安鋼2800 mm中厚板機(jī)組提高成材率的實(shí)踐

盧瑜玲 程永固 王景 王冠

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

0 前言

成材率的高低直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于年產(chǎn)100萬(wàn)噸的中厚板生產(chǎn)線，如成材率提高1%，每年即可多創(chuàng)效益1000萬(wàn)元以上。因此，提高成材率是鋼鐵工業(yè)節(jié)約原料和能源、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施之一。安鋼2800 mm中板生產(chǎn)線2011年全年累計(jì)成材率為91.3%，與國(guó)內(nèi)同類(lèi)型企業(yè)相比，排名第8位，結(jié)合機(jī)組實(shí)際，認(rèn)為成材率存在優(yōu)化提高的空間。2012年，為了進(jìn)一步挖掘安鋼2800 mm中板機(jī)組的潛力，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，下面筆者就提高中板機(jī)組成材率技術(shù)攻關(guān)中各個(gè)工序?qū)嵤┘案倪M(jìn)情況進(jìn)行了介紹，為同類(lèi)型機(jī)組提高成材率形成了良好的借鑒。

1 主要工藝設(shè)備及技術(shù)參數(shù)

安鋼2800 mm中板生產(chǎn)線軋制設(shè)備為雙機(jī)架四輥可逆式軋機(jī)，允許最大軋制力50000 kN，最大軋制力矩2×1720 kN·m，軋機(jī)剛度8360 kN/mm，軋制速度0～ ±(2.36 ～5.65)m/s，電動(dòng)壓下速度0 ～20/30(返回)mm/s，壓下電機(jī)功率2×186 kW、轉(zhuǎn)數(shù)435/1100 r.p.m。剪切鋼板雙邊的設(shè)備為圓盤(pán)剪，剪切鋼板規(guī)格(6～25)mm×(1600～2600)mm×(4000～21500)mm、最大強(qiáng)度極限800 N/mm2，剪切速度0.4 m/s～0.8 m/s，切邊寬度小于75 mm，對(duì)中鋼板最大重量 7.36 t。

2 成材率的影響因素分析

所謂成材率，其含義是指投入一定數(shù)量的原料(鋼錠、連鑄坯)所生產(chǎn)出合格鋼材的多少［1］。就統(tǒng)計(jì)概念來(lái)講，它是所獲合格品量與所耗原料量的百分比。成材率的高低主要取決于生產(chǎn)中不合格品的控制，產(chǎn)生的軋制廢品，以及氧化燒損、切損是影響成材率指標(biāo)的主要因素。就安鋼2800 mm生產(chǎn)線而言，廢品率控制在0.02%以下，已處于較高水平;優(yōu)化坯料設(shè)計(jì)，優(yōu)化加熱、軋制、剪切工藝，減少坯料的原始投入，降低燒損及切損，提高中厚板的負(fù)差貢獻(xiàn)，應(yīng)是提高成材率指標(biāo)的主要途徑。

2.1 坯料

坯料存在原始質(zhì)量缺陷，定尺板坯料設(shè)計(jì)富余量過(guò)大，都會(huì)不利于成材率指標(biāo)。該廠對(duì)一定時(shí)間段內(nèi)板坯原料場(chǎng)地存放的坯料進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)存在缺陷的坯料比例為33.99%，其中渣瘤缺陷坯，占12.06%;毛刺缺陷坯占3.95%;切割斷面不齊缺陷坯，占17.98%。坯料頭尾缺陷的存在，原始缺陷遺傳到成品鋼板，造成精整被迫多切，定尺板軋成率受影響，同時(shí)也影響了成材率指標(biāo)。

2.2 氧化燒損

板坯在爐時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)增加氧化燒損，需要提高加熱制度對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的指導(dǎo)性;由于個(gè)別計(jì)劃安排的不合理，坯料的規(guī)格不同，致使薄板坯在爐時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增加了氧化燒損;雙爐或三爐生產(chǎn)時(shí)，支數(shù)較多的爐批連續(xù)出鋼，造成支數(shù)較少的批號(hào)在爐時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增加了氧化燒損;煤氣質(zhì)量不穩(wěn)定帶來(lái)的溫度波動(dòng)，增加了氧化燒損。2011年該廠加熱爐平均燒損率 1.0%，最高達(dá)到 1.2%。

