熱軋帶鋼生產(chǎn)線的功能性改造

龔 亮 侯恩才 王文剛

(1.二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000；2.國機重裝成都重型機械有限公司，四川610052)

熱軋帶鋼是將加熱后的鋼坯通過二輥/四輥軋機軋制(壓延)成型的成品鋼帶，厚度為1.2～25 mm、寬度為550～2250 mm。如果以寬度區(qū)分，我們將寬度在950 mm以下的帶鋼稱為窄帶鋼，950～1450 mm的帶鋼稱為中寬帶鋼，1450 mm以上的帶鋼稱為寬帶鋼。

熱軋帶鋼的品種包含(優(yōu)質(zhì))碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強鋼、冷軋用鋼、焊接鋼管用鋼、超低碳鋼、耐候結(jié)構(gòu)鋼、冷軋鍍錫用原板、集裝箱用板、汽車大梁用鋼、焊接氣瓶鋼、花紋鋼、管線鋼、雙相鋼、多相鋼、無取向硅鋼等。用于冶金、交通、能源、建筑、起重機械、機電等各種領(lǐng)域。

截止到2017年，國內(nèi)建成的熱軋帶鋼生產(chǎn)線約有120條，其中國內(nèi)自主設(shè)計制造項目約80條，國外引進合作制造項目約40條。其中，約70%數(shù)量的生產(chǎn)線投產(chǎn)時間集中在2002年～2015年。

圖1為典型的中寬帶熱軋帶鋼生產(chǎn)線工藝布置圖。

1—步進式加熱爐 2—粗除鱗箱 3—E1R1粗軋機組 4—熱卷箱 5—切頭飛剪 6—精除鱗箱 7—F1-F7精軋機組 8—層流冷卻裝置 9—卷取機圖1 典型的中寬帶熱軋帶鋼生產(chǎn)線工藝布置圖Figure 1 Process arrangement of typical medium and wide size hot rolling strip production line

其中，主要的工藝設(shè)備包括：步進式加熱爐1～2臺、粗除鱗箱1臺、E1R1粗軋機組、熱卷箱1臺、切頭飛剪1臺、精除鱗箱1臺、F1-F7精軋機組、層流冷卻裝置1套、卷取機1～2臺。

1 加寬改造的原因及目的

熱軋帶鋼生產(chǎn)線的功能性加寬改造就是對軋線上的粗、精軋機以及其它相關(guān)輔助設(shè)備的功能改造，使軋線具備軋制更寬規(guī)格產(chǎn)品的能力(最終產(chǎn)品的厚度范圍不變，寬度范圍增加)。例如：原軋線可軋制的最大帶鋼寬度為1000 mm，通過加寬改造后，可軋制的最大帶鋼寬度達到1100 mm。

現(xiàn)代化的精軋機一般都配有自動竄輥裝置，即通過工作輥軸向竄動來控制板型，增加成品精度以減少軋輥磨損，簡稱WRS。竄輥行程一般為±50～±100 mm。對于一條名義軋制寬度1000 mm的帶鋼軋機來說，假如竄輥行程為±50 mm，則實際軋制的成品寬度為1000-2×50=900 mm，也就是說，一條帶鋼生產(chǎn)線生產(chǎn)的帶鋼成品寬度規(guī)格是要比名義軋制寬度窄，具體數(shù)值由精軋機工作輥輥身長度以及實際竄輥行程決定。

除了設(shè)備老化需要更新設(shè)備原因外，還有兩個重要原因會促使鋼鐵企業(yè)對設(shè)備進行改造更新，那就是原始生產(chǎn)線產(chǎn)品定位不準確和產(chǎn)能置換?，F(xiàn)在，從經(jīng)濟角度簡單分析一下上述兩種原因。

1.1 產(chǎn)品定位不準確

以汽車大梁鋼為例，某廠建立950 mm帶鋼生產(chǎn)線時的產(chǎn)品大綱為60%的碳素結(jié)構(gòu)鋼、20%的汽車大梁鋼、20%的管線鋼，后來由于市場形勢變化，產(chǎn)品大綱調(diào)整為35%的碳素結(jié)構(gòu)鋼、45%的汽車大梁鋼、20%的管線鋼，汽車大梁鋼的生產(chǎn)比例大幅提高。就950 mm軋線本身而言，所生產(chǎn)的成品帶鋼寬度實際最大為850 mm，汽車生產(chǎn)廠家常用的大梁鋼寬度尺寸為450 mm，因此850 mm規(guī)格的帶鋼只能切割成一塊完整的450 mm寬成品，余料單價相對較低，不能產(chǎn)生最佳經(jīng)濟效益。由此導(dǎo)致該生產(chǎn)線生產(chǎn)出來的汽車大梁鋼在市場上的競爭力不足，如單獨生產(chǎn)450 mm寬度的大梁鋼又造成了軋線生產(chǎn)力的浪費。

