轧钢技术与装备的发展趋势.ppt

1、轧钢技术与装备的发展趋势,北京科技大学机械工程学院臧勇,内容提纲,1 背景2 轧钢生产技术的发展3 轧钢生产装备技术的发展,轧钢技术与装备的发展趋势,1.1 行业背景,轧钢生产在国民经济中占有重要地位2007年产钢约5亿吨，钢铁行业产值超过2万亿元，约占GDP的10%。但我国还远不是一个钢铁强国。问题很多、压力很大。,1 背景,问题很多能耗大、耗水多、排放大，是国家节能减排的重点。轧钢环节:发达国家,152.2kgce/t,（由于加工深度不同,没可比性）。先进大型企业的水平不断提高，差距缩小至1015%，大批企业还约50%的差距。质量低、精度差、成材率低性能、质量水平不高，不能满足用户要求，特

2、别是高端用户的要求；成材率：中厚板：91.5%-95%，带钢：96%；有上升空间。新产品结构性矛盾严重总体产能过剩，但高性能、高质量、高附加值板带产品仍需大量进口钢产能超6亿吨；但轿车板、冷轧硅钢片、高档船板（主要是板带）等高技术含量、高附加值产品，不能满足国内需求。2006年进口板材1553.3万吨，占钢材进口总量的比重为83.9。进出口差价很大。进口产品的档次高，出口产品为中、低档产品。进口钢材价格比出口钢材的平均价格高出523美元（2007年）。板带比及热轧转化率低我国板带比（42%，2006年）和热轧板转化率（约50%）均与发达国家有差距；,1.1 行业背景,1 背景,原因复杂50%产

3、能的装备竞争力较差企业技术装备参差不齐，小型企业将面临淘汰，一大批中型企业的技术装备水平有待提高；自主创新差高技术大型宽厚板、高性能冷轧板带装备关键技术大多数仍依赖进口，由此造成投资成本过大，改造和淘汰落后产能困难；产业集中度较低、生产力布局不合理国际先进水平比较,我国钢铁工业产业集中度远远低于世界其他主要产钢国。2006 年,在世界钢铁企业产量的前10 名中,我国仅有宝钢和唐钢入围,这与我国占世界 1/3 的钢铁产量形成了强烈的反差。世界主要钢铁生产国的 CR4,日本为 74.9%,美国为52.2%,俄罗斯为 78.1%,而我国只有 16.8%；生产管理水平不高。,1.1 行业背景,1 背景

4、,1.1 行业背景,(1)生产成本压力矿石三年三次大提价：75%、19%和65%。仅此一项,2008年的吨钢成本将较07年增加400元，全行业成本就要增长2000亿，相当于2007年的冶金行业的全部利润！,(2)资源和环境压力钢铁行业总能耗占全国总能耗15%；吨钢可比能耗平均比先进国家高出20%以上；吨钢生产需消耗23吨各种资源，产生巨大排放；资源短缺和环境问题突出使我国的钢铁企业面临更为严峻的资源和环保压力。,1 背景,钢铁生产企业目前面临三个方面的巨大压力：生产成本压力；资源和环境压力；装备更新投资压力。,1.1 行业背景,(3)装备更新的投资压力为适应技术进步和市场需求，设备更新周期明显

5、加快；我国也迎来了轧制装备更新换代的高峰期；我国缺乏自主创新技术，先进轧制装备主要依靠进口，价格为国产的2-3倍，大大加重了企业投资和生产成本压力。,1 背景,1.1 行业背景,缓解上述压力的对策：节能降耗；优化产品结构，提高附加值；提高产品性能，减少材料使用量（应用减量化）。根本途径：提高自主创新能力；开发自主知识产权的技术和关键装备。,1 背景,1.2 技术背景,工艺创新；先进装备制造技术；计算机技术；控制技术；检测技术；设计技术；设备管理、维修和保障技术。,1 背景,嵌入式计算机,2.1 轧钢生产技术的发展趋势,绿色化、精准化、高效化。生产过程绿色化：以生产过程的节能减排降耗为主要目标的

