高强度圆钢和螺纹钢生产线设计

高强度圆钢和螺纹钢生产线设计

1生产线研发鲁立集团有限公司采用110万吨建成的大型圆钢和螺旋钢作为该公司的钢铁工程的配套方案。由中国钢集团有限公司有限公司有限公司贵阳设计院进行工艺和工厂设计。该项目于2009年开始，2010年6月成功完成。该生产线采用全连续轧制生产工艺,设计年产量为110万t,最高轧制速度22m/s,为国内最高速度。车间产品品种为热轧螺纹钢和热轧圆钢;钢种为碳素结构钢(代表钢号Q235)、低合金钢(HRB335)、优质碳素结构钢(代表钢号45#),产品规格为:Υ10～40mm螺纹钢、Υ16～60mm圆钢;原料为150mm×150mm×12000mm、180mm×180mm×12000mm连铸坯,原料最大单重3033kg。该生产线设备全部为国产化,工艺装备、生产自动化设备处于国内生产线最好水平。2设备及技术指标原料为:连铸坯150mm×150mm×12000mm,180mm×180mm×12000mm、原料最大单重3033kg。产品为:Υ10～40mm热轧螺纹钢、Υ16～60mm热轧直条圆钢,定尺长度6～12m。产品大纲见表1。交货状态:成捆交货,捆径Υ150～550mm,长度6～12m,捆重:≯3t。最高轧制速度22m/s,是国内设计速度最高的。车间设备总重3053t,其中工艺设备2190t、起重运输设备680t、机修设备168t、液压润滑设备65t。车间年工作7800h,轧机负荷率95.42%。电气设备总装机容量28436kW,其中主传动电机全部采用交流变频电机,电压690V。车间生产定员职工228人,其中生产工人206人、管理人员及技术人员22人。主厂房建筑面积26560.2m2,不包括管坯钢车间面积,车间主厂房参数见表2,车间吨钢产品消耗见表3。3工艺配置和工艺鲁丽集团110万t高强度和螺纹钢生产线设备平面布置见图1,生产工艺流程见图2。4工艺技术优势(1)坯料采用热送热装生产工艺。轧线上的上料系统通过热送保温辊道和连铸车间的出坯系统相连,入炉温度达到600～850℃,热装比70%,加热炉的生产率比常规的冷装料可提高约45%、节约能耗约35%。通过热送热装生产工艺,不但实现了节能降耗,减少生产成本,还提高了加热炉的产量,减少轧机事故率,进而提高成材率。(2)采用低温轧制技术。国内常规圆钢棒材生产线的开轧温度为1050～1150℃,本套轧机采用了低温轧制技术,开轧温度约为950℃。设计中选用了Pomini短应力轧机最新机型,轧机主电机采用大功率电机,为实现低温轧制创造了条件。虽然低温轧制增加了轧制电耗,但是加热炉的燃耗大大降低,综合比较节能约18%,而且当低温轧制温度为950℃左右时可保证粗中轧在950℃以下奥氏体非再结晶区对轧件进行大变形量轧制,已获得具有大量变形带的奥氏体未在结晶晶粒,相变后得到细小的铁素体晶粒,从而改善了钢材的组织结构性能,性价比更高。同时低温轧制可减少加热时氧化铁皮的生成量,提高成材率。(3)采用无孔型轧制技术。同传统的孔型轧制法相比,无孔型轧制法有如下的优点:节约能源;成品质量好;成材率高,节约金属;节约轧辊,轧辊复修简化;提高轧机的生产能力,降低劳动强度、劳动量和生产成本。无孔型轧制技术属于目前最先进的工艺技术,在节省轧辊消耗方面具有巨大优势。本厂在设计中粗、中轧机前九架轧机全部采用无孔型技术,仅此一项就为本厂节约38%的辊耗,不仅技术指标遥遥领先,而且也为本厂节约了生产成本,使产品更具竞争力。(4)采用双蓄热步进梁式加热炉,工业微机和PLC构成控制系统,具有生产操作灵活、钢坯加热均匀、氧化烧损少和节能的特点。同时减少了氧化铁皮的生成量,改善了炉内环境。加热炉内水管采用气化冷却,在炉子支撑梁上设置耐热垫块,将水冷管低温面和加热的钢坯隔开,有效减少和消除水冷黑印。根据加热炉的不同温度段采用不同高度和材质的耐热合金垫块。采用步进炉,使得坯料的整体质量更好。(5)电气系统采用两级自动化控制系统,从上料开始对坯料进行全程自动跟踪,实现炉批号的自动管理。(7)对于小规格螺纹钢筋Υ10mm、Υ12mm采用四切分轧制,Υ14mm、Υ16mm采用三切分轧制,Υ18mm、Υ20mm采用两切分轧制,这样大大提高了轧机的生产率,减少轧制道次,降低轧辊消耗,节约能源,平衡轧机各规格产品产量,从而大大提高轧机生产效率,进而保证年产量得以实现。