宝钢1780mm热连轧机及不锈钢轧制工艺

第 16卷第 8期 2006年 8月 中国冶金 China Metallurgy Vol_16，NO．8 Aug． 2006 宝钢 1 780 mm热连轧机及不锈钢轧制工艺 伏 中哲 (宝山钢铁股份 有限公司 ，上海 201900) 摘 要：用于生产热轧不锈带钢的 1 780 mm热连轧机设备功能强，工艺技术先进。该轧机的建成投产标志中国 不锈热轧带钢装备达到国际先进水平。通过热轧工艺的研究，在达到轧机设计能力的同时，使热轧不锈带钢性能 不断提高。实际生产表明 1 780 mm热连轧机在生产不锈带钢方面正在发挥越来越重要的作用。 关键词：1 780 mm热连轧机；不锈带钢；带钢质量 中图分类号 ：TG335．22 文献标 识码 ：A 文章 编号 ：1006-9356(2006)08—0006-06 1 780 Hot Strip M ill and Its Rolling Process for Stainless Steel in Baosteel FU Zhong—zhe (Baoshan Iron and Steel Co Ltd，Shanghai 201900，China) Abstract：The 1 780 hot strip mil1 with strong equipments and advanced process is used to produce stainless stee1 strips in Baostee1．The building and commissioning of the mill shows that the level of China’S equipment for pro— ducing stainless steel hot strip is advanced internationally．Through research of hot rolling techniques and continu- OUS improvement of stainless steel composition and production crafts，the production of the mill achieves its design capacity and the properties of stainless steel strips are improved step by step．Actual production shows that 1780 hot strip mill plays more and more important role in production of stainless steel strip． Key works：1 780 hot strip mill；stainless steel strip；strip quality 不锈钢生产在中国(中国大陆)已有 50多年的 历史，然而受历史条件的限制，在相当长的时期内其 生产装备和工艺技术均处于较落后状态。20世纪 80年代前，中国一直用炉卷轧机生产不锈带钢，产 品的质量和产量不能满足市场需求。1989年，中国 引进了第 1套用于生产不锈钢的 1 549 mm热连轧 机，不锈热轧带钢生产技术开始得到发展。2000年 以来，随国民经济建设的快速发展，不锈钢消费量迅 速增长，中国成为了全球最大的不锈钢消费国。为 缓解国内日趋突出的 锈钢市场供需矛盾，宝钢集 团从实施战略、最大限度地满足国民经济发展和用 户需求出发，全力推进不锈钢精品基地的建设，于 2004年全面建成宝钢不锈钢生产线。这条生产线 采用了国内外一系列最新的工艺装备，其中 1 780 mm热连轧机生产线设备技术先进、自动化水平高、 轧制能力强、控制精度高，装备水平可达到 21世纪 初世界先进水平，标志中国不锈热轧带钢工艺装备 水平又提升到一新的高度。 宝钢不锈钢分公司在引进 1 780 mm热连轧机 生产线的同时，还引进了蒂森一克虏伯不锈热轧带 钢生产工艺。投产以来，在消化吸收的基础上不断 改进和创新，提高了不锈钢带钢的生产技术水平，且 不锈钢钢种也由投产初期的几个发展到目前包括奥 氏体、马氏体、铁素体不锈钢在内的 20多个钢种，铁 素体不锈带钢 比例已达到 33 。这一不锈钢生产 线的投产，减少了国内不锈热轧带钢的进口数量，迅 速扭转了热轧不锈带钢产能严重不足的局面，为中 国不锈钢事业的发展做出了积极的贡献。 1 热连轧机功能及技术水平 1 780 mm 热连轧 机配 置有 ：3座 加热炉 ，1机 架粗轧机 ，7机架精轧机组 ；粗轧与精轧机架之间 配置有热卷取箱，精轧机之后配有层流冷却和 2台 卷取机。