棒线材直接轧制工艺关键问题分析

/棒线材直接轧制工艺关键问题分析2016-10-22

《中国冶金报》

轧钢之家许宏安近年来，随着我国对钢铁生产能耗和环保的要求日益严格，业内掀起了开发低能耗轧制工艺的热潮。许多棒线材企业都在现有生产线上试验提高热装率、热装温度，试验补热直接轧制、无加热直接轧制，但很多关键工艺问题没有得到很好的解决。因此，有必要对国内无加热直接轧制高强度钢筋生产工艺存在的问题进行进一步探讨。直接轧制和热送热装的分类与发展真正的直接轧制，应是将从连铸机送来的连铸坯不经任何其他加热或补热工序直接轧制成最终产品。然而，多年来，大部分生产高质量产品的生产工艺研究和试验，都在轧制前对连铸坯进行再加热或者补热。连铸坯热送热装和直接轧制技术是正在发展中的新技术，其概念和分类见附表，具体特征如下：连铸坯无加热或补热直接轧制，简称CC-FDR，分类为1类。连铸坯在表面温度在820℃以上（芯部在960℃以上）的条件下，不经任何形式的加热和补热，也不用建设加热炉，直接被送入轧机轧制。铸坯轧前未经过γ-α-γ相变再结晶过程，仍保留铸态粗大的奥氏体晶粒，微量元素Nb、V等无常规冷装炉的析出、再溶解过程，因而须开发新的轧制工艺来得到晶粒细化的组织。连铸坯直接轧制，简称CC-DR，分类为2类。连铸坯在A3温度以上的条件下不经加热炉，在输送过程中通过边角补热装置，被直接送入轧机轧制。连铸坯热直接轧制，简称CC-HDR，分类为3类。连铸坯温度在A3以上，铸坯不经加热炉，在输送过程中通过补热和均热达到可轧温度，被直接送入轧机轧制。连铸坯直接热装轧制，简称CC-DHCR，分类为4类。连铸坯温度在A3以下、A1以上，铸坯被直接送加热炉加热后轧制。由于热装温度较高，它也叫红送红装，加热炉在连铸机和轧机间起缓冲作用。连铸坯热装轧制，简称CC-HCR，分类为5类。连铸坯温度在A1以下、400℃以上，铸坯不放冷即被送保温设备（保温坑、保温车和保温箱等）中保温，再被送加热炉加热后轧制，也叫热送热装。保温设备在连铸机和加热炉之间起缓冲和协调作用。连铸坯冷装炉加热后轧制，简称CC-CCR，分类为6类。这是没有热送热装工艺时的常规轧制方式。无加热直接轧制的优点与问题无加热直接轧制的优点。直接轧制具有以下优点：一是能够充分利用连铸冶金热能，降低能源消耗，起到节能减排的作用；二是减少加热炉设备、耐材、厂房、生产人员的投入；三是减少氧化铁皮烧损，提高成材率，缩短生产周期，减少钢坯堆放厂房和运输设备的投资；四是钢坯断面温度外低内高，有利于轧制成型。从指标上讲，无加热直接轧制可以做到“六个零、一提高、一降低”，即二氧化碳排放为零、烟尘排放为零、二氧化硫排放为零、氮氧化物排放为零、加热氧化烧损为零、加热燃料消耗为零，不但提高产品性能，而且降低生产成本50元/吨~150元/吨。棒线材无加热直接轧制工艺存在的主要问题。棒线材无加热无补热直接轧制工艺的以下问题亟待解决：一是连铸坯未经过加热或补热，在长度方向存在严重的温度分布不均问题，棒材头尾屈服强度性能差高达40MPa，出现抽检合格而工地检验不合格的现象，因而须要均匀同根钢坯头尾的性能，提高产品质量稳定性。二是铸坯轧前未经过γ-α-γ相变再结晶过程，仍保留铸态粗大的奥氏体晶粒，微量元素Nb、V等无常规冷装炉的析出、再溶解过程，因而须开发新的轧制工艺来得到晶粒细化的组织。三是无加热炉的缓冲和协调作用，炼钢与轧钢刚性连接，生产节奏不匹配，生产相互影响，不可避免产生冷坯，因此，要开发新的柔性衔接工艺。四是棒线材无加热无补热直接轧制，钢坯经常出现850℃左右的温度，甚至出现820℃的温度，若放弃不轧，将不利于提高直轧率。这些钢坯轧制时，轧机轧制负荷较高，因此，工艺设备的强度和负荷必须满足要求。五是钢坯温度过低时无法直接轧制。一般车间连铸坯送到轧机前，钢坯转运周期在300秒以上，铸坯的温度已降至700℃~800℃。若要减少钢坯转运过程的温降，则要提高钢坯的转运速度。无加热无补热直接轧制是一项庞大而复杂的系统工程，涉与众多技术领域、多个分系统。其研制工作环环相扣，任何一个微小环节的失误，都可能导致整个生产无法顺利、高效、稳定地进行。无加热直接轧制工艺实践全连轧棒材生产线无加热直接轧制工艺。热送热装技术虽在行业广泛应用，在节能减排方面发挥了很大的作用，但毕竟需要加热炉补热，仍消耗少量燃气，并增加氧化铁皮。因此，业内始终把无加热无补热直接轧制作为一项降低轧钢工序能耗和制造成本的技术进行攻关。无加热无补热低温直接轧制技术应用在高强度抗震钢筋生产线上，其典型工艺包括四机四流连铸机、出坯辊道、横向调配装置以与轧线，多流连铸机每流出口处设置出坯辊道，出坯辊道的末端设置可横向调配坯料的装置，在横向调配装置与出坯辊道相对的一侧设置全连轧棒材轧线。经过8年的试验与试产，研究者于2011年研发了26项技术，完善了该工艺，并在某钢铁企业的全连轧棒材生产线上得以应用，实现了无加热无补热弱降温直接轧制高强度抗震钢筋的实际生产。该项目至2015年底共生产抗震钢筋231万吨，直轧率为95.8%，成材率提高了1.35%，钢材抗震性能指标提高了30MPa，二次氧化烧损为零，氮氧化物、二氧化碳、二氧化硫排放为零，生产成本降低了147.5元/吨。产品性能。某钢铁企业采用该工艺生产的HRB500E钢材通过了国家建筑钢材质量监督检验中心理化检验、焊接型式试验检测。抽取100批的数据统计显示，抗震性能符合率为100%；屈服强度为565MPa，抗拉强度为725MPa，断后伸长率为22%；强屈比为1.28；冷弯、反弯、焊接性能等全部合格。经过60批对比试验，头尾平均屈服强度差小于5MPa（某半连轧棒材线调整做到了尾比头性能高）。金相数据对比显示，晶粒尺寸边中比值减小，晶粒总体得到进一步细化。工艺特点。该棒材无加热无补热直接轧制工艺的主要特点如下：均匀了同根钢坯头尾性能，提高了产品质量；用一定的工艺来得到晶粒细化的组织；开发了新的柔性衔接工艺；系统确定了工艺设备的强度和负荷，满足了棒线材无加热无补热直接轧制对参数的要求；连铸火切装置到1号轧机的距离可以放长到300米，辊道运送钢坯线速