黃文初 耿超 趙海洋 江洪廣

(1.北京科技大學(xué); 2.萊蕪鋼鐵股份有限公司)

萊鋼棒材廠減量化低成本生產(chǎn)實(shí)踐

黃文初1,2耿超2趙海洋2江洪廣2

(1.北京科技大學(xué); 2.萊蕪鋼鐵股份有限公司)

介紹了萊鋼棒材廠利用無槽軋制與多線切分組合技術(shù),同時(shí)運(yùn)用控軋控冷技術(shù),實(shí)現(xiàn)精軋機(jī)組之前所有道次的孔型、料形完全共用,降低合金元素加入量,降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率,達(dá)到減量化清潔生產(chǎn)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

無槽軋制 多切分 控軋控冷 清潔生產(chǎn)

0 前言

萊鋼棒材廠第二軋鋼車間主要承擔(dān)萊鋼Φ16 mm、Φ22 mm、Φ25 mm三個(gè)規(guī)格螺紋鋼的生產(chǎn)任務(wù)。隨著萊鋼節(jié)能減排任務(wù)的逐年增加,同時(shí)為提高利潤(rùn)指標(biāo),選擇合理的生產(chǎn)工藝以達(dá)到實(shí)現(xiàn)減量化清潔生產(chǎn)的目的成為必然。

1 生產(chǎn)條件

2009年萊鋼棒材廠第二軋鋼車間實(shí)施了再造式工藝改造,現(xiàn)有 28.6 m×10.8 m單蓄熱步進(jìn)梁式加熱爐一座,粗軋為四架Φ650 mm及二架Φ450 mm平立交替軋機(jī)構(gòu)成,中軋為Φ430 mm四架直流單傳平軋機(jī),精軋為Φ350 mm直流單傳軋機(jī) 6架(其中 K5為立軋機(jī)),108m ×12 m步進(jìn)式冷床一臺(tái),850 t固定冷剪一座,中精軋之間、精軋成品軋機(jī)后各有一段穿水控溫設(shè)備,年設(shè)計(jì)能力 100萬 t。車間工藝布置如圖 1所示。

圖1 車間工藝布置

2 方案選擇與實(shí)施

分析當(dāng)前工藝設(shè)備條件,主要解決:

1)車間所負(fù)責(zé)三個(gè)品種規(guī)格中粗軋孔型、料形完全共用問題,粗中軋采用無槽軋制工藝實(shí)現(xiàn)大壓下、大延伸工藝,達(dá)到細(xì)化奧氏體晶粒的目的,同時(shí)保證孔型、導(dǎo)衛(wèi)的同一性。

2)精軋機(jī)組對(duì)三個(gè)品種分別實(shí)現(xiàn)不同的生產(chǎn)工藝:對(duì)Φ25 mm規(guī)格實(shí)施常規(guī)單線生產(chǎn)工藝,對(duì)Φ22 mm規(guī)格采取國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的大規(guī)格雙切分工藝,對(duì)Φ16 mm規(guī)格采取單道預(yù)切三切分工藝。

3)利用形變誘導(dǎo)相變 (D IFT)理論與技術(shù),控制合金元素的加入量,實(shí)現(xiàn)“一鋼多級(jí)”。

2.1 粗中軋無槽軋制工藝特點(diǎn)與實(shí)施要點(diǎn)

2.1.1 工藝特點(diǎn)

無槽軋制是指軋件在上、下兩個(gè)不刻槽的平輥間軋制,輥縫的高度即為軋件的高度,軋件寬度即為自由寬展后的軋件寬度,沒有軋槽側(cè)壁的夾持、參與變形作用。軋制時(shí)只需改變輥縫就可調(diào)整軋件的斷面尺寸,軋制的適應(yīng)性極強(qiáng),能優(yōu)化棒線材連軋機(jī)的生產(chǎn)工藝。但無槽軋制因其自身變形特點(diǎn),在使用的過程中容易出現(xiàn)一些問題,主要表現(xiàn)在:

1)受軋件壓下量及來料形狀 (高寬比)的影響,軋后軋件易出現(xiàn)鼓形,如出現(xiàn)軋件側(cè)面內(nèi)凹狀的雙鼓 (曲率為負(fù)值),則易產(chǎn)生折疊等軋制缺陷;

2)影響軋件寬展因素很多,軋件寬展量不易估算;

