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轧钢生产的实用技术 |
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钢铁生产总是希望以成熟的新技术、新工艺，改进生产，降低运营成本，保证产品质量，提高竞争能力。本文介绍近期轧钢生产所采用的新技术，其中有些是国外新技术，有些是投入新设备仪器的老工艺，其共同特点是可以达到生产顺利、成本降低，对钢铁企业会有所裨益。
轧钢生产的实用技术
1 蓄热式加热炉
高炉煤气发热值偏低，直接送到轧钢加热炉往往遇到加热能力不足的问题，所以一直需要配给一些焦炉煤气。如果焦炉煤气不足，多余高炉煤气不得不放散或白白烧掉，造成浪费能源或污染空气。蓄热式连续加热炉是20世纪90年代，美、日、英等国家开发的新技术，它利用高温烟气先预热蓄热箱中的蓄热体，之后更换阀门让待燃烧的空气或煤气进入蓄热箱吸收蓄热体的热量(图1)。这样使空气或燃烧煤气提高500～800℃，燃烧温度可提高到1300℃，能够满足钢坯加热的需要。
由于高炉煤气价格低廉，国内某厂4座用焦炉煤气混烧或与重油混烧的加热炉改为蓄热式加热炉后，完全使用高炉煤气，加热成本基本降到原来的四分之一，不用两年即可收回改造费用。其低氧燃烧和低NOx排放含量也达到较好水平。该技术在加热炉、热处理炉都可应用，图2为热量利用率比较图。目前，对于有高炉煤气的中国钢铁联合企业，已有不少完成蓄热炉的改造，获得显著效益。
图1 蓄热式加热炉工作原理
图2 热量利用率比较
2 悬浊液强力冷却
由于终轧温度高，吐丝或上冷床的线材棒材温度过高，加上提速，原有冷却能力不足一直是困扰各棒线材厂的问题之一。悬浊液强力冷却技术利用大比重悬浊物对汽膜的破坏，大大增强冷却能力，这是冷却理论上的重大突破。由河北理工大学与宣钢二轧共同完成的棒材悬浊液穿水装置，经过生产实践检验证明，冷却效果十分显著。该系统设计了新型喷嘴装置，其悬浊液循环系统经过近两年的运行，通畅可靠，水循环利用率高。这一技术的成功为现场解决吐丝温度高、冷床能力不足、提高产品力学性能与合格率，提供了有效方法。
该棒材悬浊液穿水装置不必加长原有水冷段，仅仅增加一个小型蓄水池即可，冷却用水经过滤并循环利用，因而是现有车间实现中轧降温、进行低温精轧、或终轧后快速降温，大幅度提高产品的力学性能指标的切实可行的冷却新技术。
3 扁坯展宽轧窄带
许多中窄带钢车间使用宽度尺寸不变的连铸坯，用常规轧法的轧件宽度就有限度。有时轧辊宽度有所富余，因而出现用窄料轧制更宽带钢的需求。为此，采用具有切深特点的强迫宽展开坯孔型，轧出较宽的带钢中间坯，精轧就可以轧出较宽带钢，更好适应市场的需求。常用窄坯轧宽的方法是使用切展法和蝶式弯折法。前者利用压下不均匀变形后，轧制变形区部分延伸少的金属阻碍其余金属的延伸，造成强迫宽展(图3)，目前已经可以生产比坯料宽出1 6倍的带钢。
图3 切展法示意图
4 圆钢定位测径仪
在线测量终轧棒线尺寸，调节辊缝，扩大高精度产品比例，是众多棒线材厂的希望。进口旋转式扫描式测径仪，可以在线测量高速运动的整个轧件凸起轮廓的外周边，但是这种仪器数百万元，而且整机长度大，放在现有长度十分有限的水冷段内很占空间。其实，圆棒线生产主要掌握轧件高度和辊缝处的耳子，测量仪器如果能静止放置，就可以大大简化。天津兆瑞测控公司生产的8点固定式测径，就能以非旋转的固定探头测量运动中的轧件尺寸，虽然不是连续反映轧件周边变化，但对高度、宽度等主要尺寸都能反映出来。尤其该仪器宽度不到300mm，放在轨道车上，进入轧线或撤出轧线十分便利，适合精轧出口水冷段偏短的现场使用。经过现场几年的使用证明，吹扫系统合理，光源寿命远比进口旋转测径仪持久，而价格仅为进口仪器的六分之一。
5 滚动轴承替换胶木轴瓦
胶木轴瓦是长久以来使用的一种老式滑动轴瓦，虽然价格便宜，但刚度小，磨损快，在温度波动较大时，易出现轧件尺寸波动。为此，某车间将三辊400中轧机改为密封的滚动轴承。经过一段时间使用后，效果良好。前面三辊轧机粗轧有尺寸波动的坯料，在这里也得到控制，使后面事故大大下降，对保证生产，提高产品尺寸精度起到显著作用，用水也显著减少。
6 弧齿接手替换梅花套筒
梅花套筒传动是一种极为古老的传动轧辊方式，它在传递力矩时并不均匀，由于自重转动起来时常有悬空跌落过程，造成较大的噪音，同时对产品精度也有影响，严重时出现明暗交替的条纹。这是因为，连接杆为了能够倾斜就必须在梅花瓣与套筒之间留有相当的旷量。于是在传递力矩时，连接杆自重和倾角使得套筒受力不均。在加载时，梅花瓣受力点容易变动，尤其磨损之后的旧套筒，造成上下力矩不均，轧辊滑动。因此用弧齿接手或其它接手替换梅花套筒，可以减少备件数量，提高作业环境质量，也为生产维护带来方便，全部投资仅半年便收回。
7 感应加热
