毛 燕

(中冶京誠工程技術(shù)有限公司 北京100176)

·新設(shè)備新技術(shù)新產(chǎn)品·

新一代高效節(jié)能熱軋帶鋼生產(chǎn)線
——ESP無頭帶鋼生產(chǎn)線

毛 燕①

(中冶京誠工程技術(shù)有限公司 北京100176)

介紹了ESP無頭帶鋼生產(chǎn)線的生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品、工藝流程、主要設(shè)備組成及其在投資、生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保等方面的優(yōu)勢。ESP無頭帶鋼生產(chǎn)線能以低成本高效穩(wěn)定生產(chǎn)極具附加值的薄規(guī)格產(chǎn)品，實現(xiàn)節(jié)能減排、提高板帶的組織性能穩(wěn)定性、均勻性、成材率及板厚板形精度、實現(xiàn)部分“以熱代冷”，可以作為未來熱軋帶鋼生產(chǎn)線的發(fā)展方向。

ESP 無頭軋制 熱軋帶鋼 節(jié)能

1 前言

ESP(Endless Strip Processing)生產(chǎn)線是意大利阿維迪與西門子奧鋼聯(lián)合作開發(fā)的全無頭帶鋼連鑄連軋生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線于2009年6月開始工業(yè)化生產(chǎn)，2010年5 月12 日，首批以無頭軋制方式生產(chǎn)的熱帶鋼已達(dá)到了9爐連澆的較好水平[1]。與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝比較，ESP生產(chǎn)線具有工藝簡化、生產(chǎn)流程短、設(shè)備少、投資少、見效快、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)組織靈活、節(jié)約能源、成材率高等優(yōu)點，能夠更加靈活的面對市場。面對資源環(huán)境約束趨緊、節(jié)能減排壓力增大的鋼鐵工業(yè)環(huán)境，ESP工藝在其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益方面顯示出巨大優(yōu)勢，被列為當(dāng)今世界冶金工業(yè)的前沿技術(shù)。

2 ESP生產(chǎn)線概況

2.1 生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品

單條ESP無頭帶鋼生產(chǎn)線年生產(chǎn)能力約為200萬t，如果提高連鑄機(jī)的秒流量，年生產(chǎn)能力可達(dá)300萬t。

ESP生產(chǎn)線所生產(chǎn)產(chǎn)品為厚度在0.8mm～12mm、最大寬度1600mm的帶鋼，涵蓋了從低碳軟鋼到高碳和合金鋼等所有品種，產(chǎn)品范圍包括頂級質(zhì)量的鋼，如電工鋼(取向和無取向)和汽車暴露在外的零部件用IF 鋼。在利用轉(zhuǎn)爐及無間隙型特征鋼水時， ESP所生產(chǎn)的熱軋產(chǎn)品，其質(zhì)量可以達(dá)到冷軋產(chǎn)品表面質(zhì)量(等級A)，如汽車暴露在外的零部件用鋼[2]。

2.2 生產(chǎn)工藝流程

ESP生產(chǎn)工藝流程如圖1所示，可以實現(xiàn)無頭軋制和半無頭軋制兩種生產(chǎn)模式。

圖1 ESP生產(chǎn)工藝流程圖

2.2.1 ESP無頭軋制模式

在無頭軋制模式下，連鑄機(jī)通過鑄坯、中間坯及成品帶鋼與地下卷取機(jī)連續(xù)相接數(shù)小時。由高效連鑄機(jī)連續(xù)澆注的高質(zhì)量鑄坯經(jīng)過3機(jī)架大壓下軋機(jī)軋制成厚度為8mm～20mm的無頭中間坯。該無頭中間坯通過帶保溫罩的輥道運送至感應(yīng)加熱爐，感應(yīng)加熱爐以高效、準(zhǔn)確、動態(tài)在線和靈活的方式將無頭中間坯加熱至要求的約1200℃。感應(yīng)加熱爐后設(shè)置有夾送輥除鱗箱。無頭中間坯經(jīng)過除鱗后進(jìn)入5機(jī)架精軋機(jī)組，軋制成目標(biāo)厚度的帶鋼。帶鋼經(jīng)過輸出輥道和層流冷卻后得到理想的微觀組織結(jié)構(gòu)。

