武钢棒材厂技术进步的回顾与展望

武钢棒材厂技术进步的回顾与展望

方德法,戴艳萍,苏文娟

(武钢棒材厂,湖北武汉430083)

摘 要:对武钢股份有限公司棒材厂的发展历程进行回顾,介绍轧钢工艺流程、主要设备参数,并介绍棒材生产工艺及其技术发展、生产设备的改进、产品结构的优化、节能环保技术的应用,对武钢棒材生产技术进行展望。

关键词:武钢;棒材;技术进步;展望

中图分类号:T G335.6+2 文献标识码:A 文章编号:1008 4371(2008)06 0013 05

Retrospect and prospect of technological progress in the Bar Mill of WIS CO

FANG De fa,DAI Yan ping,SU Wen juan

(The Bar M ill of W uhan Iron&Steel Co.,Wuhan430083,China)

Abstract:The present paper review s the history of development of the Bar Mill of Wuhan Iron &Steel Co.,Ltd,and introduces the processing flow of the steel rolling,the principal param eters of its equipments,the development of the operating processes and technologies of the bar steel,the improvement of the production equipments,optimization of the product mix and ap plication of the energy saving and environmental protection technologies and foresees the pro duction technologies of the bar products in WISCO.

Key w ords:WISCO;bar;technolo gical pro gress;for esee

武钢股份有限公司棒材厂,于1997年建成投产,设计能力为30万t/a,是一座具有20世纪90年代国际先进水平的现代化棒材生产厂。生产规格为 10~ 40mm的热轧带肋钢筋和普碳圆钢, 10年来,棒材厂不断的技术创新,优化产品结构,现已达到年生产能力50万t以上,主要产品由建筑用热轧带肋钢筋转变为高品质的优、特钢。在武钢投产50周年之际,回顾棒材厂生产技术进步的历程,会更坚定我们走技术创新的道路。

1 棒材生产线的发展历程

1991年6月,在武汉市政府主持下,受国家计委委托,中国国际工程咨询公司组织钢铁行业的专家,对武钢公司市区厂进行调研、咨询和评估,提出对汉阳钢厂原有横列式棒材生产线易地改造,采用先进的技术和设备建设1条棒材连轧生产线。该项目属于 武汉老工业基地总体改造八五!实施规划?项目。1992年6月15日,经国务院经济贸易办公室批准实施。棒材厂由马钢设计研究院设计,总占地面积124700m2,总投资3.98亿元,年设计生产能力30万t,坯料为200mm#200mm#4 000mm,主要产品为 12~ 40mm热轧带肋钢筋和光圆钢筋,产品主要用于建筑行业。

1997年3月,武钢股份公司棒材厂加热炉正式点火,开始热负荷试车。1997年4月1日,试轧 20mm圆钢,顺利通过开坯、粗轧、中轧、精轧机组到达冷床。第1支普碳圆钢试轧成功了。由于工艺、设备及自动控制程序设计存在不少问题,调试及热负荷试车花了较长的时间,通过棒材厂自己的技术力量,对工艺、设备及自动控制程序进行了许多修改和完善,保证了棒材生产线正常运行,当年生产热轧带肋钢筋和光圆钢筋4.935万t,1998-2000年,产量稳步增加,但由于坯料供应不足,年产量只有20万t左右,2001年年产量达到31.7万t,成材率达到100%,达到了设计能力。从2002年开始,着手开发优质碳素结构

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2008年 12月第46卷第6期

武钢技术

WISCO TECH NOLOGY

Dec.2008

Vol.46 No.6

作者简介:方德法(1964 ),男,湖北省天门市人,工程师。

钢、合金结构钢、轴承钢、齿轮钢等优特钢棒材。特别要说明的,是2006年在生产23.1万t 优特钢的情况下,全年产量达到了50.2万t;2007年再创新高,在优特钢产量30.27万t 的情况下,全年产量达到了55.4万t, 双高?比达到63.76%。

2002年开始,棒材厂与公司研究院(技术中心)和一炼钢厂共同开发生产了35、45优质碳素结构钢,40Cr 、20MnT iB 合金结构钢,20CrMo 、20CrM nT i 齿轮钢以及GCr15轴承钢等优特钢棒材。期初,优特钢生产量很小,每年不足7000t 。从2005年开始,优特钢进入规模生产。2005年优特钢产量6.60万t,占年产量的16.97%,2006年优特钢产量23.1万t,占年产量的46%,2007年优特钢产量30.27万t,占年产量的54.6%。

