重鋼1780 mm熱連軋帶鋼生產(chǎn)線工藝和設(shè)備特點(diǎn)

洪達(dá) 陳啟發(fā) 齊元龍 范合合

(重慶鋼鐵股份有限公司，重慶 401258)

重慶鋼鐵股份有限公司軋鋼廠1780 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線(以下簡稱重鋼熱軋線)是一條由我國自主設(shè)計(jì)、制造、配套以及安裝調(diào)試的1780 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線。其生產(chǎn)線主體設(shè)計(jì)由重鋼設(shè)計(jì)院承建，全線主體機(jī)械設(shè)備由中國二重承建；軋線三電系統(tǒng)由北科大高技術(shù)公司集成；加熱爐、平整分卷機(jī)組則由中冶賽迪總承包。該生產(chǎn)線的順利投產(chǎn)不僅對(duì)重鋼的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整以及提高企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義，同時(shí)補(bǔ)充了西南地區(qū)所能生產(chǎn)的熱軋帶鋼產(chǎn)品規(guī)格。另外，重鋼熱軋線的順利投產(chǎn)也標(biāo)志著我國熱軋帶鋼軋機(jī)的設(shè)計(jì)與制造水平已達(dá)世界先進(jìn)水平。

1 軋線概況

重鋼熱軋線初期設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為350萬噸，經(jīng)過近些年的升級(jí)改造，該生產(chǎn)線目前年產(chǎn)量已達(dá)470萬噸。生產(chǎn)鋼種主要包括碳素結(jié)構(gòu)鋼(熱軋商品卷)、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(冷軋用原料卷)、低合金結(jié)構(gòu)鋼(冷軋用原料卷)、管線鋼、低碳鋼、超低碳鋼等。產(chǎn)品種類主要包括熱軋卷板，冷軋?jiān)暇?、船用鋼、汽車結(jié)構(gòu)鋼、集裝箱鋼、焊接容器鋼、花紋板、容器鋼、取向、無取向硅鋼等，產(chǎn)品最大抗拉強(qiáng)度為800 MPa，產(chǎn)品方案見表1。原料采用的是連鑄坯，連鑄坯及成品卷規(guī)格如表2及表3所示。

表1 產(chǎn)品方案Table 1 Product scheme

表2 連鑄坯參數(shù)表Table 2 Parameters of continuous casting slab

表3 成品鋼卷參數(shù)表Table 3 Parameters of finished steel coil

2 軋線工藝流程簡述

合格的連鑄坯采用冷裝或熱裝，重鋼熱軋線初期熱裝率為60%，現(xiàn)可達(dá)84%。熱裝率的提高可最大限度節(jié)能，減少板坯庫存、庫容。另外，熱裝率的提高不僅可以縮短煉鋼至軋鋼的生產(chǎn)周期，同時(shí)還能為新產(chǎn)品的開發(fā)提供生產(chǎn)銜接上的空間，從而提高重鋼熱軋廠整體的產(chǎn)品競爭力。連鑄坯經(jīng)加熱爐加熱后，出爐溫度控制在1150～1250℃，經(jīng)除鱗箱去除鋼坯表面氧化皮后，根據(jù)要求通過E1、R1組成的粗軋機(jī)組軋制5～7道次，軋成厚度為32～60 mm的中間帶坯。在軋制過程中可根據(jù)需要開啟粗軋機(jī)前、后除鱗高壓水，用以破除粗軋過程中產(chǎn)生的二次氧化鐵皮。選用的立棍軋機(jī)和粗軋機(jī)剛度均較高，其中粗軋機(jī)前后設(shè)測(cè)寬儀，并在R1軋機(jī)設(shè)置有高溫計(jì)，E1立輥軋機(jī)具有AWC(寬度自動(dòng)控制)、SSC(短行程控制)功能，可配合測(cè)寬儀和粗軋機(jī)后的高溫計(jì)，有效提高帶鋼寬度精度，修正板坯頭尾形狀。R1粗軋機(jī)設(shè)有電動(dòng)壓下和液壓AGC，并在軋機(jī)下部設(shè)置階梯墊，可快速調(diào)整軋制線高度。

