湘钢5000mm宽厚板轧钢工艺设计特点_金贵才.pdf

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1、工艺布局 湘钢 5 000 mm 宽厚板轧钢工艺设计特点 金贵才刘理吴胜韩飞袁仁平 ( 湖南华菱湘潭钢铁有限公司) 摘要介绍了湘钢 5 000 mm 宽厚板轧钢项目的工艺技术特点及设备装备情况， 论述了轧钢工艺设计 在湘钢 5 000 mm 宽厚板厂的应用。通过轧钢工艺设计和设备选型， 能够实现扩大板材产品品种及规格范围， 满足客户更多的需求。 关键词宽厚板轧机工艺布局MULPIC预矫直机 Rolling Process Design Characteristic of 5 000 mm Heavy Plate Mill in Xianggang Jin Guicai， Liu Li， Wu

2、Sheng， Han Fei and Yuan Renping ( Xiangtan Iron and Steel Co Ltd) AbstractThe paper describes the process and technical characteristic，equipment situation of 5 000 mm heavy plate mill project at Xianggang， discusses the application of special rolling process design Various demands of custom- ers on

3、larger plate product varieties and specification ranges are satisfied by the special rolling process design and e- quipment selection KeywordsHeavy plate mill，Process design， MULPIC，Pre leveller 0前言 湘钢目前拥有 2 条3 800 mm 宽厚板生产线， 随着5 000 mm 宽厚板厂的建成投产， 将拥有年产 500 万 t 板材生产能力， 成为宽厚板生产领域重要 力量。同时， 湘钢对于宽厚板轧钢工程

4、的工艺设 计、 产品规划、 设备装备以及自动化控制等方面都 拥有了自己的经验和独特见解。 湘钢 5 000 mm 宽厚板厂由炼钢区域和轧钢 区域组成， 设计钢板年产量为 200 万 t。轧钢车间 采用 5 000 mm 粗轧机与5 000 mm 精轧机双机架 布置型式。轧钢区域有板坯库、 加热炉、 主轧线、 剪切线、 精整线、 热处理线、 特厚板区、 成品库、 配 送中心以及待建的涂漆线等。该套轧机能够生产 的产品品种主要为: 结构钢板、 造船钢板、 管线钢 板、 锅炉容器钢板、 耐大气腐蚀钢板、 模具钢板、 军 工钢板等; 能够生产的特殊产品有: 高级别的大尺 寸管线用钢、 厚度达 350

5、mm 的超厚板、 高级别的 超厚船板和海洋平台用钢、 锥形板和各种复合中 厚板。该项目的建设能够极大地拓宽湘钢宽厚板 产品结构和提高板材生产能力。本项目具有代表 性的轧钢设计有: 多种型式的加热炉; 采用变频控 制的高压水除鳞系统; 采用双机架布置的强力 5 000 mm 可逆式四辊轧机; 重型立辊轧机; 预矫 直机; MULPIC 多功能分段式加速冷却系统; 能够 实现超厚板和锥形板轧制的工艺设备配置; 能够 实现在线淬火( DQ) 功能; 应用了在线质量监控系 统; 实现全线 MES 系统管理等 1 7 。 1轧钢工艺设备 1 1板坯库和加热炉 湘钢在 5 000 mm 宽厚板厂成功实现了

6、炼钢 和轧钢一体化管理。轧钢所用的板坯通过辊道直 接从炼钢连铸车间输送到板坯库， 实现了紧凑式 短流程布置; 轧制特厚板所需的钢锭由湘重公司 提供。在板坯库预留了保温坑和火焰扒皮机， 实 现连铸坯热装热送技术和有效清理板坯裂纹。 湘钢 5 000 mm 宽厚板轧机工程设有 2 座步 62 第 17 卷第 6 期 2011 年 12 月 宽厚板 WIDE AND HEAVY PLATE Vol 17， No 6 December2011 进式加热炉、 二期预留的 1 座推钢式加热炉以及 4 座均热炉， 步进式加热炉采用双排料装炉， 均热 炉主要用于加热大钢锭和短尺料及二次成材板 坯。该布局既能够