在輸出輥道的末端、卷取機(jī)之前，高速飛剪將無頭帶鋼進(jìn)行分卷，然后在地下卷取機(jī)上進(jìn)行卷取。

無頭軋制模式下可以生產(chǎn)厚度為0.8mm～4.0mm全寬度帶鋼，半無頭軋制模式下可以生產(chǎn)厚度為3.5mm～6.0mm全寬度帶鋼。

在高速飛剪和1#地下卷取機(jī)之間的較短區(qū)域內(nèi)以及地下卷取機(jī)之間的區(qū)域內(nèi)配備有特殊穿帶裝置，以保證超薄熱軋帶鋼的頭部能在高的輸送速度下順暢穿帶。在無頭軋制過程中，通過精軋機(jī)組末架和高速飛剪入口夾送輥對帶鋼的頭部進(jìn)行控制，因此在輸出輥道區(qū)域沒有翹頭現(xiàn)象。

上述的無頭軋制模式對超薄熱軋帶鋼(UTHS)生產(chǎn)專門進(jìn)行了優(yōu)化以便能連續(xù)優(yōu)質(zhì)地生產(chǎn)出傳統(tǒng)的帶鋼厚度并獲得優(yōu)化的收得率(無頭尾)。通過消除帶鋼頭部穿帶和甩尾過程，允許在全寬度范圍軋制厚度為1mm以下的帶鋼。

轉(zhuǎn)轂飛剪位于垛板臺與感應(yīng)加熱爐之間，其在軋制過程中主要具有兩個作用：第一，當(dāng)中間坯的速度太高以致于超過擺式剪的最大剪切速度時，用轉(zhuǎn)轂飛剪將中間坯切分，以進(jìn)行單塊軋制；第二，如果下游區(qū)域發(fā)生堆鋼事故或者臨時換輥，在堆鋼被移除的同時轉(zhuǎn)轂飛剪可用來清理垛板臺區(qū)域并獲得有價值的中板。在下游區(qū)域被清理完畢并且再次生產(chǎn)準(zhǔn)備就緒后，軋件將再次穿入精軋機(jī)組并且恢復(fù)完全連續(xù)的鋼卷生產(chǎn)。在整個清理期間，軋線將生產(chǎn)中板。

感應(yīng)加熱爐設(shè)置于靠近精軋機(jī)組是為了保證精軋工藝要求的高入口溫度以及因緊湊設(shè)計減少熱損失和氧化鐵皮的產(chǎn)生。

在中板(板坯)的生產(chǎn)模式下生產(chǎn)厚度為110mm～10mm的中板(板坯)，可以通過擺式剪的剪切實現(xiàn)。在生產(chǎn)鑄坯厚度的板坯時，鑄坯的速度為0.1m/s，在擺式剪的可操作范圍內(nèi)。

2.2.2 半無頭軋制模式

在ESP生產(chǎn)線末端的1#地下卷取機(jī)之前設(shè)置高速飛剪，用于在無頭軋制模式下生產(chǎn)厚度為0.8mm～4.0mm的熱軋帶鋼。對于厚度超過4mm的熱軋帶鋼，則用擺式剪或者轉(zhuǎn)轂飛剪將把中間坯按生產(chǎn)單個鋼卷的尺寸進(jìn)行切分，由此ESP生產(chǎn)線進(jìn)入半無頭軋制模式。切分后的中間坯將加速前行，以便和下一塊中間坯的頭部拉開一段較短的距離。切分成單卷規(guī)格的中間坯經(jīng)過感應(yīng)加熱爐加熱、除鱗并穿帶進(jìn)入精軋機(jī)組軋制至成品規(guī)格、然后再經(jīng)層流冷卻裝置冷卻即可獲得微觀結(jié)構(gòu)均勻和機(jī)械加工性能良好的帶鋼，最后由地下卷取機(jī)卷成鋼卷。由于ESP生產(chǎn)線的緊湊設(shè)置，在半無頭軋制模式下，約75%軋制的過程仍處于連鑄機(jī)和地下卷取機(jī)、鑄坯、中間坯和帶鋼直接相連的狀態(tài)(類似無頭軋制模式)。只有切分后余下的軋制過程中，中間坯的精軋軋制速度和卷取速度會提高約30%～50%。

半無頭軋制模式用于生產(chǎn)厚度超過3.5mm的帶鋼，多用于軋程初期精軋機(jī)組燙輥，或者用于在生產(chǎn)計劃中臨時增加訂單的情況。

2.3 主要工藝設(shè)備及技術(shù)特點

ESP生產(chǎn)線主要工藝設(shè)備包括薄板坯連鑄機(jī)、大壓下粗軋機(jī)(HRM)、擺式剪、推出及垛板裝置(板材及引錠桿抽取)、轉(zhuǎn)轂剪、感應(yīng)加熱裝置、夾送輥除鱗箱、精軋機(jī)、輸出輥道及層流冷卻裝置、高速飛剪、地下卷取機(jī)和鋼卷運輸系統(tǒng)。