在粗軋機(jī)和飛剪之間設(shè)有熱卷箱，可將32～45 mm厚的中間坯無芯卷曲后再打開，并送入下游設(shè)備(切頭飛剪和精軋機(jī)組)。中間坯在熱卷箱以鋼卷形式保溫、均熱，以保證中間坯在全長范圍內(nèi)溫度基本一致。厚度大于45 mm和根據(jù)計(jì)劃不進(jìn)入熱卷箱的中間坯，可直接通過，進(jìn)入下道工序。從粗軋機(jī)或熱卷箱出來的合格中間坯，經(jīng)切頭飛剪切頭尾后進(jìn)入精軋機(jī)前除鱗箱，去除再生氧化鐵皮后進(jìn)入精軋機(jī)組。

精軋機(jī)組由1架立輥和7架全液壓式軋機(jī)組成，即E2、F1～F7，同時(shí)F1～F7不僅設(shè)有帶工作輥彎輥的板形控制系統(tǒng)，還帶有竄輥裝置以實(shí)現(xiàn)自由軋制并降低輥耗。F1～F7均設(shè)短行程液壓AGC，可使板厚偏差達(dá)國內(nèi)先進(jìn)水平。另外，F(xiàn)1～F7精軋機(jī)之間設(shè)有6套液壓活套，可使帶鋼在微張力、恒張力狀態(tài)下進(jìn)行軋制，可保證帶鋼厚度和寬度精度。在F7精軋機(jī)的出口設(shè)置有板型儀、平直度儀以及厚度計(jì)、寬度計(jì)、高溫計(jì)等軋線儀表設(shè)備。精軋機(jī)組機(jī)架間設(shè)帶鋼冷卻裝置，用以控制軋制溫出精軋機(jī)后的帶鋼經(jīng)空冷后進(jìn)入帶鋼層流冷卻裝置，層流冷卻系統(tǒng)的高位水箱布置采用就近原則，即布置于輸出輥道旁側(cè)，以保證冷卻水壓穩(wěn)定。冷卻系統(tǒng)閥組采用粗調(diào)與精調(diào)多段控制，可有效提高帶鋼冷卻精度。通過調(diào)節(jié)噴水集管的組數(shù)和水量以滿足帶鋼對(duì)鋼種、厚度、速度和終軋溫度的要求，同時(shí)將帶鋼卷取溫度控制在500～750℃之間。

冷卻后的帶鋼，由卷取機(jī)前側(cè)導(dǎo)板(伺服液壓系統(tǒng)控制)進(jìn)行對(duì)中，當(dāng)帶鋼頭部進(jìn)入卷取機(jī)夾送輥時(shí)進(jìn)行頭部定位，3個(gè)助卷輥處于設(shè)定位置。當(dāng)帶鋼在卷筒上卷取頭3～5圈時(shí)，助卷輥在卷取過程中根據(jù)帶鋼厚度進(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，卷筒漲到卷取內(nèi)徑，同時(shí)助卷輥打開，卷取機(jī)在恒張力狀態(tài)下卷取；當(dāng)帶鋼卷到最后2～3圈時(shí)，1、3號(hào)助卷輥壓下，帶鋼尾部通過夾送輥時(shí)進(jìn)行尾部定位，使帶鋼尾部在鋼卷下部位置。卷取完后的鋼卷，由卸卷小車將鋼卷從卷取機(jī)卸出，送到打捆站。鋼卷經(jīng)稱重、噴印后運(yùn)輸至成品庫。重鋼1780 m熱軋帶鋼生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1 1780 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線工藝流程圖Figure 1 Process flow diagram of 1780 mm hot strip rolling production line

3 主要設(shè)備及技術(shù)參數(shù)