从板坯除鳞箱开始至精轧出口的轧线长 作者简介：伏中哲(1961一)，男，大学本科，高级工程师； E-mail：zzfu@baostee1．corn, 修订日期：2006—04—25 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 8期 伏中哲 ：宝钢 1 780 mm热连轧机及不锈钢轧制工艺 度为 250 m；1机架粗轧机的这种特有配置，有效 地减少了板坯轧制中的温降，缩短了轧线的长度。 热卷箱在中间坯卷取和开卷过程中，不仅使中间坯 头尾倒向、上下表面翻转，还使带钢断面温度差减 小 ，且在卷取和上下表面翻转过程中致使中间坯表 面氧化铁皮脱落 ，有利于提高带钢表面质量。带钢 精轧前可根据碳钢和不锈钢选用高压水或蒸汽去 除、吹扫中间坯表面氧化铁皮。该热连轧机主要用 于生产热轧不锈带钢，其粗轧机和精轧机组轧制速 度高，变形能力强；在粗轧与精轧机架之间采用热 卷箱均匀中间坯温度，能适应不同钢种高温特性的 较高带钢精轧速度，以及快速响应的板形、厚度、凸 度、宽度控制系统，代表了国内生产不锈带钢的先 进水平。1 780 mm热连轧机与国内引进的第 1台 1 549 mm热连轧机的能力对 比情况见表 1。可见 ， 前者的电机总功率远大于后者 ，其功率大、轧制速 度快 、轧制能力 强 ，可 生产最 小厚度 为 2．0 mm 的 热轧不锈带钢 。 表 1 1780 mm与 1 549 mm的热连轧机轧制能力比较 Table 1 Comparison of capacity between 1 780 and 1 549 hot strip mills 1．1 带钢产 品规格适于生产不同要求的产品 1 780 mm热连轧机可生产宽 750～1 600 mm、 最大卷质量 30 t的不锈钢、碳素钢、低合金钢热轧带 钢 ，其中以生产不锈带钢为主(厚 2～10 mm)，既兼 顾了不锈钢冷轧带钢对热轧带钢的规格要求，又可 经热处理、酸洗和平整后直接生产部分规格的不锈 钢中板，为扩大带钢产品规格和适应不同用户需求 创造了有利条件。 1．2 工艺技术可满足不同不锈钢钢种工艺特性 1．2．1 板坯库 自动控制系统 1 780 mm热连轧机年产热轧钢卷 300多万 t， 其中不锈钢热轧钢卷 100万 t以上。由于生产的带 钢钢种数量 多 ，板 坯宽度 规格广泛 ，人炉方 式有热 装、温装、冷装，故其对板坯入库、出库和满足高效生 产提出了很高的要求。热轧板坯库作为连接炼钢连 铸与热轧的咽喉，起着承上启下的重要作用，板坯库 物流的顺畅与否直接影响到热轧生产线 的产能。 1 780 mm热连轧板坯库在同类型带钢生产厂中规 模最小，仅有 191个板坯垛位。为了满足生产要求， 板坯库行车装有 自动定位系统，采用 RCF代码(由 不同钢种、加热温度、带钢厚度、宽度等类别参数构 成，在轧制 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 确定后对板坯进行分类堆放时的识 别代码)堆垛，使板坯库管理高效、自动，管理程序优 化后板坯倒垛率低于 3O 。 1．2．2 加热炉 加热炉有效炉长 41．7 m、宽 14．4 m，板坯在炉 内分 5段(热回收段、预热段、1加热段、2加热段、均 热段)加热，设 1O个温度控制区。充分发挥其炉长 的优势，即根据不同钢种的特性采用不同的加热曲 线 ，以满足轧机生产节奏的需要 。 不锈钢导热能力与碳钢有较大区别(图 1)。一 般 ，相同尺寸的不锈钢板坯加热时间大于碳钢板坯 ； 由于板坯内外温度差大，不锈钢板坯的热应力也较 碳钢大，使得铁素体和奥氏体不锈钢承受因加热速 度产生热应力的能力也不尽相同[2。]。因此，较长的 加热炉对不锈钢板坯的加热控制有利。 图 1 不锈钢 、普通钢导热系数对 比 Fig．1 Comparison of thermal conductivity between stainless steel and mild steel 不同升温方式的加热曲线见图2。图 2(a)适于 加热对热应力敏感的不锈钢钢种，在低温区缓慢升 温，在高温区快速加热，并有一定的恒温保持时间来 保证加热的均匀性；图 2(b)适于对温度梯度不敏感 的钢种，可快速加热，有利于提高加热效率，提高轧线 维普资讯 http://www.cqvip.com 8 中国冶金 第 16卷 炉长／m 图 2 不 同升温 方式的加热 曲线 Fig．2 Different heating curve of stainless steel 产量；图 2(c)适于加热对温度梯度敏感且要求板坯 加热均匀性的钢种；图2(d)适于高温区极易晶粒长 大的钢种，当温度达到最佳变形温度时迅速出钢，可 避免长时间加热对板坯的不利影响。 