2.3.1 薄板坯連鑄機(jī)

ESP生產(chǎn)線采用漏斗結(jié)晶器、連續(xù)彎曲連續(xù)矯直型連鑄機(jī)，具有以下特點：

1)高的鋼水流量：最高達(dá)6.5t/min；

2)超高的拉坯速度：最大拉速7.0m/min(鑄坯厚度80mm)；

3)靈活的板坯厚度：結(jié)晶器出口厚度90mm～110mm，扇形段出口厚度70mm～110mm；

4)智能結(jié)晶器：最大散熱達(dá)4MW/m2的結(jié)晶器快速冷卻；

5)窄面液壓調(diào)節(jié)，實現(xiàn)在線錐度和寬度改變；

6)渦流式結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)；

7)結(jié)晶器專家系統(tǒng)提供的瞬態(tài)過程反饋；

8)液壓振動器最高450cpm，并具有在線振幅、頻率和波形變化的可能性；

9)電磁制動(EMBR)控制進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)的鋼水流動。在高的秒流量下工作時，EMBR 能有效控制進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)的鋼水流，因而實現(xiàn)更穩(wěn)定的彎月面條件。EMBP由4個線圈組成，它們與磁芯和磁軛一起，產(chǎn)生磁場。帶鐵芯的線圈是可收縮的，因此可方便地對鑄流導(dǎo)向設(shè)備進(jìn)行維護(hù)[3]；

10)采用動態(tài)輕壓下(DSR)、液芯大壓下(LCR)和二冷水動態(tài)調(diào)整技術(shù)，實現(xiàn)寬度方向溫度均勻，并且保持板坯角部高的溫度。

2.3.2 大壓下軋機(jī)(HRM)

由3架四輥不可逆式軋機(jī)組成，每臺軋機(jī)均配有上置式液壓AGC缸和工作輥彎輥裝置(WRB)，用于在精軋機(jī)最終軋制之前將連鑄板坯軋制成中間坯厚度。主傳動電機(jī)功率分別為3000kW、3000kW、5500kW，最大軋制壓力35000kN，連續(xù)運行最長可達(dá)12h。

2.3.3 擺式剪

用于將引錠桿從鑄流上分離開和鑄/軋工序開始和結(jié)束時，中間坯的來料剪切，剪切厚度8mm～110mm，最大剪切寬度1600mm，最小剪切溫度900℃。

2.3.4 推出及垛板裝置(板材及引錠桿抽取)

用于引錠桿、定尺生產(chǎn)和下游堆鋼等事故時鋼板的推出，可推出最長鋼板至約8m、最大鋼坯重量9t，堆垛臺最大提升重量70t。

2.3.5 轉(zhuǎn)轂剪

用于帶鋼分段，以及當(dāng)下游出現(xiàn)事故時對中間坯進(jìn)行剪切。可剪切中間坯速度：0.35m/s～1.35m/s，最大剪切中間坯規(guī)格25mm(厚)，1600mm(寬)，最小剪切溫度880℃。

2.3.6 感應(yīng)加熱裝置

用于將中間坯加熱至軋制需求，由12段模塊化密封箱結(jié)構(gòu)的感應(yīng)線圈組成，每段模塊的功率為3MW，可將中間坯加熱至1120℃～1200℃。

2.3.7 夾送輥除鱗箱

通過高壓水除去中間坯上的氧化鐵皮，除鱗系統(tǒng)壓力為40MPa。夾送輥使進(jìn)入精軋機(jī)F1的中間坯產(chǎn)生一個后張力。此外，夾送輥還防止高壓除鱗水噴出除鱗箱。

2.3.8 精軋機(jī)(FM)

由5架四輥不可逆式軋機(jī)組成，每臺軋機(jī)均配有液壓AGC、工作輥彎曲(T-輥彎塊、反彎)、工作輥竄動(Smart Crown，磨損補償)、動態(tài)工作輥冷卻及輥縫潤滑系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對厚度范圍大產(chǎn)品的緊公差軋制，甚至是高強(qiáng)鋼，在單次全連澆下進(jìn)行無頭帶鋼生產(chǎn)。

2.3.9 輸出輥道及層流冷卻裝置

用于將熱軋帶鋼從終軋溫度冷卻到帶鋼卷取溫度后輸送至高速飛剪。

2.3.10 高速飛剪

用于在無頭軋制模式下薄規(guī)格鋼帶的剪切，剪機(jī)為轉(zhuǎn)轂式飛剪。

最大切割速度：帶鋼厚度0.8mm，～13.25m/s(坯厚90mm，拉速7m/min)；

帶鋼厚度4.0mm，～2.75m/s(坯厚90mm，拉速7m/min)。

2.3.11 地下卷取機(jī)