3.1 加熱爐

重鋼熱軋線擁有3座步進(jìn)梁式加熱爐，加熱方式采用煤氣預(yù)熱+空氣蓄熱，可以有效降低能源消耗。加熱爐有效長度44 m×11.7 m，燃料為高焦?fàn)t混合煤氣。加熱爐加熱能力，其中冷裝額定產(chǎn)量為270 t/h，最大產(chǎn)量為300 t/h；熱裝額定產(chǎn)量320 t/h，最大產(chǎn)量為380 t/h。加熱爐加熱溫度一般為1150～1250℃。

3.2 除鱗箱

除鱗箱設(shè)有4根集管，上下集管各2根，噴嘴數(shù)量為106個(gè)，每根集管26個(gè)噴嘴。噴嘴工作壓力為20 MPa，噴嘴間距67 mm，噴射角度為26°。

3.3 粗軋機(jī)組

(1)E1立輥軋機(jī)

立輥軋機(jī)設(shè)在R1粗軋機(jī)入口側(cè)，采用上傳動(dòng)式，設(shè)有AWC系統(tǒng)和SSC系統(tǒng)，可對(duì)粗軋板坯進(jìn)行寬度控制及頭尾形狀控制，提高帶鋼寬度精度，改善帶鋼頭尾部形狀，以提高收得率。另外，重鋼熱軋線在E1之前預(yù)留有一架二棍粗軋機(jī)，待其上線以后可與E1立棍軋機(jī)配合，可有效細(xì)化中間坯晶粒，改善中間坯組織，從而在一定程度上改善中間坯的質(zhì)量。E1立輥開口度為750～1780 mm，最大軋制負(fù)荷為7 MN。軋輥尺寸為?1050 mm/?1150 mm×630 mm，最大側(cè)壓量80 mm(雙側(cè))，接軸額定轉(zhuǎn)矩325 kN·m。兩臺(tái)主傳動(dòng)電機(jī)，傳動(dòng)功率為1.5 MW，AC，轉(zhuǎn)速為160/380 r/min。

(2)R1四輥可逆粗軋機(jī)

粗軋機(jī)為四輥可逆式粗軋機(jī)，采用電動(dòng)APC和液壓AGC控制中間坯厚度精度。最大軋制負(fù)荷為42 MN，最大輥縫300 mm。工作輥尺寸?1100 mm/?1200 mm×1780 mm，支撐輥尺寸?1450 mm /?1600 mm×1780 mm。接軸額定轉(zhuǎn)矩1698 kN·m，主電機(jī)功率為2×8 MW，AC，轉(zhuǎn)速為0～45～100 r/min。

3.4 熱卷箱

熱卷箱型式為鋼卷無芯移送式熱卷箱，其可有效解決中間坯頭尾溫差問題，提高帶鋼成品精度和表面質(zhì)量。熱卷箱卷曲中間坯最大重量可達(dá)32 t，可卷曲中間坯厚度為32～45 mm，帶坯寬度最小800 mm，最大1630 mm。入口坯溫度范圍在900～1150℃之間，穿帶速度為2～4 m/s，卷曲速度為2.5～5 m/s，開卷速度為0～2.5 m/s，夾送輥?zhàn)畲箝_口度為230 mm。

3.5 飛剪

飛剪型式為轉(zhuǎn)鼓式飛剪，飛剪前設(shè)中間坯切頭形狀檢測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)中間坯頭、尾最佳優(yōu)化剪切，減少板坯切頭、切尾長度，提高收得率。剪刃布置形式180°，工作方式采用間歇啟動(dòng)式。轉(zhuǎn)鼓中心距1100 mm，剪刃長度為1780 mm，剪切力為11 MN，剪切溫度不低于900℃。設(shè)有一臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)，電機(jī)功率為2300 kW，AC，轉(zhuǎn)速為600 r/min。

3.6 精軋機(jī)組

(1)E2立輥軋機(jī)

E2立輥軋機(jī)型式采用立式電機(jī)上傳動(dòng)，設(shè)在F1精軋機(jī)入口側(cè)。精軋機(jī)前采用具有壓下功能的小立輥可以提高和改善帶鋼邊部的產(chǎn)品質(zhì)量，防止邊裂的產(chǎn)生，以及提高帶鋼寬度控制精度和入口對(duì)中情況。E2立棍軋機(jī)最大軋制力1000 kN，最大側(cè)壓能力20 mm。軋輥尺寸為?700 mm/?750 mm，立輥材質(zhì)為60CrMnMo。立輥?zhàn)畲箝_口度750～1780 mm，電機(jī)功率370 kW。

