降低厚板坯料厚度的生產(chǎn)實(shí)踐

隨著中國造船行業(yè)的發(fā)展，我國近幾個厚板制造板已經(jīng)建成并重建。國外也有多家鋼鐵企業(yè)正在籌建新的寬厚板生產(chǎn)線或?qū)ΜF(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行改造。鞍鋼5500mm寬厚板軋機(jī)工程是鞍鋼股份有限公司在營口市鲅魚圈區(qū)建設(shè)的項(xiàng)目,采用雙機(jī)架四輥式可逆軋機(jī),粗軋機(jī)后設(shè)置立輥軋機(jī),該項(xiàng)目分期建設(shè),一期采用單機(jī)架5000mm精軋機(jī),設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為180萬t,在粗軋機(jī)等預(yù)留設(shè)施建成后最終設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為230萬t。投產(chǎn)后,可滿足國內(nèi)市場對大口徑輸油氣管線、高強(qiáng)度船板、高強(qiáng)度建筑結(jié)構(gòu)板、壓力容器板等的需求。本文對其主要裝備及采用的先進(jìn)技術(shù)加以概述。1原料和產(chǎn)品1.1增加鋼錠及坯料一期工程年產(chǎn)180萬t成品鋼板,需用坯料約167.22萬t。定尺連鑄坯通過輸送輥道從厚板連鑄機(jī)送入寬厚板軋機(jī)坯料接收跨,經(jīng)板坯秤稱重合格后,裝入步進(jìn)式加熱爐。二期工程建成投產(chǎn)后將增加大鋼錠,同時配備加熱鋼錠的車底式爐。鞍鋼5500mm厚板部一期坯料主要規(guī)格:厚度分200、250、300mm三種,寬度:1500~2300mm,長度:3000~5200mm,最大單重為28.2t。二期增加鋼錠分為30t和60t兩種。30t鋼錠分為1800mm×850mm×2900mm和1750mm×795mm×2900mm兩種規(guī)格;60t鋼錠分為2700mm×1000mm×3300mm和2630mm×900mm×3300mm兩種規(guī)格。1.2產(chǎn)品1.2.1產(chǎn)品類別產(chǎn)品包括管線鋼板、造船鋼板、結(jié)構(gòu)鋼板、鍋爐容器鋼板、耐大氣腐蝕鋼板以及模具鋼板等。1.2.2鋼板鋼板制備產(chǎn)品最大寬度達(dá)5300mm,一期產(chǎn)品的最大厚度為150mm,二期產(chǎn)品的最大厚度為400mm,最大長度為25000mm,寬度大于3200mm、長度大于13000mm的鋼板也可以大批量供應(yīng)。產(chǎn)品按常規(guī)軋制、控軋控冷(TMCP)、熱處理狀態(tài)交貨,比例為:普通軋制產(chǎn)品約52%,控軋控冷約40%,熱處理約8%。計(jì)算機(jī)自動組板、全自動切割,鋼板厚度可按厚度0.1mm進(jìn)級(船板厚度大于20mm時亦可),長度、寬度可按1mm進(jìn)級,大大提高了用戶的材料利用率。1.2.3開發(fā)和研究非織造材料本套軋機(jī)有軋制LP鋼板的能力,在投產(chǎn)后也將對其進(jìn)行開發(fā)和研究。LP鋼板即縱向可變厚度鋼板,其厚度差小于最小厚度,最小厚度為10mm時,最大寬度可達(dá)3500mm。