1997-2007年的10年间,共生产钢材343万t,其中建筑用热轧带肋钢筋和光圆钢筋253万t,优特钢90万t 。建筑用热轧带肋钢筋被广泛用于三峡工程和京珠高速等国家、省、市重点工程。至2007年,武钢棒材厂已形成螺纹钢、优钢、特钢3大系列11个品种12个规格的生产格局。

棒材厂长期以来 坚持质量第一,追求质量效益?的质量方针,1999年,通过ISO9000质量管理体系的培训、作业文件的编制和实施,于1999年通过ISO9002质量管理体系认证。同年热轧带肋钢筋通过国家冶金产品质量认证,并荣获1999年度国家冶金产品实物质量金杯奖,2001年又荣获国家质量技术监督检验检疫总局颁发的产品免检证书。这些荣誉的获得,标志着棒材产品质量已达到国际先进水平。

棒材厂依靠产品质量优势,将建筑用材市场目标定位于武汉地区重点大型工程,湖北省和国家重点水利电力工程、高速公路工程。经过几年的市场开拓,棒材厂的热轧带肋钢筋产品已广泛应用于武汉地区重点大型工程,多次中标长江三峡工程及清江梯级开发工程、龙王庙整治工程、武汉国际会展中心、武汉长江二桥、武汉白沙洲长江大桥等,先后成为京珠高速公路、襄十高速公路指定供货厂家。

棒材厂生产的优特钢棒材,由于先进的冶炼技术、多道次轧制及大断面压缩比,保证了钢材有害元素含量少、纯净度高,晶粒细化,尺寸精度高,表面质量好,广泛应用于汽车、摩托车制造业及机

械加工等。部分棒材已制造成零部件出口国外。

2 轧钢工艺和设备2.1 棒材轧钢工艺流程

棒材轧钢工艺流程如图1所示。

图1 棒材轧钢工艺流程

2.2 主要设备及参数

(1)加热炉。1座三段式燃油推钢式加热炉,

冷装条件下的加热能力为90t/h,采用日本横河公司UXL 燃烧控制系统,保证了钢坯加热温度均匀。

(2)轧机。开坯机组为4架短应力轧机,精轧机组为6架预应力高刚度轧机,均从意大利西马克公司引进。6架粗轧机组和6架中轧机组为闭口牌坊式轧机,由上海冶金设备制造总厂供货。

(3)3号倍尺飞剪。它是从意大利西马克公司引进的成套设备,剪切规格为 12~ 40m m 。

(4)冷床。冷床宽度10m,长度114m,齿距80mm,型式为齿条步进式,冷床输出辊道辊身长度800m m 。

(5)定尺冷剪。它为斜刃式固定剪,最大剪切力5000kN,剪刃宽度800m m 。

3 棒材生产工艺及技术发展

棒材厂生产线装备了22架轧机,均采用平-

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立交替布置,由计算机系统自动控制,全线实现了高速无扭轧制,最大轧制速度达到18m/s。生产线主要机械设备从意大利西马克(SI MA C)公司引进,计算机系统采用美国通用电器(GE)公司技术,加热炉自动控制系统采用日本恒河公司技术。在20世纪90年代,属国际领先水平。

3.1 大断面一火成材工艺

棒材厂早期生产采用钢锭作为原料进行轧制,其工艺流程是:武钢一炼钢厂输送的钢锭,经武钢初轧厂加热、轧制成200m m#200mm断面的方坯,再经棒材厂加热、开坯、粗轧、中轧、精轧、倍尺剪切、冷却、定尺剪切、检查、收集、打捆、入库。这种采用钢锭生产棒材的工艺,能耗高、全工序的成材率低、生产成本高,已经不能适应现代化棒材生产的要求。

1998年,随着武钢一炼钢厂 平改转?工程的投产,淘汰了落后的平炉冶炼及模铸、初轧机开坯的工艺,棒材生产线直接采用200m m# 200mm大断面方坯一火成材工艺,在棒材生产行业,其先进独特,系国内首创。它降低了能耗,提高了产品成材率。同时,因坯料断面大,轧制道次多,断面压缩比大,晶粒细化,尺寸精度高,表面质量好。

