宝钢初轧工艺技术的进步与发展

宝钢初轧工艺技术的进步与发展宝钢分公司初轧工厂为宝钢一期建设项目，在宝钢二期建设项目投产之前，从炼钢到成材，必须通过初轧开坯来衔接，初轧在宝钢这一钢铁联合企业中起着承上启下的作用，是由钢转材的关键中间生产工序。

初轧工厂经过全面达标期、稳定运行期、精益运行期三个阶段的发展，工艺装备、生产技术和产品研发不断进步，自1985年9月投产至年末累计生产坯材多万吨为宝钢的发展做出了巨大贡献，取得了显著经济效益和社会效益。

1 初轧工厂概况宝钢分公司初轧工厂整套设备从日本引进，是全球最后一套以模铸钢锭为原料的大型方/板坯初轧机，也代表着初轧工艺与装备的最高水平。

工厂年设计生产能力300万，t其中板坯118万，t方坯122万，t管坯60万t。

1.1 主要工艺装备初轧工厂于1985年9月20日投产，经过二十多年的发展，目前主要工艺装备组成如下：均热跨主要有6组均热炉共18个均热坑(其中4组为蓄热式)、1座步进梁式大方坯加热炉、4组兼具加热与缓冷功能的保温坑；主轧线主要工艺设备有2台串列布置Φ1300初轧机、热火焰清理机、剪切机、立平布置6机架连轧机、飞剪、热锯、冷床等设备；精整设备主要包括：火焰清理设备、抛丸机、探伤设备(磁粉表面探伤与超声波探伤)、砂轮修磨机、矫直机(压力矫直与十辊矫直)、退火炉、砂轮切割锯、砂轮剥皮机、车削剥皮机等主要设备，以上述设备为基础组成2条圆管坯机械清理线、2条小方坯机械清理线、1条大方坯机械清理线及1条板坯人工清理线。

工厂均热跨与主轧制线呈“T”字形布置，板坯、方坯、管坯精整跨分别沿主轧跨及其后平行分布。

1.2 生产历程在投产后至1990年的5年全面达标期内，初轧产线生产顺行，产量提升迅速，1988年、1989年连续两年产量超过设计能力，收得率、工序能耗等主要经济指标实现全面达标，如图1～3所示。

图1：初轧工厂历年产量变化趋势图2：全面达标期主要锭型收得率增长趋势图3：全面达标期工序能耗下降趋势随着1989年宝钢二期1930mm连铸项目的投产，模铸钢锭量总体有所下降。

20世纪90年代初，初轧进入10年的稳定运行期。

在1#高炉和3#高炉18个月(1 994年9月～1996年4月)前搭接与15个月(1997年5月～1998年8月)后搭接生产期间，初轧产线充分发挥工艺装备的产能潜力，有效吸纳富余的钢水资源，对平衡公司物流起到了关键作用。

1998年宝钢三期1450mm连铸项目投产后，模铸钢锭量明显下降。

进入21世纪后，初轧步入精益运行期，虽然这一期间年产量维持在100万t左右，但初轧产品的外供成品材比例不断上升，产品技术含量与附加值显著提高。

同时，模铸初轧产线在宝钢生产物流平衡环节上继续发挥着有效的调节作用，特别是在5座转炉对4座高炉生产期间(2005年4月～2006年8月)、连铸定(年)修期间及连铸产线突发故障时，初轧工厂在消化富余钢水，缓解公司物流压力方面起着独到而高效的“蓄水池”作用。

2 工艺装备改造初轧工厂投产至今主要历经了三次大规模的技术改造，分别为：①小方坯精整线改造；②初轧三电系统改造；③电炉大方坯配套工程建设。

这些改造使初轧生产技术与工艺装备始终处于世界领先地位。

2.1 方坯精整线为了满足宝钢高线投产后对钢帘线、弹簧钢、桥梁悬索等高端线材用方坯的需求，初轧精整区域于1999年6月新增了小方坯2#精整线，其设计小方坯精整能力34.2万t/a；抛丸机除鳞率可达97%；超声波探伤设备自动探测钢坯内部缺陷，并自动标记缺陷位置；表面磁粉探伤设备精度达0.3mm；3台砂轮修磨机磨削速度为0～60m/min，砂轮片最大线速度80m/s。

