無頭軋制

軋鋼之家ESP專輯

日期：2018-02-19

我國是擁有薄板坯連鑄連軋產線最多、產量最大的國家。截至目前，我國仍在運行的薄板坯連鑄連軋產線14條，產能超過3500萬噸。薄板坯連鑄連軋技術的不斷進步為其產品開發(fā)提供了保障，目前可大批量生產碳素結構鋼、低合金高強度鋼、中高碳鋼、汽車用結構鋼、耐候鋼、管線鋼、冷軋基料及電工鋼等，為滿足汽車工業(yè)綠色低成本發(fā)展要求，武鋼CSP短流程產線正在加快推進汽車用高強度熱軋酸洗板的生產和應用。薄板坯連鑄連軋產線經(jīng)過第一代的單坯軋制、第二代的半無頭軋制之后，目前已經(jīng)發(fā)展進入第三代的無頭軋制階段，無頭軋制模式主要包括ESP無頭軋制技術、MCCR多模式連續(xù)鑄軋技術、節(jié)能型-ESP工藝技術。此外，近幾年薄帶鑄軋技術也得了飛速發(fā)展，目前國內的薄帶鑄軋技術已進入工業(yè)化實施階段。目前發(fā)展比較成熟的薄帶鑄軋技術包括紐柯的Castrip、浦項的poStrip、寶鋼的Baost rip以及東北大學的E2Strip。為了讓讀者深入了解薄板坯連鑄連軋以及薄帶鑄軋技術的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題，世界金屬導報特組織該專題，以饗讀者！

薄板坯連鑄連軋技術邁入無頭軋制階段

連續(xù)化是實現(xiàn)鋼鐵制造流程簡約、高效的重要途徑。薄板坯連鑄無頭軋制技術即由鋼水澆鑄成薄板坯后直送軋機軋成帶鋼，生產線連續(xù)運行。世界首臺薄板坯無頭軋制帶鋼生產線建在意大利阿爾維迪廠，是在該廠長達20年ISP生產線豐富生產實踐經(jīng)驗基礎上發(fā)展而成的，名為ESP。在阿爾維迪廠取得成功實踐后，我國山東日照鋼鐵公司引進五條ESP生產線，其中三條ESP產線已于2015年相繼投產運行。另外兩條將于2018年投產運行。此外，首鋼京唐MCCR多模式連續(xù)鑄軋生產線和唐山全豐薄板“節(jié)能型-ESP”薄板坯無頭軋制生產線將于今年底和明年年中投產運行。

由此可見，薄板坯連鑄連軋工藝經(jīng)歷了第一代的單坯軋制、第二代的半無頭軋制之后，目前已發(fā)展進入第三代的無頭軋制階段。以下對目前國內幾種無頭軋制技術進行介紹。

1 ESP無頭軋制技術

1.1 ESP無頭軋制工藝流程

日照鋼鐵ESP無頭軋制生產線的工藝流程由300噸轉爐-300噸鐵水脫硫-300噸LF爐-300噸RH爐-5m連鑄機-3架粗軋機-擺剪-轉轂剪-感應加熱-5架精軋機-層流冷卻-飛剪-地下卷取機組成。

