張鋼板軋制，又可采用卷軋方式生產(chǎn)中厚板。我國于1936年在鞍鋼建成第一套2300中板軋機(jī)（三輥勞特式）。新中國于1958年和1966年先后建成了鞍鋼2800/1700半連續(xù)鋼板軋機(jī)和武鋼2800中厚板軋機(jī)、太鋼2300/1700爐卷軋機(jī)。1978年建成了舞鋼4200寬厚板軋機(jī)。寶鋼5000、沙鋼5000、鞍鋼5500寬厚板軋機(jī)分別于2005年、2006年、2008年建成投產(chǎn)。我國常規(guī)的中厚板軋機(jī)目前可分三類，1類：4.3m和5m高水平軋機(jī)；2類：以3.5m為代表的中等水平軋機(jī);3類：2.3、2.8m老舊軋機(jī)。2008 年，我國中厚板軋機(jī)將達(dá)到59套，產(chǎn)能5553萬t/a。到2010年我國中厚板軋機(jī)產(chǎn)能將達(dá)到65007000萬t/a（見表1）。2、熱軋中厚板生產(chǎn)工藝流程熱軋中厚板生產(chǎn)工藝流程：a) 坯料準(zhǔn)備工藝流程：選擇坯料（種類、尺寸）坯料清理坯料檢驗(yàn)合格坯料。b) 加熱工藝流程：裝爐加熱（控制加熱時(shí)間、溫度、速度和爐內(nèi)氣氛）出爐。c) 軋制工藝流程：除鱗粗軋精軋。d) 精整工藝流程：矯直冷卻表面檢查缺陷清理剪切（拋丸處理或熱處理）檢驗(yàn)標(biāo)記入庫。軋制是鋼板成形階段，其分為粗軋、精軋兩個(gè)階段。粗軋、精軋劃分并沒有明顯界限，一般把雙機(jī)架軋機(jī)的第一架稱為粗軋機(jī)，第二架稱為精軋機(jī)。一般將單機(jī)架軋機(jī)前期道次稱為粗軋、后期道次稱為精軋。粗軋是將除鱗后的坯料展寬到所需要的寬度，同時(shí)進(jìn)行大壓縮延伸。粗軋有四種常用方法；全縱軋法、全橫軋法、橫軋縱軋法和角軋縱軋法。全縱軋法是指鋼板延伸方向與坯料縱軸方向相一致的軋制方法。全橫軋法是指鋼板延伸方向與坯料縱軸方向相垂直的軋制方法。此法與初軋開坯相結(jié)合，可改善鋼板的各向異性。橫軋-縱軋法是指三步軋制，先縱軋1、2道次，即成形軋制。然后轉(zhuǎn)90進(jìn)行橫軋寬展，即寬展軋制。第三步再轉(zhuǎn)90進(jìn)行縱軋，即延伸軋制。此法優(yōu)點(diǎn)是坯料寬度不受鋼板寬度的限制。角軋-縱軋法是指將坯料縱軸與軋輥軸線方向成一定角度送入軋輥的軋制方法。送入角在1545范圍內(nèi)。每一對(duì)角線軋制1、2道后即更換到另一對(duì)角線軋制。每軋一道次，軋件得到一定延伸、寬展，且變成平行四邊形。當(dāng)更換到另一對(duì)角線軋制時(shí)，軋件又得到了一定延伸、寬展，且又從平行四邊形回到矩形。此法只用在用鋼錠作坯料的三輥勞特式軋機(jī)上。精軋除將粗軋后的軋件繼續(xù)延伸外，主要是控制質(zhì)量，包括厚度、板形、表面質(zhì)量、性能等控制。由于在傳統(tǒng)軋制時(shí)，軋件前后端產(chǎn)生寬展，軋制后鋼板不會(huì)形成矩形。為此，人們成功研制了許多精軋法，如MAS軋制法（圖1）；狗骨軋制法（DBR）如圖2所示,圖中DB量是指軋件前后端加厚部分的長度和少壓下量；咬邊返回軋制法（圖3）；差厚展寬軋制法（圖4）和立輥法（圖5）等方法，較有效地解決了這個(gè)問題。這些方法的共同特征是采用橫軋-縱軋法，橫軋前一道的縱軋使軋件縱向厚度不等，或縱軋前一道的橫軋使軋件橫向厚度不等。