不锈钢热轧生产线工艺及设备配置分析

马 博，赵华国，洪 冰

随着我国经济建设不断发展和人发生活水平逐步提高，近年来国内不锈钢热轧市场需求不断加大。其中，薄规格优质不锈钢热轧产品因能够提高后续冷轧的年产量和产品质量而受到不锈钢热轧生产厂家的重视。这就要求冶金行业制造供应商以及相关设计研究单位要全面掌握不锈钢热轧生产线的工艺、设备配置及其特点，制定出最为合理经济的实施方案，提高不锈钢热轧生产线的回报率，从而在该市场领域中占据有利的位置。

1 不锈钢热轧基本工艺参数

在通常情况下，不锈钢热轧来料为合格无缺陷的连铸板坯，厚度范围160～220 mm，最大长度12 000 mm。产品为200系不锈钢、300系不锈钢和400系不锈钢，成品厚度范围2.5(2.0)～12.7mm。

2 机型选择分析

国内不锈钢热轧生产线的型式主要有热连轧和炉卷轧机两种，而连铸连轧不锈钢生产技术尚未有工业化实例。

炉卷轧机具有投资少、占地小、生产灵活等特点[1]。其前后所设卷取炉可为轧制温度范围窄、变形抗力大的钢种提供良好的温度条件，可避免轧制过程中带钢边部开裂。因此主要用于不锈钢等钢种，但表面质量较差。在设备配置方面，1+1布置型式的炉卷轧机 (1架粗轧机+1架炉卷轧机)的产能较低，产品最小厚度约为2.75 mm；而1+1+3布置型式的炉卷轧机 (1架粗轧机+1架炉卷轧机+3机架精轧机组)的产能可达百万吨级，产品最小厚度约为2.0 mm，该技术只有SMS Demag公司在芬兰的奥托肯普公司轧线改造工程上使用过，国内泰钢1800 mm炉卷轧机正在进行此项技术改造，其技术成熟性还有待验证。

目前，对国内生产厂家来说最适合的型式应为热连轧生产线（见表1）。

3 工艺流程及设备配置

3.1 工艺流程

不锈钢常规热连轧生产线工艺流程为：合格无缺陷连铸坯→加热炉→粗除鳞机→粗轧机组→中间保温设备→飞剪→精除鳞机→精轧机组→层流冷却→卷取机→打捆→称重→喷印→入库。

表1 国内不锈钢热轧厂生产线的生产规模和型式

3.2 加热炉分析

随着连铸工艺技术的发展，不锈钢连铸坯的不修磨率已得到较大提高，某些热轧厂铬系不锈钢连铸坯的不修磨率已提高到90%以上，镍系不锈钢已提高到60%以上，含钛不锈钢还必须全面修磨[2]。因此针对不同不锈钢钢种装炉分别采用冷装 (CCR)和热装 (HCR)两种方式以节省能源和降低生产运行成本，加热炉主要型式为步进梁式加热炉。

3.3 粗除鳞机分析

由于不锈钢产品对其表面质量要求较高，这就要求粗除鳞机对带钢表面氧化铁皮的打击力必须足够大，能够将氧化铁皮覆盖层厚度最大程度地减小。因此粗除鳞机需要设置比较高的喷嘴前高压水压力 (见表2)。

表2 国内不锈钢热轧厂的喷嘴前高压水压力值

从表2可以看出，随着生产线投产时间的不断推进，粗除鳞机喷嘴前高压水压力值呈不断加大趋势。

3.4 粗轧机组分析

粗轧机组一般由1架立辊轧机和1架四辊水平可逆式粗轧机组成。其中立辊轧机采用全液压压下，同时配置短行程 (SSC)和自动宽度控制(AWC)功能，可对粗轧板坯进行宽度及头尾形状控制，提高板坯边部质量和收得率。

