首钢迁钢2160mm热轧带钢生产线工艺设计与创新
2013-12-10 05:51 来源：钢联资讯 作者：李宏雷
由首钢国际工程公司集成设计的首钢迁钢2160mm热轧项目，是首钢第一条热轧宽带钢生产线。该生产线采用传统半连轧生产工艺，设计年产量为400万t热轧板，是目前国内工艺最先进、装备现代化的热轧生产线之一。
1.项目整体特点
首钢迁钢2160mm热轧生产线是首钢实施战略结构调整的标志性工程。该工程以市场需求为导向，采用国际先进可靠的工艺技术和装备，保证产品质量、物质消耗和劳动生产率等指标达到国际先进水平，立足于多品种、高质量，使其产品在国内、国际钢铁产品市场上具有较强的竞争能力。产品钢种为低碳钢、碳素结构钢、低合金高强度钢、深冲钢、管线钢、耐候钢、船舶用钢、锅炉和压力容器用钢等。
装备先进。整体工艺和工厂设计由首钢国际工程公司承担，主要设备采用德国SMSD公司的最新技术，轧线主传动采用交流大电机，生产过程控制采用德国SIEMENS公司的二级计算机控制系统。双预热、汽化冷却的步进式加热炉，液压侧向减宽设备，带有AWC和AGC控制的立辊轧机、粗轧机，无芯卷曲、无芯移送的热卷箱，曲柄式飞剪，带有AGC控制、具有弯辊窜辊功能的精轧机，踏步控制的卷曲机都代表了当今世界热轧装备的先进水平。
生产低耗。该生产线是低能耗的生产线，80%高比率的热装热送；节能设计的煤气、空气预热处理、汽化冷却蒸汽回收利用的加热炉；热卷箱的选用减少了中间坯首尾温差、实施坯料边部保温，降低了精轧机功率消耗；粗轧机、精轧机轧制速度、电机功率选择合理，在满足产品结构、生产规模条件下力求能耗最低。
主轧线短流程。该生产线主轧线设计距离短，较相同设计减少约70m，主厂房设计用钢量低，国内制造设备比重大，最大限度地节省了投资。同时，缩短生产线建设周期，仅为26个月。
图1：首钢迁钢2160mm热轧生产线实景图
2.工艺设备布置和主要工艺设备
2.1 工艺布置原则和技术特点
常规热带轧机经历了半连轧-全连轧-3/4连轧-半连轧的发展过程，到二十世纪末，热轧技术发展得到了回归，常规热带轧机的半连续布置因具有轧机产能高，产品覆盖范围宽，生产组织灵活等优势，又重新流行。
首钢迁钢2160mm热轧主轧线采用半连续式布置和热卷箱轧制工艺，缩短了轧线长度，改善了轧件头尾、横向、水印温差，提高产品质量。在总图布置上因地制宜，将热轧主轧线厂房和钢卷库分开布置，并在国内首次采用钢卷运输专用车辆的运输方式。工艺布置采用炼钢－连铸－热轧三位一体的紧凑式布置方式。两台双流板坯连铸机输出辊道和加热炉装炉、出炉辊道对接，为实现热装生产（HCR）、直接热装生产（DHCR），以及直接轧制（HDR）创造了条件。
热轧生产线采取半连续式轧机布置，轧机与炼钢连铸共用一个两跨板坯库，连铸出坯辊道与加热炉入炉辊道相接，缩短了输送距离，为热装热送创造了条件。
加热炉采用四座炉子长度较短的加热炉，便于热送和组织生产，板坯热送温度可达700-800℃，板坯加热后出炉温度为1150-1200℃。
轧线上采用侧压机和立辊轧机减宽控制技术，可以减少板坯宽度规格，提高连铸作业率，增强轧线产品规格的生产灵活性。
轧线主要设备还有两架粗轧机（R1、R2），一套无芯移送热卷箱，一台曲柄飞剪，工作辊可弯和抽动的精轧机F1-F6（F7），一套层流装置、两台全液压地下卷取机。
受总图限制，热轧主轧跨与钢卷库不能紧密衔接，且约有240万t/a的供冷轧用钢卷需在热轧钢卷库中冷却后组织发运。设计中将钢卷库独立放置，并采用专用钢卷运输车替代传统链式运输机将热轧钢卷从主厂房运至钢卷库存放，合理地解决了布置问题，并减少了设备重量，节约了工程投资。
2.2 主要设备技术特点