1.2主要的技術特點

ESP無頭軋制生產線擁有眾多先進的技術和系統(tǒng)，主要包括：1）高拉速連鑄機與控制。連鑄機采用直弧形，弧半徑5m，冶金長度20.14m，共11個扇形段。結晶器為漏斗形，并配有電磁制動功能，長度為1200mm，寬度920-1640mm，厚度90mm/110mm。鑄坯厚度為70-90mm和90-110mm，設計最高拉速為7.0m/ min。為了保證無頭生產的穩(wěn)定性，ESP連鑄機提供了更薄的鑄坯厚度、更高的拉速、更純凈的鋼水、更安全的智能結晶器及專家系統(tǒng)、液芯壓下、二冷水動態(tài)配水等功能。2）大壓下粗軋機。粗軋機為3機架布置，其功能是提供滿足精軋厚度、板形需求的中間坯，將鑄坯從70-90mm壓下到10-18mm的中間坯。為了滿足功能需求，粗軋機配備了長行程AGC液壓缸、正彎和負彎系統(tǒng)、工作輥動態(tài)冷卻、張力輥以及出口檢測厚度、凸度和寬度的大型儀表等。由于連鑄機與大壓下粗軋機緊密聯(lián)結，從連鑄機出來的薄板坯直接進人粗軋機進行軋制，鑄坯中心溫度高于表面溫度的反向分布溫度場，可利于更好地對凸度和楔形進行調節(jié)控制；鑄坯芯部溫度高且較軟，在軋制過程中節(jié)省了大量能量，且變形更多集中于帶鋼芯部，從而相比于傳統(tǒng)軋制工藝芯部更加致密，可以獲得更好的材料性能。3）感應加熱爐和高壓除鱗箱。感應加熱爐共12個模塊，總溫升可達300℃。靈活的加熱方式，可以保證精確控制精軋入口溫度，為薄規(guī)格的軋制提供了溫度基礎；設置了溫度閉環(huán)控制，可根據(jù)終軋溫度進行調整，滿足終軋溫度的需求；感應加熱長度只有10m，氧化鐵皮生成量少，減少金屬損失；在空載和維護期沒有能量消耗，提高了能源利用效率，降低了生產能耗。除鱗機采用了單排布置噴嘴，除鱗壓力最大為40MPa，遠大于常規(guī)壓力除鱗機，小水量、大壓力的設計，在保證除鱗效果的基礎上，進一步減少帶鋼溫降，節(jié)省能源。4）精軋。精軋機為5機架布置，為實現(xiàn)極限薄規(guī)格軋制的主要設備，將10-18mm的中間坯軋制到0.8-6.0mm的鋼板。為了滿足功能，精軋機配備了長行程液壓AGC、工作輥正彎輥系統(tǒng)、帶負荷動態(tài)竄輥系統(tǒng)、工作輥動態(tài)冷卻系統(tǒng)、低慣量快速響應活套和軋制潤滑系統(tǒng)、表面檢測系統(tǒng)、接觸式板形測量輥等。5）高速飛剪。無頭生產模式下，高速飛剪需要對厚度為0.8-4mm的帶鋼進行剪切分卷。高速飛剪前后配備夾送輥，保證帶鋼剪切過程中帶鋼的穩(wěn)定，同時在剪切和卷取建立張力前與精軋和卷取夾送輥建立張力，保證帶鋼張力的穩(wěn)定。

1.3產品定位

ESP生產線全長180m，產品厚度為0.8-6.0mm，最大寬度達1600mm。ESP無頭軋制生產技術適合生產的鋼種范圍寬，目前已經(jīng)證明可以生產的鋼種包括低碳鋼（一般結構鋼、耐蝕鋼、冷成型鋼）、微合金鋼、多相鋼、管線鋼、壓力容器鋼、含硼鋼以及高碳鋼（見表1），未來將開發(fā)生產先進高強鋼（DP1200、TRIP800）、硅鋼（無取向和取向）和超低碳鋼（DD14、 DC03-DC06/IF）。

1.4日照ESP產線運行情況

日照鋼鐵于2015年引進并投產了3條ESP生產線。2017年1-9月份，日照鋼鐵3條ESP生產線主要生產薄規(guī)格產品，產量合計達477萬噸，其中厚度小于1.2mm的產品所占比重超過50%，產品去向包括酸洗卷、鍍鋅卷、黑平卷和ESP直發(fā)黑卷。其中，酸洗卷和黑平卷的產量分別達到201.7萬噸和202.9萬噸。目前日照鋼鐵在ESP生產線上已經(jīng)批量生產的鋼種包括一般結構鋼（S235-S355、SS400B）、冷成型鋼（DD11）、微合金鋼（S315MC-S420MC）、多相鋼（DP600）以及高碳鋼（C30-C50）。產品主要用于制管、門業(yè)、貨架、電器柜、風機、制冷設備外殼、五金以及汽車用結構件以及加強件等。日照鋼鐵引進的第四條和第五條ESP產線預計將于明年上半年和下半年投入運行。