7、满足大规模生产， 又能满足客 户对于多品种小规格产品的需求; 同时还能加热 钢锭， 复合焊接板坯。 1 2高压水除鳞系统 高压水除鳞设备是宽厚板生产线上的一个重 要 设备。 本项目高压水除鳞系统共4 台泵( 3 台工作， 1台备用) ， 每台除鳞泵参数额定压力 25 MPa， 流量为 300 m3/h。采用变频调速带蓄能 器的系统， 供初除鳞箱、 粗轧机前、 后和精轧机前、 后 3 点用水。本系统能够满足 3 点同时除鳞， 工 作点压力在22 MPa 以上， 除鳞效果强大。初除鳞 箱喷嘴两排布置， 能够将低温坯料和高合金含量 坯料由于加热产生的一次氧化铁皮清除干净， 而 且除鳞箱高度可调， 可

8、以完成对厚度1 000 mm 钢 锭的除鳞清理。 1 3带重型立辊轧机的粗轧机和精轧机 采用 5 000 mm 粗轧机 +5 000 mm 精轧机双 机架布置型式， 并在粗轧出口布置了附着式的立 辊轧机， 立辊轧机最大轧制力达到 800 t( 常规立 辊轧机轧制力不超过 500 t) 。针对于钢锭水平轧 制容易而边部压下困难， 重型立辊轧机能够增大 边部压下量， 减少边部轧制道次， 从而保证边部轧 制和水平轧制道次相近。立辊轧机能够实现对钢 板头尾短行程控制。 本套双机架轧机中， 粗、 精轧机均为四辊可逆 式。粗轧机 1 100 mm 的开口度可以完成对厚度 1 000 mm 钢锭的轧制; 粗

9、、 精轧机均带有高速响 应的 HGC 缸， 可以实现锥形板轧制; 进行 PVR 轧 制时 HGC 缸的响应速度 20 mm/s， 进行锥形板轧 制时的响应速度为 10 mm/s; 两座机架的布置， 可 以实现各种不同的交叉轧制方式; 精轧机最大轧 制力达到 100 MN， 可以轧制高强度钢板; 此外， 精 轧机带有 SmartCrown 窜辊系统和弯辊装置用来 精确控制板型， 可以实现薄宽钢板的轧制。主要 设备和技术参数见表 1。 1 4预矫直机和 MULPIC 一般情况下， 钢板进入 MULPIC 前， 需经过预 矫直机矫直以确保钢板表面平整， 避免在 DQ/ ACC 冷却过程中因局部积水或

10、冷却不均造成钢 板不均匀的显微组织和性能。本项目是国内第一 表 1主要设备和技术参数 设备名称项目参数 立辊最大轧制力/t800 轧辊尺寸/mm1 000/900 主传动/( rmin 1) 2 1 200 kW200 精轧机轧机型式四辊可逆式 最大轧制力/MN100 最大轧制速度/( m s 1) 7 6 弯辊力/每辊颈处/t400 窜辊范围 Smart crown/mm150 轧机最大辊缝/mm400 MULPIC冷却宽度/mm4 950 DQACC 单元长度/mm6 000/18 000 喷嘴最大最小流量比201 条同时安装了预矫直机和 MULPIC 的宽厚板生产 线， 全液压预矫直机型

11、式为五辊， 安装在 MULPIC 冷却系统之前。采用液压辊缝调节系统， 保证在 矫直过程中的快速响应进行位置调节， 辊缝控制 能够补偿钢板的头、 中、 尾的机械弹性变形， 用于 减少钢板的平直度缺陷， 例如钢板头尾的上翘、 下 叩， 同时能够清理热轧钢板上表面积水以获得钢 板性能的均匀性。根据 3 800 mm 宽厚板生产线 的生产经验， 此布置对于开发生产高级别管线钢 和高强度合金钢等有显著作用。 目前， 湘钢 3 800 mm 宽厚板生产线经过 TM- CP 工艺轧制的产品比例已经接近 40%， 而且这 一比率逐年在提高， 因此钢板加速冷却装置是宽 厚板生产线上至关重要的设备， 同时也是品