6、工艺创新、技术创新和设备挖潜。产品质量精准化：以提高产品实物质量为目标的现代产品质量检测、设备使用控制和运行保障技术。进而最大限度地满足用户需求，实现全社会的用材减量化、原料与辅料的低耗化。生产过程的高效化：是以高效快捷生产为目标的工艺创新、技术集成和设备挖潜增效技术。,2 轧钢生产技术的发展,以节能、降耗、高效为主要特征的，以工艺创新为主体的集成创新技术群；具体方法有减少工艺环节、提高生产节奏的短流程技术，如CSP、ASP技术。单一工序的节能降耗技术高效洁净加热技术；轧制工艺优化技术。降低工艺联接环节能源消耗的界面技术，如热装热送技术；辊道保温技术。余能利用和过程质量控制的工序耦合技术，如控

7、制冷却技术；控制轧制技术。,2 轧钢生产技术的发展,2.2 生产过程绿色化,以提高产品实物质量目标的命中率和减小实物质量在时空两域的波动量为主要目标的，以现代测控技术为支撑的产品质量检测、设备使用控制和运行保障技术。板带钢产品的质量指标包括：几何尺寸：如厚度、板形、宽度和镀涂层厚度等；机械性能：如屈服极限、强度极限、塑性延伸率、表面硬度、硬化指数、各向异性指数等；表面质量：如表面粗糙度（微观形貌）、表面洁净度（异物粘附）、表面光亮度（擦滑伤）。,2 轧钢生产技术的发展,2.3 产品质量精准化,实现产品质量精准化所需要的主要技术：用于热轧机、冷轧机、平/光整机和拉矫机等塑性形变环节的几何尺寸与表

8、面质量控制和检测技术装备；用于镀锌、镀锡、有机彩色涂层、绝缘涂层、金属氧化物涂层和钝化防锈剂涂层等表面处理环节的表面镀涂层控制和检测的技术装备；用于带钢连续运行全线，尤其是活套、炉内与槽内等低张力、长行程工艺段的带钢稳定顺行的工艺参数控制和检测的技术装备；用于加热炉、保温炉、常化炉、退火炉和控轧控冷系统等温变环节的热控技术装备。,2 轧钢生产技术的发展,2.3 产品质量精准化,是以高效快捷生产为目标的工艺创新、技术集成和设备挖潜增效技术。以工艺创新为手段的快节奏、短流程技术群：如CSP、ASP技术。以计算机和控制技术为核心的自动控制和数字化管理技术群；如连轧自动化、ARPII技术。以现代测控技

9、术为支撑的产品质量检测、设备使用控制和运行保障技术。如板形仪、张力控制、设备检测技术。,2 轧钢生产技术的发展,2.4 生产过程高效化,(1)连铸坯热送热装技术,连铸坯热送热装技术：连铸坯热送热装技术是指在 400以上温度装炉或先放入保温装置，协调连铸与轧钢生产节奏，然后待机装入加热炉。在轧钢采用的新技术中热送热装效益明显，主要表现在：大幅度降低加热炉燃耗，减少烧损量，提高成材率，缩短产品生产周期等。连铸坯热送热装技术的实现还需要以下几个条件：质量合格的连铸板坯；工序间的协调稳定；相关技术设备要求，如采用雾化冷却、在平面布置上尽可能缩短连铸到热轧之间的距离、通过在输送辊道上加设保温罩及在板坯库

10、中设保温坑等；采用计算机管理系统。,2 轧钢生产技术的发展,(2)薄板坯连铸连轧技术-1,薄板坯连铸连轧技术：薄板坯连铸连轧是20世纪80年代末实现产业化的新技术，是钢铁生产近年来最重要的技术进步之一。采用薄板坯连铸连轧工艺与传统钢材生产技术相比，从原料至产品的吨钢投资下降1934，厂房面积为常规流程的24。生产时间可缩短10倍以至数10倍，金属消耗为常规流程的66.7，加热能耗是常规流程的40%，吨材成本降低80100 美元。,2 轧钢生产技术的发展,增加薄板坯连铸连轧品种所采取的主要措施归结起来主要有：改进电炉原料结构，普遍进行铁水预处理，加强钢水精炼，配备真空精炼设备，从根本上改善钢水的