2 MCCR多模式連續(xù)鑄軋技術

2.1 MCCR多模式連續(xù)鑄軋生產線工藝流程

首鋼京唐MCCR多模式連續(xù)鑄軋生產線的工藝流程包括：大包回轉臺中包車-130/110高拉速薄板坯連鑄機-擺動式鑄坯除鱗機-擺動式鑄坯分切剪-隧道式均熱爐-粗軋前除鱗機-三機架粗軋機-轉鼓式切頭剪-感應加熱裝置-精軋前除鱗機-五機架精軋機-加強型層流冷卻段-高速飛剪-兩臺地下卷取機。該產線預計今年底投產運行。

2.2主要技術參數(shù)和配置

MCCR生產線的主要工藝設備特點：弧半徑5.5m直弧型連鑄機，板坯厚度為110-123mm，根據(jù)鋼種要求，設計最大拉速6.0m/min，能夠使一臺單流薄板連鑄機最大年產能達到約220萬噸；隧道式加熱爐長約80米，具有基本緩沖功能，設備操作更靈活；軋機分兩組，分別是三機架大壓下量軋機和五機架精軋機；專用高壓水除鱗機；一個強制冷卻系統(tǒng)；一個感應加熱系統(tǒng)，用于在無頭軋制模式下穩(wěn)定地生產薄帶鋼和超薄帶鋼。MCCR多模式連續(xù)鑄軋生產線主要設備參數(shù)見表2。

2.3產線定位和所要生產的主要產品

2.3.1產線定位

1）采用無頭軋制技術，以優(yōu)質、高強、薄規(guī)格產品為主導方向；

2）生產線要能夠適應生產更高端的薄規(guī)格熱軋品種，產品寬度調整靈活；

3）產品質量要好，特別是表面質量、板形、性能均勻性要比其他TSCR產線有明顯提升。

2.3.2主要產品

1）以薄為主，以熱帶冷。以薄規(guī)格低碳軟鋼為主，替代傳統(tǒng)冷軋中低端產品，也可為單機架冷軋?zhí)峁┍∫?guī)格基料，降低軋制成本。

2）生產薄規(guī)格耐候鋼和薄規(guī)格結構鋼；

3）開發(fā)高強度高性能薄規(guī)格熱軋產品，產線具備生產1000MPa以上的3.0mm以下薄規(guī)格高強熱軋品種的能力。

2.4主要技術特點

2.4.1連鑄實現(xiàn)高拉速、高鋼通量

連鑄機設置的拉速和鋼通量見表3。

2.4.2增加80m長的均熱爐

1）增加80m長均熱爐的主要目的是均勻鑄坯溫度，增加產線的中間緩沖。

（1）使產線具有無頭軋制/半無頭軋制/單坯軋制三種生產模式。

◆無頭軋制模式生產0.8-2.0mm薄規(guī)格產品；

◆半無頭軋制模式生產2.0-4.0mm的一般薄規(guī)格產品；

◆單坯軋制模式用于頭尾坯軋制、單卷取機生產條件下維持生產，可生產1.5-12.7mm的大綱覆蓋的全部產品。

（2）增加了連鑄和軋機之間的緩沖，可實現(xiàn)連鑄不停澆換輥；

（3）連鑄的頭尾坯可以軋制成卷，提高金屬收得率1%以上；

（4）鑄坯溫度均勻，可使帶鋼橫向性能均勻、邊部質量好，易生產Nb、V、Ti鋼；

（5）半無頭軋制時不用感應加熱，板形好，成材率高；

（6）可以減少一臺地下卷取機。

2）隧道式均熱爐主要采用了如下主要技術：

◆采用Ni、Cr系列輥環(huán)材質（含Co約7%），有利于提高輥子壽命，采用窄輥環(huán)錯開布置，減少氧化鐵皮疙瘩對鑄坯下表面的傷害；

◆先進的全連續(xù)雙交叉限幅+脈沖燃燒控制系統(tǒng)，即可實現(xiàn)節(jié)能，又能實現(xiàn)爐溫的精準控制；出爐板坯溫度±10℃，而且邊角溫度略高，有利于軋制穩(wěn)定、質量控制和產品開發(fā)；