12、种开 发的一个关键设备。MULPIC( Multi Purpose Inter- rupted Cooling 多功能分段式钢板冷却系统) 发展 基于 WPC 技术( 水枕冷却) ， 是西门子奥钢联和 CRM 联合开发的钢板冷却技术， 能够同时实现在 线加速冷却、 DQ 和分级淬火的功能。 MULPIC 的集管和喷嘴采用整体式设计。特 殊集管设计能够实现 201 的最大和最小流量比， 而常规快速冷却系统喷嘴流量比仅为 31 或 41; 喷嘴的设计能够确保实现高精度的冷却模型。这 种宽范围的冷却调节能力使 MULPIC 系统能同时 具备 DQ 和 ACC 的功能。MULPIC 集管具有特殊 的

13、“水冕” 控制特点， 能够调节钢板宽度方向上的 水流量， 从而得到钢板宽度方向一致的物理性能。 此外， 通过 MULPIC 边部遮挡功能能够控制钢板 边部冷却温度以及通过调节集管高度来获得最大 的冷却效率。 72 第 6 期金贵才等: 湘钢 5 000 mm 宽厚板轧钢工艺设计特点 2轧钢工艺设计 2 1钢锭轧制 厚钢板的轧制需要足够的压缩比， 可以轧制 最大厚度为 1 000 mm， 最大宽度为 2 450 mm 的 钢锭， 最大单重可达到 60 t。 钢锭的设计都带有一定的锥度， 因此轧制过 程必须把锥度消除。 图 1 显示了轧制钢锭时压下量的变化， 通过 利用粗轧机 HGC 缸的调节，

14、能够实现钢锭头尾的 同时压下， 对钢板性能和减少头尾折叠非常有效， 这是没有 HGC 缸的粗轧机所不能实现的。钢锭 的轧制分为 3 个阶段: 第一阶段通过 HGC 缸的动 态调整对厚度方向的锥度进行消除， 通过立辊对 宽度方向上的锥度进行消除; 第二阶段进行展宽 轧制; 第三阶段进行厚度上的成品轧制， 同时立辊 进行轧边消除锥度和矩形化控制。 图 1钢锭轧制厚度方向上的压下量变化 2 2锥形板( LP 板) 轧制 本套轧机能够轧出有效的 LP 板尺寸形式如 表 2 所示。能轧制的钢板最小板厚为 10 mm， 最 大板厚为 150 mm， 最大板宽为 4 800 mm， 最大板 长 25 000

15、 mm。 2 3平面形状控制 平面形状控制技术是为提高轧制钢板的平面 尺寸精度而采取的重要手段， 其目标是通过提高 轧件平面的矩形化， 减少切边、 切头尾损失， 提高 产品的成材率。湘钢 5 000 mm 轧机平面形状控 制主要通过两种方法实现: PVR 轧制法和立辊轧 制( AWC 短行程控制) 8 12 。 图 2 是 PVR 轧制法的原理图。从原理图中 可以看出， PVR 轧制可以分为 3 个阶段: 纵轧延 长展宽轧制纵轧成成品。 图 2 PVR 轧制法原理图 图 3 是立辊轧制( AWC + 短行程控制) 原理 图。本轧机模型具有 AWC 宽度自动控制功能， 并且立辊能对钢板头尾进行短

16、行程控制。 图 3立辊轧制( AWC 短行程控制) 原理图 图 4 演示了不同展宽比和延长比情况下所对 应轧制钢板的外形， 当展宽比在 1 35 1 75 之 间， 延长比 6 的情况下， 通过立辊能够控制宽度 精度; 当展宽比和延长比在这个范围之外， 则需要 增加使用 PVR 轧制模式来控制宽度精度， 仅使用 立辊是不够的。PVR 轧制法是进行平面形状控 制的手段， 立辊是辅助手段， 增加宽度控制精度。 图 4展宽比和延长比所对应的轧制钢板外形 82 宽厚板第 17 卷 2 4在线质量监控系统 SVAI 在线质量监控系统是世界上第一套应 用在宽厚板轧钢生产线上的质量实时预测系统。 在线质量监

17、控系统是一个混合模型， 并结合一个 带有神经网络自学习能力的物理冶金工艺模型而 形成的一项工艺技术， 能够在线判定钢板的力学 性能。图 5 显示了在线质量监控系统的输入、 输 出数据和控制原理。在线质量监控系统通过与轧 线 L2 和 L3 自动化系统进行通讯， 可以对钢板在 整个轧制过程进行监控并做出质量判断， 并能优 化轧制工艺( 如热机轧制和冷却模式) ， 直接得到 所需要的钢板机械性能; 对于钢板质量管理和新 品种开发都具有很强的功能， 是一种有效的质量 控制手段。 图 5在线质量监控系统 2 5MES 系统 MES( Manufacturing Execution System) 是基

