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韶钢超细晶螺纹钢生产改造及工艺探讨

发表时间：2020/9/29 来源：《基层建设》2020年第17期作者：郑家贤

[导读] 摘要：介绍了韶钢自新国标执行后生产HRB400E热轧带肋钢筋的工艺技术和生产情况，并分析目前HRB400E热轧带肋钢筋轧制工艺中存在的问题，最后提出工艺改进的方法。

        宝武韶钢松山股份有限公司特轧厂 512122
        摘要：介绍了韶钢自新国标执行后生产HRB400E热轧带肋钢筋的工艺技术和生产情况，并分析目前HRB400E热轧带肋钢筋轧制工艺中存在的问题，最后提出工艺改进的方法。本文对超细晶螺纹钢生产工艺进行论述，通过分析其工艺，提出优化改造方案，实现韶钢螺纹钢生产节约成本，提高产品附加值。
        关键词：超细晶螺纹钢；生产线改造；工艺分析
        引言
        从2018年11月开始热轧带肋钢筋新国标的推行，新增了无闭环组织的标准要求，对旧标准下螺纹钢控轧控冷低成本生产工艺产生较大影响，各厂家通过添加Nb、V等微合金采取热轧常规工艺生产，使产品满足新国标标准要求。在此背景下，Nb、V等合金价格增长迅速，钢坯合金成本居高不下，为了应对当前钢材市场的激烈竞争，在螺纹钢产品满足新标准要求的情况下，韶钢基于现有工艺与设备进行探讨，制定了开发超细晶螺纹钢生产工艺的改造方案，通过对现有生产线工艺和设备进行改造，实现超细晶螺纹钢生产。
        一、热轧带肋钢筋生产工艺
        自新国标执行以来，热轧带肋钢筋在生产过程中常用到三种工艺，包括：铌、钒等微合金化热轧生产工艺、轧后分级冷却以及控轧控冷低温轧制工艺。目前韶钢螺纹钢主要采用铌、钒等微合金化热轧生产工艺，该工艺受铌、钒等合金价格波动而对生产成本影响严重，为降低钢坯合金成品，提高螺纹钢产品市场竞争力，公司将对棒三线进行工艺改造。目前有两种方案：轧后分级冷却工艺与控轧控冷低温轧制工艺。
        1、轧后分级冷却工艺
        该工艺粗中精轧采用常规轧制，通过在精轧机出口设置1套新型的控冷装置，实现轧后采用“分级冷却+中间回温”的多级控冷工艺，使轧件表面温度在马氏体和贝氏体相变点以上，充分利用细晶强化、位错强化和沉淀强化的作用，减少组织相变强化。
        采用该工艺其优点有：投资与工艺改动少，施工周期短，能满足螺纹钢新国标要求；但也有缺点：降合金效果一般（尤其大规格），表面容易生锈。
        2、控冷控轧工艺
        或称为两相区轧制工艺：是采取1000~1050°C常温开轧，粗中轧为常规轧制，通过精轧前预水冷将轧件温度冷却至两相区温度区间（780~830℃），精轧道次施以足够的总变形量，通过形变诱导铁素体相变和形变强化相变机制，来实现超细晶轧制。轧后通过设置1组水箱，轧件通过分级冷却尽快冷却至相变区域附近，避免铁素体晶粒长大，改善内部组织，提高钢筋的强度。
        采用该工艺其优点：降合金效果相对较好，能满足螺纹钢新国标要求，表面不易生锈；缺点：对设备能力要求高，厂房长度较传统产线长，对旧产线改造实施难度大。
        3、控轧控冷低温轧制超细晶钢筋生产工艺
        以上两种控冷工艺均能满足新国标热轧钢筋的生产要求，根据工艺特点，轧后分级控冷工艺尤其适合现有生产线改造，而控轧控冷工艺比较适合新建生产线。但是，轧后分级冷却工艺螺纹钢表面容易生锈，考虑到韶钢螺纹钢产品定位与市场销售区域，通过与制造部相关人员多次沟通交流，一致建议公司采用控轧控冷低温轧制超细晶钢筋生产工艺。
        超细晶形成的原理是通过将其变形与的耦合机制，对其变形的控制技术就是奥氏体累积变形量与过冷度。小型连续式的轧机，轧辊孔型系统是已经设计好的，想通过变形量控制轧制是一件十分困难的事。轧制工艺参数中变形制度难以进行调整，只能通过控轧控冷低温轧制控温的方式对其轧制过程进行控制。通过控制轧制温度，可以使材料的变形条件改变，从而在一定程度上满足控制轧制的要求。想要进行超细晶轧制，需要对原先的工艺进行调整。为了尽可能减少改造使用的成本，对原有的粗、中轧机基本不做改动，既不影响轧制过程，还能减少投资。中轧后使用中间冷却器对其进行冷却，保证其温度均匀，将钢坯温度控制在Ae3-Ar3之间。精轧制阶段的钢坯温度比较低，需要较快的轧制速度，累积一定变形量后引发材料内的Fe元素发生相变，通过相变耦合机制获得细小的Fe元素晶粒。精轧后对其进一步冷却，可以组织Fe元素晶粒继续长大，避免铁素体晶粒长大，改善内部组织，提高钢筋的强度。
        二、改造方案及内容
        1、现有生产线的基本情况
        通过考察和产销研多次讨论，采用过程控轧控冷低温轧制超细晶钢筋的工艺方案，这种工艺要求有较长的回温距离，普棒线要求厂房长度450米左右，目前棒三线（450米）的厂房以及设备刚好具备这个条件。
        将棒三线按照生产超细晶螺纹钢的目标进行改造。首先，针对开轧温度从1080-1130℃降低到1000-1050℃，需对6架精轧机和部分粗、中轧机（包括电机、减速箱、电控及配套）升级改造，同时需将把17#、18#机架后移，13#、14#、15#、16#、2#剪前移，在K2～K3间加穿水冷却设备，实现成品前的低温轧制。同时需将3#剪后移以及水处理设备进行扩容改造以满足控轧控冷低温轧制工艺。整个改造工期需要45天时间。
        2.冷却设备改造
        在精轧机K2-K3之间新增的中间控制冷却系统，水箱与辊道安装在一起，与轧线平行，当不需要水冷器作业时，辊道就可以当做输送辊道，进行轧件输送。根据超细晶螺纹钢生产工艺的实际要求，精轧机K2-K3之间需要有足够的距离保障冷却装置安装，距离要科学设计，还要保障材料返温均温距离。
        冷却设备本身的冷却能力要求极高，这样才能保障轧件顺利从辊道通过。优化采用的冷却器是湍流管式器械；其中冷却采用的高压水会在较好的角度内进行喷射，将水喷入湍流管，以旋旋式的方式前进，管道内部的收扩型结构，有利于高压水对材料表面的蒸汽膜进行冲刷，提升材料表面的冷却能力；另外这样的方式有利于流冲时的均匀性。水冷器出口位置有气封喷嘴，可以将水冷后的材料表面附着的多余水渍吹掉，保障材料质量的均匀性。

