轧钢生产工艺探讨

田维利 毕德强 韩刚 高鑫渤

摘要：整体来看，轧钢生产技术对我国工业发展的意义不仅限于其经济效益，更多的是其关乎国家建设和可持续发展战略的实施。轧钢生产工艺与技术的发展会带动整个工业生产领域的进步，从而促进国家发展与建设。综上所述，对轧钢生产工艺的提高与改良是很有必要的。基于此，本文主要对轧钢生产工艺进行分析探讨。

关键词：轧钢生产；热轧带肋钢筋；工艺探讨

1 前言

轧钢工艺作为钢铁生产过程中的一个重要环节，将节能技术应用其中，能够较大程度的减少钢铁生产过程中产生的废物排放量，对我国钢铁产业的节能升级、产业组合优化升级都有重要意义，也是现阶段钢铁产业实现节能发展的重要技术核心之一。介绍HRB400热轧带肋钢筋的生产工艺流程、工艺特点。分别采用微合金化工艺、细晶粒技术和轧后快速冷却技术进行HRB400热轧带肋钢筋的研发实践。结果表明：Nb在钢中的韧化作用效果最大；Ti钢容易在连铸过程中产生套眼，影响生产；用V合金化比用Nb生产成本提高约50元/t；在保持强度基本相同条件下，采用VN微合金化比VFe合金可节约30%左右的V。确定批量生产Φ12～32mm系列的HRB400热轧带肋钢筋采用VN微合金化工艺，加入V质量分数为0.025%～0.035%。细晶粒Φ8mmHRB400钢筋盘条的铁素体晶粒尺寸约5～7μm。采用轧后快速冷却技术研制的HRB400高强钢筋晶粒度提高了1～3级，屈服强度提高50～100MPa，生产成本降低约50元/t，成品钢材表面二次氧化铁皮明显减少，提高产品表面质量。

2 生产工艺

2.1 工艺流程

Φ12～32mm热轧带肋钢筋生产工艺流程：35t转炉冶炼→120mm×120mm连铸方坯→Φ260mm或Φ300mm半连轧棒材轧机轧制→冷却→剪切、打捆、入库。Φ6～10mm热轧带肋钢筋生产工艺流程：100t转炉冶炼→LF精炼→150mm×150mm连铸方坯→30架高速线材连轧机组→斯太尔摩冷却线冷却→包装、入库。

2.2 工艺特点

2.2.1 35t转炉—型棒材生产线

该生产线共2条，具有年产120万t生产能力，采用传统生产工艺模式，转炉采用溅渣护炉、钢包挡渣、钢包底吹氩、喂硅钙线等新技术。小方坯连铸采用干式中包、快换水口、保护浇注、二冷配水模型等技术。轧制工艺采用分流轧制、轧后快速冷却等技术，可确保提高HRB400钢筋的综合力学性能。

2.2.2 100t转炉—高线生产线

该生产线年产高线盘条70万t。工艺技术装备方面，利用超高功率供电、铁水热装、100%废钢预热、辅助能源利用、自动化控制、钢包精炼、真空处理等先进技术。高线采用8架精轧机，4架减定径轧机，保证轧制速度达112m/s，具有较高的技术装备水平。在工艺上采用平立交替全线高速无扭低温控制轧制、温度闭环控制、大风量高风压强制冷却、减径与定径技术等，为超细晶HRB400盘条研制生产提供必要的工艺技术基础。

3 研发实践

3.1 微合金化钢筋工艺研究

钢的微合金化是指在原有主要合金元素的基础上添加微量的Nb，V，Ti等碳、氮化物形成元素。Nb，V，Ti具有形成氮化物和碳化物的能力，与Fe原子的半径差很小，且氮、碳化物面心立方结构和钢的面心立方、体心立方基体有共格性，一定条件下既可溶入基体又可从基体中析出。V，Nb，Ti的氮化物对奥氏体的钉扎作用可以细化奥氏体晶粒和最终的铁素体晶粒，其氮化物和碳化物析出的先后顺序取决于氮化物和碳化物在奥氏体中的溶解度，固溶的溶质原子对扩散控制的反应或相变有拖曳作用，从而使再结晶过程较长，氮化物的析出既促进相变的生核，又推迟二次晶粒的长大，具有较细的奥氏体晶粒。

