我国热轧带钢生产技术概述

我国热轧带钢生产技术概述1 前言 薄板生产从锻造过渡到轧制始于二辊式轧机。鉴于轧制的薄板宽度越来越宽、厚度越来越薄，采用了增加轧辊直径来增加轧辊的强度。故导致金属变形抗力增加，轧辊弹性压扁严重，影响产品质量，更薄的产品甚至不能生产。之后采用了小直径的工作辊，减少与金属接触的面积，用大直径的支承辊增加强度和刚度，于是便出现了三辊劳特式、四辊轧机、多辊轧机和行星轧机等薄板轧机。 热连轧带钢轧制是经美国阿母科公司8年（19131921）研究实验，于1923年在阿什兰工厂首先实现的。宽带钢热连轧机发展可分为四个阶段：第一阶段（第一代），1960年以前建的轧机。特征：轧制速度1012m/s，单位宽度卷重512kg/mm，钢卷重量1015t,成品厚度2 10mm，年产量100200104t。第二阶段（第二代），19601969年建的轧机。特征：轧制速度1521m/s，单位宽度卷重16 22kg/mm，钢卷重量30t左右, 成品厚度1.512.7mm，年产量250350104t。第三阶段（第三代），1969年以后建的轧机。特征：轧制速度2330m/s，单位宽度卷重1928.5kg/mm，钢卷重量30t, 成品厚度0.925.4 mm，年产量350600104t。近30年以来，由于发达国家板带材供过于求，带钢热连轧机技术的发展，从大盘重、高速度向高质量、高成材率和低成本方向转变，如在线调宽技术、宽度自动控制（AWC）技术、厚度液压自动控制（AGC）技术、板型控制技术、中间辊道保温罩技术、带坯边部加热技术、控制轧制、控制冷却技术、卷取机的改进技术（如助卷辊液压踏步控制、卷筒多级涨缩等）、半无头（长铸坯）、无头（粗轧后飞焊）轧制技术、连铸坯的直接热装（DHCR）技术、连铸坯的直接轧制（HDR）技术和薄（中厚）板坯连铸连轧技术等。有人将20世纪90年代的薄板坯连铸连轧称为第四阶段（第四代）,以超薄带钢无头、半无头连铸连轧为特征。 我国第一套宽带钢热连轧机，即鞍钢2800/1700mm半连续式板带轧机，始建于1957年。1972年之前也是唯一的一套。生产钢卷：厚度1.88.0mm，宽度6001500mm，卷重7.510t；生产厚板：厚度450mm，宽度10002500mm，于2001年2月移地改建成1700mm中厚板坯带钢连轧机。 1978年武钢引进日本1700 mm轧机、1989年宝钢引进德国2050 mm轧机才使中国热连轧技术与世界接轨。我国宽带钢热连轧技术和装备，经过引进传统热带钢轧机、引进薄板坯连铸连轧机组、国外二手设备或国产机组，经国外承包商用现代化技术改造成传统热带钢轧机，总体采用国内先进成熟技术的中薄板坯和常规板坯热连轧机组等4种方式取得了巨大发展。 2008年我国中厚宽带钢产量7364万t，热轧薄宽带钢2035万t，热轧窄带钢3607万t。 2热连轧板带车间及轧机布置 近20年来，我国热连轧技术有了长足的进步，其布置形式总的看有以下5种： (1)传统热带钢连轧机组，通常由24架粗轧机，7架精轧机，2台地下卷取机组成。生产线长度400500m,产量350550万t/a, 通常铸坯厚度为200250 mm。其特点是产量高，自动化程度高，轧制速度高 (20m/s以上)，产品性能好。如武钢2250mm轧机； (2)紧凑型的热连轧机组，通常由1架粗轧机，1台中间热卷箱, 56架精轧机，12台地下卷取机组成。生产线长度约300m，产量200300万t/a，通常铸坯厚度为200mm左右。其特点是投资比较少，生产比较灵活，由于使用热卷箱温度条件较好，可以不用升速轧制(轧制速度14m/s左右)。如莱钢1500mm轧机； (3)新型炉卷轧机机组，通常由1台粗轧机，1台炉卷轧机，12台地下卷取机组成，产量约100万t/a。其特点是有的生产线可以生产中板也可以生产热轧板卷，主要用于不锈钢生产，投资较小，生产灵活，适合多品种。