粗轧机采用高刚度、大压下四辊水平可逆式轧机，其压下方式为电动APC加液压HGC，一方面可以更好地完成工作辊的调零、调平和过载保护，另一方面还可以提高带钢厚度精度、操作稳定性和防止镰刀弯。由于不锈钢在热轧过程中会产生较大的烟尘，因此粗轧机应配有排烟除尘装置。在粗轧机的入、出口导卫上还应装有高压水除鳞集管，用于清除带钢表面在轧制过程所产生的二次氧化铁皮。在粗轧除鳞制度方面不同设备供应商的除鳞制度有所不同，其中日本的除鳞制度是仅在第1道次除鳞，而德国是在第1、3、7道次除鳞，这种除鳞制度会使带钢温降较大，增加轧制较薄规格产品时的难度。

为保证精轧入、出口温度，应尽可能提高粗轧机轧出中间坯的温度，为此应尽可能减少粗轧道次和提高粗轧速度，现在一般选用5道次轧制，这就要求粗轧机必须具有足够大的轧制能力，在力能参数选择上要比同规格的碳钢轧机要大一些。此外，因减少粗轧道次而增加道次压下量则有可能造成咬入角大于摩擦角导致带钢不能咬入，因此最大道次压下量应限制在50 mm。

3.5 中间保温措施分析

由于不锈钢变形温度范围窄，对精轧出口温度要求较高，因此在设备配置时必须考虑中间保温措施。目前不锈钢热连轧中间保温措施一般分为两种：热卷箱；保温罩+边部加热器[3](见表3)。

从表3可以看出，大部分的热轧生产厂采用热卷箱对中间坯进行保温，其优点如下：

（1）采用热卷箱时，中间坯头尾温差可控制在30℃以内，能够有效减少中间坯进入精轧机组的头尾温差。

（2）由于采用热卷箱时中间坯的头尾温差小，精轧机组可采用恒速轧制或采用小的加速度轧制，因此在同等电机容量下可实现更薄、更宽规格不锈钢带钢的生产。

表3 国内几家不锈钢热轧生产厂的中间保温措施

（3）由于采用热卷箱会使中间坯进入精轧机组时温度较高，因此轧辊磨损较小，不锈钢带钢的表面质量，特别是边部质量好。

(4)采用热卷箱可缩短粗轧机与精轧机组之间的距离，缩短中间辊道长度，减少投资。

(5)边部加热器电耗大、加热线圈也比较昂贵，运行和维护成本高。

3.6 飞剪分析

中间坯在进入精轧机组前需要用飞剪进行不规则头尾剪切，将带钢头尾剪成弧型，在切头时剪刃速度应当稍快于带钢的运行速度，切尾时剪刃速度应当稍慢于带钢的运行速度，以保证被切掉的部分即刻被上刀片抛出，并迅速脱离带钢母体。飞剪前应设有带钢头部形状检测仪，实现飞剪优化剪切，减少切损，提高收得率。

3.7 精除鳞机分析

精除鳞机用于去除中间坯在轧制过程中产生的二次氧化铁皮。由于某些不锈钢钢种 (如奥氏体不锈钢)在热轧过程中产生的二次氧化铁皮较少，并且其对精轧入、出口温度要求较高，因此为了避免在精轧入口前有较大的温降，需采用高压蒸汽的方式进行精除鳞，保证带钢精轧入、出口温度；而对温度方面要求不高的不锈钢钢种仍可采用高压水除鳞方式。精除鳞机的设备结构对于碳钢生产和不锈钢生产来讲区别不大，只是在除鳞箱内增加1组集管用于蒸汽除鳞。

3.8 精轧机组分析

精轧机组全部采用全液压压下系统和厚度自动控制 (AGC)系统以提高带钢全长厚度控制精度，设置闭环板形控制系统用于动态调节带钢的凸度和平直度，以便于稳定生产板形良好的带钢，提高产品的质量。精轧机之间设有低转动惯量液压活套，用于控制精轧机组速度和带钢张力。精轧机组还设有窜辊装置，以使轧辊磨损均匀，增加同宽度产品轧制量，降低辊耗。为了避免精轧过程中带钢因较大温降而造成轧制困难，在精轧机组中不设机架间冷却装置，仅配置轧辊冷却水和烟尘抑制水，并且为了排除轧制过程中所产生的烟尘，减少烟尘排放，保护环境，精轧机组应配有排烟除尘装置。