11、纯净度；改进结晶器的结构；二冷普遍采用轻（软）压下技术，并根据钢种、铸速对二冷区域轻（软）压下的起、终点、压下量及压下速率进行智能化控制；加大铸坯厚度以增加压缩比，提高浇铸过程中结晶器液面的稳定性；进行粗轧；多次高压水除鳞；进行铁素体轧制。,(2)薄板坯连铸连轧技术-2,2 轧钢生产技术的发展,(3)节能加热炉技术,高效蓄热技术是目前世界上先进的燃烧技术，可以从根本上提高企业能源利用率，对低热值煤气进行合理利用，最大限度地减少污染排放，很好地解决燃油炉成本高、燃煤炉污染重的难题。新型蓄热式炉技术能最大限度地回收出炉烟气的热量而大幅度节约燃料、降低成本，还能提高炉子的产量，同时减少CO2和NO2

12、的排放量，有利于环境保护，因此引起普遍重视和迅速推广。新型蓄热式加热炉技术的重大突破主要表现在两个方面：一是蓄热体改为陶瓷小球、蜂窝体等陶瓷质蓄热体，表面积比格子砖大了几十甚至上百倍，因而传热效率很高，蓄热室体积大大减少；二是换向设备的改造和控制技术的提高，使换向时间大大缩短，可靠性增强。,2 轧钢生产技术的发展,(4)热轧工艺润滑技术-1,热轧润滑剂应具备以下性能：对轧辊表面有牢固的附着能力，不易被水冲掉；高温下有良好的抗氧化及耐热性；抗乳化性好，轧制后容易与冷却水分离。,对许多轧机而言，采用工艺润滑能降低轧制压力、转矩和能耗，特别是对钢板轧机尤为重要。轧板时往往因为轧制力能参数而限制了允许

13、压下量，在薄板轧机上采用润滑可以减薄轧制带钢的厚度，以及减少轧辊磨损而改善产品表面质量。,2 轧钢生产技术的发展,(4)热轧工艺润滑技术-2,通过热轧工艺润滑试验可得出以下结论：采用热轧工艺润滑，轧制压力比初期轧制时的轧制压力降低得多；轧辊表面状况：由于使用润滑剂附辊面上生成了薄膜，使辊面始终保持光滑的状态；轧辊磨损：由于轧制力的降低和轧辊表面生成薄膜，轧辊磨损量通常可减少30；成品形状及断面改善：由于轧辊磨损的减少和轧制压力的降低，使成品的形状和断面得到改善；轧制动力消耗降低：由于轧制力的降低，轧制动力的消耗约下降8%。,2 轧钢生产技术的发展,(5)TMCP技术-1,TMCP（Thermo

14、MechanicalControlProcess：热机械控制工艺）就是在热轧过程中，在控制加热温度、轧制温度和压下量的控制轧制（ControlRolling）的基础上，再实施空冷或控制冷却及加速冷却（AcceleratedCooling）的技术总称。TMCP技术是通过控制轧制温度和轧后冷却速度、冷却的开始温度和终止温度，来控制钢材高温的奥氏体组织形态以及控制相变过程，最终控制钢材的组织类型、形态和分布，提高钢材的组织和力学性能。通过TMCP可以替代正火处理，利用钢材余热可进行在线淬火回火（离线）处理，取代离线淬火回火处理，改善钢材的力学性能，大幅度减少热处理能耗。由于TMCP工艺在不添加过多合

15、金元素，也不需要复杂的后续热处理的条件下生产出高强度高韧性的钢材，被认为是一项节约合金和能源、并有利于环保的工艺，故自20世纪80年代开发以来，已经成为生产低合金高强度宽厚板不可或缺的技术。随着市场对TMCP钢的要求不断提高，TMCP工艺本身也在应用中不断发展。从近几年的研究工作看，重点是放在控制冷却，尤其是加速冷却方面。,2 轧钢生产技术的发展,TMCP技术的核心包括：钢材的成分设计和调整；轧制温度；轧制程序；轧制变形量的控制；冷却速度的控制等。在装备上主要是：采用高刚度、大功率的轧机；高效的快速冷却系统和相关的控制数学模型。,2 轧钢生产技术的发展,(5)TMCP技术-2,TMCP技术的关

