棒線材直接軋制工藝關(guān)鍵問題分析

/棒線材直接軋制工藝關(guān)鍵問題分析2016-10-22

《中國(guó)冶金報(bào)》

軋鋼之家許宏安近年來，隨著我國(guó)對(duì)鋼鐵生產(chǎn)能耗和環(huán)保的要求日益嚴(yán)格，業(yè)內(nèi)掀起了開發(fā)低能耗軋制工藝的熱潮。許多棒線材企業(yè)都在現(xiàn)有生產(chǎn)線上試驗(yàn)提高熱裝率、熱裝溫度，試驗(yàn)補(bǔ)熱直接軋制、無加熱直接軋制，但很多關(guān)鍵工藝問題沒有得到很好的解決。因此，有必要對(duì)國(guó)內(nèi)無加熱直接軋制高強(qiáng)度鋼筋生產(chǎn)工藝存在的問題進(jìn)行進(jìn)一步探討。直接軋制和熱送熱裝的分類與發(fā)展真正的直接軋制，應(yīng)是將從連鑄機(jī)送來的連鑄坯不經(jīng)任何其他加熱或補(bǔ)熱工序直接軋制成最終產(chǎn)品。然而，多年來，大部分生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝研究和試驗(yàn)，都在軋制前對(duì)連鑄坯進(jìn)行再加熱或者補(bǔ)熱。連鑄坯熱送熱裝和直接軋制技術(shù)是正在發(fā)展中的新技術(shù)，其概念和分類見附表，具體特征如下：連鑄坯無加熱或補(bǔ)熱直接軋制，簡(jiǎn)稱CC-FDR，分類為1類。連鑄坯在表面溫度在820℃以上（芯部在960℃以上）的條件下，不經(jīng)任何形式的加熱和補(bǔ)熱，也不用建設(shè)加熱爐，直接被送入軋機(jī)軋制。鑄坯軋前未經(jīng)過γ-α-γ相變?cè)俳Y(jié)晶過程，仍保留鑄態(tài)粗大的奧氏體晶粒，微量元素Nb、V等無常規(guī)冷裝爐的析出、再溶解過程，因而須開發(fā)新的軋制工藝來得到晶粒細(xì)化的組織。連鑄坯直接軋制，簡(jiǎn)稱CC-DR，分類為2類。連鑄坯在A3溫度以上的條件下不經(jīng)加熱爐，在輸送過程中通過邊角補(bǔ)熱裝置，被直接送入軋機(jī)軋制。連鑄坯熱直接軋制，簡(jiǎn)稱CC-HDR，分類為3類。連鑄坯溫度在A3以上，鑄坯不經(jīng)加熱爐，在輸送過程中通過補(bǔ)熱和均熱達(dá)到可軋溫度，被直接送入軋機(jī)軋制。連鑄坯直接熱裝軋制，簡(jiǎn)稱CC-DHCR，分類為4類。連鑄坯溫度在A3以下、A1以上，鑄坯被直接送加熱爐加熱后軋制。由于熱裝溫度較高，它也叫紅送紅裝，加熱爐在連鑄機(jī)和軋機(jī)間起緩沖作用。連鑄坯熱裝軋制，簡(jiǎn)稱CC-HCR，分類為5類。連鑄坯溫度在A1以下、400℃以上，鑄坯不放冷即被送保溫設(shè)備（保溫坑、保溫車和保溫箱等）中保溫，再被送加熱爐加熱后軋制，也叫熱送熱裝。保溫設(shè)備在連鑄機(jī)和加熱爐之間起緩沖和協(xié)調(diào)作用。連鑄坯冷裝爐加熱后軋制，簡(jiǎn)稱CC-CCR，分類為6類。這是沒有熱送熱裝工藝時(shí)的常規(guī)軋制方式。無加熱直接軋制的優(yōu)點(diǎn)與問題無加熱直接軋制的優(yōu)點(diǎn)。直接軋制具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是能夠充分利用連鑄冶金熱能，降低能源消耗，起到節(jié)能減排的作用；二是減少加熱爐設(shè)備、耐材、廠房、生產(chǎn)人員的投入；三是減少氧化鐵皮燒損，提高成材率，縮短生產(chǎn)周期，減少鋼坯堆放廠房和運(yùn)輸設(shè)備的投資；四是鋼坯斷面溫度外低內(nèi)高，有利于軋制成型。從指標(biāo)上講，無加熱直接軋制可以做到“六個(gè)零、一提高、一降低”，即二氧化碳排放為零、煙塵排放為零、二氧化硫排放為零、氮氧化物排放為零、加熱氧化燒損為零、加熱燃料消耗為零，不但提高產(chǎn)品性能，而且降低生產(chǎn)成本50元/噸~150元/噸。棒線材無加熱直接軋制工藝存在的主要問題。棒線材無加熱無補(bǔ)熱直接軋制工藝的以下問題亟待解決：一是連鑄坯未經(jīng)過加熱或補(bǔ)熱，在長(zhǎng)度方向存在嚴(yán)重的溫度分布不均問題，棒材頭尾屈服強(qiáng)度性能差高達(dá)40MPa，出現(xiàn)抽檢合格而工地檢驗(yàn)不合格的現(xiàn)象，因而須要均勻同根鋼坯頭尾的性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。二是鑄坯軋前未經(jīng)過γ-α-γ相變?cè)俳Y(jié)晶過程，仍保留鑄態(tài)粗大的奧氏體晶粒，微量元素Nb、V等無常規(guī)冷裝爐的析出、再溶解過程，因而須開發(fā)新的軋制工藝來得到晶粒細(xì)化的組織。