采用全液壓四助卷輥地下卷取機(jī)，帶有踏步控制功能，用于對熱帶鋼進(jìn)行卷取。

3 ESP生產(chǎn)線的優(yōu)勢

3.1 投資成本優(yōu)勢

ESP生產(chǎn)線為緊湊式短流程生產(chǎn)，精軋機(jī)組軋機(jī)間距為4.5m，從鋼包回轉(zhuǎn)臺的中心線到第二卷取機(jī)的中心線距離僅約180m，根據(jù)所生產(chǎn)最大產(chǎn)品規(guī)格的不同，生產(chǎn)線總長還有縮小的余地。表1為ESP生產(chǎn)線與常規(guī)熱連軋生產(chǎn)線長度的對比，以第一架粗軋機(jī)中心線到第一臺卷取機(jī)中心線的距離為計，由此可看出ESP生產(chǎn)線具有最小的空間占有率，這使得土建工程和鋼結(jié)構(gòu)成本降低，同時在很大程度上減少了管道和電纜相互連接的工程量。

表1 ESP生產(chǎn)線與常規(guī)熱連軋生產(chǎn)線長度

注：RM表示粗軋機(jī)，F(xiàn)M表示精軋機(jī)，HRM表示大壓下軋機(jī)。

與一個年產(chǎn)約400萬t的傳統(tǒng)熱軋廠所需占地面積相比，一個年產(chǎn)230萬t到270萬t的ESP生產(chǎn)線的占地面積減少了50%。在沿海及其周邊建造鋼廠，往往占地面積受到限制，此時建造ESP生產(chǎn)線就更為合適。最低的空間要求使得ESP生產(chǎn)線能夠很容易滿足大多數(shù)工廠的現(xiàn)有配置，最大限度的減少了煉鋼車間物流帶來的影響[4]。

此外，ESP生產(chǎn)線無需設(shè)置加熱爐，減少了相應(yīng)的設(shè)備和建設(shè)投資成本。

3.2 生產(chǎn)成本優(yōu)勢

ESP生產(chǎn)線以其超高拉速在7min 內(nèi)即可完成從鋼水直至地下卷取機(jī)的帶卷熱軋全連續(xù)生產(chǎn)，金屬收得率達(dá)98%，精軋機(jī)無頭尾損失，成材率高。表2為不同熱軋帶鋼生產(chǎn)線從鋼水到帶卷的生產(chǎn)成本對比[5]，由此可看出ESP生產(chǎn)線比其他熱軋帶鋼生產(chǎn)線的生產(chǎn)成本低約30%～50%。

表2 各類熱軋帶鋼生產(chǎn)線從鋼水到帶卷的生產(chǎn)成本

ESP生產(chǎn)線還具有較少的設(shè)備組成，連續(xù)化生產(chǎn)延長了消耗品和易損件的使用壽命，設(shè)備維護(hù)及備品備件成本也隨之降低。

3.3 產(chǎn)品優(yōu)勢

ESP薄板坯連鑄機(jī)采用液芯大壓下(LCR)，可以降低鑄坯的宏觀偏析，而且鑄坯的高溫余熱可以使其充分再結(jié)晶，獲得細(xì)小均勻晶粒尺寸的原材料。軋制過程中連續(xù)澆鑄9～10爐鋼中間無頭尾，通過西門子自動化控制系統(tǒng)和感應(yīng)加熱使全長帶鋼溫度均勻，其尺寸精度、平直度、性能均勻度均高于常規(guī)熱連軋水平。

采用無頭軋制工藝，穿帶次數(shù)少，可以避免精軋機(jī)組穿帶帶來的相關(guān)問題，因此可以大量生產(chǎn)厚度為0.8mm～1.0 mm的薄規(guī)格產(chǎn)品，以代替冷軋產(chǎn)品用于許多領(lǐng)域，包括厚度1mm、最大屈服強(qiáng)度315MPa的帶鋼；厚度1.2mm、最大屈服強(qiáng)度420MPa的帶鋼；厚度<2mm、最高強(qiáng)度達(dá)到700/800MPa高強(qiáng)度的帶鋼；厚度1.2/1.5m DP600/1000鋼帶，提高了產(chǎn)品附加值。據(jù)阿維迪&西門子介紹，薄規(guī)格可增值約6%～13%，高強(qiáng)度可增值約16%～24%。

目前日照鋼鐵擬續(xù)建的1450mm ESP生產(chǎn)線將開發(fā)生產(chǎn)厚度0.6mm的熱軋帶鋼，一旦開發(fā)成功將是“以熱代冷”的重大進(jìn)步。