直接轧制是节能最理想的工艺，但连铸坯从结晶器出来经过弯曲水冷段时，一般角部温度已经偏低，加上连铸机距离轧机较远，整体温度也下降不少，需要对角部补热均热。电感应加热具有占地少、加热快、不必存储能量等优点，国内有些厂家安装了这类设备，但没有达到预期效果。其主要原因是感应加热效率选取过高，导致钢坯受热远低于实际需要，因而钢坯无法达到轧制温度的一般要求。但这项技术在国外并不鲜见，英钢公司使用Radyne公司的10MW管材感应加热系统，可以快速将外径168mm的管材从700℃加热到1100℃。该装置共6台固态加热器，每台输出功率1650kW、频率1kHz，管材行进速度为1 7m/s，比一般连轧钢坯进粗轧机的0 3m/s速度高许多。
Radyne公司的这套感应加热系数设计高出实际需要的20%，留有相当的余量，因而可以任意提高轧件行进速度。该系统设计对于国内设计具有参考价值，在对165mm方坯感应加热设计时，还应考虑方坯角部涡流效率和实芯的特点，功率至少应该不低于10MW。
8 测厚仪与凸度控制
许多热轧窄带钢车间缺乏在线测厚装置，产品厚度仅仅依靠人工定时检测，难以做到及时测量更谈不上厚度控制，产品厚度尺寸波动极大，甚至一些供给冷轧原料的一些中宽带车间也仅装备中心测厚仪，不能检测产品凸度，使客户得不到凸度较小且恒定的冷轧原料。这一方面缘于射线测厚有一定危险，现场不愿使用，另一方面价格昂贵(数十万元1套)，装置防护系统比较复杂。
曾经有人认为800mm以上宽带才安装凸度检测，实际上现场500mm宽带已经有3点式测量，直接获知板凸度，这可为中宽带钢凸度控制提供参考，对稳定产品质量具有重要意义。
热轧激光测厚测宽仪的出现，为轧钢生产带来方便。激光打在红钢板上有特殊光点，经过三角光学变换，由光电耦合器转换为电信号。这一信号结合计算机辨识技术就可以分辨激光斑点位置，从而测量出带钢厚度。目前激光测厚精度还不如射线测厚，但钢板横截面上的相对厚度还是可以比较。
9 板带钢液压厚度高精度控制
由于电动压下动作慢、精度差，不适合在线快速微调。一般液压缸响应速度比电动压下高出6倍，精度也大大高于电动压下螺丝。在带钢精轧机成品架安装液压缸，可以实现PM-AGC快速辊缝调整。如果与成品前架压力传感器配合，可以实现压力测厚计的前馈控制。如在成品架出口安装测厚仪，则实现测厚仪反馈控制，这将对长时间轧制造成的头尾温差影响予以补偿，可以大大缩小整卷带钢的厚度偏差波动，产品精度更有保证。某厂使用郑州光学研究所生产的误差3μm激光测厚仪监控产品厚度，并与计算机及液压辊缝调整装置配合，组成液压监控AGC系统，减少了带钢头尾厚度的尺寸波动。过去板带头尾厚差近40μm，采用液压压力反馈AGC或测厚仪监控AGC后，尽管单重增加、轧制时间加长，头尾厚差下降十多微米，使产品进一步提高了市场竞争能力。
对老式四辊中厚板轧机也有采用液压AGC厚度控制的，获得了厚度精度提高的效果。
10 无活套微张力轧制
活套支撑器用来反映机架间张力水平，但在厚坯轧制时耗能很高，在成品机架又反映不够快，限制板厚精度的进一步提高。因而国外一些厂家研制成功无活套轧制，省去活套支撑器。无活套轧制首先需要对轧制速度和稳定后的张力精确计算，并使后架轧机有补偿动态速降的增量转速。国外无活套轧制主要依靠电流记忆法，建立观测器，同时选择合适的力臂系数计算公式来计算张力，依此张力，实现张力控制。
实际连轧张力主要取决于前后轧机轧件自由轧制时的出入口速度差，也与电机拖动能力和张力对前后滑的影响有关。有文献对张力的计算提出的实用模型，使连轧参数计算简单直观。这一公式考虑电机的情况和轧制中张力对前后滑的影响，不但适用于板带也适用棒线材粗轧张力计算。
11 热连轧喷油润滑
热连轧工艺润滑可使摩擦力下降，从而显著降低轧制力与力矩，轧辊磨损减少，板面质量有所提高。国外工业先进国家普遍采用这一技术，降低能耗与辊耗；压下越大，润滑效果越显著。摩擦系系数从0.35可以下降到0.12，轧制力和辊耗都下降达20%。热轧润滑的应用会使热连轧控制系统原来设定的摩擦系数变动较大，但一般仍在“张力自调整”范围内，轧制力的分配也略有变动。
热连轧喷油需要专门的油路泵站，也需要以咬入起停的高精度控制阀门。对于润滑油要求喷出后有较好的附着性，而且在600℃高温下，要有较高的裂解点。此外要注意喷量限制，保证轧制过后燃烧贻尽。这一技术也可推广到型钢轧制，但要注意喷油均匀不可过量。
结语
轧钢企业为了提高产品的市场竞争力，就必须注意技术进步，以先进技术改造或淘汰老工艺老设备，不断完善生产操作，使生产顺利，事故下降，以较低的成本生产高质量的钢铁产品。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(3/29/2007) |
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