在此狀況下如能將產(chǎn)品實際寬度規(guī)格提升至900 mm，一次切割兩塊450 mm的帶鋼，則能最大程度提升經(jīng)濟效益。

1.2 產(chǎn)能置換

某鋼鐵企業(yè)擁有年產(chǎn)500萬t鋼水的能力，供三條鋼鐵生產(chǎn)線使用(一條1250熱軋帶鋼生產(chǎn)線年使用鋼水量150萬t，一條1580熱軋帶鋼生產(chǎn)線年使用鋼水量250萬t，一條熱軋型鋼生產(chǎn)線年使用鋼水量100萬t)。由于某種原因需要關(guān)閉型鋼生產(chǎn)線，因此該企業(yè)每年多出100萬t鋼水能力，為消耗掉這部分鋼水，需增加帶鋼生產(chǎn)線的鋼水使用量。為此有兩種解決方案，一是新建一條熱軋窄帶鋼生產(chǎn)線，二是擴大現(xiàn)有熱軋帶鋼生產(chǎn)線的產(chǎn)能。

對于新建生產(chǎn)線來說，從方案準備到正式投產(chǎn)至少需要兩年時間。經(jīng)濟投入在4～7億元(根據(jù)2016年市場價格)。

對于擴大現(xiàn)有生產(chǎn)線的產(chǎn)能來說，首先是加快生產(chǎn)節(jié)奏，在此基礎(chǔ)上還可增大產(chǎn)品規(guī)格，因此會涉及到軋線設(shè)備的功能性加寬改造。設(shè)備加寬改造從方案準備到改造完畢，恢復(fù)生產(chǎn)僅需7～8個月，其中新設(shè)備的制造期為6～7個月，在此期間，原生產(chǎn)線正常生產(chǎn)，待新設(shè)備改造完畢后，集中停產(chǎn)15～20天完成新設(shè)備的安裝調(diào)試，然后恢復(fù)正常生產(chǎn)，經(jīng)濟投入為0.5～0.8億元。

在市場價格波動比較激烈的年份，鋼鐵市場價格的年變化率可達100%，因此如果選擇新建生產(chǎn)線的話極有可能錯過產(chǎn)生經(jīng)濟效益的最佳階段。相比之下，靈活選擇設(shè)備的功能性加寬改造方案在經(jīng)濟性和時效性上具有很大的優(yōu)勢。

2 加寬改造的可行性分析與實施細則

對于一條熱軋生產(chǎn)線來說，制約其產(chǎn)品規(guī)格的要素多種多樣。設(shè)計初期，設(shè)計人員會根據(jù)用戶提供的產(chǎn)品大綱對軋線設(shè)備進行各種參數(shù)的設(shè)定，其中包括軋制寬度這一重要參數(shù)。在實際生產(chǎn)過程中，工藝控制部門會根據(jù)各種實際狀況實時調(diào)整產(chǎn)品的規(guī)格，但這都限于產(chǎn)品大綱的規(guī)格范圍內(nèi)。

要實施軋線設(shè)備的加寬改造，首先必須討論改造的可行性。改造的核心內(nèi)容是：

(1)擴展帶鋼的運行通道；

(2)增加軋輥輥身長度；

(3)校核傳動及壓延能力；

(4)增加除鱗水和冷卻水的打擊范圍；

(5)校核卷取設(shè)備的能力。

如前述項目涉及到的軋線設(shè)備具備加寬改造條件，即通道可擴展、傳動壓延能力足夠、其余輔助功能滿足，則改造可行，如個別設(shè)備不具備改造條件的可重新設(shè)計制造，滿足規(guī)格加寬后的軋制需要。

下面就我公司為河北某鋼鐵公司1250 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線設(shè)備實施的加寬改造項目進行說明。

該熱軋帶鋼生產(chǎn)線主要產(chǎn)品為碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強鋼，改造前后的基本技術(shù)參數(shù)對比如表1。

根據(jù)上述目標(biāo)值，我們分別對加熱爐區(qū)輥道、粗軋除鱗箱、E1前側(cè)導(dǎo)板、R1粗軋機軋輥裝置、R1粗軋機導(dǎo)衛(wèi)及冷卻除鱗裝置、熱卷箱及飛剪前側(cè)導(dǎo)板、切頭飛剪、精軋除鱗箱、F1-F7精軋機軋輥裝置、F1-F7精軋機出口導(dǎo)衛(wèi)及軋輥冷卻系統(tǒng)、熱輸出輥道、卷取機前側(cè)導(dǎo)板及夾送輥等設(shè)備進行了改造，其余設(shè)備由于原設(shè)計留有一定余量，并且滿足改造后的軋制需求，故不作改動。具體的改造情況如下：

表1 改造前后技術(shù)參數(shù)對比Table 1 Technical parameters contrast before and after innovation

