超细晶螺纹钢连轧生产线的改造

超细晶螺纹钢连轧生产线的改造

中国的“高纯度铬材料的重要基础研究”项目规定，未来的钢铁公司研究主要目标是高纯度、高均匀度和详细晶体。基于节约成本、降低成本和回收率的基本原则。目前“新一代钢铁材料”研究计划已经取得重要成果,“铁素体/珠光体钢的超细晶强韧化与控制技术”这一成果已开始进入了推广应用的关键阶段。对钢筋生产企业来讲,迫切需要解决的是:在不增加生产成本和节约能源的基本前题下,使钢材的综合性能大幅度提高。因此,近年来有一些企业已开始对棒材生产线进行改造,以满足生产超细晶螺纹钢的要求。为在国内同行业中保持领先地位,就生产超细晶螺纹钢,济钢棒材生产线进行了设备和技术改造,采用整体规划设计,分步改造的方式,为全面实现超细晶螺纹钢生产作了必要准备。1超细晶轧体制改造工艺超细晶形成的基本原理是利用形变与相变的耦合机制,其控制技术是使奥氏体有大的过冷度和累积变形量。对于连续式小型型钢轧机,由于其孔型设计基本确定,要通过改变各道次变形量来适应控制轧制变形量要求极其困难。轧制工艺参数中变形制度难于调整,因此在连续式小型型钢轧机上只能采取控制各轧机上的轧制温度来进行控制轧制,即控温轧制。通过控制轧制温度,使变形条件在一定程度上满足控轧要求。在生产上实现超细晶轧制,必须对原有工艺作相应的调整。为尽量减少设备改造的投资,充分利旧,在粗、中轧阶段采用常规的再结晶热轧,这样对原有的粗、中轧机基本不作改动,还可保证轧制过程顺行。中轧后通过中间冷却器的冷却及温度均匀化,使进入精轧机的钢坯温度控制在Ae3～Ar3。由于精轧阶段钢坯温度相对较低,轧制速度较高,再加上累积一定的变形量而诱发铁素体相变,通过形变和相变耦合机制和铁素体动态再结晶获得细小的铁素体晶粒。精轧后经进一步冷却,阻止铁素体晶粒长大。具体的工艺制度为:钢坯加热温度:1000～1150℃(不含微合金元素的钢);粗、中轧温度:950～1000℃;中间控冷后温度:800～850℃;精轧机组终轧温度:780～830℃;轧后冷却终止温度:500～700℃。2粗中轧、精轧系统济钢棒材生产线由18架轧机组成,采用150mm×150mm连铸坯生产圆钢和螺纹钢筋,设计年产量都在75～80万t,最高轧制速度18m/s。济钢生产线改造前主要设备有:热坯和冷坯炉前上料系统、150t/h双蓄热步进梁式加热炉;粗轧机组为ϕ550mm×4+ϕ450mm×2平立交替轧机,中轧机组为ϕ400mm×6,精轧机组为ϕ320mm×6,中、精轧机组均为水平轧机;各种功能剪机3台(中轧后2号切头剪、精轧后3号倍尺飞剪、冷床后定尺剪)、步进式齿条冷床及其输入输出辊道、链式输送收集、打捆及称重设备等。粗中轧采用微张力控制,精轧机组采用6个立活套实现无张力控制,所有轧机传动均采用西门子6RA70装置及S7系列PLC全数字控制。生产线轧机主要技术参数见表1。3济源钢改革方案的内容、初步试验结果和下一步的改造目标3.1内容更新(1)u3000解决了“黄粱梦”2号飞剪和“中、高长丝”3架空济钢将生产线的改造目标确定为生产超细晶螺纹钢筋,对原有轧制线进行了较大的改造:原有6架粗轧机不变,中、精轧更换为12架最新型的第5代短应力线高刚度轧机,其中中轧机为ϕ450mm×6、精轧机为ϕ350mm×6共两个机组,形成全连轧生产线,布置形式为6+6+6平立交替,其中精轧14、16、18这3架轧机为平立可转换轧机。新增1号切头飞剪,加大了2号、3号飞剪的能力。轧机主传动大部分利用现有不变,将16、17、18架主电机更换为1500、1200、1500kW,见表2。中、精轧机减速机更换为硬齿面高强度减速机。