2采用的技術(shù)和設(shè)備2.1鋼板和軋軋機(jī)工藝設(shè)計(jì)5500mm寬厚板生產(chǎn)線對控軋控冷工藝的實(shí)際應(yīng)用主要包括:(1)軋制坯料加熱制度的選擇鞍鋼5500mm寬厚板軋機(jī)一期工程配備了兩座步進(jìn)式加熱爐,通過對爐型結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和發(fā)展,滿足了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動化的工藝要求。根據(jù)不同品種的性能要求,將加熱制度分成四類,每類加熱制度設(shè)計(jì)不同溫度段的加熱溫度、出爐溫度及在爐時間,將相關(guān)參數(shù)輸入到燒鋼模型中。(2)控制軋制工藝的選擇鞍鋼5500mm寬厚板軋機(jī)中粗軋機(jī)的最大軋制力為10.5×104kN,精軋機(jī)的最大軋制力為10×104kN,為合理分配軋制道次提供了前提條件。因此5500mm寬厚板軋機(jī)在分配軋制道次時,比其它產(chǎn)線具有明顯的優(yōu)勢。同時針對設(shè)備特點(diǎn),該寬厚板生產(chǎn)線還制定了相應(yīng)的軋制工藝,調(diào)整了開軋溫度、二次開軋溫度、終軋溫度、中間坯冷卻厚度等參數(shù),提高了鋼板性能的過程控制能力,截止到目前已具備95個鋼牌號、178個鋼質(zhì)代碼的批量生產(chǎn)能力。(3)控制冷卻工藝的選擇5500mm寬厚板軋機(jī)對常規(guī)控冷產(chǎn)品采用層流冷卻方式,對高冷卻速率的控冷產(chǎn)品采用噴水冷卻和層流冷卻組合的方式,在該裝置上可實(shí)現(xiàn)直接淬火(DQ)工藝,全套裝置具有冷卻速率高及冷卻速率調(diào)節(jié)范圍廣等特點(diǎn),通過優(yōu)化不同品種的開冷溫度、終冷溫度、冷卻速率等參數(shù),提高控冷鋼板的力學(xué)性能。2.2厚板軋軋系統(tǒng)厚板產(chǎn)品批量小,所用板坯規(guī)格多,熱裝計(jì)劃的實(shí)施難度比熱軋帶鋼廠大。鲅魚圈鋼鐵分公司針對5500mm寬厚板軋機(jī)同期建設(shè)了一條連鑄坯生產(chǎn)線,投產(chǎn)后將有約30%的連鑄板坯可以直接從連鑄跨輥道輸送到厚板部加熱爐跨,還有20%的坯料通過合理安排軋制計(jì)劃,也可在400~700℃時裝爐。由于熱坯入爐后質(zhì)量好、溫度均勻,比冷坯所需加熱時間短,因此可使連鑄坯的表面燒損降低,而且熱坯入爐還能促使生產(chǎn)節(jié)節(jié)奏加快,成材率提高。2.3強(qiáng)化加熱步進(jìn)梁式連續(xù)加熱爐是一種靠步進(jìn)機(jī)構(gòu)使鋼坯在爐內(nèi)移動的機(jī)械化加熱爐。爐子有效尺寸為11.6m×55m,中心距為27m。根據(jù)厚板產(chǎn)品的特點(diǎn),要求加熱爐爐溫調(diào)整靈活性高、板坯溫度控制精度高且溫度要均勻。在爐子穩(wěn)定工作的前提下,爐內(nèi)各點(diǎn)的溫度可以視為不隨時間變化,屬于穩(wěn)定態(tài)溫度場,近似地當(dāng)作穩(wěn)定態(tài)傳熱,金屬內(nèi)部熱傳導(dǎo)則屬于不穩(wěn)定態(tài)導(dǎo)熱。鞍鋼5500mm寬厚板軋機(jī)的產(chǎn)量大,所以必須提高單位爐底面積的產(chǎn)量(爐底強(qiáng)度),強(qiáng)化加熱。但是提高加熱段的溫度受到板坯加熱質(zhì)量的限制,過多的集中供熱是不允許的,因此,為了提高爐子的生產(chǎn)率并保證加熱質(zhì)量,此加熱爐采取10段溫度控制方式。