3)無槽軋制過程中,軋件角部區(qū)域存在較強(qiáng)的三向拉應(yīng)力,相對(duì)其它區(qū)域,相對(duì)孔型軋制產(chǎn)生裂紋的可能性大;

4)無槽軋制對(duì)進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)的尺寸、材質(zhì)要求更加嚴(yán)格,稍有不當(dāng),易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)、倒鋼等軋制事故,影響軋制穩(wěn)定。

2.1.2 工藝實(shí)施要點(diǎn)

自由寬展量的獲取與軋件高寬比的選取:受軋制溫度、鋼種及軋輥直徑等因素的影響,不同工藝線將會(huì)有出現(xiàn)不同的軋制自由寬展量,利用 Z.Wusatowski(烏薩托夫斯基)寬展公式及其坯料初始條件對(duì)軋件尺寸進(jìn)行初設(shè),然后根據(jù)實(shí)軋料形對(duì)其加以修正。該公式的數(shù)學(xué)表達(dá)式是:

式中:δ=b0/h0; εd=h0/D; λ=h1/h0;

β=b1/b0; η=H1/H0

實(shí)踐結(jié)果表明:入口軋件的高寬比宜小于 1.5,最佳壓下率在 0.7 Rs和 1.3 Rs之間 (Rs指變形在單鼓和雙鼓之間的臨界壓下率)。

進(jìn)出口導(dǎo)衛(wèi)間隙選取及導(dǎo)衛(wèi)耐磨性保證:自由寬展?fàn)顟B(tài)下的導(dǎo)衛(wèi)相對(duì)間隙比孔型軋制狀態(tài)下要求更嚴(yán)格,有失穩(wěn)現(xiàn)象,一般表現(xiàn)為:在導(dǎo)板間距不變的條件下,相對(duì)導(dǎo)板間隙隨軋件高寬比增加而減少,即導(dǎo)板對(duì)軋件的扶持作用加大。

角部韌性裂紋控制及無槽道次的選取:在變形區(qū)中,軋件角部出現(xiàn)三向拉應(yīng)力,若該區(qū)域存在冶金缺陷或者位錯(cuò)塞積,容易形成裂紋源,在后續(xù)軋制中受拉應(yīng)力作用擴(kuò)展,形成裂紋,并且無槽道次越多,出現(xiàn)裂紋的可能性越大,因此對(duì)無槽軋制道次數(shù)量選取非常關(guān)鍵。本案中選擇粗軋前個(gè)四道次、中軋前二個(gè)道采取無槽軋制,其余道次采取孔型軋制。

2.2 精軋軋制方案選取

精軋主要工藝思想:采取高效軋制方式,充分發(fā)揮設(shè)備能力,保證每一規(guī)格設(shè)計(jì)產(chǎn)量不低于150 t/h;充分考慮導(dǎo)衛(wèi)的共用性,保證連續(xù)穩(wěn)定軋制的需要。

坯料經(jīng)粗中軋 10個(gè)道次軋制后,變成 Ф48 mm圓料,即為所軋三個(gè)規(guī)格中軋來料。經(jīng)精軋 6個(gè)道次軋制后,實(shí)施常規(guī)單線生產(chǎn)工藝生產(chǎn)Φ25 mm規(guī)格,采取國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的大規(guī)格雙切分工藝生產(chǎn)Φ22 mm規(guī)格,采取單道預(yù)切三切分工藝生產(chǎn)Φ16 mm規(guī)格螺紋鋼。

2.1.1 精軋工藝要點(diǎn)及設(shè)備條件要求

1)對(duì)于切分軋制,這兩個(gè)規(guī)格均采取 K5為矩形料的切分軋制方式 (其中 Ф16 mm三切分孔型系統(tǒng)如圖 2所示)。這種軋制方式比較適應(yīng) K5軋機(jī)為立式布置的機(jī)架形式。