3.2 轧机平%立交替布置

开坯机组、粗轧机组、中轧机组、精轧机组全部采用平%立交替布置,粗轧机组、中轧机组、精轧机组全连轧。整个轧制过程中,轧件无扭转。粗轧、中轧采用微张力轧制,精轧利用立式活套实现无张力轧制,因轧件进出轧机时不需扭转,轧机进出口导卫不需采用扭转导卫,简化了轧机导卫结构,避免了因轧件扭转导致的轧件不进轧机、冲出口导卫和跑钢等事故。

3.3 全线采用微机自动控制技术

轧制生产线采用二级微机自动控制系统,由过程控制级和多台可编程序控制器逻辑控制级组成,实现了过程控制自动化,使主传动系统的静态精度达到0.1%,动态速降达到0.6%。

3.4 切分轧制技术

小规格热轧带肋钢筋轧制由于变形量大、轧制道次多、班产低、能耗高,棒材厂于2001年自主设计开发 12~ 14mm热轧带肋钢筋切分轧制,并获得成功,班产提高30%以上,能耗明显降低。国内外棒材切分轧制均在水平轧机上进行,但由于武钢棒材厂精轧机组为平-立交替不可转换轧机,切分必须在立轧机上进行,并且,切分轧制时轧件需要扭转,所以采用切分轧制难度大。在切分轧制技术应用研究时,设计了轧件的扭转装置、切分后的分路器等。切分轧制技术的成功应用,打破了切分轧制不能在立式轧机上进行的禁区。

3.5 负偏差轧制技术

负偏差轧制可在不增加投入的情况下,为企业创造巨大的经济效益,棒材厂技术人员通过修改孔型,采用负偏差孔型设计,加强轧制过程控制,实现棒材负偏差轧制,同时保证产品符合国家标准,投产到今,因负偏差轧制,累计多收得钢材11万t,为公司多创经济效益3亿元以上。

3.6 工艺路线的优化

3.6.1 孔型系统优化

原孔型系统是由马鞍山钢铁设计研究院设计,孔型共用性差, 12~ 40m m规格有105个孔型,换辊及生产准备特别繁琐,严重影响了轧机作业率的提高。投产第2年,棒材厂开始着手对孔型系统进行优化设计,优化后的孔型减少到79个,大大方便了生产准备,提高了轧机作业率。3.6.2 孔型配辊优化

试生产过程中发现原设计轧辊的配辊设计不够合理,利用率低。经过重新计算及实际测量,对粗轧、中轧、精轧机组轧辊配辊进行了重新设计,每根轧辊多开1~2个轧槽,增加了轧辊使用寿命。

3.6.3 导卫改进

因导卫设计不合理,生产过程中,工艺事故很频繁,尤其是轧件不进及冲出口现象较多。针对该现象,对进口导卫尺寸及喇叭口尺寸进行修改,在粗、中轧出口导板前部增加舌尖,改螺丝固定为斜销固定方式,2V进口导卫由导辊形式改为滑动导板。通过不断的分析改进,工艺故障大大减少,工艺备件费用大大降低。

3.7 轧件跟踪程序优化

根据原设计程序,粗轧、中轧、精轧各机组只能同时轧制1支钢,轧制间隙时间长,必须达到10s以上,轧制节奏慢,影响产量提高。2002年,棒材厂技术人员通过对计算机程序的消化吸收,先后多次对轧件跟踪程序进行改进,实现粗轧、中轧、精轧各机组能同时走2支钢,实现了2支钢正常轧制时最少间隔只有2s。由于轧制节奏的提

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第6期方德法,等:武钢棒材厂技术进步的回顾与展望

高,班产及日产记录不断被刷新。

3.8 新材质轧辊的应用

棒材厂原使用的是球墨铸铁轧辊,该轧辊具有重车性能好,价格便宜等优点,并能够满足热轧带肋钢筋生产的需要。但用于轧制优特钢,就显得其使用寿命较低,尤其是作为成品孔使用,其单槽轧制寿命只有100~300t,导致频繁换槽和换辊,既影响轧机作业率,又会使不合格品增加。经过认真研究,棒材厂对成品道次轧机选用WC材质的硬质合金组合轧辊,经使用,其单槽轧制寿命达到1600t以上。由于轧槽寿命提高,大大节约了换槽、换辊时间,提高了轧机作业率,减少了不合格品,降低了电耗和油耗。