2.3 厚度控制精度

由于粗軋機(jī)工作輥只有平輥、+0.20 mm兩種輥型，精軋機(jī)有0.00 mm、+0.08 mm、+0.20 mm 三種輥型，當(dāng)生產(chǎn)計(jì)劃規(guī)格變化頻繁時(shí)，雙機(jī)架輥型的相互匹配直接影響到鋼板的平直度及同板差。2011年對(duì)產(chǎn)品厚度抽查，中板產(chǎn)品的縱向同板差達(dá)到0.30 mm以內(nèi)的抽查比例 64%，同批號(hào)異板差0.15 mm以上的抽查比例達(dá)47%。

2.4 剪切工序

中厚板軋制，頭尾易發(fā)生舌頭、魚(yú)尾、結(jié)疤等缺陷，精整成品剪切主要是人工辨識(shí)切除頭尾缺陷，有一定的隨意性，切損現(xiàn)象偏高導(dǎo)致成材率偏低;此外，偶發(fā)鐮刀彎板，也增加了圓盤(pán)剪切邊的切損。

3 軋制過(guò)程的控制措施

針對(duì)影響成材率的主要影響因素，采取措施是：加強(qiáng)坯料質(zhì)量的控制，優(yōu)化坯料設(shè)計(jì)，降低對(duì)成材率指標(biāo)的影響;優(yōu)化輥型配置，降低厚度控制難度，提高負(fù)差對(duì)指標(biāo)的貢獻(xiàn);優(yōu)化加熱工序裝鋼模式，降低氧化燒損;在剪切過(guò)程中，實(shí)施設(shè)備改進(jìn)，優(yōu)化操作過(guò)程，最終有效提升成材率。

3.1 優(yōu)化坯料設(shè)計(jì)

加強(qiáng)坯料質(zhì)量檢查，對(duì)坯料切割渣瘤、毛刺、坯料斷面缺陷進(jìn)行人工清理，防止坯料缺陷遺傳到成品鋼板上形成結(jié)疤缺陷造成的切損;提高坯料分切質(zhì)量，斷面減少切割錯(cuò)茬，有效的避免了成品斜尖、燕尾缺陷，為減少切頭尾量創(chuàng)造了條件。進(jìn)行人工清理邊角缺陷，入爐前坯料質(zhì)量缺陷比例控制在10%以下，在此基礎(chǔ)上對(duì)部分板坯進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，使坯料選型更加精確合理，減少了坯料重量的原始投入，在兼顧軋成率的同時(shí)，提高了成材率(見(jiàn)表1)。減少不合格坯料，優(yōu)化坯料設(shè)計(jì)，從源頭上減少了坯料原因造成的金屬損失。

表1 坯料優(yōu)化對(duì)成材率的影響

3.2 降低氧化燒損

降低氧化燒損的措施主要是優(yōu)化加熱工藝。加熱工藝對(duì)氧化燒損程度的決定因素包括板坯的加熱溫度和板坯的在爐時(shí)間。嚴(yán)格執(zhí)行6道(4道)裝鋼生產(chǎn)模式，采用6道裝鋼的生產(chǎn)模式，既解決了從一座爐內(nèi)連續(xù)出鋼支數(shù)太多和爐頭吸冷風(fēng)等造成的溫度波動(dòng)，有效地解決了出鋼過(guò)程中坯料溫度波動(dòng)的問(wèn)題，提高了板坯的加熱質(zhì)量，有利于保持均衡生產(chǎn)［2］。同時(shí)，縮小加熱爐工藝參數(shù)的控制范圍，明確目標(biāo)工藝參數(shù)，降低了板坯的在爐時(shí)間。工藝參數(shù)目標(biāo)值為“工藝技術(shù)規(guī)程上限減25℃”，例如：低合金不含鈮加熱溫度≥8 mm的現(xiàn)有加熱工藝是1150℃ ～1250℃，細(xì)化為1225±25℃，提高加熱工藝波動(dòng)控制力度，杜絕了工藝大范圍波動(dòng)，提高了板坯加熱質(zhì)量，減少了待溫、事故停車(chē)，避免了部分板坯被迫延長(zhǎng)在爐時(shí)間的現(xiàn)象，降低了氧化燒損。