板坯在粗轧机的轧制温度变化体现了加热炉的 加热质量，将粗轧机的轧制温度反馈到加热炉，通过 模型自学习调整加热炉的加热温度和时间，使带钢 轧制温度控制在最佳范围。 加热炉以天然气为燃料，空气与燃料比例 自动 调节，可很好地控制加热炉的炉气气氛。 1．2．3 较高的轧制速度和紧凑的轧机布置 不同类型的不锈钢各具特性的生产工艺对热连 轧设备提出了较高要求。1 780 mm热连轧机轧线 全长 2g0 m，粗轧机最高轧速达到 5 m／s，配有高速 卷取的中间坯热卷箱 ，可实现 不锈 钢中间坯轧制 中 的热卷箱卷取 ，有 效缩短 了粗轧 区域 的辊道 长度。 42000 kN的轧制能力保证了对难变形钢种在高速 轧制时的压下量。精轧机带钢出口速度 达 18 m／s， 使轧制过程中带钢热量损失达到最小化。在实际 带钢轧制 中，3 mm厚不锈带钢轧线温降可控制 在 1 50℃左右 ，使塑性变形温度区间有限、对温 度变化敏感的不锈钢等钢种在 1 780 mm轧机上 易生产 ]。如 随温度降低 变形抗力迅速增加的 SUS31 6L、304不锈钢 ，易产生带 钢边部和表 面缺 陷的 410S、410L等不锈钢，均在 1 780 mm连轧 机上获得了良好的质量和较薄的带钢厚度。尤其 是 409L、410S热轧带钢，通过合理的成分和热轧 工艺匹配，消除 了铁素体 不锈钢惯有 的冷 冲压 “ ridging”缺陷 ]，使其使用性能达到先进水平。 图 3(a)为铁素体冷轧板冲压后表面有条纹状起 伏；图 3(b)为改进工艺后铁素体不锈钢冲压后表 面呈平滑状 态 。 (a)冲压后表面有条纹缺陷的铁素体不锈钢；(b)冲压后无条纹缺陷的铁素体不锈钢 图3 工艺改进后与改进前的铁素体冷轧板深冲后的表面状态对比 Fig．3 Comparison Oil surface state of deep drawing ferrite stainless steel sheet after and before technique improvement 1．2．4 无芯轴热卷箱 1 780 mm热连轧机采用无芯轴热卷箱技术，避 免了有芯轴热卷箱内圈温度低、头尾温差大的缺点， 使精轧过程中带钢的头尾温差减小到最小程度；同 时，也均匀了带钢断面温度，使不锈带钢在轧制过程 中变形均匀化 。热卷箱炉长 3．6 m、宽 3．7 m，板卷 为冷 、热装 ，最大加热功率 7g0 kW (380 V)，冷装加 热 26 h，仅供不锈钢使用。由于热卷箱炉的存在则 避免了精轧机、卷取机故障时所造成的中间坯废品， 提高了热轧卷的成卷率。不锈钢中间坯卷在热卷箱 炉的温度 曲线见图 4。 1．2．5 高速响应的板形和厚度自动控制系统 1 780 mm 热连轧机轧制能力很 大，F2～F4轧 辊交叉角可调、F1～F7液压弯辊装置、厚度 AGC控 制系统组成了热轧带钢的板形、厚度 自动控制系统； 由于板形控制系统的多参数可调以及快速响应，使 得不同高温变形特性钢种在原始轧辊形状不变的条 件下，可获得较好的板形控制。精轧机带钢板形凸 度控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 见图5。 灵活的板形控制方式可实现 不锈钢与碳钢 、不 p＼ 赠 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 8期 伏中哲：宝钢 1 780 mm热连轧机及不锈钢轧制工艺 9 图 4 宽度 1600 mm 中间坯 钢卷加热温度计算 Fig．4 Heating temperature calculation for transfer bar with l 600mm in width 越 司 机架 图 5 PC轧机板 形凸度控制方案 Fig．5 Strip crown contro l scheme of PC mill 锈钢与不锈钢等不同钢种的混合轧制，在 1套辊形 条件下，根据不同钢种特性设定带钢轧制过程，并进 行各 自的带钢轧制精度自学习，使带钢的板形和厚 度精度控制达到较高水平(表 2)。 表 2 不锈钢 与碳钢 、不锈钢 与不锈钢 混合 轧制时的带钢控制精度 Table 2 Contro l accuracy of mixing ro lling strips 1．2．6 精确控制的轧线冷却水及带钢冷却系统 在不锈带钢轧制中轧线冷却水受到严格控制。 轧线严格控制粗、精轧区的辊道冷却水，合理安排轧 制中的高压水除鳞次数，保证带钢的表面质量和在 最佳温度区内完成变形。精轧机前的高压蒸汽对去 除中间坯表面的 2次氧化铁皮起着重要作用。高性 能层流冷却辊道约长 90 m，有强中弱 3种冷却方 式，通过 17段喷水装置的冷却组合可适应不同带钢 的冷却要求。