2.4u3000熱軋軋5500mm寬厚板軋機(jī)采用雙機(jī)架(粗軋機(jī)5500mm+精軋機(jī)5000mm)的布置方式,均為四輥可逆軋機(jī),精軋機(jī)后設(shè)置了立輥軋機(jī),軋機(jī)帶有彎輥和CVCplus的板形控制技術(shù),配合立輥可以更好的控制鋼板板形,實(shí)現(xiàn)矩形化軋制。軋機(jī)具有大軋制力以及高精度的AGC控制,在每個機(jī)架后面設(shè)置測厚儀。軋機(jī)主要參數(shù)如下:粗軋機(jī)最大軋制力:105000kN;粗軋機(jī)、精軋機(jī)主電機(jī)功率:2×10000kW;粗軋機(jī)工作輥尺寸:Φ1240mm/Φ1140mm×5500mm;粗軋機(jī)最大開口度:1100mm;精軋機(jī)最大軋制力:100000kN;精軋機(jī)工作輥尺寸:(Φ1110mm~Φ1210mm)×5300mm;精軋機(jī)最大開口度:550mm。為了提高尺寸精度,滿足用戶要求,提高產(chǎn)品成材率,鞍鋼5500mm寬厚板軋機(jī)采用了最新高精度軋制技術(shù),如:厚度控制技術(shù)、平面形狀控制技術(shù)、板形控制技術(shù)等。2.4.1設(shè)置模型及厚度控制精度道次計(jì)劃設(shè)定和模型計(jì)算精度及模型的自學(xué)習(xí)功能,決定了鋼板頭部厚度精度,而AGC控制精度決定鋼板本體的厚度精度。鞍鋼寬厚板軋機(jī)采用高精度多點(diǎn)式設(shè)定模型,道次壓下量及速度制度由過程計(jì)算機(jī)計(jì)劃設(shè)定模型進(jìn)行自動計(jì)算及設(shè)定,提高了厚度控制精度。設(shè)定模型包括:鋼板溫度預(yù)測模型、軋制壓力預(yù)測模型(含變形抗力預(yù)測模型)、軋機(jī)輥縫設(shè)定模型(即彈跳方程式)。以高響應(yīng)液壓AGC取代電動AGC,采用絕對AGC技術(shù),厚度控制精度得到顯著提高。絕對AGC是根據(jù)道次計(jì)劃設(shè)定模型預(yù)測的軋制壓力為目標(biāo)值,根據(jù)實(shí)測軋制壓力與目標(biāo)值的偏差,對輥縫進(jìn)行動態(tài)調(diào)整,使鋼板全長達(dá)到所期待的目標(biāo)厚度。反饋AGC將近置式測厚儀設(shè)置在軋機(jī)的出口處,在正向道次軋制時,可根據(jù)實(shí)測厚度值與預(yù)測厚度值的偏差,調(diào)節(jié)壓下輥縫,使厚度偏差為零。前饋AGC在進(jìn)行逆向道次軋制時,可根據(jù)入口厚度波動值預(yù)測軋制壓力波動值,然后通過調(diào)節(jié)壓下輥縫值,使全長鋼板厚度均勻。采用高精度厚度控制技術(shù)后,由于厚度波動范圍縮小,使厚度超差比例下降,同時可采用更高效的負(fù)公差軋制,成材率可提高0.5%~1.0%。2.4.2鋼板形狀多樣化板坯在成形軋制、展寬軋制及精軋軋制過程中,由于端部重復(fù)發(fā)生不均勻變形,因此軋后鋼板的平面形狀無法保持矩形形狀。由于展寬比(鋼板寬度/板坯寬度)及延伸比(鋼板長度/板坯長度)的不同,導(dǎo)致最終鋼板的形狀呈現(xiàn)出多樣化。軋后鋼板在切成成品子板時,母板頭尾及兩邊的非規(guī)則區(qū)域需切除,這部分切損對成材率的影響程度達(dá)6%以上。為了提高成材率,國外寬厚板廠開發(fā)了多種鋼板平面形狀控制方法,鞍鋼5500mm寬厚板軋機(jī)采用最典型的立輥側(cè)壓法及MAS軋制法。(1)展寬、精軋道次使用液壓壓下(AWC,短行程)、電動壓下分工使用,立輥垂直升降。立輥在成形道次使用可以改善邊部形狀,在展寬、精軋道次使用可以使邊部矩形化。