(2)精軋機(jī)列

精軋機(jī)列一共含有7架精軋機(jī)，即F1～F7。精軋機(jī)F1～F7均采用彎、竄輥WRS/WRB控制板形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼凸度和平直度的控制精度，可生產(chǎn)出滿足市場需求的帶鋼。另外，精軋機(jī)組各機(jī)架均配備了高精度的液壓厚度控制系統(tǒng)(AGC)，壓下系統(tǒng)中安裝測(cè)壓儀、位移傳感器用以進(jìn)行壓力、位置信號(hào)反饋和控制。同時(shí)，精軋機(jī)機(jī)架間設(shè)低慣量液壓活套，可以保證帶鋼在微張力或恒張力狀態(tài)下穩(wěn)定軋制。軋機(jī)型式為四輥全液壓壓下不可逆式精軋機(jī)，其中F1～F4精軋機(jī)最大開口度為80 mm，F(xiàn)5～F7精軋機(jī)最大開口度為50 mm。精軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 精軋四輥軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Table 4 Main technical parameters of four-high finishing mill stand

(3)活套

活套輥尺寸為?275 mm×1780 mm，活套臂半徑750 mm，起套速度700 mm/s，活套臂停止位9°，活套臂換輥位置61°，最大工作角度50°。活套用液壓缸尺寸為?70 mm/?100 mm×430 mm。

3.7 層流冷卻

層流冷卻裝置型式為上、下管式層流，帶最大速度為18 m/s，F(xiàn)7出口溫度為870～900℃，卷曲溫度為500～750℃，冷卻有效寬度為1780 mm，有效長度為96 m?？偹?2 550 m3/h，其中上下集管分別為5700、6850 m3/h，供水方式采用機(jī)旁高位水箱供水，供水壓力為0.07 MPa。層流冷卻系統(tǒng)采用冷卻閥組多段控制并設(shè)置強(qiáng)冷段，具有依據(jù)不同鋼種冷卻工藝對(duì)冷卻水量進(jìn)行精調(diào)功能，提高帶鋼溫度控制精度和冷卻效率。

3.8 卷取機(jī)

重鋼熱軋線擁有3臺(tái)卷取機(jī)，采用全液壓三助卷輥強(qiáng)力卷取機(jī)，側(cè)導(dǎo)板、夾送輥、助卷輥均為液壓驅(qū)動(dòng)，采用了無級(jí)漲縮式卷筒和自動(dòng)踏步控制(AJC)系統(tǒng)，保證了帶鋼的卷取質(zhì)量，同時(shí)3臺(tái)卷取機(jī)交替使用。卷筒形式為柱塞連桿式，卷曲最大張力140 kN，最大穿帶速度11 m/s，最大卷曲速度21 m/s，助卷輥尺寸為?380 mm×1780 mm。

4 總結(jié)與展望

重鋼1780 mm熱軋線自建成投產(chǎn)以來，由于受到各種因素制約，以及重鋼當(dāng)時(shí)又處于發(fā)展艱難時(shí)期，所以其自建成至今對(duì)軋線設(shè)備和控制系統(tǒng)的升級(jí)改造項(xiàng)目幾乎為零。雖然外界條件無法改變，但是其依然無法阻止重鋼人前進(jìn)的腳步。由于重鋼熱軋線只有一臺(tái)粗軋機(jī)，所以其設(shè)計(jì)產(chǎn)能只能達(dá)到350萬噸，相較于國內(nèi)雙機(jī)架熱軋線450萬噸的設(shè)計(jì)產(chǎn)能差距較大。經(jīng)過近些年的努力，重鋼熱軋線年產(chǎn)量已可達(dá)470萬噸。這些均是在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏、生產(chǎn)協(xié)調(diào)的準(zhǔn)確把控才能取得的良好結(jié)果，凝聚著重鋼人的智慧。

