莱钢棒材厂减量化低成本生产实践

黄文初 耿超 赵海洋 江洪广

(1.北京科技大学; 2.莱芜钢铁股份有限公司)

莱钢棒材厂减量化低成本生产实践

黄文初1,2耿超2赵海洋2江洪广2

(1.北京科技大学; 2.莱芜钢铁股份有限公司)

介绍了莱钢棒材厂利用无槽轧制与多线切分组合技术,同时运用控轧控冷技术,实现精轧机组之前所有道次的孔型、料形完全共用,降低合金元素加入量,降低生产成本,提高生产效率,达到减量化清洁生产的实践经验。

无槽轧制 多切分 控轧控冷 清洁生产

0 前言

莱钢棒材厂第二轧钢车间主要承担莱钢Φ16 mm、Φ22 mm、Φ25 mm三个规格螺纹钢的生产任务。随着莱钢节能减排任务的逐年增加,同时为提高利润指标,选择合理的生产工艺以达到实现减量化清洁生产的目的成为必然。

1 生产条件

2009年莱钢棒材厂第二轧钢车间实施了再造式工艺改造,现有 28.6 m×10.8 m单蓄热步进梁式加热炉一座,粗轧为四架Φ650 mm及二架Φ450 mm平立交替轧机构成,中轧为Φ430 mm四架直流单传平轧机,精轧为Φ350 mm直流单传轧机 6架(其中 K5为立轧机),108m ×12 m步进式冷床一台,850 t固定冷剪一座,中精轧之间、精轧成品轧机后各有一段穿水控温设备,年设计能力 100万 t。车间工艺布置如图 1所示。

图1 车间工艺布置

2 方案选择与实施

分析当前工艺设备条件,主要解决:

1)车间所负责三个品种规格中粗轧孔型、料形完全共用问题,粗中轧采用无槽轧制工艺实现大压下、大延伸工艺,达到细化奥氏体晶粒的目的,同时保证孔型、导卫的同一性。

2)精轧机组对三个品种分别实现不同的生产工艺:对Φ25 mm规格实施常规单线生产工艺,对Φ22 mm规格采取国内首创的大规格双切分工艺,对Φ16 mm规格采取单道预切三切分工艺。

3)利用形变诱导相变 (D IFT)理论与技术,控制合金元素的加入量,实现“一钢多级”。

2.1 粗中轧无槽轧制工艺特点与实施要点

2.1.1 工艺特点

无槽轧制是指轧件在上、下两个不刻槽的平辊间轧制,辊缝的高度即为轧件的高度,轧件宽度即为自由宽展后的轧件宽度,没有轧槽侧壁的夹持、参与变形作用。轧制时只需改变辊缝就可调整轧件的断面尺寸,轧制的适应性极强,能优化棒线材连轧机的生产工艺。但无槽轧制因其自身变形特点,在使用的过程中容易出现一些问题,主要表现在:

1)受轧件压下量及来料形状 (高宽比)的影响,轧后轧件易出现鼓形,如出现轧件侧面内凹状的双鼓 (曲率为负值),则易产生折叠等轧制缺陷;

2)影响轧件宽展因素很多,轧件宽展量不易估算;

3)无槽轧制过程中,轧件角部区域存在较强的三向拉应力,相对其它区域,相对孔型轧制产生裂纹的可能性大;

4)无槽轧制对进出口导卫的尺寸、材质要求更加严格,稍有不当,易出现扭转、倒钢等轧制事故,影响轧制稳定。

2.1.2 工艺实施要点

自由宽展量的获取与轧件高宽比的选取:受轧制温度、钢种及轧辊直径等因素的影响,不同工艺线将会有出现不同的轧制自由宽展量,利用 Z.Wusatowski(乌萨托夫斯基)宽展公式及其坯料初始条件对轧件尺寸进行初设,然后根据实轧料形对其加以修正。该公式的数学表达式是:

式中:δ=b0/h0; εd=h0/D; λ=h1/h0;

β=b1/b0; η=H1/H0

实践结果表明:入口轧件的高宽比宜小于 1.5,最佳压下率在 0.7 Rs和 1.3 Rs之间 (Rs指变形在单鼓和双鼓之间的临界压下率)。

进出口导卫间隙选取及导卫耐磨性保证:自由宽展状态下的导卫相对间隙比孔型轧制状态下要求更严格,有失稳现象,一般表现为:在导板间距不变的条件下,相对导板间隙随轧件高宽比增加而减少,即导板对轧件的扶持作用加大。

角部韧性裂纹控制及无槽道次的选取:在变形区中,轧件角部出现三向拉应力,若该区域存在冶金缺陷或者位错塞积,容易形成裂纹源,在后续轧制中受拉应力作用扩展,形成裂纹,并且无槽道次越多,出现裂纹的可能性越大,因此对无槽轧制道次数量选取非常关键。本案中选择粗轧前个四道次、中轧前二个道采取无槽轧制,其余道次采取孔型轧制。