3.4 節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢

ESP工藝的澆鑄和液芯壓下工藝所遵循的原則是在最大通鋼量基礎(chǔ)上保持質(zhì)量流量平衡和最低能量消耗。在帶鋼芯部仍處于軟化時軋制帶鋼，最大程度減少變形能的需求，實現(xiàn)了從鋼水到熱軋鋼卷生產(chǎn)的最佳能量平衡。

HRM初次壓下時直接利用連鑄坯高溫能量，提供反溫度曲線的優(yōu)勢，由感應(yīng)加熱器及時完成中間坯的加熱，并將加熱量最小化，在極限拉速下，感應(yīng)加熱器能量輸入將降為零。在停機(jī)時，關(guān)掉感應(yīng)加熱器即可做到零能源消耗。

圖2表示每生產(chǎn)1t熱軋帶鋼的工序能耗指標(biāo)[6]，由此可看出ESP生產(chǎn)線能量消耗比傳統(tǒng)熱軋帶鋼生產(chǎn)線降低50%～70%。根據(jù)最終產(chǎn)品的不同， ESP生產(chǎn)線水消耗比最好的傳統(tǒng)生產(chǎn)帶卷方式降低60%～80%。

圖2 各熱軋帶鋼生產(chǎn)線工序能耗

EPS生產(chǎn)線為無加熱爐煙氣排放環(huán)境友好型生產(chǎn)線，其直接、間接的溫室和有害氣體(NOx和CO)排放較低，生產(chǎn)普通規(guī)格時僅為普通生產(chǎn)工藝的40%～50%，生產(chǎn)薄規(guī)格時為普通生產(chǎn)工藝的65%～70%[7]。

4 結(jié)語

ESP無頭帶鋼生產(chǎn)線能以低成本高效穩(wěn)定生產(chǎn)極具附加值的薄規(guī)格產(chǎn)品，實現(xiàn)節(jié)能減排、提高板帶的組織性能穩(wěn)定性、均勻性、成材率及板厚板形精度、實現(xiàn)部分“以熱代冷”，不僅可以為企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益，還有利于提高企業(yè)市場競爭力。目前我國在建有3條ESP生產(chǎn)線，計劃于2014年年底投產(chǎn)，在未來綜合過剩產(chǎn)能、鋼鐵企業(yè)聯(lián)合重組中還可以考慮ESP生產(chǎn)線的建設(shè)。

[1]Siemens receives FAC f or Arvedi ESP line [EB]. http://www.siemens.com.

[2]阿維迪ESP 廠產(chǎn)品范圍.重型機(jī)械，2011(5)：29.

[3]楊雄飛.ESP無頭帶鋼生產(chǎn)技術(shù)及其節(jié)能效果.世界金屬導(dǎo)報，2013年2月5日，第B04版.

[4]無頭帶鋼生產(chǎn)集成案例及生產(chǎn)成本.世界金屬導(dǎo)報，2010年8月24日，12-13.

[5]張志勤，高真鳳，何立波.ESP無頭連鑄連軋帶鋼工藝的創(chuàng)新與展望.煉鋼，2010，Vol.26(6)：70～73.

[6]M Steeper,G Hohenbiehler,R Shore，F(xiàn) Loew，J Ailwood，J Cullen. 鋼材軋機(jī)的綠色理念.世界鋼鐵，2011(1)：16-21.

[7]J Siegl，A Jungbauer，G Arvedi，F(xiàn) Mazzolar.阿維迪ESP(無頭帶鋼生產(chǎn))-首套薄板坯無頭連鑄連軋生產(chǎn)結(jié)果.第七屆(2009)中國鋼鐵年會論文集，3-658-664.

ANewGenerationofHighEfficiencyandEnergySavingHot-RolledStripLine-ESPLine

Mao Yan

(MCC Capital Engineering & Research Incorporation Limited, Beijing 100176)

The productive capacity, product, processing flow sheet, equipments and advantage in investment, manufacture and energy conservation of ESP line were introduced. ESP line has achievement on high efficiency and stable production of highly value-added thin products with low cost, promoting microstructures uniformity and properties stability, improving thickness accuracy and profile quality and enhancing finished product rate, especially partly replacing cold-rolled sheet with hot-rolled thin stip. It can be used as the future development direction of hot strip rolling.

ESP-Endless strip processing Endless rolling Hot-rolled strip Energy conservation

毛燕，女，1984年出生，畢業(yè)于北京科技大學(xué)，工學(xué)碩士，工程師，現(xiàn)從事軋鋼工藝工廠設(shè)計工作

TG333.71

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.012

2014-05-28)