本厂采用切分轧制技术生产小规格螺纹钢,生产稳定,产量高。(8)精轧机组前设有穿水冷却装置,实现控轧控冷工艺,精轧机组后设有穿水冷却装置,实现轧后余热淬火夹芯热回火热处理工艺,使轧件经穿水冷却装置后获得高屈服强度和高延展性的组织,使得生产Ⅲ级螺纹钢成为可能。本厂采用大水量的水冷设备及完善的控制系统,控制系统在原来软件的基础上进行了大胆的尝试,使得水量控制能够实现在线调节。(9)冷床上料采用单裙板多位制动,可提高制动效果,减小制动距离,同时有利于多切分轧制。冷床本体为步进齿条式,采用12.5m大长度,轧件冷却均匀,并对轧件具有矫直作用,产品平直度好,表面质量高。冷床大面宽,可以减少轧件倍尺切损,使得成品的成材率得到提高。(10)孔型系统设计采用椭圆-圆孔型系统,轧件变形均匀,易于调整,可减少换辊次数,提高作业率。采用滚动导卫,可确保轧件的稳定轧制,减少轧件的划伤。(12)主厂房采用常规的地坪式布置,主轧线标高+0.800m,这样的布置形式简化了和连铸机出坯辊道的衔接布置,避免了生产线高度不一致造成的提升系统复杂,而且和高架式厂房相比,主厂房轨顶标高低,厂房投资大大降低,而且还节省了平台建设的投资,仅此一项就可节约资金2000万元,可以把有限的资金用在最急需的地方。(13)由于采用无孔型轧制,车间轧辊消耗量大大减小,所以车间轧辊间和管坯钢工程共用。既节省了占地面积,也减轻了工人工作强度。(14)变压器均采用国家提倡的S11系列变压器,既节能又降耗。(15)预留了高频焊机的位置,以便将来实现无头轧制;在精轧机组后预留了减定径机组,以便生产高精度的圆钢产品;生产线设置了在线测径仪,操作人员根据轧件检测情况实现在线调节。5生产线技术加热炉为侧进侧出步进梁分段式加热炉,额定加热能力180t/h(冷坯),燃料为炼铁车间提供的高炉煤气,炉底水管采用汽化冷却方式。出炉钢坯温度范围:950～1150℃,炉子有效长度29150mm,有效宽度12760mm,单位炉底强度484kg/(h·m2)。加热炉的主要特点如下:(1)采用三段式步进梁;炉内悬臂辊道侧进侧出。(2)预热段采用炉顶平焰烧嘴、端部直焰烧嘴供热,加热段采用炉顶平焰烧嘴、炉侧调焰烧嘴供热,均热段采用炉顶平焰烧嘴、端部直焰烧嘴供热。(3)加热炉炉底机构为双轮斜轨步进机构,该机构具有良好的升降框架和平移机构的定心装置,步进机构易于安装调整,维修量小,易于清理,运行可靠。(4)采用双蓄热燃烧技术,通过空气、煤气蓄热式烧嘴,将空气、煤气双双预热到1000℃以上高温,最大限度回收烟气带走的热量。(5)采用合理的水冷支撑梁及其立柱,在保证钢坯运行运行平稳的条件下,最大限度的减少水冷管的表面积,同时对支撑梁及其立柱采用耐火纤维毡与高温自流浇注料双层绝热结构进行绝热,以减少冷却水管的吸热损失。(6)采用高温浇注料整体浇铸的炉顶和带复合层的炉墙结构,加强炉子砌体的绝热,减少散热损失;炉底水管上采用高合金的耐热垫块,以减少水管黑印。(7)步进机构采用可靠的大压力的液压系统。系统采用变量泵及配套的行程检测与控制装置,步进梁升降、进退及托起、放下钢坯时均以低速运动,实现慢起慢停、轻托轻放。(8)采用实用、可靠、技术先进的电气控制、基础自动化和热工检测控制,实现操作自动化和物料系统自动跟踪管理。生产线采用全连续式单线轧制,全线共选用18架轧机,分为粗轧机组、中轧机组和精轧机组,每组有6架轧机组成。轧机均选用Pomini最新机型的轧机,该轧机刚度高,精度好,承载能力大,调整、换辊方便快捷,设备结构紧凑,设备重量轻,吊装方便。轧机均采用交流变频电机单独传动,电机功率大,动力强劲,可以满足低温轧制的要求。轧机布置形式全线平立交替布置,实现产品的无扭轧制,粗轧和中轧采用微张力轧制,精轧采用活套无张力轧制,可保证产品的高精度;其中精轧机组K1、K3、K5为平立可转换轧机,以满足采用切分轧制小规格螺纹钢的需要,从而减少轧制道次,提高轧机生产率。