重鋼廠區(qū)在整體布局上具有非常高的集中性和緊湊性，這可以大大縮短煉鐵、煉鋼至軋鋼的生產(chǎn)流程，能夠?yàn)檐堜撋a(chǎn)爭取到更多有效的時(shí)間。另外，通過對(duì)加熱爐、運(yùn)輸區(qū)設(shè)備邏輯關(guān)系和控制優(yōu)化，產(chǎn)量從以前的19.0塊/h提高到21.8塊/h，軋制節(jié)奏從145 s/塊提高到130 s/塊，從而使生產(chǎn)節(jié)奏得到較大提升。同時(shí)通過優(yōu)化備輥時(shí)間和換輥周期，以及優(yōu)化換輥時(shí)間可以有效提高作業(yè)率，為產(chǎn)量提升打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

近年來，鋼鐵行業(yè)的發(fā)展形勢(shì)以及結(jié)合重鋼自身的發(fā)展趨勢(shì)，重鋼熱軋線的大型升級(jí)改造已勢(shì)在必行。為了進(jìn)一步提高重鋼熱軋線的生產(chǎn)能力，擬對(duì)以下方面進(jìn)行改進(jìn)：

(1)在現(xiàn)有帶立輥的四輥可逆粗軋機(jī)前新增一架二輥不可逆粗軋機(jī)。

(2)對(duì)加熱爐進(jìn)行停爐改造?，F(xiàn)有的加熱爐由于運(yùn)行時(shí)間較久，加熱質(zhì)量穩(wěn)定性開始下降，爐內(nèi)積渣較多，清渣周期短且時(shí)間較長，嚴(yán)重制約了軋制效率的提高。因此，停爐改造有利于恢復(fù)加熱爐各項(xiàng)指標(biāo)精度。確保加熱爐煤氣用量、煤氣熱值供應(yīng)穩(wěn)定的同時(shí)，在加熱爐中增設(shè)熱值儀及爐內(nèi)氣氛檢測(cè)裝置，并進(jìn)行閉環(huán)管理，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)燒鋼。

(3)為了提高板坯表面質(zhì)量，在粗軋出口增設(shè)保溫罩，可以有效降低板坯溫降。

(4)增加軋制潤滑系統(tǒng)，可有效提高帶鋼表面質(zhì)量，降低軋制力，減少軋輥磨損。

(5)將除鱗水工作壓力從18 MPa提升至22 MPa，提高帶鋼表面除鱗質(zhì)量，從而起到提升帶鋼表面質(zhì)量的效果。

(6)對(duì)表檢系統(tǒng)進(jìn)行改造，新增自動(dòng)缺陷識(shí)別、報(bào)警功能，提高表面缺陷判定準(zhǔn)確度也是保證成品帶鋼具有良好表面質(zhì)量的重要舉措。

此外，為了拓寬產(chǎn)品生產(chǎn)種類和提升帶鋼尺寸精度，增強(qiáng)重鋼的產(chǎn)品競爭能力，擬對(duì)以下方面進(jìn)行升級(jí)：

(1)對(duì)軋線及層流冷卻系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，提高軋線帶鋼冷卻水水量及穩(wěn)定性，通過快速冷卻實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋼的軋制。

(2)對(duì)粗軋寬度檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高寬度檢測(cè)準(zhǔn)確度，同時(shí)結(jié)合二級(jí)系統(tǒng)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)粗軋寬度自學(xué)習(xí)自動(dòng)控制。厚度命中率提升則依靠二級(jí)模型控制精度以及溫度、冷卻水的控制均勻性來實(shí)現(xiàn)。

(3)對(duì)竄輥系統(tǒng)和自動(dòng)換輥系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，采用最新的竄輥形式，可有效減少竄輥系統(tǒng)故障率，提高尺寸精度，有利于自動(dòng)換輥系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。而通過對(duì)自動(dòng)換輥系統(tǒng)進(jìn)行改造，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換輥。