自动化根据新增设备的工艺要求在现有的控制基础上进行完善,中轧前5架之间采用微张力连轧,5架与6架之间设置一立活套,中精轧之间设置一侧活套,精轧机组每架轧机之间均设置立活套,形成无张无扭轧制,轧机最大速度可达18m/s。增加了切分导卫,可实现ϕ10mm四切分,ϕ12mm、ϕ14mm三切分,ϕ16mm及ϕ18mm两切分轧制。还增加了与轧机相配套的液压站、稀油站及部分辊道等。改造后的生产线平面布置如图1所示。(2)冷却装置布置新增中、精轧之间中间控制冷却和精轧后控制冷却系统。中间控制冷却设一线,长9m;轧后控制冷却设四列水冷器,长18m,可满足四线切分轧制。冷却器能快速更换,以冷却不同规格范围的棒材。水箱与输送辊道共同安装在横移小车上,水箱与轧线平行布置。当不使用水冷器时,可及时更换为输送辊道,将轧件直接送入冷床。冷却装置布置示意见图2。根据超细晶螺纹钢筋生产工艺的要求,在中轧和精轧机组间要有足够的距离,以便设置中间冷却装置并保证一定的返温均温距离。冷却设备要有强的冷却能力并保证轧件的顺利通过。本冷却器采用的是湍流管式冷却器,其结构示意图如图3所示。高压水以一定角度喷入湍流管,形成螺旋式前进的水流,而湍流管内部的收扩型结构形成的内部环流,一方面有利于高压水流冲破棒材表面的蒸汽膜,提高冷却能力,另一方面有利于提高冷却均匀性。在水冷器的出口处安装有气封喷嘴,以防止棒材出水冷器后有水附着在棒材表面上,从而影响棒材全长的质量均匀性。(3)供水系统新建一套独立的冷却水循环处理系统,含过滤、冷却、除油、泵组等装置,最大供水量为650m3/h,水压为1.6～2.0MPa。(4)程控制计算机构成控制冷却的自动控制系统由检测仪表、基础自动化和工艺过程控制计算机构成。检测仪表负责对冷却水参数的测量,经过计算、分析、处理后,由过程控制机按控制冷却规程对各参数进行控制,最终实现控制轧件的冷却速度和终冷温度。3.2试验结果及效果第一步改造完成后进行了工艺试验,济钢采用20MnSi生产ϕ25mm螺纹钢,试验了吨钢加0.2kg铌铁(相当于常规含量的一半)和不加铌铁的对比试验,化学成分见表2。试验中用水量475m3/h,水压1.5MPa,轧制速度14.5m/s,经批量生产试验已取得了良好的结果,力学性能见表3。宣钢试验了用20MnSiNb生产ϕ12～32mm螺纹钢,吨钢加0.65kg铌铁。化学成分见表4。试验中冷却水量250～280m3/h,水压0.5～0.8MPa,钢的力学性能见表5。从上述表中可以看出:(1)在济钢的生产条件下,不加Nb铁和加少于1/2量Nb铁,最终力学性能都达到国标的要求。按节省1/2量Nb铁计算,吨钢至少降低成本20～25元(Nb铁按10.8万元/t计算),与用钒氮合金相比,成本更可大幅度降低。(2)由于加入少量Nb及采用轧后冷却,钢筋的主要强化机制是细晶强化和相变强化,成分和力学性能都满足国标要求。3.3精轧机组冷却济钢棒材生产线进行了第一步改造,如对中、精轧机及减速机、电机和2号飞剪等硬件设备进行了必要的改造,制定了相应的孔型和温度制度,并且在中轧机组后建立了中间冷却以及轧后冷却装置,以控制进入精轧机组钢筋的温度,使钢坯冷却到奥氏体临界温度附近进行精轧机组的轧制,为生产超细晶螺纹钢筋奠定了坚实基础。如果有条件可进一步改造成全流程低温控轧控冷生产线,这样可节省大量的加热炉能耗,降低钢在加热过程中的氧化烧损,还可降低中间冷却装置的冷却强度,但要对粗轧机,以及中轧机部分设备进行较大的改造,实施的难度较大,需要进一步资金投入。4过起步改造效果(1)在现有的棒材连轧生产生产线上,在基本不影响生产的前提下,分步实现超细晶螺纹钢生产线的改造是可行的。