整条精整线具有世界先进水平。

2002年12月小方坯1#精整线抛丸、磁粉探伤及小方坯2#精整线的3#砂轮修磨及上料系统等辅助设备完成改造。

至此，小方坯精整线最大精整断面由160mm×160mm扩展到了230mm×230mm，这一改造有效提升了车轴钢、氧气瓶钢等大断面产品表面质量保证能力和精整作业效率，提升了初轧工厂生产高等级方钢产品的制造与质量保证能力。

2.2 三电改造2002年10月初轧三电改造，改造范围包括均热炉13#～24#坑的仪表控制系统、轧线PLC(1#～6#和8#～12#)、初轧过程控制系统、初轧生产管理系统；基础自动化方面(L1)，主要采用11套GE的90-70PLC实现轧制设备的生产动作控制和轧件的顺序控制；过程控制系统(L2)选用2台IBMpSeries660主机，组成C LUSTER结构互为热备用，采用Unix操作系统、ORACLE数据库，实现对均热炉、轧线设备的设定控制与自动运转控制，轧件信息的跟踪与生产实绩的采集；生产管理系统(L3)选用2台IBMX370R作为服务器，组成CLUSTER结构互为热备用，采用Linux操作系统、ORACLE数据库，用于生产计划、生产调度、质量管理、生产实绩等生产信息的管理。

经过初轧三电系统改造，优化了原有控制功能，扩展了生产信息管理范围，完成了三电系统软、硬件的更新换代，实现了全厂过程控制和生产信息的一体化与网络化管理。

2.3 电炉大方坯配套工程建设为优化长材品种，宝钢分公司于2006年启动了新增1座150t电炉及1条年产100万t4机4流320mm×425mm规格的大方坯连铸线项目；为配套大方坯的后续生产，初轧工厂于2006年12月启动了大方坯配套改造项目，整个配套改造项目包括新增大方坯加热炉、新增大方坯(轧后)精整线、新增圆钢精整线三大主体项目及热火焰清理机改造、连轧飞剪改造两大在线改造项目。

2008年5月改造项目全面竣工投产。

2.3.1 新增大方坯加热炉利用原均热跨南侧位置新建步进式大方坯加热炉1座，加热炉有效长47m，宽9.7m，冷坯加热能力为240t/h，加热炉采用空气蓄热、煤气预热的燃烧方式，最高加热温度1250℃。

装、出料系统分别采用长行程装钢机和高架出钢机。

在加热炉以东新建4个保温坑，最高保温温度为850℃，以保证高等级钢种的缓冷与低温加热质量，大方坯通过火车采用保温罩实现热装热送，降低了生产能耗，提高了生产效率。

2.3.2 新增大方坯精整线新增精整线位于板坯精整3跨东侧，主要新增抛丸机、超声波探伤机、磁粉探伤机、砂轮修磨机、切割锯等机械精整设备及大方坯成品库。

该产线设计满足28.8万t/a的160mm×160mm～280mm×280mm大方坯的质量检查与机械清理，主要生产钢种为轴承钢、弹簧钢、易切削钢等汽车用合金结构钢。

2.3.3 圆管坯精整线改造圆管坯精整线改造的主要内容有：改造现有管坯精整线的抛丸机、磁粉探伤机、砂轮修磨机等设备，实现最大Φ250圆钢的精整。

同时新增车底式退火炉、十辊矫直机、车削剥皮机等设备，满足每年21万t钢管用高合金及其他高等级管坯的退火、剥皮、探伤、修磨与切割分段的要求。

此外在原有管坯3跨新增1条圆钢精整线，新增砂轮倒角、砂轮剥皮、超声波探伤、磁粉探伤及砂轮修磨等设备，新增的圆钢精整线可满足 70～160mm规格的高等级圆钢生产，设计生产能力为15万t/a。

2.3.4 热火焰清理机改造热火焰清理机改造主要更新热火焰清理机本体设备，改造后，热火焰清理机最大清理规格450mm×450mm，最大清理深度4mm，满足高碳及合金钢的清理生产需求。

