不銹鋼熱軋生產(chǎn)線工藝及設(shè)備配置分析

馬 博，趙華國(guó)，洪 冰

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展和人發(fā)生活水平逐步提高，近年來國(guó)內(nèi)不銹鋼熱軋市場(chǎng)需求不斷加大。其中，薄規(guī)格優(yōu)質(zhì)不銹鋼熱軋產(chǎn)品因能夠提高后續(xù)冷軋的年產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量而受到不銹鋼熱軋生產(chǎn)廠家的重視。這就要求冶金行業(yè)制造供應(yīng)商以及相關(guān)設(shè)計(jì)研究單位要全面掌握不銹鋼熱軋生產(chǎn)線的工藝、設(shè)備配置及其特點(diǎn)，制定出最為合理經(jīng)濟(jì)的實(shí)施方案，提高不銹鋼熱軋生產(chǎn)線的回報(bào)率，從而在該市場(chǎng)領(lǐng)域中占據(jù)有利的位置。

1 不銹鋼熱軋基本工藝參數(shù)

在通常情況下，不銹鋼熱軋來料為合格無缺陷的連鑄板坯，厚度范圍160～220 mm，最大長(zhǎng)度12 000 mm。產(chǎn)品為200系不銹鋼、300系不銹鋼和400系不銹鋼，成品厚度范圍2.5(2.0)～12.7mm。

2 機(jī)型選擇分析

國(guó)內(nèi)不銹鋼熱軋生產(chǎn)線的型式主要有熱連軋和爐卷軋機(jī)兩種，而連鑄連軋不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)尚未有工業(yè)化實(shí)例。

爐卷軋機(jī)具有投資少、占地小、生產(chǎn)靈活等特點(diǎn)[1]。其前后所設(shè)卷取爐可為軋制溫度范圍窄、變形抗力大的鋼種提供良好的溫度條件，可避免軋制過程中帶鋼邊部開裂。因此主要用于不銹鋼等鋼種，但表面質(zhì)量較差。在設(shè)備配置方面，1+1布置型式的爐卷軋機(jī) (1架粗軋機(jī)+1架爐卷軋機(jī))的產(chǎn)能較低，產(chǎn)品最小厚度約為2.75 mm；而1+1+3布置型式的爐卷軋機(jī) (1架粗軋機(jī)+1架爐卷軋機(jī)+3機(jī)架精軋機(jī)組)的產(chǎn)能可達(dá)百萬噸級(jí)，產(chǎn)品最小厚度約為2.0 mm，該技術(shù)只有SMS Demag公司在芬蘭的奧托肯普公司軋線改造工程上使用過，國(guó)內(nèi)泰鋼1800 mm爐卷軋機(jī)正在進(jìn)行此項(xiàng)技術(shù)改造，其技術(shù)成熟性還有待驗(yàn)證。

目前，對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家來說最適合的型式應(yīng)為熱連軋生產(chǎn)線（見表1）。

3 工藝流程及設(shè)備配置

3.1 工藝流程

不銹鋼常規(guī)熱連軋生產(chǎn)線工藝流程為：合格無缺陷連鑄坯→加熱爐→粗除鱗機(jī)→粗軋機(jī)組→中間保溫設(shè)備→飛剪→精除鱗機(jī)→精軋機(jī)組→層流冷卻→卷取機(jī)→打捆→稱重→噴印→入庫(kù)。

表1 國(guó)內(nèi)不銹鋼熱軋廠生產(chǎn)線的生產(chǎn)規(guī)模和型式

3.2 加熱爐分析

隨著連鑄工藝技術(shù)的發(fā)展，不銹鋼連鑄坯的不修磨率已得到較大提高，某些熱軋廠鉻系不銹鋼連鑄坯的不修磨率已提高到90%以上，鎳系不銹鋼已提高到60%以上，含鈦不銹鋼還必須全面修磨[2]。因此針對(duì)不同不銹鋼鋼種裝爐分別采用冷裝 (CCR)和熱裝 (HCR)兩種方式以節(jié)省能源和降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，加熱爐主要型式為步進(jìn)梁式加熱爐。