在精轧机组前可选择配置1架小立辊轧机，主要起轧件对中和边部轧制的作用，防止精轧过程中轧件出现边裂。

从表1中可以看出，精轧机组一般由7～8架四辊不可逆式轧机组成，且以7架方案为主。在力能参数的选择原则上与粗轧机类似。

3.9 层流冷却分析

层流冷却目的是通过控制带钢的终冷温度来获得良好的组织和力学性能。不锈钢的轧后冷却与碳钢有所不同，文献 [4]认为不锈钢热轧后只需进行空冷，但根据热轧生产厂现场反馈，除马氏体不锈钢轧后不需水冷以外，奥氏体不锈钢轧后需进行水冷以达到适宜的卷取温度 (620～680℃)，以便于更好地控制产品表面质量。至于铁素体不锈钢由于终轧温度比较低 (800～880℃)[5]，在轧后水冷投入与否的问题上，热轧生产厂的看法各不相同。

3.1 0 卷取机分析

卷取机采用液压缸驱动侧导板、夹送辊以及助卷辊，其中卷筒采用低惯量无级液压涨缩式，助卷辊采用自动踏步控制系统 (AJC)，可保证带钢表面质量和卷取质量。

带钢经由伺服液压系统控制的卷取机前侧导板对中后，头部进入夹送辊并进行头部定位，3个助卷辊设定位置，卷筒直径为带卷内径，当带钢在卷筒上卷取头3～5圈的过程中，助卷辊进行踏步控制，以保证钢卷内圈不产生压痕；卷3～5圈后，卷筒涨到卷取直径，助卷辊打开，卷取机在恒张力状态下卷取；当带钢卷到最后2～3圈时，助卷辊压下，带钢尾部通过夹送辊时进行尾部定位，将带钢尾部停在钢卷下部位置，卸卷时由小车托起钢卷防止松卷。

4 生产线长度确定原则

（1）在轧制过程中，轧件与设备之间不得发生干涉。

（2） 不得因生产线过长导致精轧入口温度降低，造成生产成本加大。

5 实例

国内某1780 mm不锈钢热轧项目一期年产量为150万t，二期250万t。其主要设备为1座步进梁式加热炉 (预留1座)+1套粗轧高压水除鳞装置+1架带附属立辊的四辊可逆式粗轧机+1套热卷箱+1套飞剪+1套精轧高压水除鳞装置+7机架四辊不可逆式精轧机组+层流冷却装置+1台卷取机 (预留1台)。其中在生产线长度方面充分考虑上述两方面因素的影响，并做出较为合理的布置 (见图1)。在机组基本参数方面全面考虑生产规模和极限规格的影响，并做出较为合理的配置 (见表4、表5)。

图1 生产线示意简图

表4 不锈钢成品基本参数表

表5 机组基本参数表

6 结语

（1）炉卷轧机生产线仅适用于生产规模小、表面质量和极限产品厚度要求不高的产品，而热连轧生产线可生产规模大、表面质量和极限产品厚度要求较高的产品。

（2）高压水除鳞机喷嘴前高压水压力以28～30 MPa较为适宜。

（3）选用热卷箱方式对中间坯进行保温更为适宜。

[1]郭文军．炉卷轧机的发展概况及技术特点 [J]．江苏冶金．2008．36(5):5～9．

[2]陆世英．不锈钢 [M]．北京．原子能出版社．1995,11～57．

[3]赵家骏,柳谋渊．热轧带钢生产知识问答 [M]．北京．冶金工业出版社．2006,114～259．

[4]朱涛,吕敬东,刘勇,等．不锈钢热轧生产工艺研究 [J]．钢铁钒钛．2002．23(3):33～35．

[5]赵新刚,430不锈钢热轧工艺研究及改进 [J]．山西冶金．2009．117(1):57～58．