国标自GB1499—1998开始，对微合金化元素提出“根据需要，钢中还可以加入V，Nb，Ti等元素”，这给生产带来了更大的调整空间，在保证性能合格的前提下，充分发挥自身技术优势，微合金化钢中控制V，Nb，Ti的质量分数以满足性能要求为前提，尽量降低生产成本。对比Nb，VN，VFe，Ti等微合金化工艺在生产稳定性、产品质量、成本等方面的优缺点，从而合理选择不同的微合金化工艺。

（1）在强韧化效果上，Nb在钢中的韧化作用效果最大，它既可提高强度，又可降低韧性转变温度，这是V，Ti所不及的。

（2）在生产条件上，Ti钢不适应连铸，容易在连铸过程中产生套眼，影响生产。

（3）在生产成本上，为获得一定强度的增量，采用w（Nb）∶w（V）=1∶2，用V合金化比用Nb生产成本要提高约50元/t。

综合考虑工艺装备条件及市场原料情况，HRB400钢筋试制初期，首选Nb进行微合金化试验，其強化效果良好。但是考虑在满足钢筋综合性能的基础上，为了批量生产的稳定性，随后又分别采用VFe和VN合金2种微合金化工艺进行对比试验。结果表明：由于VN合金中氮的加入改变了V在相间的分布，促进了V从固溶状态向VC，VN析出相中转移，从而使V起到了更好的沉淀强化作用，在保持强度基本相同的条件下，采用VN微合金化较VFe合金可节约30%左右的V。最终根据各微合金元素在现有生产工艺装备条件下对HRB400热轧带肋钢筋的强化效果及性价比，确定了安钢批量生产Φ12～32mm系列的HRB400热轧带肋钢筋采用VN微合金化工艺，其VN微合金化钢中V质量分数为0.025%～0.035%。

3.2 细晶粒钢筋盘条的研究

2001年随着安钢高速线材机组的顺利投产，通过采取微合金化处理技术优化产品成分设计，低温加热控制原始奥氏体晶粒长大、未再结晶区控制轧制及控制钢的冷却速度等超细晶粒控制技术，开展细晶粒HRB400钢筋盘条的研究。成功实现了Φ6，8，10mmHRB400细晶粒钢筋盘条的批量生产。Φ8mmHRB400钢筋盘条的铁素体晶粒尺寸约5～7μm，如图1所示。

HRB400细晶粒钢筋盘条的产品质量不仅满足GB1499—1998的要求，与传统的低合金钢筋相比，HRB400细晶粒钢筋盘条既能够满足钢筋的焊接性能和抗震性能（塑、韧性增加），又使得平均吨钢生产成本较原工艺降低160元左右，具有显著的经济效益和市场竞争能力。截止到2011年底，安钢研制开发的400MPa级细晶粒钢筋盘条已批量生产20多万t，并在多个重点工程上使用。该钢筋盘条主要用于楼板纵向受力钢筋及梁柱箍筋，用户使用后反映其弯曲、焊接性能良好，施工方便。

4 结语

轧钢生产技术目前来说还不够成熟，相关技术与工艺还有很大的提升空间。可以说，轧钢技术的发展与国家的建设和提高有着直接关联。对于轧钢技术发展的研究有着重要的现实意义，针对目前存在的技术水平限制，要着重从生产工艺和加工技术进行改良，尽快使我国的轧钢技术水平达到世界化标准，从而推动中国的工业化发展进程。

参考文献

[1] 董人菘.钢铁生产过程能耗预测与调度优化研究[D].昆明理工大学，2014.

[2] 张晓林.基于改进遗传算法的热轧钢作业调度系统的研究[D].河北工业大学，2012.

（作者单位：山东钢铁集团永锋淄博有限公司）