如昆明钢铁1725 mm炉卷轧机； (4)（中）薄板坯连铸连轧，通常由薄板坯铸机、加热炉和轧机组成，刚性连接，铸坯厚50 90 mm或100150mm（中薄板坯），产量120200万t/a，轧机的布置形式有粗轧加精轧为2+5-6布置，1+6布置，也有7架精轧机组成的生产线。其特点是生产周期短、产品强度高、温度与性能均匀性好，但是表面质量、洁净度控制方面比传统厚板坯的难度大。如包钢1750mm机组(CSP)。 (5)薄带直接连铸并轧制的技术，是将钢水在2个辊中铸成56mm的带钢，经过1架或2架轧机进行小变形的轧制和平整，生产出热带钢卷。此技术正在开发中。 热连轧板带车间轧机布置形式，主要取决于粗轧机的布置形式。因现代热连轧板带轧机的精轧机组大都是由68架组成，呈全连续布置。我国热连轧带钢精轧机的几种布置如图1所示：a带有CB (coil-box)的6机架机组；b7机架机组；c增设F0的机组；d带有SH和FIE的7机架机组。而粗轧机组的组成与布置却不相同，这正是热连轧带钢轧机的主要特征。 粗轧机组布置形式有全连续式、半连续式、3/4连续式和其他形式。其实板坯在粗轧机组上并没有形成连轧，因为粗轧阶段轧件较短，厚度较大，温降较慢，难以实现连轧，实际也不必进行连轧。因此，各机架之间的距离是根据轧件走出前一架以后再进入下一机架的原则来确定的。为缩短轧机间距离，最后两架也可采用连续式布置。 2.1全连续式布置 梅钢1422全连续式热轧带钢轧机（1994年建成）是从日本引进的二手设备，是我国唯一一套全连续式热轧带轧机。粗轧机组由一架一般立辊轧机(VSB)和5架R1、R2、R4、R5、R6粗轧机呈全连续式布置，精轧机组为7架精轧机F0、F1-F6，3台地下卷取机。 虽然，全连续式粗轧机产量高，但由于其占地面积大、设备多、投资大、对板坯厚度范围的适应性差、粗轧机利用率低等原因，近年来粗轧机已不采用全连续式。 2.2半连续式布置 我国呈半连续式布置的轧机居多，如宝钢1580、攀钢1450、鞍钢1780、沙钢1700等。宝钢1580轧机（1996年建成）是从日本引进的设备，由2架粗轧机R1、R2和7架精轧机F1-F7组成，采用了二辊水平除鳞机（HSB）、板坯定宽压力机（SP）、2台卷取机。 由于占地面积小、设备少、对板坯厚度范围的适应性好，且既可生产板卷又可生产中、厚板等原因，近年来半连续式粗轧机发展很快。不足之处是产量低、精轧机利用率低等。 2.3 3/4连续式布置 我国武钢1700、本钢1700、宝钢2050等轧机呈3/4连续式布置。武钢1700mm轧机（1978年建成）是从日本引进的设备，粗轧机组由一架一般立辊轧机(VSB)和4架R1-R4粗轧机呈3/4连续式布置，精轧机组为7架精轧机F1-F7，3台卷取机。 由于占地面积小、设备少、对板坯厚度范围的适应性好，生产能力也不低等原因，3/4连续式粗轧机也有较快发展。 3 热带钢连轧机技术进步 3.1立辊轧机和调宽压力机 随着初轧板坯被连铸板坯取代，为减少铸机板坯宽度的调整范围，提高连铸机的生产能力，改善带坯宽度质量等，发展了立辊轧机和定宽压力机。 立辊轧机有两大类：普通立辊轧机和带有自动宽度控制（AWC）功能的重型立辊轧机。立辊轧机进行的侧压过程总是与水平轧机组合完成。 调宽压力机，通过压缩工具在与板坯平面平行的平面上往复运动，对板坯进行全长的宽度侧压。调宽压力机有两个基本类型，即长锤头调宽压力机和短锤头调宽压力机。 3.2精轧机 精轧机的结构决定产品几何精度。如厚度精度取决于压下系统和自动厚度控制（AGC）系统；宽度精度虽然取决于粗轧机，但最终还要通过精轧机前立辊（具有AWC功能）和精轧机间活套来保持；板型质量取决于精轧机的板型控制手段，如改变轧辊凸度、弯辊等。100多年前出现的四辊轧机，至今依然是精轧机的主力机型。20世纪4080年代，由美国、日本、德国、英国、瑞士、前苏联、法国等国家发明了弯辊系统、轧辊横移和交叉系统、特殊辊型轧辊等。因此在四辊轧机的基础上出现了许多新型轧机，如CVC轧机、PC轧机、HC轧机等。 目前世界上应用最多，我国主要引进的专有技术为德国西马克的CVC轧机、日本三菱的PC轧机。