3.3 粗除鱗機(jī)分析

由于不銹鋼產(chǎn)品對(duì)其表面質(zhì)量要求較高，這就要求粗除鱗機(jī)對(duì)帶鋼表面氧化鐵皮的打擊力必須足夠大，能夠?qū)⒀趸F皮覆蓋層厚度最大程度地減小。因此粗除鱗機(jī)需要設(shè)置比較高的噴嘴前高壓水壓力 (見表2)。

表2 國(guó)內(nèi)不銹鋼熱軋廠的噴嘴前高壓水壓力值

從表2可以看出，隨著生產(chǎn)線投產(chǎn)時(shí)間的不斷推進(jìn)，粗除鱗機(jī)噴嘴前高壓水壓力值呈不斷加大趨勢(shì)。

3.4 粗軋機(jī)組分析

粗軋機(jī)組一般由1架立輥軋機(jī)和1架四輥水平可逆式粗軋機(jī)組成。其中立輥軋機(jī)采用全液壓壓下，同時(shí)配置短行程 (SSC)和自動(dòng)寬度控制(AWC)功能，可對(duì)粗軋板坯進(jìn)行寬度及頭尾形狀控制，提高板坯邊部質(zhì)量和收得率。

粗軋機(jī)采用高剛度、大壓下四輥水平可逆式軋機(jī)，其壓下方式為電動(dòng)APC加液壓HGC，一方面可以更好地完成工作輥的調(diào)零、調(diào)平和過載保護(hù)，另一方面還可以提高帶鋼厚度精度、操作穩(wěn)定性和防止鐮刀彎。由于不銹鋼在熱軋過程中會(huì)產(chǎn)生較大的煙塵，因此粗軋機(jī)應(yīng)配有排煙除塵裝置。在粗軋機(jī)的入、出口導(dǎo)衛(wèi)上還應(yīng)裝有高壓水除鱗集管，用于清除帶鋼表面在軋制過程所產(chǎn)生的二次氧化鐵皮。在粗軋除鱗制度方面不同設(shè)備供應(yīng)商的除鱗制度有所不同，其中日本的除鱗制度是僅在第1道次除鱗，而德國(guó)是在第1、3、7道次除鱗，這種除鱗制度會(huì)使帶鋼溫降較大，增加軋制較薄規(guī)格產(chǎn)品時(shí)的難度。

為保證精軋入、出口溫度，應(yīng)盡可能提高粗軋機(jī)軋出中間坯的溫度，為此應(yīng)盡可能減少粗軋道次和提高粗軋速度，現(xiàn)在一般選用5道次軋制，這就要求粗軋機(jī)必須具有足夠大的軋制能力，在力能參數(shù)選擇上要比同規(guī)格的碳鋼軋機(jī)要大一些。此外，因減少粗軋道次而增加道次壓下量則有可能造成咬入角大于摩擦角導(dǎo)致帶鋼不能咬入，因此最大道次壓下量應(yīng)限制在50 mm。

3.5 中間保溫措施分析

由于不銹鋼變形溫度范圍窄，對(duì)精軋出口溫度要求較高，因此在設(shè)備配置時(shí)必須考慮中間保溫措施。目前不銹鋼熱連軋中間保溫措施一般分為兩種：熱卷箱；保溫罩+邊部加熱器[3](見表3)。

從表3可以看出，大部分的熱軋生產(chǎn)廠采用熱卷箱對(duì)中間坯進(jìn)行保溫，其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）采用熱卷箱時(shí)，中間坯頭尾溫差可控制在30℃以內(nèi)，能夠有效減少中間坯進(jìn)入精軋機(jī)組的頭尾溫差。

（2）由于采用熱卷箱時(shí)中間坯的頭尾溫差小，精軋機(jī)組可采用恒速軋制或采用小的加速度軋制，因此在同等電機(jī)容量下可實(shí)現(xiàn)更薄、更寬規(guī)格不銹鋼帶鋼的生產(chǎn)。

表3 國(guó)內(nèi)幾家不銹鋼熱軋生產(chǎn)廠的中間保溫措施

（3）由于采用熱卷箱會(huì)使中間坯進(jìn)入精軋機(jī)組時(shí)溫度較高，因此軋輥磨損較小，不銹鋼帶鋼的表面質(zhì)量，特別是邊部質(zhì)量好。

