超細晶螺紋鋼連軋生產(chǎn)線的改造

超細晶螺紋鋼連軋生產(chǎn)線的改造

中國的“高純度鉻材料的重要基礎(chǔ)研究”項目規(guī)定，未來的鋼鐵公司研究主要目標(biāo)是高純度、高均勻度和詳細晶體?；诠?jié)約成本、降低成本和回收率的基本原則。目前“新一代鋼鐵材料”研究計劃已經(jīng)取得重要成果,“鐵素體/珠光體鋼的超細晶強韌化與控制技術(shù)”這一成果已開始進入了推廣應(yīng)用的關(guān)鍵階段。對鋼筋生產(chǎn)企業(yè)來講,迫切需要解決的是:在不增加生產(chǎn)成本和節(jié)約能源的基本前題下,使鋼材的綜合性能大幅度提高。因此,近年來有一些企業(yè)已開始對棒材生產(chǎn)線進行改造,以滿足生產(chǎn)超細晶螺紋鋼的要求。為在國內(nèi)同行業(yè)中保持領(lǐng)先地位,就生產(chǎn)超細晶螺紋鋼,濟鋼棒材生產(chǎn)線進行了設(shè)備和技術(shù)改造,采用整體規(guī)劃設(shè)計,分步改造的方式,為全面實現(xiàn)超細晶螺紋鋼生產(chǎn)作了必要準(zhǔn)備。1超細晶軋體制改造工藝超細晶形成的基本原理是利用形變與相變的耦合機制,其控制技術(shù)是使奧氏體有大的過冷度和累積變形量。對于連續(xù)式小型型鋼軋機,由于其孔型設(shè)計基本確定,要通過改變各道次變形量來適應(yīng)控制軋制變形量要求極其困難。軋制工藝參數(shù)中變形制度難于調(diào)整,因此在連續(xù)式小型型鋼軋機上只能采取控制各軋機上的軋制溫度來進行控制軋制,即控溫軋制。通過控制軋制溫度,使變形條件在一定程度上滿足控軋要求。在生產(chǎn)上實現(xiàn)超細晶軋制,必須對原有工藝作相應(yīng)的調(diào)整。為盡量減少設(shè)備改造的投資,充分利舊,在粗、中軋階段采用常規(guī)的再結(jié)晶熱軋,這樣對原有的粗、中軋機基本不作改動,還可保證軋制過程順行。中軋后通過中間冷卻器的冷卻及溫度均勻化,使進入精軋機的鋼坯溫度控制在Ae3～Ar3。由于精軋階段鋼坯溫度相對較低,軋制速度較高,再加上累積一定的變形量而誘發(fā)鐵素體相變,通過形變和相變耦合機制和鐵素體動態(tài)再結(jié)晶獲得細小的鐵素體晶粒。精軋后經(jīng)進一步冷卻,阻止鐵素體晶粒長大。具體的工藝制度為:鋼坯加熱溫度:1000～1150℃(不含微合金元素的鋼);粗、中軋溫度:950～1000℃;中間控冷后溫度:800～850℃;精軋機組終軋溫度:780～830℃;軋后冷卻終止溫度:500～700℃。2粗中軋、精軋系統(tǒng)濟鋼棒材生產(chǎn)線由18架軋機組成,采用150mm×150mm連鑄坯生產(chǎn)圓鋼和螺紋鋼筋,設(shè)計年產(chǎn)量都在75～80萬t,最高軋制速度18m/s。濟鋼生產(chǎn)線改造前主要設(shè)備有:熱坯和冷坯爐前上料系統(tǒng)、150t/h雙蓄熱步進梁式加熱爐;粗軋機組為?550mm×4+?450mm×2平立交替軋機,中軋機組為?400mm×6,精軋機組為?320mm×6,中、精軋機組均為水平軋機;各種功能剪機3臺(中軋后2號切頭剪、精軋后3號倍尺飛剪、冷床后定尺剪)、步進式齒條冷床及其輸入輸出輥道、鏈?zhǔn)捷斔褪占?、打捆及稱重設(shè)備等。粗中軋采用微張力控制,精軋機組采用6個立活套實現(xiàn)無張力控制,所有軋機傳動均采用西門子6RA70裝置及S7系列PLC全數(shù)字控制。生產(chǎn)線軋機主要技術(shù)參數(shù)見表1。3濟源鋼改革方案的內(nèi)容、初步試驗結(jié)果和下一步的改造目標(biāo)3.1內(nèi)容更新(1)u3000解決了“黃粱夢”2號飛剪和“中、高長絲”3架空濟鋼將生產(chǎn)線的改造目標(biāo)確定為生產(chǎn)超細晶螺紋鋼筋,對原有軋制線進行了較大的改造:原有6架粗軋機不變,中、精軋更換為12架最新型的第5代短應(yīng)力線高剛度軋機,其中中軋機為?450mm×6、精軋機為?350mm×6共兩個機組,形成全連軋生產(chǎn)線,布置形式為6+6+6平立交替,其中精軋14、16、18這3架軋機為平立可轉(zhuǎn)換軋機。新增1號切頭飛剪,加大了2號、3號飛剪的能力。軋機主傳動大部分利用現(xiàn)有不變,將16、17、18架主電機更換為1500、1200、1500kW,見表2。中、精軋機減速機更換為硬齒面高強度減速機。