层流冷却精确控制不锈带钢的卷取温 度，可提高带钢性能和质量，为下道工序创造良好的 使用条件。 1．2．7 采用热SLSL制油和在线磨辊装置 ] 1 780 mm热连轧机充分考虑了轧制不锈带钢 的特点，有 2套轧制油供给系统，精轧 7机架全部使 用轧制油润滑。轧制不锈带钢采用专用润滑油，由 专用供油系统供油，在碳钢与不锈钢交替轧制时专 用轧制润滑油 自动切换 ，以保证不锈带钢的质量 。 奥氏体、双相不锈带钢高温变形抗力较大，为了 提高其头部轧制时的稳定性，在头部进入机架时不 喷润滑油，待带钢稳定轧制时自动喷射润滑油。目 前，1 780 mm热连轧机生产不锈带钢时全部采用热 轧润滑油，有效地降低了轧制压力，稳定提高了产品 表面质量和生产效率，延长了轧辊的使用周期。轧 制 1 300 t带钢后使用轧制油与未使用轧制油工作 辊表面的磨损情况对比见图 6。 表面生成氧化 轧{|《前相比轧 径变大 轧辊表酉磨损大 发生边缘磨损 不使用热轧油 (仅使用水 ) 图6 轧辊磨损辊形对照 Fig．6 Contrast ofworn roll shape 采用在线磨辊装置(ORG)修磨 F5～F7工作辊 辊面，保证了带钢在成品机架获得 良好的表面和断 面形状。 1．2．8 功能强大的轧制工艺参数采集与存储系统 整个热轧采用“三电一体化”的自动化控制系 统 ，它 由 LO、L1、L2控制 系统组成。L2系统为过程 计算机 控制 系统 ，由过程 控制 系统 、CLUSTER系 统、人机交互系统、质量分析系统和开发维护系统所 组成；L2控制板坯库的板坯入库到钢卷库的钢卷出 维普资讯 http://www.cqvip.com 10 中国冶金 第 16卷 库。控制区域为：板坯库(SYC)、加热炉(SCCI)、轧 线(SCC2)、钢卷库(CYC)、磨辊间(RSMS)。 热轧 L2系统通过 L0、L1采集 了大量 的工艺和 设备参数，为轧制工艺的优化、快速诊断设备故障、 提高效率起到很大作用。作为长期数据储存和数据 共享，L2向 L3系统及数据仓库定期传送关键的生 产数据。 2 生产实绩及质量水平 1 780 mm热连轧机投产以来 ，经不断改进质量 后热轧不锈带钢水平稳步提高，各项主要技术和质 量指标均通过了功能考核且达到较高水平，不锈带 钢品种规格逐步增加 ；板形 、平直度、厚度 波动控制 实物质量均达到国外 同类产品较好水平 ；边部质量 、 表面质量逐步改善，形成较为完整的工艺质量控制 及管理体系。 2．1 带钢厚度和宽度及凸度控制结果 304不锈带钢厚度、凸度及平坦度命中率统计 见表 3。从中看出，2006年 1—3月各项指标达到较 高的控制水平，除头部外，带钢全长控制稳定，平坦 度小于30I的比率达到 96．18 ，凸度小于5O btm的 比率达到 97．62 。 表3 304不锈热轧带钢厚度、凸度及平坦度命中率统计 Table 3 Statistics of 304 hot strip thickness，crown and flatness accuracy 1 250 mm宽度的SUS304带钢厚度波动情况见 图 7。除带钢头尾厚度有所波动，其余部分的带钢 厚度均在 ±5O m 以内，带钢厚度波 动在 ±25 m 的长度达到 97 以上。 4 mm带钢断面厚度变化情况见图 8。带钢厚 度基本对称，带钢 边部厚度突变小；凸度 c 为 0．055 mm，CA0为 0．04 mm。 2．2 热轧不锈 带钢表面粗糙度 热轧带钢表面粗糙度 (Ra)对于进一步的冷轧加 工至关重要。光滑的带钢表面有利于保证冷轧不锈 钢板的表面质量。1 780 mm热连轧机生产的热轧 不锈带钢表面Ra实测值见表4。从中看出，最大Ra 一3．52 m，平均为 2～3 m。热轧带钢表面光滑， 质量较好，能满足冷轧工序要求。 暑 = = ==二 蠢o h ———— ——— Il 置一50}_—— 广— —— —— 带钢长度，m 图 7 SUS304 4 mm带钢沿长度方 向的厚 度波动 Fig．7 Thickness fluctuation along length direction of SUS304 4mm strip 墨4-1 {燃 3．9 憾 0 4oo 80o 1 20Io 厚度 ，mm 图 8 SUS304 4mm带钢断面厚 度变化 Fig．8 Change in cross section thickn ess of SUS304 4 mm strip 表 4 热 轧 SUS304带钢 表面 Ra实测值 Table 4 M easured value of roughness Ra for SUS304 ho t strip surface m 厚度／mm 正 反 正 反 3 1．37 2．80 1．39 2．99 3 1．36 2．51 1．33 3．34 4 3．