◆采用空煤氣預熱和煙氣余熱回收的梯級能源回收利用系統(tǒng)；

◆增加鑄坯移出裝置，事故狀態(tài)下可移出鑄坯；

◆橫移段入口側采用懸臂自動火焰切割，用于鑄坯事故切斷。

2.4.3三點除鱗

為提升帶鋼表面質量，產線布置了三套除鱗裝置，以避免氧化鐵皮殘留，有效保證產品的表面質量。

1）連鑄扇形段出口采用擺動除鱗裝置，除鱗壓力1-6MPa，主要目的是去除附于鑄坯表面的氧化鐵皮和保護渣等，以減少均熱爐爐輥粘附鐵皮疙瘩的機會；

2）粗軋入口在立輥軋機和R1之間布置單排集管的除鱗機，除鱗壓力達35MPa，高壓小流量，溫降小，除鱗點距R1最近，可減少二次氧化鐵皮產生；

3）精軋入口布置了雙排集管的除鱗裝置，除鱗壓力 35MPa，高壓小流量，溫降小，無頭軋制時采用單排集管除鱗，以減少溫降，單坯和半無頭軋制采用雙排集管除鱗。

2.4.4優(yōu)化產線布置減少溫降

對于無頭軋制，帶鋼溫度控制是工藝控制的核心。帶鋼溫度均勻是質量的保證，MCCR通過采用80m長均熱爐可以解決這一問題，由于比常規(guī)熱連軋生產線軋程短，溫度均勻性更好。但由于秒流量低，軋制過程的帶鋼溫降則直接影響生產成本。所以要通過優(yōu)化產線布置，最大限度地減少帶鋼出均熱爐到終軋的溫降。

1）改粗軋前的側導板為側導向輥，縮短軋線距離3.5m；

2）粗精軋之間不設專門的中間坯移出輥道，縮短距離12m。

2.4.5中間坯的感應加熱

中間坯感應加熱裝置的主要參數(shù)見表4。

2.4.6熱機軋制

MCCR多模式連續(xù)鑄軋生產線具有熱機軋制功能，在精軋除鱗機前面集成布置了強制冷卻噴淋水，用于軋制高強品種。

2.4.7加強型層流冷卻

1）層流冷卻段長度為55.68m，最大水量8500m3/h；

2）對于生產薄規(guī)格（厚度≤3mm）高強度鋼種，采用加強型層流冷卻既能滿足冷卻速度和生產DP鋼分段冷卻的要求，又有利于板形控制；

3）層流冷卻采用邊部遮擋，提高帶鋼寬度上的溫度均勻性。

2.4.8軋鋼技術

1）精軋出口設置多功能儀，為精軋板形控制提供前饋；

2）無頭軋制模式過程FGC動態(tài)變厚度；

3）粗軋和精軋機組實現(xiàn)自動水平調整，減少人工調整誤操作；

4）在線帶載荷竄輥，實現(xiàn)無頭軋制過程中的板形調整；

5）通過電磁感應加熱實現(xiàn)FET的閉環(huán)自動控制；

6）精軋出口設置板形檢測輥，可實現(xiàn)無頭軋制板形在線檢測和控制；

7）軋機設定、板形設定和層流冷卻設定協(xié)調控制實現(xiàn)無縫銜接；

8）立輥設定和結晶器調寬聯(lián)合寬度控制；

9）自適應穿帶功能，提高頭部設定精度。

3節(jié)能型-ESP工藝技術

3.1工藝方案

經(jīng)過對各類薄板坯連鑄連軋技術進行比較，重點就常規(guī)CSP和ESP從品種規(guī)格、投資、成本及節(jié)能等方面進行了分析，并綜合考慮珠鋼CSP工藝設備搬遷利舊，全豐薄板確定了獨特的“節(jié)能型-ESP”工藝技術方案（圖1）：