(4)采用熱卷箱可縮短粗軋機(jī)與精軋機(jī)組之間的距離，縮短中間輥道長(zhǎng)度，減少投資。

(5)邊部加熱器電耗大、加熱線圈也比較昂貴，運(yùn)行和維護(hù)成本高。

3.6 飛剪分析

中間坯在進(jìn)入精軋機(jī)組前需要用飛剪進(jìn)行不規(guī)則頭尾剪切，將帶鋼頭尾剪成弧型，在切頭時(shí)剪刃速度應(yīng)當(dāng)稍快于帶鋼的運(yùn)行速度，切尾時(shí)剪刃速度應(yīng)當(dāng)稍慢于帶鋼的運(yùn)行速度，以保證被切掉的部分即刻被上刀片拋出，并迅速脫離帶鋼母體。飛剪前應(yīng)設(shè)有帶鋼頭部形狀檢測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)飛剪優(yōu)化剪切，減少切損，提高收得率。

3.7 精除鱗機(jī)分析

精除鱗機(jī)用于去除中間坯在軋制過程中產(chǎn)生的二次氧化鐵皮。由于某些不銹鋼鋼種 (如奧氏體不銹鋼)在熱軋過程中產(chǎn)生的二次氧化鐵皮較少，并且其對(duì)精軋入、出口溫度要求較高，因此為了避免在精軋入口前有較大的溫降，需采用高壓蒸汽的方式進(jìn)行精除鱗，保證帶鋼精軋入、出口溫度；而對(duì)溫度方面要求不高的不銹鋼鋼種仍可采用高壓水除鱗方式。精除鱗機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)對(duì)于碳鋼生產(chǎn)和不銹鋼生產(chǎn)來講區(qū)別不大，只是在除鱗箱內(nèi)增加1組集管用于蒸汽除鱗。

3.8 精軋機(jī)組分析

精軋機(jī)組全部采用全液壓壓下系統(tǒng)和厚度自動(dòng)控制 (AGC)系統(tǒng)以提高帶鋼全長(zhǎng)厚度控制精度，設(shè)置閉環(huán)板形控制系統(tǒng)用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)帶鋼的凸度和平直度，以便于穩(wěn)定生產(chǎn)板形良好的帶鋼，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。精軋機(jī)之間設(shè)有低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量液壓活套，用于控制精軋機(jī)組速度和帶鋼張力。精軋機(jī)組還設(shè)有竄輥裝置，以使軋輥磨損均勻，增加同寬度產(chǎn)品軋制量，降低輥耗。為了避免精軋過程中帶鋼因較大溫降而造成軋制困難，在精軋機(jī)組中不設(shè)機(jī)架間冷卻裝置，僅配置軋輥冷卻水和煙塵抑制水，并且為了排除軋制過程中所產(chǎn)生的煙塵，減少煙塵排放，保護(hù)環(huán)境，精軋機(jī)組應(yīng)配有排煙除塵裝置。

在精軋機(jī)組前可選擇配置1架小立輥軋機(jī)，主要起軋件對(duì)中和邊部軋制的作用，防止精軋過程中軋件出現(xiàn)邊裂。

從表1中可以看出，精軋機(jī)組一般由7～8架四輥不可逆式軋機(jī)組成，且以7架方案為主。在力能參數(shù)的選擇原則上與粗軋機(jī)類似。

3.9 層流冷卻分析

層流冷卻目的是通過控制帶鋼的終冷溫度來獲得良好的組織和力學(xué)性能。不銹鋼的軋后冷卻與碳鋼有所不同，文獻(xiàn) [4]認(rèn)為不銹鋼熱軋后只需進(jìn)行空冷，但根據(jù)熱軋生產(chǎn)廠現(xiàn)場(chǎng)反饋，除馬氏體不銹鋼軋后不需水冷以外，奧氏體不銹鋼軋后需進(jìn)行水冷以達(dá)到適宜的卷取溫度 (620～680℃)，以便于更好地控制產(chǎn)品表面質(zhì)量。至于鐵素體不銹鋼由于終軋溫度比較低 (800～880℃)[5]，在軋后水冷投入與否的問題上，熱軋生產(chǎn)廠的看法各不相同。