如MAS軋制法：調(diào)節(jié)軋件端面形狀的原理見圖1，為控制軋件側(cè)面形狀，在最后一道延伸時(shí)用水平輥對(duì)展寬面施以可變壓縮。若側(cè)面形狀凸出則軋件中間部分的壓縮大于兩端，如圖中情況；若側(cè)面形狀凹入則軋件中間部分的壓縮應(yīng)小于兩端。將這種不等厚的軋件旋轉(zhuǎn)90后軋制，即可得到側(cè)面平整的軋件，稱整形MAS法。同理，若在橫軋最后一道次上對(duì)延伸面施以可變壓縮，將這種不等厚的軋件旋轉(zhuǎn)90后軋制，即可控制前、后端切頭，稱寬展MAS法。3、軋機(jī)及軋機(jī)布置3.1 軋機(jī)類型中厚板軋機(jī)有四種類型：二輥可逆式軋機(jī)、三輥勞特式軋機(jī)、四輥可逆式軋機(jī)和萬能式軋機(jī)。1）二輥可逆式軋機(jī)它由一臺(tái)或兩臺(tái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用可逆、調(diào)速軋制，通過上輥調(diào)整壓下量（軋制中心線改變了），得到每道次的壓下量h。因其低速咬鋼、高速軋鋼，則具有咬入角大、壓下量大、產(chǎn)量高的特點(diǎn)。但二輥軋機(jī)輥系剛性較差，板厚公差較大。目前二輥可逆式軋機(jī)已不再單獨(dú)興建，而有時(shí)僅作為粗軋機(jī)或開坯機(jī)之用。2）三輥勞特式軋機(jī)它由上下兩個(gè)大直徑軋輥和一個(gè)小直徑中間軋輥所組成。由一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)、齒輪座、萬向接軸傳動(dòng)上下兩個(gè)大直徑軋輥。中間軋輥無動(dòng)力（惰輥）且可上下移動(dòng)（升降），其轉(zhuǎn)動(dòng)是靠上、下輥摩擦帶動(dòng)的。通過中輥升降和軋機(jī)前、后升降臺(tái)，實(shí)現(xiàn)軋件的往復(fù)軋制。軋輥的旋轉(zhuǎn)方向不變，軋件在中、下輥之間朝一個(gè)方向通過，返回時(shí)則在中、上輥之間通過。通過上輥調(diào)整壓下量，得到每道次的壓下量。輥系剛性較二輥軋機(jī)好、較四輥軋機(jī)差。故這種軋機(jī)常用來生產(chǎn)中板而不適用于寬厚板生產(chǎn)。目前三輥勞特式軋機(jī)已列入淘汰之列。3）四輥可逆式軋機(jī)它由一對(duì)小直徑的工作軋輥和一對(duì)大直徑分別位于工作輥上下的支撐軋輥所組成。通常由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作輥。軋制過程與二輥可逆式軋機(jī)相同。由于具有強(qiáng)大的支撐輥，可以承受較大的軋制力、減少工作輥?zhàn)冃我约膀?qū)動(dòng)工作輥。因此，工作輥直徑可以比三輥勞特式軋機(jī)的中輥直徑更小，可進(jìn)一步減小軋制壓力，提高輥系剛性及咬入能力，故這種軋機(jī)是生產(chǎn)中厚板的首選軋機(jī)。4）萬能式軋機(jī)萬能式軋機(jī)是在二輥可逆式軋機(jī)、三輥勞特式軋機(jī)和四輥可逆式軋機(jī)的進(jìn)口一側(cè)配置一對(duì)立輥或進(jìn)、出口兩側(cè)各配置一對(duì)立輥的軋機(jī)。設(shè)置立輥的原意是生產(chǎn)齊邊鋼板，后續(xù)不用切邊，提高成材率和生產(chǎn)率。但實(shí)踐表明，因立輥軋邊易使鋼板產(chǎn)生橫向彎曲，立輥軋邊生產(chǎn)只在軋件寬厚比小于6070時(shí)才能起作用，而不適于寬而薄的軋件。