在板坯完成成形軋制,旋轉(zhuǎn)90°。進(jìn)入展寬軋制之前,先經(jīng)立輥側(cè)壓,起到改善鋼板頭尾形狀的目的;板坯在完成展寬軋制,再旋轉(zhuǎn)90°。進(jìn)入精軋軋制之前,先經(jīng)立輥側(cè)壓,以改善鋼板的寬度形狀;在精軋前段道次中,還將采用寬度自動控制(AWC),以提高寬度精度。(2)成形mas軋軋法MAS軋制法是通過絕對AGC,在成形軋制及展寬軋制的最后一個道次,改變板坯頭尾端的壓下量,在以后道次軋制過程中,由于兩端頭的壓下量與正常部位不一樣,使端部延伸與正常部位不一致,從而達(dá)到改善鋼板平面形狀的目的。成形MAS軋制法是通過改善鋼板的頭尾兩端寬度不足或?qū)挾冗^大,來改善板形的。展寬MAS軋制法的目的是改善鋼板頭尾形狀,減少頭尾切損。(3)設(shè)置立輥軋側(cè)壓采用MAS軋制法,鋼板平面形狀得到了很大改善,但離矩形化要求仍有差距。因此在粗軋機(jī)后設(shè)置一臺立輥軋機(jī),采用立輥進(jìn)行側(cè)壓,防止鋼板兩側(cè)雙層疊邊;鋼板的展寬軋后的寬度形狀、頭尾形狀,可通過成形MAS軋制及展寬側(cè)壓進(jìn)行最佳化組合;在精軋階段,還采用前饋AWC控制功能,提高寬度的控制精度。2.4.3高次cvc曲線國外厚板軋機(jī)板形控制普遍采用工作輥彎輥及高剛性軋機(jī),少量軋機(jī)采用CVC板形控制技術(shù)。本套軋機(jī)采用CVCplus和工作輥彎輥板形控制技術(shù)。工作輥竄輥行程:±150mm;彎輥力最大可達(dá)4000kN/側(cè)。工作輥竄動在道次間歇時間內(nèi)完成,采用高次CVC曲線,凸度調(diào)節(jié)能力滿足生產(chǎn)的要求。由于CVC軋機(jī)具有較大的板凸度調(diào)節(jié)能力,在精軋最后數(shù)道次可實(shí)施大壓下軋制,對部分品種及規(guī)格的鋼板,與常規(guī)軋制相比,可減少2個以上軋制道次。在未來生產(chǎn)中,將嘗試使用CVC軋機(jī)軋制生產(chǎn)5mm厚的鋼板。由于CVC軋機(jī)具有較大的板凸度調(diào)節(jié)能力,可降低目標(biāo)凸度值。采用低平凸度控制方式,有利于提高成材率及提高厚度均勻性。2.5矯直機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)鞍鋼寬厚板軋機(jī)采用的熱/冷矯直機(jī)具有快速響應(yīng)位置控制液壓系統(tǒng),用于快速無載調(diào)整和有載狀態(tài)下輥縫的重新設(shè)定。液壓調(diào)整系統(tǒng)位置控制回路附加在矯直輥輥縫控制中,在鋼板整個矯直過程進(jìn)行輥縫控制,使輥縫達(dá)到一個恒定值,以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。熱矯直機(jī)最大矯直力為44000kN,矯直最高溫度為950℃,能滿足超低溫控冷鋼板的熱矯直要求。矯直機(jī)具有自動控制系統(tǒng),結(jié)合快速響應(yīng)的計(jì)算機(jī),有效的模型計(jì)算功能,來確定不同鋼板所需要的矯直工藝。矯直輥設(shè)計(jì)成空心輥,采用內(nèi)部水冷。上輥系具有整體前后傾動,左右傾動,預(yù)設(shè)定正、負(fù)彎輥的功能,以盡可能改善平直度;出入口輥道可單獨(dú)調(diào)整,保證矯直后鋼板平直地離開熱矯直機(jī)。冷矯直機(jī)采用可逆變輥數(shù)可以實(shí)現(xiàn)9輥?zhàn)?