两种轧机均有弯辊系统、AGC系统配合调板型和板厚。 3.2.1精轧机的弯辊装置 弯辊可随时调整轧辊挠度。弯辊方式很多，可分为工作辊弯辊系统和支承辊弯辊系统；垂直面（VP）弯辊系统和水平面(HP)弯辊系统；单轴承座弯辊系统、多轴承座弯辊系统和无轴承座弯辊系统；垂直面（VP）弯辊系统又分为正弯辊系统（弯辊力使辊缝增大）和负弯辊系统（弯辊力使辊缝减小）；水平面(HP)弯辊系统又分为单向式弯辊系统（弯辊力作用在与轧制方向平行的一个方向）和双向式弯辊系统（弯辊力作用在两个相反方向）。如图2、图3、图4所示。 3.2.2轧辊横移轧机 轧辊横移的目的主要是扩大带钢凸度的控制范围、减少带钢横断面上的边部减薄和重新分布带钢边缘附近的轧辊磨损。轧辊横移方式可分为三类： 轴向移动圆柱形轧辊如图5所示，可分为：a、双向支承辊横移；b、双向中间辊横移；c、双向工作辊横移；d、同向工作辊横移。常用的是双向工作辊横移和双向中间辊横移； 轴向移动非圆柱形轧辊如图6所示，可分为：a、双向支承辊横移；b、双向中间辊横移；c、双向工作辊横移；d、同向工作辊横移。常用的是双向工作辊横移； 轴向移动带套的轧辊如图7所示，可分为：a、支承辊芯轴横移；b支承辊套筒横移；c、支承辊内套筒横移； d、锥形支承辊套筒横移。 HC轧机是轴向移动圆柱形轧辊的轧机，CVC轧机是轴向移动非圆柱形轧辊的轧机。 3.2.3轧辊交叉轧机 轧辊交叉如图8所示，目的是改变辊缝形状，使得距轧辊中心越远的地方辊缝越大。已知的轧辊交叉系统有三种：a、只有支承辊交叉的支承辊交叉系统；b、只有工作辊交叉的工作辊交叉系统；c、每组（轧件同侧）工作辊与支承辊的轴线平行，而上下辊系交叉的对辊交叉系统。然而，由于轧辊磨损、工作辊与支承辊之间相对滑动造成的能损，比较而言，“对辊交叉”布置效率最高，并且只有对辊交叉系统实用，实际应用的PC轧机就是采用“对辊交叉”布置的。 3.2.4特殊辊型轧辊 一般轧辊的外表面或者是平的或者是一个轻微的抛物线形凸度。特殊辊型分以下几种： 不可调的阶梯型轧辊。四辊轧机阶梯型支承辊工作原理是：若相邻轧辊辊身全长接触，有害接触区将额外弯辊力从支承辊传到工作辊上，造成带钢凸度增大。若采用阶梯型轧辊，可消除有害接触区。但当带钢宽度接近通常一般支承辊辊身长度时，此法效果不明显。BCM轧机就是安装有阶梯型轧辊的四辊轧机； 可调的阶梯型轧辊。辊身长度可变支承辊的工作原理是：轧辊每一端至少有一对外环可收缩或扩张，外环的运动是依靠向油腔内注入高压油，推动内环水平运动所至； 锥形辊。锥形支承辊较阶梯型支承辊的优点是应力集中少、配对工作辊磨损减少，锥形工作辊可降低带钢凸度和边部减薄； 柔性辊身可调凸度轧辊。工作原理是利用置于轧辊内的液压或机械装置，对轧辊外壳产生径向压力，来改变轧辊外形凸度； 柔性边部不可调凸度轧辊。工作原理是带有内锥形的辊套热装在带有外锥形的辊轴上，故轧辊两端形成环形的空腔。自补偿(SC)支承辊就是据此原理研制的。 柔性边部可调凸度轧辊。它是在轧辊的端部有一个可调的刚度，用某些方法得到可调的刚度。 3.2.5 HC轧机 HC轧机（High Crown Control Mill）是由日本日立公司研发的，在1972年发明了六辊HC轧机。我国于1985年也建成了第一台六辊HC轧机。HC轧机是将轧辊横移和弯辊相结合，在自由程序轧制中改善板凸度和平直度的控制。 适于热轧的HC轧机有以下几种类型： HCW轧机, 如图9所示。特点是具有工作辊双向横移和正弯辊系统的四辊轧机，适用范围是轧制低碳钢、工作辊直径与带宽比小于0.30； HCMW轧机，如图10所示。特点是具有中间辊双向横移和工作辊双向横移、正弯辊系统的六辊轧机，适用范围是轧制低碳钢和合金钢、工作辊直径与带宽比小于0.25,兼备了HCW轧机和HCM轧机的主要特点,其中适于冷轧的HCM轧机是一种六辊HC轧机，具有中间辊双向横移和工作辊正弯辊系统; UCMW轧机，如图11所示。