18、于 计划、 执行、 控制的制造企业生产过程管理系统。 该系统能够实现信息流与物流的同步、 一致及全 过程动态、 实时跟踪; 实现企业级的数据共享及日 常生产、 管理工作的信息化。( 1) 通过该系统， 能 够优化生产管理流程， 为现场操作用户提供方便、 快捷的操作方式; ( 2) 为业务管理人员提供实时、 准确的生产、 质量、 仓库、 物料信息及合理、 高效的 计划编制方式， 最终提高员工工作效率及企业生 产、 管理水平; ( 3) 通过该系统， 能够连通企业生 产、 管理的各相关系统， 建立与这些系统的实时数 据通信， 实现系统间数据的自动采集、 传递和处 理， 真正的达到各级系统( 现场基

19、础自动化系统 L1、 过程控制自动化系统 L2 以及企业资源管理 ERP 系统) 间数据的无缝连接。 3结语 湘钢 5 000 mm 宽厚板轧钢生产线的设计达 到世界最先进水平。 ( 1) 加热炉综合配置。多类型加热炉布置， 保证对轧制多品种、 多规格板材所需连铸板坯的 加热， 并且能够加热钢锭和其它类型坯料， 扩大了 产品范围， 增强了市场应对能力。 ( 2) 轧机功能强大。本生产线 5 000 mm 粗 轧机配有重型立辊， 轧机开口度达到 1 100 mm; 精轧机带有 SmartCrown 窜辊系统和弯辊装置; 并 且粗精轧都带有快速响应的 HGC 缸。 ( 3) 立辊设备。重型立辊轧机

20、是提高钢锭轧 制成材率和生产率的关键设备。 ( 4)先进的轧制控制技术。PVR 轧制是 SVAI 轧机进行平面形状控制的主要方法， 立辊轧 机能够提高对钢板宽度的控制精度。 ( 5) MSM 质量监控系统。在线质量控制系统 能够监控每一块钢板的生产实时参数， 能够较好 防止非代表钢板性能不合， 并且对新品种的开发 具有指导作用。 参考文献 1C Fisher，D Auzinger，J Maierl 奥钢联中厚板轧机质量和 产量的提高 J 钢铁， 2005， 12( 40) : 80 83 2袁建光， 杨敏， 贺达伦 宝钢 5 m 宽厚板轧机采用的技术及装 备 J 宝钢技术， 2004， 2(

21、2) : 5 8 3陈瑛 国内外中厚钢板生产技术的发展概况J 重型机械科 技， 2003， 4( 4) : 43 46 4赵培建 国内中厚板生产线共有的薄弱环节及今后的改造方 向 J 宽厚板， 2003， 1( 1) : 1 2 5孙浩，刘江， 陈五升， 等 济钢中厚板厂的技术改造与发展 J 宽厚板， 2004， 1( 1) : 5 8 6郑海宴， 党军 南钢中厚板卷厂产品定位初讨J 江苏冶金， 2006， 4( 34) : 62 64 7施卫红 沙钢宽厚板项目工艺装备特点 J 宽厚板， 2005， 3 ( 11) : 36 37 8刘晶志 首钢中厚板厂工艺升级改造和产品开发实践J 山 东冶金

22、， 2004， 1( 26) : 163 165 9袁仁平 中厚板生产线设计问题探讨J 湖南冶金， 2005， 2 ( 33) : 41 43 10N Champion 西门子奥钢联的中厚板轧机技术与能力J 钢铁， 2006， 4( 41) : 88 90 11杨固川 中厚板生产设备概述J 轧钢，2004，1( 21) : 38 41 12矫志杰， 何纯玉，陈波， 等 首钢中厚板轧机过程控制系统 J 东北大学学报， 2004， 2( 2) : 5 8 金贵才，男， 1998 年毕业于武汉科技大学压力加工专业， 工程师。 收稿日期: 2011 08 12 92 第 6 期金贵才等: 湘钢 5 000 mm 宽厚板轧钢工艺设计特点