輥矯直,最大矯直力為35000kN,增大了矯直的強(qiáng)度和能力。對于薄規(guī)格產(chǎn)品采用小輥距9輥矯直,對較厚規(guī)格產(chǎn)品采用大輥距5輥矯直,采用小變形量最大矯直厚度可達(dá)50mm,能滿足部分熱處理后鋼板冷矯直的需求。上下輥系單獨(dú)進(jìn)行彎輥輥縫補(bǔ)償,可顯著改善鋼板頭尾的平直度。矯直輥均帶有單獨(dú)的調(diào)整裝置,根據(jù)矯直鋼板彎曲半徑給矯直輥以精確的轉(zhuǎn)速控制。避免矯直輥附加力矩的產(chǎn)生,防止鋼板表面損傷,減少矯直輥磨損,生產(chǎn)安全性顯著提高。2.6鋼板探傷設(shè)備本套軋機(jī)采用德國NDT公司提供的超聲波自動探傷(UST)裝置。該裝置采用多通道寬束脈沖反射式探頭,探傷頻率5MHz,可對厚度小于50mm的鋼板進(jìn)行全板面(100%)自動連續(xù)探傷。檢測數(shù)據(jù)的采集,缺陷數(shù)據(jù)的處理和評估主要是少量人工干預(yù)的自動化操作。缺陷的大小及與之相對應(yīng)的缺陷之間的直線距離將以列表的形式顯示在操作人員監(jiān)視器上,檢測結(jié)果將以C-Scans形式顯示。探傷設(shè)備的主要參數(shù)如下:探傷鋼板的最高溫度:110℃;探頭數(shù)量:板身控頭96個,邊部探頭4個;靈敏度:3mmFBH。2.7鋼板剪切過程本套軋機(jī)剪切線采用SMS-Demag公司開發(fā)的滾切式剪切機(jī)。同時配有將鋼板縱向分切的剖分剪。剪邊機(jī)主要參數(shù)如下:剪切次數(shù):16~30次/min;剪切最高溫度:150℃;最大剪切力:6500kN;剪刃硬度:52+2HRC。整條剪切線采用自動化剪切技術(shù),板形輪廓儀(PSG)檢測到的數(shù)據(jù)以坐標(biāo)的形式傳給各剪切機(jī),上位機(jī)下達(dá)剪切指令,優(yōu)化鋼板的剪切過程。根據(jù)PSG的測量結(jié)果和每一個剪切設(shè)備的剪切結(jié)果,計(jì)算鋼板當(dāng)時的板形數(shù)據(jù),作為鋼板平面形狀跟蹤,為剪切位置計(jì)算功能服務(wù)。2.8爐內(nèi)鋼板冷卻鞍鋼5500mm寬厚板軋機(jī)一期設(shè)置一條熱處理線,熱處理爐為輥底式,采用幅射管無氧化加熱,爐內(nèi)用氮?dú)獗Ｗo(hù)。該爐可用于鋼板正火、淬火、回火。爐內(nèi)鋼板加熱可采用連續(xù)式、擺動式及兩者組合式,以滿足不同工藝的要求。為了盡量避免爐外空氣滲入,熱處理爐前后配有隔離室,每個隔離室有爐門和兩個幕簾與爐區(qū)隔開,確保爐門打開時爐內(nèi)氣氛和熱量損失減至最小。脈沖控制燒嘴開關(guān),可提高熱效率和鋼板溫度均勻性。熱處理線配置過程控制系統(tǒng)。數(shù)學(xué)模型計(jì)算爐內(nèi)每塊鋼板的溫度,該計(jì)算以鋼板在爐內(nèi)各跟蹤位置處的實(shí)際爐溫為基礎(chǔ),通過比較實(shí)際計(jì)算的鋼板溫度和預(yù)設(shè)定的加熱曲線,優(yōu)化爐內(nèi)各點(diǎn)的溫度設(shè)定,這些設(shè)定值周期性地傳送給PLC,用于動態(tài)控制。淬火機(jī)為輥壓式;淬火機(jī)長度26200mm;淬火機(jī)壓力高壓段為8kPa,低壓段為4kPa。淬火后鋼板溫度均勻,裝置長度方向按水壓的不同分為高壓區(qū)和低壓區(qū)。為了保證鋼板寬度方向上冷卻均勻,分900mm、3000mm、900mm三個區(qū)域