3.1 0 卷取機(jī)分析

卷取機(jī)采用液壓缸驅(qū)動(dòng)側(cè)導(dǎo)板、夾送輥以及助卷輥，其中卷筒采用低慣量無級(jí)液壓漲縮式，助卷輥采用自動(dòng)踏步控制系統(tǒng) (AJC)，可保證帶鋼表面質(zhì)量和卷取質(zhì)量。

帶鋼經(jīng)由伺服液壓系統(tǒng)控制的卷取機(jī)前側(cè)導(dǎo)板對(duì)中后，頭部進(jìn)入夾送輥并進(jìn)行頭部定位，3個(gè)助卷輥設(shè)定位置，卷筒直徑為帶卷內(nèi)徑，當(dāng)帶鋼在卷筒上卷取頭3～5圈的過程中，助卷輥進(jìn)行踏步控制，以保證鋼卷內(nèi)圈不產(chǎn)生壓痕；卷3～5圈后，卷筒漲到卷取直徑，助卷輥打開，卷取機(jī)在恒張力狀態(tài)下卷??；當(dāng)帶鋼卷到最后2～3圈時(shí)，助卷輥壓下，帶鋼尾部通過夾送輥時(shí)進(jìn)行尾部定位，將帶鋼尾部停在鋼卷下部位置，卸卷時(shí)由小車托起鋼卷防止松卷。

4 生產(chǎn)線長(zhǎng)度確定原則

（1）在軋制過程中，軋件與設(shè)備之間不得發(fā)生干涉。

（2） 不得因生產(chǎn)線過長(zhǎng)導(dǎo)致精軋入口溫度降低，造成生產(chǎn)成本加大。

5 實(shí)例

國(guó)內(nèi)某1780 mm不銹鋼熱軋項(xiàng)目一期年產(chǎn)量為150萬t，二期250萬t。其主要設(shè)備為1座步進(jìn)梁式加熱爐 (預(yù)留1座)+1套粗軋高壓水除鱗裝置+1架帶附屬立輥的四輥可逆式粗軋機(jī)+1套熱卷箱+1套飛剪+1套精軋高壓水除鱗裝置+7機(jī)架四輥不可逆式精軋機(jī)組+層流冷卻裝置+1臺(tái)卷取機(jī) (預(yù)留1臺(tái))。其中在生產(chǎn)線長(zhǎng)度方面充分考慮上述兩方面因素的影響，并做出較為合理的布置 (見圖1)。在機(jī)組基本參數(shù)方面全面考慮生產(chǎn)規(guī)模和極限規(guī)格的影響，并做出較為合理的配置 (見表4、表5)。

圖1 生產(chǎn)線示意簡(jiǎn)圖

表4 不銹鋼成品基本參數(shù)表

表5 機(jī)組基本參數(shù)表

6 結(jié)語

（1）爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線僅適用于生產(chǎn)規(guī)模小、表面質(zhì)量和極限產(chǎn)品厚度要求不高的產(chǎn)品，而熱連軋生產(chǎn)線可生產(chǎn)規(guī)模大、表面質(zhì)量和極限產(chǎn)品厚度要求較高的產(chǎn)品。

（2）高壓水除鱗機(jī)噴嘴前高壓水壓力以28～30 MPa較為適宜。

（3）選用熱卷箱方式對(duì)中間坯進(jìn)行保溫更為適宜。

[1]郭文軍．爐卷軋機(jī)的發(fā)展概況及技術(shù)特點(diǎn) [J]．江蘇冶金．2008．36(5):5～9．

[2]陸世英．不銹鋼 [M]．北京．原子能出版社．1995,11～57．

[3]趙家駿,柳謀淵．熱軋帶鋼生產(chǎn)知識(shí)問答 [M]．北京．冶金工業(yè)出版社．2006,114～259．

[4]朱濤,呂敬東,劉勇,等．不銹鋼熱軋生產(chǎn)工藝研究 [J]．鋼鐵釩鈦．2002．23(3):33～35．

[5]趙新剛,430不銹鋼熱軋工藝研究及改進(jìn) [J]．山西冶金．2009．117(1):57～58．