三是無加熱爐的緩沖和協(xié)調(diào)作用，煉鋼與軋鋼剛性連接，生產(chǎn)節(jié)奏不匹配，生產(chǎn)相互影響，不可避免產(chǎn)生冷坯，因此，要開發(fā)新的柔性銜接工藝。四是棒線材無加熱無補(bǔ)熱直接軋制，鋼坯經(jīng)常出現(xiàn)850℃左右的溫度，甚至出現(xiàn)820℃的溫度，若放棄不軋，將不利于提高直軋率。這些鋼坯軋制時(shí)，軋機(jī)軋制負(fù)荷較高，因此，工藝設(shè)備的強(qiáng)度和負(fù)荷必須滿足要求。五是鋼坯溫度過低時(shí)無法直接軋制。一般車間連鑄坯送到軋機(jī)前，鋼坯轉(zhuǎn)運(yùn)周期在300秒以上，鑄坯的溫度已降至700℃~800℃。若要減少鋼坯轉(zhuǎn)運(yùn)過程的溫降，則要提高鋼坯的轉(zhuǎn)運(yùn)速度。無加熱無補(bǔ)熱直接軋制是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉與眾多技術(shù)領(lǐng)域、多個(gè)分系統(tǒng)。其研制工作環(huán)環(huán)相扣，任何一個(gè)微小環(huán)節(jié)的失誤，都可能導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)無法順利、高效、穩(wěn)定地進(jìn)行。無加熱直接軋制工藝實(shí)踐全連軋棒材生產(chǎn)線無加熱直接軋制工藝。熱送熱裝技術(shù)雖在行業(yè)廣泛應(yīng)用，在節(jié)能減排方面發(fā)揮了很大的作用，但畢竟需要加熱爐補(bǔ)熱，仍消耗少量燃?xì)?，并增加氧化鐵皮。因此，業(yè)內(nèi)始終把無加熱無補(bǔ)熱直接軋制作為一項(xiàng)降低軋鋼工序能耗和制造成本的技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)。無加熱無補(bǔ)熱低溫直接軋制技術(shù)應(yīng)用在高強(qiáng)度抗震鋼筋生產(chǎn)線上，其典型工藝包括四機(jī)四流連鑄機(jī)、出坯輥道、橫向調(diào)配裝置以與軋線，多流連鑄機(jī)每流出口處設(shè)置出坯輥道，出坯輥道的末端設(shè)置可橫向調(diào)配坯料的裝置，在橫向調(diào)配裝置與出坯輥道相對(duì)的一側(cè)設(shè)置全連軋棒材軋線。經(jīng)過8年的試驗(yàn)與試產(chǎn)，研究者于2011年研發(fā)了26項(xiàng)技術(shù)，完善了該工藝，并在某鋼鐵企業(yè)的全連軋棒材生產(chǎn)線上得以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了無加熱無補(bǔ)熱弱降溫直接軋制高強(qiáng)度抗震鋼筋的實(shí)際生產(chǎn)。該項(xiàng)目至2015年底共生產(chǎn)抗震鋼筋231萬噸，直軋率為95.8%，成材率提高了1.35%，鋼材抗震性能指標(biāo)提高了30MPa，二次氧化燒損為零，氮氧化物、二氧化碳、二氧化硫排放為零，生產(chǎn)成本降低了147.5元/噸。產(chǎn)品性能。某鋼鐵企業(yè)采用該工藝生產(chǎn)的HRB500E鋼材通過了國(guó)家建筑鋼材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心理化檢驗(yàn)、焊接型式試驗(yàn)檢測(cè)。抽取100批的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，抗震性能符合率為100%；屈服強(qiáng)度為565MPa，抗拉強(qiáng)度為725MPa，斷后伸長(zhǎng)率為22%；強(qiáng)屈比為1.28；冷彎、反彎、焊接性能等全部合格。經(jīng)過60批對(duì)比試驗(yàn)，頭尾平均屈服強(qiáng)度差小于5MPa（某半連軋棒材線調(diào)整做到了尾比頭性能高）。金相數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，晶粒尺寸邊中比值減小，晶?？傮w得到進(jìn)一步細(xì)化。工藝特點(diǎn)。該棒材無加熱無補(bǔ)熱直接軋制工藝的主要特點(diǎn)如下：均勻了同根鋼坯頭尾性能，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；用一定的工藝來得到晶粒細(xì)化的組織；開發(fā)了新的柔性銜接工藝；系統(tǒng)確定了工藝設(shè)備的強(qiáng)度和負(fù)荷，滿足了棒線材無加熱無補(bǔ)熱直接軋制對(duì)參數(shù)的要求；連鑄火切裝置到1號(hào)軋機(jī)的距離可以放長(zhǎng)到300米，輥道運(yùn)送鋼坯線速