3.3 提高厚度控制精度

提高厚度控制精度，有利于實(shí)現(xiàn)負(fù)偏差軋制，它是提高中厚板成材率的一個(gè)有效途徑。負(fù)偏差軋制是針對(duì)按理論重量交貨的鋼材品種，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸允許偏差，在軋制中按負(fù)偏差允許值控制，使成品鋼材的實(shí)際尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，但又小于名義尺寸。采用有效的方法，在高精度的設(shè)備控制能力下，實(shí)現(xiàn)負(fù)偏差軋制是企業(yè)增加收益的好方法。負(fù)偏差也不是越大越好，必須與軋制的實(shí)際厚度精度控制水平相匹配，必須兼顧生產(chǎn)難度，如果為了獲得較大的負(fù)偏差收益而超越用戶要求，就會(huì)使不合格品量上升，給企業(yè)和用戶造成不必要的損失。厚度控制精度越高，負(fù)偏差軋制的對(duì)成材率的貢獻(xiàn)越大。

影響厚度控制精度的因素主要是軋制力的波動(dòng)，軋件溫度、寬度，軋輥熱膨脹、磨損、偏心運(yùn)轉(zhuǎn)程度，軋機(jī)機(jī)架的剛性都會(huì)造成軋制力波動(dòng)。由于不可避免存在的軋制力波動(dòng)，人員對(duì)厚度變化的反應(yīng)能力及調(diào)整水平不同，負(fù)差軋制的效果有時(shí)不理想。安鋼2800 mm中板生產(chǎn)線精軋機(jī)有平輥、+0.08 mm、+0.20 mm三種輥型;粗軋機(jī)精度要求較低，兼顧磨輥、配輥原因，工作輥僅有平輥、+0.20 mm凸度兩種輥型，經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在支承輥使用中后期，由于雙機(jī)架工作輥輥型匹配差異，成品最終厚度控制精度較差。因此，提高磨輥、配輥能力，匹配雙機(jī)架工作輥輥型，從設(shè)備改進(jìn)上減輕軋制力波動(dòng)的影響，降低對(duì)操作人員苛刻的要求，可以降低鋼板同板差、異板差，提高厚度高精度控制水平。經(jīng)摸索，在粗軋機(jī)增加+0.08 mm凸度輥型，合理安排不同輥型工作輥的上機(jī)時(shí)間，在支承輥使用周期內(nèi)，雙機(jī)架輥型匹配關(guān)系更加趨于合理。優(yōu)化輥型配置，提高了厚度控制精度，提高了負(fù)差對(duì)成材率的貢獻(xiàn)。支承輥中后期，對(duì)比某班工作輥采用平輥和+0.08 mm輥輥型時(shí)軋制20 mm板的厚度控制情況，采用 +0.08 mm輥時(shí)目標(biāo)厚度位置下移0.05 mm ～0.10 mm(如圖1、圖2 所示)。在增加采用+0.08 mm輥型后，加強(qiáng)生產(chǎn)計(jì)劃與輥期的結(jié)合，負(fù)偏差效果明顯，同板差、異板差控制水平均得到了提升，厚度合格率沒(méi)有發(fā)生不利變化。

圖1 支承輥中后期某班采用平輥厚度控制情況

圖2 支承輥中后期某班采用+0.08 mm輥厚度控制情況

3.4 減少切損

有文獻(xiàn)指出，切邊量每減少10 mm對(duì)成材率的影響在0.4%左右;同樣地，若減少20 mm，成材率可以提高近1%，潛力巨大［3］。減少切損最有效的方法是提高板型質(zhì)量，降低切邊放尺量、漸少頭尾切除量。很多文獻(xiàn)提出在軋制區(qū)域采用立輥技術(shù)、提高軋機(jī)推床能力等措施，提高中厚板板型質(zhì)量，但在老機(jī)組引進(jìn)新設(shè)備往往受設(shè)備費(fèi)用或技術(shù)改造條件制約。依靠工藝優(yōu)化改善板型，有一定的作用，但不能有效杜絕鐮刀彎、斜尖、頭部扇形等常見(jiàn)板型缺陷。