        图1 控轧控冷工艺布置图
        3.自动控制系统
        进行冷却的自动控制系统，整体是由检测仪表、自动化技术以及计算机构成的。检测仪表负责在冷却工作期间对冷却水的参数进行测量，经过对其测量的数据加以分析，得出实际的参数，对各项环节进行有效控制，最终实现对轧件冷却温度进行完全控制的目的[1]。
        4、改造同步考虑项目
        进行轧钢远程智慧集控：采用最先进的自动轧钢技术、自动装钢及燃烧技术等，精整区则按“一线一室”进行布局，同时采用目前较为成熟的“自动钉牌”、“自动点数”等智慧制造项目。
        5、改造情况
        棒三线控轧控冷低温轧制改造原计划于2020年4月开始，受国内疫情影响，改造工期推迟到2021年进行。控轧控冷低温轧制超细晶钢筋改造完成后，由于开轧温度从1080-1130℃降低到1000-1050℃，棒三线产能将有一定下降，但钢坯合金成本可降低60-70元/t，将大幅提高韶钢螺纹钢产品的市场竞争能力。
        结论
        综上所述，控轧控冷低温轧制超细晶螺纹钢生产改造和工艺对于韶钢螺纹钢生产具有深远影响。现有的技术可以对螺纹钢进行控轧控冷低温轧制工艺研究与开发，在以后的实际生产应用中需要对其进行更深层次的工艺优化才能的实现更大的降本增效。
        参考文献：
        [1]冯日清，陈国强，徐宝杰.超细晶螺纹钢生产线改造及工艺实验[J].中国冶金，2009，19（05）：41-45.
        [2]张海，仝金平，梁云彩，5.超细晶螺纹钢生产线改造及工艺实践[J].钢铁，2007（11）：48-52.