自動化根據(jù)新增設(shè)備的工藝要求在現(xiàn)有的控制基礎(chǔ)上進行完善,中軋前5架之間采用微張力連軋,5架與6架之間設(shè)置一立活套,中精軋之間設(shè)置一側(cè)活套,精軋機組每架軋機之間均設(shè)置立活套,形成無張無扭軋制,軋機最大速度可達18m/s。增加了切分導(dǎo)衛(wèi),可實現(xiàn)?10mm四切分,?12mm、?14mm三切分,?16mm及?18mm兩切分軋制。還增加了與軋機相配套的液壓站、稀油站及部分輥道等。改造后的生產(chǎn)線平面布置如圖1所示。(2)冷卻裝置布置新增中、精軋之間中間控制冷卻和精軋后控制冷卻系統(tǒng)。中間控制冷卻設(shè)一線,長9m;軋后控制冷卻設(shè)四列水冷器,長18m,可滿足四線切分軋制。冷卻器能快速更換,以冷卻不同規(guī)格范圍的棒材。水箱與輸送輥道共同安裝在橫移小車上,水箱與軋線平行布置。當(dāng)不使用水冷器時,可及時更換為輸送輥道,將軋件直接送入冷床。冷卻裝置布置示意見圖2。根據(jù)超細晶螺紋鋼筋生產(chǎn)工藝的要求,在中軋和精軋機組間要有足夠的距離,以便設(shè)置中間冷卻裝置并保證一定的返溫均溫距離。冷卻設(shè)備要有強的冷卻能力并保證軋件的順利通過。本冷卻器采用的是湍流管式冷卻器,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。高壓水以一定角度噴入湍流管,形成螺旋式前進的水流,而湍流管內(nèi)部的收擴型結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)部環(huán)流,一方面有利于高壓水流沖破棒材表面的蒸汽膜,提高冷卻能力,另一方面有利于提高冷卻均勻性。在水冷器的出口處安裝有氣封噴嘴,以防止棒材出水冷器后有水附著在棒材表面上,從而影響棒材全長的質(zhì)量均勻性。(3)供水系統(tǒng)新建一套獨立的冷卻水循環(huán)處理系統(tǒng),含過濾、冷卻、除油、泵組等裝置,最大供水量為650m3/h,水壓為1.6～2.0MPa。(4)程控制計算機構(gòu)成控制冷卻的自動控制系統(tǒng)由檢測儀表、基礎(chǔ)自動化和工藝過程控制計算機構(gòu)成。檢測儀表負責(zé)對冷卻水參數(shù)的測量,經(jīng)過計算、分析、處理后,由過程控制機按控制冷卻規(guī)程對各參數(shù)進行控制,最終實現(xiàn)控制軋件的冷卻速度和終冷溫度。3.2試驗結(jié)果及效果第一步改造完成后進行了工藝試驗,濟鋼采用20MnSi生產(chǎn)?25mm螺紋鋼,試驗了噸鋼加0.2kg鈮鐵(相當(dāng)于常規(guī)含量的一半)和不加鈮鐵的對比試驗,化學(xué)成分見表2。試驗中用水量475m3/h,水壓1.5MPa,軋制速度14.5m/s,經(jīng)批量生產(chǎn)試驗已取得了良好的結(jié)果,力學(xué)性能見表3。宣鋼試驗了用20MnSiNb生產(chǎn)?12～32mm螺紋鋼,噸鋼加0.65kg鈮鐵?；瘜W(xué)成分見表4。試驗中冷卻水量250～280m3/h,水壓0.5～0.8MPa,鋼的力學(xué)性能見表5。從上述表中可以看出:(1)在濟鋼的生產(chǎn)條件下,不加Nb鐵和加少于1/2量Nb鐵,最終力學(xué)性能都達到國標(biāo)的要求。按節(jié)省1/2量Nb鐵計算,噸鋼至少降低成本20～25元(Nb鐵按10.8萬元/t計算),與用釩氮合金相比,成本更可大幅度降低。(2)由于加入少量Nb及采用軋后冷卻,鋼筋的主要強化機制是細晶強化和相變強化,成分和力學(xué)性能都滿足國標(biāo)要求。3.3精軋機組冷卻濟鋼棒材生產(chǎn)線進行了第一步改造,如對中、精軋機及減速機、電機和2號飛剪等硬件設(shè)備進行了必要的改造,制定了相應(yīng)的孔型和溫度制度,并且在中軋機組后建立了中間冷卻以及軋后冷卻裝置,以控制進入精軋機組鋼筋的溫度,使鋼坯冷卻到奧氏體臨界溫度附近進行精軋機組的軋制,為生產(chǎn)超細晶螺紋鋼筋奠定了堅實基礎(chǔ)。如果有條件可進一步改造成全流程低溫控軋控冷生產(chǎn)線,這樣可節(jié)省大量的加熱爐能耗,降低鋼在加熱過程中的氧化燒損,還可降低中間冷卻裝置的冷卻強度,但要對粗軋機,以及中軋機部分設(shè)備進行較大的改造,實施的難度較大,需要進一步資金投入。4過起步改造效果(1)在現(xiàn)有的棒材連軋生產(chǎn)生產(chǎn)線上,在基本不影響生產(chǎn)的前提下,分步實現(xiàn)超細晶螺紋鋼生產(chǎn)線的改造是可行的。