3.2軋輥寬度選擇軋機(jī)寬度，即輥身長度的選擇取決于多方面因素。隨著用戶對(duì)中厚板材寬度越來越寬和質(zhì)量越來越高的要求，軋機(jī)的制造水平、厚度控制技術(shù)、平面形狀控制技術(shù)、板形控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，運(yùn)輸條件的不斷變化等等，使軋機(jī)寬度不斷增加。如2300、2800、3200、3800、4300、5000、5500mm等。目前新建中厚板軋機(jī)寬度的選擇通?？紤]三個(gè)問題：用戶需求、現(xiàn)存軋機(jī)寬度分布和運(yùn)輸方式。在產(chǎn)品寬度方面：對(duì)于5000mm或5500mm以上的鋼板訂貨量有限，主要是用于制造大口徑直縫焊管。直縫管管徑一般在14001500mm以下、30萬t載重噸級(jí)船舶要求寬厚板幅面最大寬度約4500mm。因此要求最大板寬在45004800mm即可滿足最寬產(chǎn)品的要求，48005000mm寬厚板軋機(jī)產(chǎn)品可覆蓋該產(chǎn)品的規(guī)格范圍。中厚板運(yùn)輸方式?jīng)Q定軋輥寬度選擇。對(duì)于寬度規(guī)格較大的寬厚板（板寬3000mm），鐵路運(yùn)輸較為困難，這也是制約內(nèi)陸鋼廠，生產(chǎn)中厚板寬度一般在3000mm范圍內(nèi)的因素。通常鐵路線上敞車寬度為3000mm，平放可適合運(yùn)輸最寬2900mm的中厚板，中厚板寬度在30003400mm可采用斜放進(jìn)行運(yùn)輸，但相應(yīng)增加安裝、固定費(fèi)用。寬度超過3400mm的鋼板需采用汽車運(yùn)輸，運(yùn)輸成本高于火車運(yùn)輸。因此目前我國新建中厚板軋機(jī)輥身應(yīng)適當(dāng)加寬，新建寬厚板軋機(jī)應(yīng)充分考慮利用水路運(yùn)輸，將軋機(jī)建在沿海地區(qū)。內(nèi)陸地區(qū)新建中厚板軋機(jī)，一般產(chǎn)品寬度應(yīng)定位在3400mm以下。3.3 軋機(jī)布置形式中厚板車間軋機(jī)布置有三種形式，即單機(jī)架布置、雙機(jī)架布置和連續(xù)式多機(jī)架布置。1)單機(jī)架布置生產(chǎn)是指在一架軋機(jī)上完成中厚板的軋制。軋機(jī)可選用二輥可逆式、三輥勞特式、四輥式和萬能式中厚板軋機(jī)。目前前兩種軋機(jī)已被四輥式軋機(jī)所取代。由于單機(jī)架軋制，粗軋與精軋都在一架軋機(jī)上完成，產(chǎn)品質(zhì)量較差、規(guī)格受限、產(chǎn)量較底。但投資省，適于生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)量要求不高、對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求較寬的鋼板。2)雙機(jī)架布置生產(chǎn)是指在兩架軋機(jī)上完成中厚板的軋制，將粗軋與精軋分到兩個(gè)機(jī)架上分別完成。由于雙機(jī)架軋制，產(chǎn)品質(zhì)量較好、產(chǎn)量也較高。粗軋機(jī)可選用二輥可逆式或四輥可逆式軋機(jī)。精軋機(jī)一律選用四輥可逆式軋機(jī)。但目前雙機(jī)架布置，均采用雙四輥布置。