2.2 精轧轧制方案选取

精轧主要工艺思想:采取高效轧制方式,充分发挥设备能力,保证每一规格设计产量不低于150 t/h;充分考虑导卫的共用性,保证连续稳定轧制的需要。

坯料经粗中轧 10个道次轧制后,变成 Ф48 mm圆料,即为所轧三个规格中轧来料。经精轧 6个道次轧制后,实施常规单线生产工艺生产Φ25 mm规格,采取国内首创的大规格双切分工艺生产Φ22 mm规格,采取单道预切三切分工艺生产Φ16 mm规格螺纹钢。

2.1.1 精轧工艺要点及设备条件要求

1)对于切分轧制,这两个规格均采取 K5为矩形料的切分轧制方式 (其中 Ф16 mm三切分孔型系统如图 2所示)。这种轧制方式比较适应 K5轧机为立式布置的机架形式。

图2 精轧机组三切分孔型系统示意图

2)由于精轧前有一穿水段,中精轧距离较大,且中轧机组为平轧机的原因,在进行切分轧制时采取单道预切轧制方式。单道预切相对二道或者多道预切而言,精轧道次 (尤其是 K6)压力量大,电机负荷高,变形不均匀,不利于稳定轧制,需要从轧辊、导卫方面采取相应措施来弥补。采取 RE65WBF宽体六轮滚动预切分、切分进口导卫,采用宽体闭口式切分导卫出口,关键道次均采用高速钢轧辊等措施保证轧制的连续稳定性。

3)由于轧制变形量及采取控制轧制的原因,精轧负荷较高,在设备选型时要考虑一定富余量。本案中成品及成品前及预切道次电机均采用功率为1400 kW的直流电机。

3 控制轧制与控制冷却工艺实施

棒材厂第二轧钢车间以形变诱导相变 (D IFT)理论为基础,采用在临界奥氏体区控轧及轧后控冷的工艺,通过对加热温度,轧制温度,二段穿水器水压水量的控制,利用形变诱导铁素体和铁素体再结晶机制细化组织,从而提高产品性能指标,以达到减少合金元素或者不添加合金元素,降低生产成本的目的。下面以该生产线 Ф16 mm澳标带肋钢筋为例阐述工艺控制过程。

3.1 熔炼成分

确定不含 V、Nb、Ti等微合金元素的化学成分设计,澳标带肋钢筋的化学成分见表 1,实际生产中化学成分按中上限控制。

表1 澳标带肋钢筋的化学成分 w%

3.2 控轧控冷工艺

开轧温度为 920℃～1000℃;中精轧穿水器使用一段,压力为 0.6 MPa～0.8 MPa,流量150 m3/h～200 m3/h,出口温度800℃～900℃;轧后穿水器使用三段,压力为 1.0 MPa～1.3 MPa,流量320 m3/h～400 m3/h,出口温度 630℃～700℃。

3.3 钢筋的显微组织及力学性能

对成品钢筋取样作金相组织、晶粒度检测。结果表明金相组织为铁素体和珠光体,且两种组织呈均匀分布。铁素体晶粒度达 11.5级,产品的强度及延伸率指标均满足标准要求。Ф16 mm澳标带肋钢筋金相组织如图 3所示。

4 实施效果

通过以上技术手段的实施,车间轧辊消耗由1.2 kg/t降为目前的 0.871.1 kg/t,煤气单耗由1.1 GJ/t降为现在的 0.9G J/t,制造费用降低23.85元 /t,钢坯成本也大幅降低,取得了显著的经济效益和社会效益。

图3 澳标带肋钢筋金相组织

5 结语

通过技术创新,不断采取新工艺、新技术,可显著降低生产成本,大幅减少各种单耗,实现减量化低成本清洁生产的目的,打造企业核心竞争力。

[1] 李芳春,徐林平.切分轧制[M].北京:冶金工业出版社,1995:83-96.

[2] 翁宇庆.超细晶钢—钢的组织细化理论与控制技术 [M].北京:冶金工业出版社,2003:23-27.

[3] 韦东滨,程鼎,吴迪,等.无孔型轧制压下规程制定方法的实验研究[J].钢铁研究,1999(5):22-24.

PRODUCTION PRACTICEW ITH REDUCTION AND LOWCOST IN BAR PLANT OF LA IW U IRON&STEEL STOCK CO.,LTD

HuangWenchu1,2Geng Chao2Zhao Haiyang2Jiang Hongguang2
(1.BeijingUniversity of Science and Technology; 2.Laiwu Iron&Steel Stock Co.,Ltd)

The Bar Plant ofLa iwu Iron and Steel Co.,Ltd.has the pass and shear type of every path that before the finishingmill group put to effectwith the tecnics of passless rolling andmulti-segment,also using the theory of rolling and cooling control.Reducing the contents of alloy elements will lower the cost of production raise the productivity effect and reach the purpose of product reduced and cleanly.

passless rolling multi-segment rolling and cooling control product cleanly

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2010—4—27