3.9 棒材轧后表面修磨工艺

由于棒材厂生产线是按照热生产轧带肋钢筋、普通圆钢设计的,在优特钢品种的试制过程中,暴露出工艺装备的欠缺,表面质量及尺寸精度的不足,使优特钢棒材的开发受到很大的制约。在生产优特钢时,表面划伤及耳子时有发生,并花大量时间进行轧机调整。国内外特钢厂均采用轧后表面修磨,使之成为合格品。同时,许多高端产品用户要求实行表面无缺陷交货。因此,部分产品轧后必须经过表面修磨方可满足用户要求。修磨后的产品,既提高了产品质量等级,也为企业增加了经济效益。棒材厂于2006年添置了1台离线无心砂轮磨床,实现了轧后棒材表面修磨。提高优特钢成材率0.3%左右。

4 棒材生产设备的改进

根据设备运行情况,经过认真研究,做到逢修必改。针对设备运行中存在的不足以及降成本的要求,对棒材生产线设备进行了许多改进。

4.1 精轧机主电机扩容改造

由于受精轧机组电机容量限制,轧制速度难以提高,轧辊直径较小时,因电机功率不够,必须采用降速轧制。2001年,结合切分轧制技术的应用,将生产线精轧区部分600kW电机扩容为1000kW;并对主传动系统作相应改造。实施后,生产线得以能够提速10%。

4.2 进口备件国产化

为减少备件采购周期及费用,对棒材生产线开坯机、粗轧、中轧和精轧机及万向接轴、活套扫描器、轧机轴承进行了国产化改造。4.3 改进开坯液压站节能工艺

在开坯液压站增装蓄能器,改进夹送辊液压回路,改进控制方式。实施后,节能效果明显,降低故障停机时间6h/月,年均节约电费17万元。

4.4 改进粗中轧锁紧缸

改进粗、中轧锁紧缸结构,消除变形阻力,选用新型润滑脂,降低摩擦阻力。实施后,锁紧缸松开灵活,可维护性好。

4.5 开坯轧机托架改进

将开坯轧机托架的丝杆螺母松夹机构,改进为液压缸伸缩机构。实施后,托架松夹力大,动作可靠,可维护性好,平均减少换辊时间8h/a。4.6 循环水净回泵电机进行变频改造

加装变频器,改变净回泵电机控制方式,将耗电量由220kW降为120kW,同时减轻工人劳动强度,减少维修费用。

4.7 冷床输出辊道及对齐辊道改造

将冷床东头4台减速机功率增大,所有联轴器改为弹性联轴器,优化控制程序;将冷床98台对齐辊道的电机由Y80S 40.75kW改为Y80S 8 0.55kW电机,优化速度匹配。实施后大大降低设备故障率,减少维修成本和工人的劳动强度。

5 产品结构的优化

5.1 WDT0工业纯铁棒材开发

1997年,利用武钢二炼钢厂先进的炼钢设备和技术优势,开发了WDT0工业纯铁棒材。该产品附加值非常高,主要用于电子、航天等领域,用于制作磁性产品,可以一次充磁,永不退磁。随着电子、航天技术的发展,对WDT0工业纯铁棒材的质量要求越来越高,如化学成分中M n的质量分数,在2000年以前要求&0.10%,进入2007年后,要求&0.07%,一些高端领域甚至要求& 0.05%。它增加了炼钢的技术难度,而且随着Mn含量的降低,硫脆现象越来越严重,导致棒材表面出现裂口。经过多次的研究分析,通过调整化学成分、修改钢坯加热工艺制度等措施,消除了棒材表面裂口缺陷。随着一炼钢冶炼装备及技术水平的提高,为了减少板坯切割损失,提高成材率,降低生产成本,2007年开始研究一炼钢冶炼工业纯铁生产工艺路线,现生产工艺基本成熟。

5.2 HRB400热轧带肋钢筋开发

1999年开始开发H RB400热轧带肋钢筋。

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它与H RB335热轧带肋钢筋相比,要求力学性能更高,抗震性能更好,是H RB335热轧带肋钢筋的升级产品。采用微合金化技术,成功研制和生产了H RB400热轧带肋钢筋。它由于表面光洁、性能稳定、焊接性能好,进入市场后反映良好,多次被作为湖北省重点工程指定使用产品。