16、键是选择合理的冷却装置和控制模型。国内开发的TMCP技术采用世界先进水平的高密度管层流冷却装置，配备高精度温度控制软件。采用TMCP技术带来的成果：目前己经开发的新品种包括X70等低合金高强度钢，可以降低钢种的Mn、Nb、V、Ti合金含量，降低冶炼成本；取代Q345D、Q345C、DH 36、16MnR等钢种的正火处理工艺，实现HG70、HG785 等钢种的在线淬火，减少生产工艺环节，降低能源消耗；另外，通过TMCP技术，还可以提高钢板的性能合格率 13。,2 轧钢生产技术的发展,(5)TMCP技术-3,为了提高轧钢产品表面质量和尺寸精度，在轧钢生产中针对一些不同产品而开发了相应的技术。如：板

17、带轧制技术；型钢轧制技术；棒、线材轧制技术；无缝管轧制技术。另外，采用锥形穿孔机提高了穿孔效率；限动（半限动）芯棒轧管机的应用，使钢管内壁光滑，工具消耗低，钢管降温少，可取消定径前的再加热炉；最新开发的三辊可调限动芯棒连轧管机（PQF）可轧制高强度和壁厚更薄的钢管，对头尾可进行预压下，以减少管端增厚。,(6)高精度轧制技术,2 轧钢生产技术的发展,(7)无头轧制技术与半无头轧制技术,无头和半无头轧制技术是近年出现的新技术，无头轧制主要应用在热轧带钢和棒线材生产中，半无头轧制主要应用在薄板坯连铸连轧生产中。传统的分块轧制方式轧机要频繁的咬钢、抛钢，甚至升速降速，钢材头、尾部的质量难以保证，并且轧

18、机作业率低下、尺寸精度的控制也有一定的困难。实现无头轧制后预计可以得到以下效果：成材率可提高0.5%1.0%；带钢按照一定的轧制速度连续轧制，可使生产率提高15%；能生产薄规格产品；可进行润滑轧制和加大压下量轧制；无头轧制使钢带全长都在恒张力下轧制。,2 轧钢生产技术的发展,(8)计算机生产过程管理技术,在钢铁生产流程中，无论是以铁矿石为原料，还是以废钢为原料，炼钢、连铸、热轧都是不可缺少的三大关键工序。这就要求将这三道工序视为一个整体，实现一体化管理，做到前后工序计划同步，物流运行准时化，充分利用高温潜热，取消或减少再加热过程，降低能耗，减少烧损，缩短生产周期，减少在制品库存，增加企业效益和

19、市场竞争力。一体化管理是指炼钢连铸热轧生产的一体化管理，统一计划，统一调度，以此指导炼钢连铸热轧的生产，使物流连续高效运作。一体化管理是钢铁企业近期生产组织追求的目标，其核心就是计算机生产过程的管理与调度系统。,2 轧钢生产技术的发展,3.1 轧钢生产装备的发展趋势,大型化、集成化、高速化、连续化、自动化，是生产高效化的前提；自动化、精准化，是产品质量精准化的条件；设备运行可靠化，则是生产过程绿色化、高效化及产品质量精准化的保障。,生产装备是先进生产工艺与技术的载体，是生产高水平、高性能产品的保障。生产装备为工艺技术服务。,技术特点：大型化、集成化、高速化、连续化、自动化、精准化、可靠化。,3

20、 轧钢生产装备技术的发展,以先进设计制造、现代测控技术和设备健康保障技术等为核心的从设计到报废的全寿命过程保障技术群；其目标是使设备安全、精准、长寿和高效。数字化设计技术；现代制造技术；设备状态检测技术；故障诊断技术；现代维护技术；数字化管理技术。轧制装备运行可靠化是产品质量精准化和生产过程绿色化、高效化的保障。,3.2 装备运行可靠化,3 轧钢生产装备技术的发展,3.3 高速化、连续化、自动化,以现代控制和数字化管理技术等为核心，以测控技术为保障的技术群。其目标是使生产进一步自动、连续、高效。现代控制技术；生产过程的数字化管理技术；设备状态检测技术；产品质量检测技术；工艺参数检测技术。轧制装