3)連續(xù)式多機(jī)架布置生產(chǎn)是指在全連續(xù)式、半連續(xù)式、3/4連續(xù)式布置的多架軋機(jī)上完成中厚板的軋制。它是一種生產(chǎn)寬帶鋼的高效軋機(jī)，也可看作是一種中厚板軋機(jī)。帶卷厚度已達(dá)25mm或以上，這幾乎有2/3的中厚板可在連軋機(jī)上生產(chǎn)，但其寬度一般不大。用可以軋制更薄產(chǎn)品的連軋機(jī)生產(chǎn)較厚的中板，這在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都不太合理。對(duì)于半連續(xù)軋機(jī)，其粗軋部分由于軋機(jī)布置靈活，可以滿足生產(chǎn)多品種鋼板的需要，但精軋機(jī)部分的作業(yè)率就低了。這是連續(xù)式中厚板軋機(jī)很少發(fā)展的主要原因。綜上所述，中厚板軋機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：二輥可逆式軋機(jī)不再興建，三輥勞特式軋機(jī)落后已被淘汰，四輥可逆式軋機(jī)廣泛應(yīng)用。在機(jī)架布置上，則四輥雙機(jī)架布置是主要形式。4、中厚板爐卷軋機(jī)中厚板卷主要來自熱連軋機(jī)組和爐卷機(jī)組，其中熱軋機(jī)組的一部分設(shè)計(jì)產(chǎn)能用于生產(chǎn)中板卷，主要是生產(chǎn)薄規(guī)格的中厚寬帶鋼，熱連軋機(jī)組的中厚板產(chǎn)量隨中厚板和薄板的市場(chǎng)行情變化而變化。爐卷軋機(jī)即可生產(chǎn)中厚板產(chǎn)品又可生產(chǎn)板卷，但主要是生產(chǎn)中厚板卷。20世紀(jì)80年代中后期爐卷軋機(jī)復(fù)興，因其吸取熱連軋機(jī)和常規(guī)中厚板軋機(jī)的控制技術(shù)而得到了快速發(fā)展,尤其是以卷軋方式生產(chǎn)寬規(guī)格熱軋卷。1985年美國Tippins公司首次采用卷軋方式生產(chǎn)中板的爐卷軋機(jī)獲得成功。我國南京鋼鐵公司引進(jìn)了奧鋼聯(lián)的爐卷軋機(jī),于2005年成功軋出第1塊鋼板。同期,安陽、韶關(guān)鋼鐵公司從達(dá)涅利公司引進(jìn)用卷軋工藝生產(chǎn)的爐卷軋機(jī)。目前我國南鋼、酒鋼、安陽、韶鋼、昆鋼等企業(yè)擁有爐卷軋機(jī)產(chǎn)能近700萬t。卷軋中厚板生產(chǎn)線較常規(guī)中厚板生產(chǎn)線的特點(diǎn)：1） 可增大坯料長度，提高單重，實(shí)現(xiàn)倍尺軋制，減少切頭尾損失，提高綜合成材率和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。2）因選用125/150mm厚的中等厚度板坯，可減少軋制道次，降低消耗；便于同連鑄機(jī)銜接生產(chǎn)，可保證較高的坯料熱送溫度，較高的熱裝率，降低能耗消耗。3）適合于少品種、批量生產(chǎn)。由于爐卷軋機(jī)自身的特點(diǎn),其連鑄坯較長，故不能進(jìn)行橫向軋制，導(dǎo)致不能生產(chǎn)具有雙向性能要求的鋼材品種，例如海洋平臺(tái)用Z向鋼等。由于采用的連鑄坯厚度相對(duì)較薄，壓縮比受到限制，不能生產(chǎn)較厚規(guī)格的專用板，故只能生產(chǎn)一般中厚板品種。不宜組織特殊專用板等小批量多品種規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn),生產(chǎn)靈活性也明顯不如常規(guī)中厚板軋機(jī)。