该工程选用国际先进技术控制产品质量。产品厚度控制采用液压AGC，宽度控制采用AWC、SSC，板形控制采用CVCplus及弯辊、窜辊技术。对产品组织、性能均匀性有热卷箱和边部保温措施及先进层流冷却控制保证。
1)节能型步进式加热炉
加热炉为步进式下排烟结构形式，每一座加热炉设计能力冷坯250 t/h。采用侧向低Nox长火焰烧嘴、空气、煤气双预热（烟气温度在350℃以下）、汽化冷却、蒸汽回收等技术。适应热装要求配置了长行程钢坯托入机，以达到节约能源的目的。
2) 定宽压力机
减宽量大，有利于提高连铸机、轧机综合生产能力。板坯减宽量大，减少了连铸板坯的宽度规格组距，提高了连铸机生产能力；板坯生产的连续性又提高了加热炉热装比率；从而进一步降低加热炉能耗。定宽压力机在单位时间内可获得更高产量。
侧压方式为走－停式。挤压锤头水平相对布置，沿板坯宽度方向间断式挤压。挤压次数为42次/min，最大挤压行程350mm。
3) 粗轧机组
采用两架可逆粗轧机的布置。形成板坯侧压机+二辊可逆轧机+四辊可逆轧机的粗轧布置形式，轧制道次和负荷分配灵活。R1采用电动压下，R2采用电动＋液压压下，R1、R2均采用十字头万向传动接轴。立辊轧机E2采用液压压下方式，轧机前后侧导板为曲柄连杆机构，实现短行程控制，以消除中间坯镰刀弯。
4) 热卷箱
采用新一代的无芯卷曲无芯移送热卷箱，设置了边部保温装置。热卷箱用于带钢生产过程中卷取和开卷中间坯，位于精轧机前面。无芯移送型热卷箱配合保温罩，可控制改善中间坯料头尾和边部的温降。当精轧机或下游设备发生故障时，卷取后的中间坯可以保温10min后继续轧制，减少废坯。选用热卷箱，主轧制线比西马克最初的方案缩短了约56m，既满足了生产能力和总图布置要求，又节省了工程投资，热卷箱的使用为生产高品质产品创造了有利条件。
热卷箱的技术优越性如下：第一，减少中间坯料头尾温差，降低中间坯的热损失，减少头尾温差，利于精轧轧制控制产品精度。第二， 降低精轧主轧机传动功率。在没有热卷箱的热带轧机上，主要是通过在轧制整个带钢的过程中轧机逐渐加速的方法补偿中间坯温降，以减少通过精轧机的温度损失，保持终轧温度恒定。而采用热卷箱后，由于中间坯基本上消除了头尾部温差，不需要采用加速轧制，主传动功率比普通升速轧制可降低约40%，节省能耗约15%。第三，缩短轧线长度。热卷箱卷曲时，末道次中间坯尾部仍在粗轧机中轧制，可有效缩短生产线长度。第四，提高金属收得率，采用热卷箱可降低出炉温度约50℃，从而减少了氧化铁皮损失，提高金属收得率。第五，提高带钢表面质量，中间坯通过热卷箱卷取和开卷，有效地发挥了机械除鳞作用，通过稳定的精轧轧制获得的成品有较好的表面质量。第六，因地置宜的钢卷库布置及钢卷运输方式的选用
5) 飞剪
飞剪结构为曲柄式。与转鼓式飞剪相比，剪切能力强，剪切质量好，剪刃寿命长。配合剪切优化系统，在中间坯剪切前通过对头尾形状的采集和计算，将头尾剪切量控制在最佳范围内。
6) 精轧机
6机架精轧机组装备有全液压AGC辊缝设定系统，用于控制带钢厚度精度，装备有工作辊弯辊和窜辊装置，用于控制带钢板形和平直度。
精轧机前三架采用CVCplus技术，轴向窜动±150mm，增大带钢凸度控制范围。精轧机后三架采用平辊窜辊技术，轴向窜动行程为150mm，以均匀轧辊磨损，延长轧制公里数，实现一定程度的自由轧制。
精轧机全部采用强力工作辊弯辊技术，弯辊力150t，可实现轧制过程中的带钢平直度动态控制。
精轧机全部采用AGC长行程液压辊缝自动设定调节系统，有效控制带钢厚度精度。
精轧机采用工作辊快速换辊装置，换辊时间小于15min。
精轧机各机架入口采用防剥落冷却水系统，在带钢咬入轧机前大水量喷淋带钢表面，降低带钢表面温度，减少带钢表面与轧辊热量传递，维持轧辊表面的氧化膜，避免轧辊出现针状剥落缺陷。精轧机后三架出口采用抑尘喷水系统，压制轧制时产生的粉尘。