轧机的主要结构为:轧辊轴承采用四列短圆柱轴承及推力轴承;轧辊平衡采用弹性阻尼体平衡;轴向调整采用螺旋丝杠,轴向游隙小,轧辊压下调整采用低速液压马达驱动—手动复合调整方式;轧辊开口度大,对称调整,轧机调整时轧制中心线始终保持不变;轧机整机换辊,换辊方便快捷,可大大提高生产的作业时间,主轧机基本性能参数见表4。全线共设4台飞剪和1台卡断剪,1#、2#飞剪具有切头、切尾及事故碎断功能,3#飞剪为倍尺飞剪,具有优化剪切功能;摆式冷飞剪用于成品定尺剪切,剪切速度快,剪切力大,最大剪切力达到450t,实现轧件运行过程中自动剪切,剪切时间短,精度高,质量好,真正实现了生产线的全线自动控制。粗轧机前卡断剪剪切力大,可以在轧机故障的时候,阻断轧件,防止后续轧件继续进入轧机,保护了轧机,而且卡断剪动作和高频焊机以及轧线其余设备实现动作连锁,极大地实现整条轧线的自动化。全线设置了两段穿水冷却装置,第一段设置在精轧机组和2#飞剪前,用于控制进入精轧的温度;第二段设置在精轧机组后,用于带肋钢筋的轧后余热淬火夹芯热回火处理。该线有4条切分水冷线、2条单冷水冷线和一条旁通辊道安装在同一小车上组成,小车可横移实现水冷线和旁通辊道的互相更换,方便生产组织。水冷线采用闭环控制,共分为5段,以冷却不同规格的产品。水冷量100～750m3/h,水压为1.6～2.0MPa,可将冷却速度大于形成马氏体的临界速度,从而在轧件表层一定深度内形成马氏体组织。冷床为步进齿条式,,宽度方向上的两段由两台交流电机驱动,冷床上设有齐头辊道,倍尺对齐后被托起,减少轧件与对齐辊道间的磨损。冷床面积为12.5m×120m,步踞为100mm,齿条步进周期为2.54s,齐头辊规格为Υ190mm×900mm,冷床本体由两台交流电机驱动,辊面上刻有与冷床齿条对应的齿形槽。全部轧机和飞剪采用变频调速交流电机驱动。采用交流变频调速电机比直流调速电机具有显著的优点主要是:调速容易、节能;交流电机结构简单、体积小惯量小,造价低、容易维修、内用;可以扩大容量、实现高转速和高电压运行;可以实现软启动,实现快速制动;无火花、防暴、环境适应能力强。6调节和自学习轧线采用具有当今世界先进水平的自动化控制系统,该控制分为一级、二级两级。多功能的完善的自动化控制系统,保证了轧机的高产量、高效率、低成本和产品的高质量。一级自动控制主要功能有:(1)炉内钢坯的步进控制,炉温、炉压的自动调节;实现计算机对轧线主线的连锁监控。(2)粗轧机组、中轧机组机架间的微张力校正;实现活套调节和起套、收套等逻辑控制;轧制速度控制和轧机间的级联调节。(3)对穿水冷却装置的控制,通过控制水槽内阀门开启数量或者调解阀门的流量,使轧件温度达到控制范围。(4)实现对飞剪的控制,具体包括剪刃剪切速度、切头切尾启动时间、启动速度和启动时间、制动和定位、逻辑功能等,倍尺飞剪的优化剪切控制。(5)轧制冲击速降补偿,轧制程序和存储和调用。(6)各机架速度设定的自学习,可自动消除人工设定及轧辊磨损带来的误差,控制系统使工艺参数(辊缝、断面面积及形状、速度等)自动调整到最佳状态。(7)故障诊断、废品检测处理,各个液压站、润滑站的连锁。(8)轧件跟踪,事件积累及趋势记录,通讯接口。主要用于车间的生产管理,有物料跟踪、轧制程序表及生产报表的自动生成存储和打印故障报警的显示记录。7轧钢生产线应用效果本生产线的工艺技术代表了当今国内乃至国际上同类轧钢生产线的先进水平,它的建成投产改变了鲁丽集团有限公司有钢无材的现状,同时它建设的高起点,高标准为激烈的市场竞争打下了坚实的基础,为其它同类钢厂的建设提供了一个很好的模板。该工程投产以来,各方面情况一直都很正常,产量节节攀升,2010年9月份最大产能达到了9.2万t,产品供不应求,产品质量受到广大用户的一致好评。公司配备轧钢生产线后,使得公司冶炼流程得以延续,生产利润吨钢提高280元,抗风险能力进一步提高。(6)全线采用全连续轧制生产工艺,工艺布置先进可靠,生产流程顺畅,事故较少,操作及检修方便,轧制速度最高可达22m/s,设备运行平稳可靠,轧机生产率高。全线18架轧机均为高刚度短应力线轧机(红圈4代最新机型),分为粗、中、精轧机组,每组6架轧机,全线采用平立交替布置,实现全线无扭轧制,轧机选型先进、应力线短,弹跳小,在精轧机组间共设5个自动活套,用于平衡轧机在咬钢时主电机产生的动态速降所造成的堆钢,每个活套均配备活套扫描器,