針對(duì)頭尾缺陷存在結(jié)疤、夾雜等缺陷的倍尺定尺板，提高軋成率、成材率的關(guān)鍵是鋼板頭部的剪切，少切會(huì)引發(fā)缺陷回切改尺，多切會(huì)造成尾塊子板長(zhǎng)度不足定尺要求。安鋼2800 mm機(jī)組在橫剪剪前設(shè)計(jì)安裝新長(zhǎng)度標(biāo)尺，使操作工對(duì)雙倍尺鋼板總長(zhǎng)度一目了然，對(duì)頭部進(jìn)行精準(zhǔn)剪切，一是切凈頭部缺陷，二是避免頭部多切，保證尾塊子板長(zhǎng)度符合定尺要求，確保軋成率;在此基礎(chǔ)上進(jìn)行坯料投入的優(yōu)化，為成材率的提高創(chuàng)造條件。針對(duì)鐮刀彎板，一是靈活采用圓盤(pán)剪剪前二次對(duì)中技術(shù)［4］，有效切邊，避免遺留毛邊回切寬度改尺損失成材率;二是充分發(fā)揮機(jī)組布置有分段剪的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)鐮刀彎較嚴(yán)重的鋼板，合理進(jìn)行先分段后剪切的工藝，有效保證鋼板寬度(如圖3所示)，保證了成品鋼板的最大矩形，提高了金屬成材率。

圖3 鐮刀彎板先分段再切邊的寬度變化(B2＞B1)

4 效果

4.1 優(yōu)化坯料設(shè)計(jì)

缺陷坯的比例由以前的30%左右下降到11%左右，進(jìn)行坯料設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)成材率的貢獻(xiàn)約為0.05% ～0.09%。

4.2 優(yōu)化加熱工藝

實(shí)施分道裝鋼，縮小加熱溫度控制區(qū)間，有效實(shí)施均衡生產(chǎn)，燒損率2012年比2011年平均下降0.09%，提高成材率0.1個(gè)百分點(diǎn)左右。

4.3 提高厚度控制精度

提高厚度控制精度，同板差0.30 mm以內(nèi)的比例由67%提高到81%，同批號(hào)異板差0.15 mm以上的比例由47%下降到31%。實(shí)施負(fù)差軋制，目標(biāo)厚度實(shí)現(xiàn)下移0.05 mm～0.10 mm，提高了成材率，貢獻(xiàn)約為0.28%。

4.4 減少切損

通過(guò)持續(xù)改進(jìn)，平均切邊量由原來(lái)的100 mm～110 mm降低到目前的90 mm～100 mm，減少了約5 mm～10 mm的切邊損失，按成品平均寬度2200 mm計(jì)算，降低切邊量對(duì)成材率的貢獻(xiàn)為0.22%。

5 結(jié)論

通過(guò)降低加熱爐氧化燒損、提高負(fù)偏差水平、優(yōu)化坯料結(jié)構(gòu)、降低金屬切損，安鋼2800 mm中厚板廠成材率明顯提高，2012年綜合成材率達(dá)到92.35%，比2011年提高1.05百分點(diǎn)，在全國(guó)同類(lèi)型中厚板機(jī)組中處于先進(jìn)水平。

［1］ 康元秉，柳克勛.提高鋼的成材率.北京：冶金工業(yè)出版社，1984：78-90.

［2］ 王景，程永固，盧瑜玲.安鋼提高厚板坯加熱質(zhì)量的實(shí)踐.2011年中南·泛珠三角地區(qū)第七屆軋鋼學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2011：95-97.

［3］ 劉朋，劉純.影響中厚板成材率因素的量化分析及對(duì)策.寬厚板，2005(5)：32-34.

［4］ 陳新旺，孫斌，馮翔宇.提高圓盤(pán)剪剪切作業(yè)率途徑的探討.河南冶金，2003(2)：44-45.