5.3 预应力高强度精轧螺旋钢筋

2000年开始试制开发 15mm规格的预应力高强度精轧螺旋钢筋。它主要用于桥梁、隧道、铁路等大跨度工程。由于强度级别高,钢筋连接靠专用螺母连接,钢筋两面横筋要求符合螺纹配合,尺寸精度要求相当高。当时国内只有极少数厂家能生产 25mm和 32mm规格的预应力高强度精轧螺旋钢筋。棒材厂通过考察及实物分析,自行研究设计,成功开发了 15mm规格的预应力高强度精轧螺旋钢筋,实物质量受到用户好评,填补了国内该规格产品的空白。2001年又开发了 25mm规格精轧螺旋钢筋,由于价格是普通钢筋的2倍左右,经济效益显著。

5.4 优特钢棒材的研制开发

随着市场的变化,建筑用热轧带肋钢筋、光圆钢筋因技术含量低,投资少,致使市场供大于求,产品价格波动大,产品效益不稳定。根据公司产品结构调整的需要,2002年开始,棒材厂将生产45钢、20CrM o、20M nTiB、40Cr、GCr15等高技术含量和高附加值优特钢产品作为研究发展方向。但是,现有棒材厂生产工艺、设备配置及自动控制程序均按生产建筑用棒材设计和配置。加之经过10年的生产,生产线未经改造,缺少优特钢生产所必须的钢坯除鳞机、控轧控冷设备、减定径机组、自动测径仪、锯切机以及特钢棒材离线精整设备,并且在线没有任何防划伤技术设施。因此,技术创新就成为发展优特钢的关键。在近几年优特钢的试制过程中,主要存在产品表面划伤严重、同条差大、头尾部耳子长等质量问题,而且优特钢和螺纹钢交叉生产的方式更是增加了控制产品质量的难度。针对以上情况,棒材厂开展了一系列的技术攻关,并取得了可喜成绩。

2002年试制成功20CrM o齿轮钢棒材后,到目前为止,已成功开发35、45优质碳素结构钢, 20Cr、40Cr、20M nT iB合金结构钢,20CrMo、20CrM nT i齿轮钢以及GCr15轴承钢,该产品主要用于制造汽车、摩托车、工程机械等领域的齿轮、轴、连杆及轴承等,市场行情很好。目前优特钢产品年产量达到30万t以上。

在优特钢棒材的研制开发过程中,因轧钢设备没有大的投入,棒材厂依靠自己的技术力量,进行了一系列的技术研究,如在线防划伤技术的研究、微张力轧制技术的研究和轧件头、尾部控制程序的设计。这些技术的应用,成功解决了困扰优特钢棒材产品表面划伤严重、同条差大、头、尾部耳子长等质量缺陷。

6 节能环保技术的应用

我厂地处汉阳月湖风景区,武汉市中环线内,对工业废气、废水排放控制严格,为武汉市重点监控企业。为达到国家工业排污标准及节能环保要求,棒材厂先后多次投入资金,进行废水、废气排污专项治理,1998年被武汉市授予排放达标单位。钢坯加热过程中,采用重油乳化技术,控制合理的空燃比、炉膛压力、炉膛气氛等加热工艺参数,保证重油的充分燃烧,重油消耗逐年大幅降低。并且随着新技术的应用,产量逐年增加,形成了规模效益,电耗也逐年降低,每吨材工序能耗从1998年的117 kg标煤降到2007年的79kg标煤。

7 棒材生产技术展望

国内外大型钢铁企业如新日铁、蒂森、宝钢、首钢等均把优特钢棒材作为企业发展的一个分支,为汽车、机械等行业配套提供合金钢棒材品种,最大限度地适应市场需求,以充分提高企业的市场竞争能力。并且国家对优特钢生产采取鼓励政策。因此,优特钢棒材产品将在很长时间内占有很大的市场份额,并将成为企业经济增长点。

针对棒材厂生产优特钢存在的不足,报请公司批准将进行一系列的技术改造。对加热炉进行重油改天燃气技改工作,提高优特钢钢坯加热质量,降低能源消耗和生产成本;增加配置除鳞机、控轧控冷水箱和测径仪等优特钢生产的必需设备,满足优特钢产品质量需求。对中轧机组进行改造,淘汰现有比较落后的框架式轧机,更换成短应力线高刚度轧机,扩大产品规格。改造后棒材厂将具备50万t的优特钢生产线。产品规格上限由 40m m增加到 60m m,产品覆盖轴承钢、合金结构钢、非调质钢、弹簧钢、优碳钢、模具钢、工业纯铁、碳素结构钢、螺纹钢。

(收稿日期:2008 08 30)

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第6期方德法,等:武钢棒材厂技术进步的回顾与展望