特点是除具有HCMW轧机的特点外，还具有中间辊弯辊系统，适用范围是轧制低碳钢、合金钢和超薄钢、工作辊直径与带宽比小于0.20,UC轧机（Universal Crown Control Mill）基本上是一台HC轧机,主要增加了中间辊弯辊装置。 3.2.6CVC轧机和WRS轧机 CVC（Continuously Variable Crown）轧机是由德国施罗曼西马克公司(SMS)于1982年创建的，是一种连续可变凸度轧机。具有轧辊备辊少，轧辊凸度无极调节、调节范围较大，板型控制能力强的特点，适用于热连轧机的上游机架。WRS（Work roll shifting）轧机与四辊CVC轧机基本相同，但不直接改变辊缝的凸度，适用于热连轧机的下游机架。 CVC轧机分四辊和六辊两种机型如图12所示，热连轧机精轧机组普遍采用的是四辊轧机。四辊轧机分传动工作辊和传动支承辊两种，通常工作辊为S形曲线。六辊轧机分传动中间辊和传动支承辊两种，工作辊或中间辊均可为S形曲线，当S形曲线在工作辊上时，可采用传动中间辊或传动支承辊。当S形曲线在中间辊上时，一般采用传动支承辊。a、传动工作辊的四辊轧机；b、传动支承辊的四辊轧机；c、工作辊为S形曲线辊时，传动中间辊的六辊轧机；d、工作辊为S形曲线辊时，传动支承辊的六辊轧机；e、中间辊为S形曲线辊时，传动支承辊的六辊轧机。 WRS轧机与四辊CVC轧机基本相同，上下工作辊也可以沿轴向按相反的方向移动，移动量较大（一般150250mm）。不同的是： 工作辊辊身长度等于支承辊辊身长度与轴向移动总行程之和，轴向移动时工作辊与支承辊接触长度不变， 如图13所示； 工作辊采用平辊或传统凸辊； 工作辊轴向移动的目的不是直接改变辊缝的凸度，而是使轧辊热凸度、磨损分散和平缓。 宝钢2050轧机精轧机组采用7架CVC轧机，武钢2250轧机精轧机组采用4架CVC轧机+3架WRS轧机。 3.2.7 PC轧机 1932年美国就把轧辊成对水平交叉技术用于轧辊截面的控制上，但当时没有解决轧辊交叉产生轴向力的问题。日本新日铁和三菱重工业公司联合开发了PC轧机。 PC（Paired Crossed Roll Mill）轧机是一种对辊交叉的四辊轧机。它具有很强的轧辊正凸度调节能力，板型控制能力强，使用平辊、磨辊简单，但不能形成负凸度，设备结构复杂，轴向力较大等特点，适用于热连轧机的上游机架。采用在线磨辊装置，解决工作辊磨损问题，也可用于热连轧机的下游机架。此外，对辊交叉与工作辊横移相结合的轧机PCS轧机可以用于下游机架，因为对辊交叉保证凸度控制，工作辊横移使轧辊辊面磨损均匀。 PC轧机与一般四辊轧机的不同是将平行布置的轧辊改变成交叉布置，只要改变交叉角，就能改变轧辊凸度。在轧制过程中，当离开中心的距离越大时，辊缝也增大，与工作辊凸度变化等效控制板带凸度，如图14所示，Sc轧辊中部辊缝，Se轧辊边部的辊缝。最大交叉角为1.5。当交叉角为1时，轧辊凸度可达1000m。 鞍钢1780轧机精轧机组采用1架四辊轧机+3架PC轧机+3架WRB(工作辊弯辊)轧机。 3.3热卷箱 1978年第一台热卷箱在澳大利亚西港钢厂(Westernport)诞生。我国首钢2250、太钢2250 、宝钢一钢公司1780、八钢1750、天铁1750、承德1780、攀钢1450、莱钢1500、唐山不锈钢1580、鞍钢1700 (ASP)、国丰1450热连轧机均应用了热卷箱。 随着热连轧和连铸连轧技术的不断发展, 特别是无头和半无头轧制技术的应用,热卷箱在现代热连轧机和连铸连轧机中起到越来越重要的作用。 热卷箱对中间坯主要起均温、保温和缓冲的作用，可使带钢头尾温差大大下降（温降速度由1.7/s下降到0.06/s）；缩短粗轧机与精轧机之间的距离（约130m），减少了保温罩或加热炉和厂房长度、降低了投资；精轧机不用升速轧制,可降低精轧机电机功率约30%,电力消耗降低约10%；使无头或半无头轧制得以实现；提高成材率,当精轧机和卷取机出现较小故障时不至于报废中间坯（热卷箱可实现10min的中间坯缓冲）。