(1)加熱爐區(qū)輥道及其他少部分輥道僅對輥身長度作增加，其余輥子裝配零部件以及輥道架體均不作變動，滿足坯料及成品在輥道上的運行寬度要求即可。

(2)粗軋除鱗箱內(nèi)部通道及高壓水打擊范圍均無法滿足新規(guī)格的產(chǎn)品需求，整臺粗軋除鱗箱重新設(shè)計制造，將除鱗箱內(nèi)部通道由原設(shè)計的1250 mm增加至1400 mm，高壓水打擊范圍增加至1350 mm，設(shè)備的傳動電機利舊使用。

(3)由于坯料及成品寬度上增加了100 mm，原五處側(cè)導(dǎo)板(E1前、熱卷箱前、飛剪前、1#2#卷取機前2處)寬度不滿足新規(guī)格坯料和成品要求，需作改造。我們將推桿結(jié)構(gòu)作適當(dāng)調(diào)整，保留原液壓缸和側(cè)導(dǎo)板總架體，以最小的改動幅度滿足生產(chǎn)需要。

(4)R1粗軋機輥系輥身長度增加。工作輥輥身長度由原設(shè)計1250 mm增加至1450 mm，工作輥裝配整套新作，與原設(shè)計具有相同的安裝尺寸。支承輥輥身長度由原設(shè)計的1200 mm增加至1350 mm，僅支承輥新作，軸承座及其他件均利舊使用。與粗軋機輥系相配的入口導(dǎo)衛(wèi)以及其上附屬的除鱗、冷卻、除塵集管新作，寬度匹配新作的輥系寬度。

(5)切頭飛剪剪刃原設(shè)計寬度1300 mm不滿足最大規(guī)格產(chǎn)品需要，現(xiàn)將轉(zhuǎn)轂及剪刃裝配一套重新設(shè)計制作，使剪刃寬度達到1400 mm，飛剪的機架裝配以及傳動裝置均利舊使用。

(6)同粗軋除鱗箱一樣，精軋除鱗箱內(nèi)部通道及高壓水打擊范圍也無法滿足新規(guī)格的產(chǎn)品需求，整臺粗軋除鱗箱重新設(shè)計制造，將除鱗箱內(nèi)部通道增加至1450 mm，高壓水打擊范圍增加至1350 mm，設(shè)備的傳動電機利舊使用。同時優(yōu)化了高壓水進水接口的形式。

(7)F1-F7精軋機輥系重新設(shè)計制作，輥身長度增加。工作輥輥身長度由原設(shè)計1400 mm增加至1500 mm(竄輥量控制在±50 mm以內(nèi))，軸承座本體等利舊使用。支承輥輥身長度由原設(shè)計1200 mm增加至1350 mm，支承輥裝配整套新作，與原設(shè)計具有相同的安裝尺寸。與精軋機輥系相配的出口導(dǎo)衛(wèi)以及其上附屬的除鱗、冷卻、軋制潤滑、除塵集管新作，寬度匹配新作的輥系寬度。

(8)對于卷取機設(shè)備，卷筒、助卷臂、卷取空間均有富余量，滿足新規(guī)格的產(chǎn)品需要，但卷取機前1#、2#夾送輥活門導(dǎo)板通道寬度不滿足新規(guī)格，故單獨對活門導(dǎo)板(含導(dǎo)輥)裝配進行加寬改造，在滿足結(jié)構(gòu)強度和剛度的情況下將活門導(dǎo)板處的通道寬度增加至1350 mm。

(9)對含邊板的輥道(包括爐區(qū)輥道和粗軋機前后延伸輥道)，僅對邊板進行切割改制，定位后焊接成型。

(10)經(jīng)由校核，粗軋機、飛剪、精軋機、卷取機的傳動設(shè)備能力、設(shè)備強度與剛度依然滿足新規(guī)格產(chǎn)品的軋制需求，富余能力有所減弱，但考慮到極限規(guī)格的產(chǎn)品占比較低，故上述傳動設(shè)備均利舊使用，不影響生產(chǎn)安全和產(chǎn)品質(zhì)量。

本次改造已于2017年10月在該企業(yè)成功實施，現(xiàn)場停產(chǎn)改造施工僅耗時15天，改造總投資僅6千余萬元(含機、電、液、土建、施工等)。本次改造成功將原設(shè)計成品最大寬度1100 mm增加至目前的1210 mm，目前設(shè)備運行狀況良好，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異。

3 結(jié)語

本文闡述了熱軋帶鋼生產(chǎn)線設(shè)備功能性加寬改造的原因、改造條件及改造核心內(nèi)容，通過實際案例詳述加寬改造的實施細則，各帶鋼生產(chǎn)企業(yè)可根據(jù)各自生產(chǎn)線的具體情況酌情參考上述方案以最經(jīng)濟合理的方式對生產(chǎn)線設(shè)備進行改造。