圖2 精軋機(jī)組三切分孔型系統(tǒng)示意圖

2)由于精軋前有一穿水段,中精軋距離較大,且中軋機(jī)組為平軋機(jī)的原因,在進(jìn)行切分軋制時(shí)采取單道預(yù)切軋制方式。單道預(yù)切相對(duì)二道或者多道預(yù)切而言,精軋道次 (尤其是 K6)壓力量大,電機(jī)負(fù)荷高,變形不均勻,不利于穩(wěn)定軋制,需要從軋輥、導(dǎo)衛(wèi)方面采取相應(yīng)措施來彌補(bǔ)。采取 RE65WBF寬體六輪滾動(dòng)預(yù)切分、切分進(jìn)口導(dǎo)衛(wèi),采用寬體閉口式切分導(dǎo)衛(wèi)出口,關(guān)鍵道次均采用高速鋼軋輥等措施保證軋制的連續(xù)穩(wěn)定性。

3)由于軋制變形量及采取控制軋制的原因,精軋負(fù)荷較高,在設(shè)備選型時(shí)要考慮一定富余量。本案中成品及成品前及預(yù)切道次電機(jī)均采用功率為1400 kW的直流電機(jī)。

3 控制軋制與控制冷卻工藝實(shí)施

棒材廠第二軋鋼車間以形變誘導(dǎo)相變 (D IFT)理論為基礎(chǔ),采用在臨界奧氏體區(qū)控軋及軋后控冷的工藝,通過對(duì)加熱溫度,軋制溫度,二段穿水器水壓水量的控制,利用形變誘導(dǎo)鐵素體和鐵素體再結(jié)晶機(jī)制細(xì)化組織,從而提高產(chǎn)品性能指標(biāo),以達(dá)到減少合金元素或者不添加合金元素,降低生產(chǎn)成本的目的。下面以該生產(chǎn)線 Ф16 mm澳標(biāo)帶肋鋼筋為例闡述工藝控制過程。

3.1 熔煉成分

確定不含 V、Nb、Ti等微合金元素的化學(xué)成分設(shè)計(jì),澳標(biāo)帶肋鋼筋的化學(xué)成分見表 1,實(shí)際生產(chǎn)中化學(xué)成分按中上限控制。

表1 澳標(biāo)帶肋鋼筋的化學(xué)成分 w%

3.2 控軋控冷工藝

開軋溫度為 920℃～1000℃;中精軋穿水器使用一段,壓力為 0.6 MPa～0.8 MPa,流量150 m3/h～200 m3/h,出口溫度800℃～900℃;軋后穿水器使用三段,壓力為 1.0 MPa～1.3 MPa,流量320 m3/h～400 m3/h,出口溫度 630℃～700℃。

3.3 鋼筋的顯微組織及力學(xué)性能

對(duì)成品鋼筋取樣作金相組織、晶粒度檢測(cè)。結(jié)果表明金相組織為鐵素體和珠光體,且兩種組織呈均勻分布。鐵素體晶粒度達(dá) 11.5級(jí),產(chǎn)品的強(qiáng)度及延伸率指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。Ф16 mm澳標(biāo)帶肋鋼筋金相組織如圖 3所示。

4 實(shí)施效果

通過以上技術(shù)手段的實(shí)施,車間軋輥消耗由1.2 kg/t降為目前的 0.871.1 kg/t,煤氣單耗由1.1 GJ/t降為現(xiàn)在的 0.9G J/t,制造費(fèi)用降低23.85元 /t,鋼坯成本也大幅降低,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

圖3 澳標(biāo)帶肋鋼筋金相組織

5 結(jié)語

通過技術(shù)創(chuàng)新,不斷采取新工藝、新技術(shù),可顯著降低生產(chǎn)成本,大幅減少各種單耗,實(shí)現(xiàn)減量化低成本清潔生產(chǎn)的目的,打造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 李芳春,徐林平.切分軋制[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1995:83-96.

[2] 翁宇慶.超細(xì)晶鋼—鋼的組織細(xì)化理論與控制技術(shù) [M].北京:冶金工業(yè)出版社,2003:23-27.

[3] 韋東濱,程鼎,吳迪,等.無孔型軋制壓下規(guī)程制定方法的實(shí)驗(yàn)研究[J].鋼鐵研究,1999(5):22-24.

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(1.BeijingUniversity of Science and Technology; 2.Laiwu Iron&Steel Stock Co.,Ltd)

The Bar Plant ofLa iwu Iron and Steel Co.,Ltd.has the pass and shear type of every path that before the finishingmill group put to effectwith the tecnics of passless rolling andmulti-segment,also using the theory of rolling and cooling control.Reducing the contents of alloy elements will lower the cost of production raise the productivity effect and reach the purpose of product reduced and cleanly.

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2010—4—27