21、备的高速化、连续化、自动化是生产过程高效化的前提。,3 轧钢生产装备技术的发展,3.4 大型化、集成化,以先进制造技术为核心，以现代控制技术为保障的技术群。其目标仍是使生产过程过一步高效化。先进制造技术；现代控制技术；设备状态检测技术。轧制装备的大型化、集成化是现代轧钢生产的基本特征，也是生产过程高效化的前提和条件。,3 轧钢生产装备技术的发展,（1）带钢热连轧机成套设备,带钢热连轧机成套设备的技术发展特点：不断改善产品质量，具体技术主要有精轧机组采用液压AGC技术；精轧机组采用板形控制技术；精轧机组采用液压AWC；采用新的除磷技术；层流冷却技术；全液压卷取机等新技术。发展连铸热轧连续化生产；

22、发展无头轧制技术；采用多级计算机控制，大力提高全线自动化水平。,3 轧钢生产装备技术的发展,（2）宽厚板轧制设备与技术,宽厚板轧制技术的发展特点：高尺度精度轧制设备与技术，包括：厚度控制：在靠近轧机处设置射线测厚仪，使监控及反馈控制能快速应答，从而提高钢板全长的厚度精度；宽度控制：设置了液压AWC系统，提高宽度控制精度；板形控制：现在的厚板轧机采用工作辊移动加强力弯辊、成对交叉辊轧机和连续可变凸度轧机的方法，提高板形控制精度；平面板形控制技术；控制轧制和控制冷却技术。,3 轧钢生产装备技术的发展,（3）冷连轧成套设备与技术,冷连轧成套设备的技术发展特点：扩大产品品种规格；改善产品质量，提高带钢

23、尺寸精度和力学性能；提高生产能力；增大卷重；合理分配压下率；增大主传动电机功率；大力提高全线电气控制和自动化水平。,3 轧钢生产装备技术的发展,（4）中小型型钢连轧机的装备新技术,中小型型钢连轧机的装备新技术，包括：无扭连续轧制与活套轧制技术；平立转换式轧机；曲柄/回转式飞剪；步进式齿条冷床；矫剪联合机组；成品自动堆垛和打捆装置；生产过程的自动化控制。,3 轧钢生产装备技术的发展,（5）高速线材轧机机械设备,高速线材轧机机械设备的进步：采用新型厚钢板切割焊接的粗轧机：为提高轧机刚度，粗轧闭口机架已全部采用厚钢板切割、焊接后加工成型；内部设置压下装置，以提高轧机刚度；近年来悬臂式轧机在粗轧机上广

24、泛应用，其优点是设备紧凑轻巧，无传动轴，换辊方便，立辊下传动，厂房高度可降低。飞剪设计改进：切头飞剪的改进，主要在提高其切头剪切精确度；近年来多采用启停式飞剪，剪切精度可达速度的0.5%。采用高速切头飞剪；吐丝机的设计改进（吐丝机是高线轧机生产中的关键设备之一，其重要性仅次于精轧机）；集卷筒内设线圈分配器。,3 轧钢生产装备技术的发展,加热装备：加热炉、再加热炉、退火炉、常化炉、淬火炉；高效余热极限回收设备；高效洁净燃烧技术装备：蓄热式自身预热烧嘴、双预热大型蓄热式加热炉。,高效洁净燃烧技术装备高效节能技术的实现保证典型应用案例：蓄热式高温空气燃烧技术应用，节能30以上,（6）绿色高效节能加热

25、装备,3 轧钢生产装备技术的发展,在线常化成套技术装备；在线淬火成套技术装备。,（7）热轧板在线热处理技术装备,3 轧钢生产装备技术的发展,轧机在线监测系统和诊断平台；新型传感器及数据采集分析器。,（8）轧机运行状态监检测技术与装备,3 轧钢生产装备技术的发展,带钢质量监检测技术与装备板带表面质量检测技术和装备；带钢测宽仪；板形检测技术装备：接触式、非接触式。,（9）带钢质量监检测技术与装备,3 轧钢生产装备技术的发展,新型轧机；板形检测及控制装备；转炉-CSP流程创新与集成，2007年获国家科技进步一等奖。,（10）集成创新及成套装备,3 轧钢生产装备技术的发展,CAE技术-设计制造检测技术-使用保障及控制支撑控制及数字化管理技术-生产过程,3.5 轧钢装备中的关键共性技术,3 轧钢生产装备技术的发展,本节结束 谢谢！,