4）最好作為幾套常規(guī)中厚板軋機(jī)的補(bǔ)充,發(fā)揮軋機(jī)產(chǎn)品分工的協(xié)同效應(yīng)。5）目前3500mm爐卷軋機(jī)，適合批量生產(chǎn)厚度為20mm以下，寬度為20003200mm薄、寬規(guī)格的鋼板，20002800mm鋼卷。4.1 卷軋中厚板軋機(jī)生產(chǎn)工藝卷軋中厚板軋機(jī)有3種生產(chǎn)工藝：1)單張鋼板往復(fù)軋制方式（軋制厚度20mm的厚鋼板時(shí)）。該種方式同常規(guī)的中厚板生產(chǎn)工藝，軋件既不進(jìn)卷取爐，也不進(jìn)卷取機(jī)。2)卷軋鋼板方式（軋制厚度20mm的中厚鋼板時(shí)）。該種方式使用板坯較長,先在軋機(jī)上經(jīng)反復(fù)可逆軋制,當(dāng)軋件厚度25mm時(shí),長軋件進(jìn)入軋機(jī)入口或出口卷取爐進(jìn)行保溫,經(jīng)往復(fù)軋制,最終軋至成品厚度，但不進(jìn)卷取機(jī)卷曲。然后從出口卷取爐下面送往飛剪剪切成長度50m的母板長度,再經(jīng)熱矯直機(jī)矯直,冷床冷卻,在精整線剪切成定尺長度鋼板。這種生產(chǎn)工藝是卷軋中厚板軋機(jī)特有的生產(chǎn)工藝，既不同于普通中板生產(chǎn)方式,也不同于熱連軋鋼卷生產(chǎn)方式。由于其采用的是當(dāng)軋件軋至厚度25mm,長軋件進(jìn)入機(jī)前或機(jī)后卷取爐進(jìn)行保溫方式。因此既減少了軋件的溫降,也可使軋件在卷取爐與軋機(jī)之間形成張力,進(jìn)而可減小軋件縱向的變形抗力。由于卷軋鋼板具有上述特點(diǎn),因而可使軋件軋得更薄,并能得到較好的板形。3)鋼卷軋制方式（軋制厚度2.520mm的鋼卷時(shí)）。該種方式用于軋制商品鋼卷，采用出、入口卷取爐,將軋件往復(fù)軋至厚2.520mm的帶鋼,經(jīng)層流冷卻后進(jìn)入地下卷取機(jī)卷成鋼卷。4.2中厚板爐卷軋機(jī)布置目前中厚板爐卷軋機(jī)布置有二種方式：1）單機(jī)架爐卷軋機(jī)。產(chǎn)能100萬t/a。2）雙機(jī)架爐卷軋機(jī)。產(chǎn)能140萬t/a。粗軋機(jī)采用四輥可逆、帶立輥軋機(jī)。因上述兩種軋機(jī)布置方式均采用全縱軋制方式，也有學(xué)者建議：粗軋機(jī)采用常規(guī)的中厚板軋機(jī)+精軋機(jī)采用爐卷軋機(jī)的雙機(jī)架布置方式。在粗軋機(jī)上可實(shí)施縱、橫軋，同時(shí)可出中厚板產(chǎn)品。5、中厚板軋機(jī)新技術(shù)我國中厚板軋機(jī)經(jīng)過近些年來的改造和引進(jìn)，采用了許多新技術(shù)，如在大多數(shù)軋機(jī)上普遍采用了液壓AGC和軋機(jī)過程控制系統(tǒng)，部分軋機(jī)已經(jīng)采用立輥軋機(jī)的AWC、工作輥彎輥技術(shù)及CVC技術(shù)等。特別是寶鋼5000、沙鋼5000、鞍鋼5500寬厚板軋機(jī)，均采用了當(dāng)今世界上最先進(jìn)的軋機(jī)新技術(shù)。以寶鋼5000mm軋機(jī)為例其采用的新技術(shù)：1）采用了高水平的控制軋制和控制冷卻工藝。如在置于精軋機(jī)后的加速冷卻裝置上采用噴射冷卻和層流冷卻組合形式，使其可實(shí)現(xiàn)直