1）以全無頭軋制工藝為主，并具備單坯和半無頭軋制工藝靈活轉換的特點；

2）配置單流高拉速板坯連鑄機一臺；

3）在連鑄和粗軋之間，布置一座以均熱和緩沖為主的雙蓄熱輥底式加熱爐；在粗軋和精軋之間布置同時具備升溫和控溫能力的雙蓄熱輥底式加熱爐；

4）軋機區(qū)配置2架粗軋機和6架精軋機，卷取區(qū)配置1臺高速飛剪和2臺卷取機。

3.2關鍵技術

1）節(jié)能型-ESP與常規(guī)CSP綜合分析對比

◆同等產能規(guī)模條件下，節(jié)能型-ESP產線節(jié)省占地面積30%-50%，節(jié)省投資15%左右；

◆節(jié)能型-ESP生產線可實現(xiàn)高比例薄規(guī)格（≤1.5mm占比60%以上）產品穩(wěn)定生產。

2）產品大綱

該生產線主要生產冷軋基板、一般結構鋼、汽車用結構鋼、耐候鋼、熱軋酸洗板、高強鋼、雙相鋼等，產線投產后的產品大綱見表5。

3）1#輥底爐功能

◆實現(xiàn)連鑄坯橫斷面溫度均勻，消除邊角低溫；

◆具備板坯升溫功能，R1入口溫度達到1150℃，為粗軋前增加高壓水除鱗，為提高產品表面質量創(chuàng)造條件；

◆為精軋機組實現(xiàn)在線換輥，提供緩沖時間。

4）2#輥底爐功能

2#輥底爐功能主要包括：

◆采用雙蓄熱加熱爐，節(jié)能并具備較快的升溫能力（TF2入口950-1000℃，出口1150℃）；

◆具有為鐵素體軋制控溫的功能；

◆加熱爐第一段設置中板推出收集裝置，與擺剪和精軋入口起套輥配合，完成全無頭情況下的事故處理。

2#輥底爐的主要技術特點：

◆燃料采用轉爐煤氣，空/煤氣雙蓄熱燃燒；

◆燃燒方式采用專利技術，集中換向，脈沖燃燒，爐膛溫度分布均勻；

◆燃燒控制采用L1和L2自動控制；

◆輥底爐采用復合絕熱耐材結構，減少爐體散熱損失；

◆爐底渣門自動放渣，減輕工人勞動強度。

5）1#、2#擺剪實現(xiàn)多模式軋制方式

◆1#擺剪啟動，實現(xiàn)單塊或半無頭軋制模式；

◆1#擺剪不啟動，2#擺剪啟動，剪切中間坯，實現(xiàn)單坯或半無頭軋制模式；

◆在事故狀態(tài)下，實現(xiàn)碎斷或切定尺功能。

6）鐵素體軋制工藝

可采用鐵素體軋制技術，在顯著降低軋制能耗的條件下，大批量穩(wěn)定生產性能優(yōu)質的薄規(guī)格和超薄規(guī)格低碳軟鋼。具體工藝如下：適當降低TF1的加熱溫度，控制粗軋機開軋溫度為1100℃，比常規(guī)開軋溫度降低50℃；經(jīng)過R1+R2粗軋，R2出口溫度1000℃；TF2進行控溫操作，采用脈沖燃燒技術，保證中間坯料爐子出口溫度在900℃，坯料經(jīng)緩冷，溫度和晶粒度較強冷方式更加均勻，并避免了后續(xù)精軋階段的混晶軋制。

鐵素體軋制所具有的優(yōu)勢包括：降低加熱爐能耗；降低工作輥磨損，延長軋輥壽命，提高生產效率；提高產品表面質量，減少氧化鐵皮量，提高冷軋酸洗效率；降低軋件內應力，提高熱軋產品板形質量；鐵素體軋制的產品作為冷軋原料，可降低屈強比，提高冷軋階段生產效率，同時降低冷軋工序電耗。

全豐薄板節(jié)能型-ESP項目于2017年2月15日正式開工建設，預計2018年6月熱試投產。

4展望

日照鋼鐵ESP無頭軋制帶鋼生產線經(jīng)實踐已經(jīng)證明是一種高效率生產部分替代冷軋產品的先進技術。這意味著未來帶鋼無頭軋制技術有著廣闊的發(fā)展前景。

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