2.3.5 连轧机飞剪改造连轧机飞剪改造主要改造飞剪传动系统、剪切系统、电控系统和主电机，改造后飞剪满足最大断面147mm×147mm的剪切需求(温度≥900℃时)，最大剪切力2MN，剪切长度精度±20mm，满足高碳钢、合金钢等高强钢的生产要求。

3 新产品开发初轧与连铸比具有规格变化灵活、易于小批量生产、轧态组织结构均匀的优势；与锻造比具有生产效率高和质量稳定性强的优势，初轧通过以轧代锻的方式批量生产的产品在节能、效率、质量、成本和效益等方面具有竞争优势。

结合初轧产线模铸大锭型、大压缩比、一火成材等优势，初轧钢种和产品开发聚焦在以轧代锻和连铸无法生产的产品上。

进入20世纪90年代后，初轧以“由坯向材转变，提升产品技术含量和附加值”为目标，产品开发紧紧围绕外供成品材规格系列化和钢种系列化两条主线，外供成品材比例增长迅速，通过自主创新不断开发新产品，逐步实现了一批独有和领先产品，如图6所示。

图6：初轧工厂外供成品材增长趋势3.1 规格系列化初轧机以特厚板、大方钢、大圆钢产品为特色，250～500mm特厚板、大方钢系列产品和Φ250、Φ270、Φ300、Φ330大圆钢系列产品已成为初轧的特色产品。

连轧机以圆/方钢规格系列化为特色，连轧圆钢规格覆盖Φ75～230mm，连轧方坯规格覆盖90mm×90mm～175mm×175mm，并以优良的表面质量受到用户好评。

3.2 品种系列化初轧的外供成品材从有限的资源出发，聚焦细分市场，形成了以模具钢为代表的板材系列，以锻件用钢为代表的矩形材系列，以气瓶钢、车轴钢为代表的大方钢系列，以齿轮钢、传动轴为代表的圆钢系列，见表2。

这些外供成品材具有规格多样、钢种齐全、质量稳定的特色，成为初轧工厂独具特色的领先与独有产品。

与此同时，初轧工厂消化各类原料、向不同工厂供坯的能力不断加强，原料已从单一的模铸钢锭发展到连铸板坯、连铸大方坯、电渣锭、钛锭与锻坯。

供坯范围涉及棒线材、厚板、热轧、钢管和锻造等产品，尤其是高合金管坯、大压缩比板坯、特钢专用坯都显现了初轧工序的独有优势和不可替代性。

二十多年来，宝钢初轧将连铸技术给初轧工艺带来的挑战与压力转化为初轧发展的机遇和动力。

随着连铸的发展与成熟，宝钢初轧工厂扬长避短，独辟蹊径，实现了产品转型与技术不断提升，主要技术经济指标屡创新高，劳动生产率不断增长(见图7)，促进了企业技术进步与竞争力的提升。

图7：初轧厂劳动生产率增长趋势4 展望随着宝钢新一轮钢铁制造业的发展，在宝钢精品+规模、兼并重组与新建项目结合的扩张过程中，宝钢长材系统将抓住这一战略发展机遇，做强做大长材板块，初轧将有更多机会、更大空间发挥其独特的工艺技术优势，形成精品坯、材的制造中心。

为此，重新思考初轧发展和深入研究初轧工艺不仅必要，而且迫切。

(1)随着宝钢规模扩大和一体化运作的深入，初轧面对的供坯范围不断扩展，初轧将紧密结合下游用坯工厂，在宝钢内部辐射棒线材、钢管、厚板与特钢产品制造领域，专业化、集约化、高效化生产用于汽车、石油、锅炉、核电、军工及特殊锻造用坯材产品，凸显初轧在整个高端材料制造链上不可替代的作用，提升宝钢整体协同优势。

(2)进一步研究并发展以轧代锻生产技术。

在以轧代锻产品、连铸难以生产的高端产品生产方面发挥初轧规格变换灵活、小批量、个性化生产的优势，形成以深加工用特厚板、特大特长方/圆钢为特色的国内模具钢、锻件用钢、芯棒钢等精品轧材制造基地。