18 2．14 3．07 2．10 4 2．O6 2．78 1．65 3．52 4 1．52 1．95 1．44 2．O6 4 1．40 1．85 1．52 1．84 2．3 力学性能 1 780 mm热连轧机轧制 304取得的带钢伸长 率(A)、屈服强度(R )与卷取温度的关系见图 9。 图 9(a)表示随卷取温度的提高，带钢 A值呈线性降 低；图9(b)显示随卷取温度的提高，带钢R 值呈线 性提高。根据图 9，热轧 SUS304带钢的 A值控制 在 5O 、R 值控制在 300 MPa左右。 图9 304热轧带钢 R．L、A与卷取温度的关系 Fig．9 Relationship of yield strength an d elongation with coiling temperature 2．4 钢卷的外观质量及边部 不锈带钢头尾在精轧机的控制水平对钢卷卷形 的影响很大，提高其精轧设定精度和稳定尾部的轧 制条件，有利于提高钢卷的卷取质量。夹送辊和卷 取机设定参数的优化对钢卷卷取质量有直接影响； 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 8期 伏中哲 ：宝钢 1 780 mm热连轧机及不锈钢轧制工艺 11 通过上述对 2个主要影响因素的控制，使钢卷卷取 达到较为理想状态，卷取质量明显提高。钢卷卷取 紧密，卷形 良好 ，钢卷塔形达到 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 要求 。 1780 mm热连轧 机 自 2004年 4月 18日开始 生产不锈钢至 2006年 4月，已累计生产不锈带钢 95万 t。2005年生产铁素体不锈热轧带钢工艺取 得进展 ，其产量比率达到 33 。除了常规钢种 304 (L)、316(L)、430、410(L)之外，还开发生产了 301 (L)、304Cu、409L、00Crl2Ni、444等钢 种 ，满足 了 不锈钢市场需求 ，拓宽了产品范围，使中国热轧不 锈带钢的自给率显著提高，2006年不锈带钢计划 产量 100万 t。 3 结论 (1)1 780 mm热连轧机轧线调节性好 ，不锈带钢 的质量技术指标达到较高水平。通过轧线不同工艺 控制使奥氏体、铁素体带钢性能均能显著提高，热轧 不锈带钢可满足冷轧带钢生产和不同用途的需要。 (2)1 780 mm热轧不锈带钢表面质量良好，板 形控制能力强，在国内首次采用混合轧制工艺生产 (上接第 5页) 参考文献 ： [1] [2] [3] [4] Alain QUINQUENEAU．”Flameless Oxidation”Applied to High Temperature Process[A]．Proceeding of the 4t Interna— tional Symposium on High Temperature Air Combustion and Gasmcation[c]．Italy：2001．3-12． 李 灿，唐文武．高温空气燃烧技术在我国的应用现状与发展 前景[J]．冶金能源，2003，22(2)：44—45． 代朝红，温 治．高温空气燃烧技术的研究现状及发展趋势 (下)[J]．工业加热，2002，(4)：14—15． 吴道洪，阎承沛．高温空气燃烧技术蓄热式燃气辐射管燃烧器 不锈带钢，在便于不同品种组织生产的同时，不锈带 钢的质量也得到较好的控制。 (3)1 780 mm热连轧机轧制能力强，投产以来 已生产了20多个钢种的不锈带钢，铁素体不锈带钢 生产比例达到 33 ，且品种不断扩大，达到国内先 进水平 。 参考 文献 ： [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [5] [6] [7] 日本热轧钢技术[M]，北京：冶金工业出版社．1982．8． 章守华．合金钢[M]．北京：冶金工业出版社．1988：2I-23． 陆世英．不锈钢[M]．北京：原子能出版社．1995：440—448． 蔡泽高，刘以宽．金属磨损与断裂[M]．上海；上海交通大学出 版社．1985：28—31． TesSuo．Yoshihiro，Munetsugu eta1．Inhomoeeneous Texture Foemation in High Speed Hot Roiling of Ferritic Stainless SteelEJ]．ISU International，1991，31(1)：86—94． Won JIN，Jeom Yong CHOI，YunYong LEE．Effect of 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