精轧机采用轧制工艺润滑系统，改善轧机负荷，提高产品质量。
7) 卷取机
采用三助卷辊式全液压卷取机，具有对三个助卷辊的位置控制（即踏步控制）、最终压力控制和连续打开控制功能。助卷辊采用踏步控制技术，从而延长了卷筒及助卷辊的使用寿命，降低设备磨损，降低维护量，减少了因头部压痕造成的废卷量。侧导板采用液压缸驱动，具有振荡调节功能，减少带钢塔形缺陷。
8) 采用在线表面质量检查系统，可在线检查和分析带钢表面质量。
9) 采用专用钢卷运输车辆，设备可靠，运输灵活。
3．工艺平面布置
3.1 板坯库布置
板坯库布置成与主轧线相垂直的T字形式，由两跨组成，每跨跨度27m，长288 m。贯穿两跨设置两条与连铸车间相接的辊道，一条辊道和加热炉装炉辊道相通，另一条辊道对正轧制线,与回炉辊道相接。
3.2 加热炉跨布置
加热炉装料跨与主轧跨平行，跨度36m，长111 m。跨间内设有装炉辊道，加热炉装料机等。
加热炉跨与主轧跨相邻平行，跨度24m，长111 m。跨间内设置四座步进梁式加热炉。
加热炉出料端在主轧跨间，布置有加热炉出料机，输出辊道等。
3.3 主轧跨、主电跨和磨辊间布置
主轧跨，跨度30m，长595 m。跨间内设有定宽压力机、粗轧机、板卷箱、切头飞剪、精轧机、层流冷却装置、卷取机及其它轧线辅助设备等。主轧跨出钢侧相邻布置加热炉电气室，主轧夸卷曲区传动侧相邻布置卷曲电气室和110kV变电站。
主电跨与主轧跨相邻平行，跨度24m，长246 m，跨间内设有定宽压力机、粗轧机、精轧机控制设备及粗轧机、精轧机主电机，以及粗轧和精轧的电气室。
磨辊间跨与主轧跨相隔10m平行布置，跨度36m，长262 m。跨间内设有轧辊、剪刃（预留）磨床，轴承清洗等设备。
3.4 热卷转运跨和钢卷库的布置
热卷转运跨在主轧跨尾部与主轧跨垂直布置，跨度30m，长78 m，跨间内设有步进梁、运输链等设备。
钢卷库与主轧跨平行，与主轧跨之间布置有磨辊间、车间水处理设施。设置有四跨，依次为钢卷库一跨、平整及成品跨、钢卷库二跨、钢卷库三跨（其中钢卷库二跨、钢卷库三跨为露天跨），每跨跨度42m，长508.5 m，钢卷库一跨、钢卷库二跨、钢卷库三跨为钢卷存放跨，平整及成品跨内设置平整分卷机组。
3.5 水处理设施布置
热轧水处理区共有13个主要的水处理设施，单独布置在主轧线操作侧磨辊间以外区域，分别有如下设施：旋流沉淀池、平流沉淀池、过滤站、联合泵站、层流泵站、软化站、反洗水调节池、污泥浓缩池、污泥脱水间、含油废水处理设施、水处理中心控制室、给排水管网和事故水塔。
4.实际应用效果
首钢迁钢2160mm热轧带钢生产线布置紧凑，工艺装备水平高，设计能耗指标低，是首钢完成战略结构调整的重点工程，自投产以来完成了各项性能指标的考核，并进行了涵盖高附加值品种的多项产品开发，为首钢在热轧宽带钢的生产实践中迈出了坚实的步伐。
该生产线产品定位是以生产汽车用钢、高强度用钢为主导产品，工艺装备满足当前具有代表意义的钢种研发和生产，包括IF、DP、MP、TRIP、高强度管线钢X-80、800MPa高强度用钢。X-80管线钢X-80的生产获得了国家西气东输工程首家生产认证，证明了该生产线整体工艺装备具有先进水平。
5. 技术研发团队
首钢国际工程公司积极汲取、消化国内外先进技术，与科研院所和生产企业紧密合作，形成了独特的研究、开发、设计和生产操作技术优势。公司轧钢专业技术团队经过近几年的努力拼搏和锐意创新，已经成功设计完成了京唐2250mm、京唐1580mm、迁钢1580mm等多条热轧生产线，受到了业主的一致好评。公司将再接再厉充分利用多年来积累的技术经验，充分发挥与生产操作密切结合的优越条件，将热轧带钢生产技术不断创新发展。（撰稿 李宏雷）
