摘要：介绍了在半连轧生产线上开发“减量化生产”技术中采用的降低开轧温度、大压下、适当控温和控冷轧制、微合金化及高效冷却5项核心技术。该技术的应用提高了产品的综合性能，并使能耗减少，产量提高，成本降低。

关键词：棒材生产；减量化生产技术；工艺和设备改造

1生产线概况

    陕西龙门钢铁集团公司半连轧生产线原设计年产能力为10万t，现生产能力已达到65万t。其主要产品为Φ12～Φ32mm带肋钢筋和圆钢，钢种为低合金钢、普碳钢，最高终轧速度为13m／s。生产中采用150mm×150mm方坯在三辊粗轧机上轧制3道次，脱头进入12架连轧机组轧制6～12道次。

    生产线的绝大部分设备由国内设计制造，部分设备或部件由国外引进。加热炉为步进梁式加热炉，有效面积为6m×23m，加热能力为90～110t／h；轧机组成为Φ500mm×1+Φ400mm×2+Φ350mm×4+Φ300mm×6；成品飞剪为启停式；冷床为步进齿条式，有效面积为8．5m×68m。

2减量化生产技术的开发背景

    新一代钢铁材料的开发，希望尽量减少资源，即尽量不添加或少添加各类合金元素和微合金元素来生产高性能的钢材。在“非高水平、非新设备”上开发“减量化生产”技术，是近年来国内外发展起来的轧钢新技术。“减量化生产”技术可明显改善和提高钢材的强韧性和工艺性能，减少能耗，简化生产工艺，降低生产成本。龙门钢铁集团公司是陕西省最大的钢铁联合企业，主导产品带肋钢筋的年产量为200万t，其中Ⅲ级带肋钢筋占70万t，且逐年递增。其产品的生产成本直接影响陕西省钢材市场的钢材价格；加之合金、微合金的价格不断上涨，因此降低400MPaⅢ级钢筋的生产成本，对龙钢乃至陕西省地方经济建设具有重大影响。随着几项关键技术的成功开发，龙钢对减量化综合技术的开发得以迅速展开。

    (1)大压下技术。2003年龙钢将粗轧5道次改为3道次；同时将130mm×130mm方坯改为150mm×150mm方坯，通过采用大变形量使成品晶粒得到细化，从而提高了钢材性能。

    (2)降低开轧温度。随着粗轧道次的减少，粗轧段的温降大幅减少，从而可降低开轧温度，提高了加热能力，也限制了晶粒的长大。

    (3)适当控温控冷轧制技术的应用。2000～2003年，持续开展了降低带肋钢筋开轧温度及控制轧制温度的研究与试验工作。将连轧的开轧温度控制在l0l0～1070℃；在连轧过程中，通过控冷槽的冷却可使轧材温降30℃左右。连轧后通过简易穿水可使轧材温降30℃左右；雾冷对轧材的温降可达100℃左右。试验结果证明，简易温控设施对提高钢材质量和产量是有效的，但还需设计高效温控设施——高压水箱等。

    在初步技术开发取得成效后，继续进行了减量化综合技术的开发与应用。

3减量化生产技术的开发

3．1  轧钢生产工艺的改进

3．1．1产品及原料

    本次设计的产品为Φ14～Φ32mm圆钢及Φ12～Φ32mm带肋钢筋。

    原料规格为1 50mm×150mm×5500rnm连铸方坯，单重为940kg。

3．1．2工艺流程

    钢坯加热到1100～1200℃后，经粗轧机组轧制3道次出92mm×92mm～97mm×97mm方轧件，经热剪后进入连轧机组，根据不同规格分别轧制8～12道次成材，再经冷却、剪切、收集、打捆入库。

3．1．3轧制工艺的改进

    (1)出粗轧机的92mm×92mm方轧件，经中轧机组轧制6道后，分别轧出Φ34、Φ37、Φ40、Φ41mm圆钢、经4道次轧制后出46mm×46mm方轧件；精轧时，将中轧后的不同料型，经4～6道次轧制后分别出Φ14～Φ20mm圆钢或Φ12～Φ32mm带肋钢筋。   

    (2)通过制定轧辊焊痕、加大轧辊直径、异型辊道强迫送钢、除鳞、改造导卫装置、改造翻钢板等6项主要措施，保证了粗轧平均延伸系数为1．36～1．39，最大压下量为52mm；中轧机组每对孔型的延伸系数为2．1～2．3。

    (3)根据2000～2003年进行的降低开轧温度及控制轧制温度的研究提出如下方案，对轧制过程的温度进行控制。首先，工艺主设备基本不变，改造部分辊道、过桥、导卫装置等；其次，粗轧主电机功率提高到1600kW，以适当降低开轧温度；再有，在轧线2^＃轧机前、7^＃轧机后、连轧中、精轧后分别增加3～4个高压水箱，以使轧制过程及轧后轧件的温度可控，最终将轧件温度控制在设备允许范围内；另外，轧机出口导卫装置上增加反向高压水嘴，适当降低轧制过程中轧件的温度。

3．2  设备改造

    该生产线仍由13架轧机组成，其布置形式不变，主要改进轧辊、导卫装置等直接与轧件变形相关的工艺部件。由于设备负荷加大，粗轧轧制力加大，所以对全线设备的能力重新进行了校核。轧机基本参数见表1。

    冷却系统关系着轧材的组织性能，为进一步加强冷却效果，新增和改造了冷却装置，设置了3～4套高压水箱、1套高压水系统、1套控制系统及若干反向高压水嘴。具体改造为：在2^＃轧机前增加水箱，用于控制连轧开轧温度；7^＃轧机后1．5m处设1个水箱，包括3个内含水嘴和1个气嘴，用于减少温升；9^＃轧机后1．5m处设1个水箱，包括3个内含水嘴、1个气嘴，用于控制最终变形前的轧件温度；13^＃轧机后2m处设3个水箱，包括4个水嘴、1个气嘴，用于控制轧后温度，以减少轧后轧件晶粒长大；导卫系统水嘴安装4～10套，用来减少温升。

    通过上述增设的控冷设施，对轧材的冷却效果可达60～120℃左右，并尽可能抑制晶粒的长大速度，将终轧温度控制在900℃左右。

    在上述改造中，投资3～4套高压水箱40万元，1套高压水系统100万元，1套控制系统5万元，若干反向高压水嘴共3万元，加上施工土建费用合计166万元。

4  改造效果

    通过对供水系统的扩容改造，每组水箱可将轧件表面温度降低约1.0℃左右，成品上冷床温度较改造前降低200℃左右；同时配合Nb微合金化，细化晶粒，改善产品的塑性和韧性。同时，对轧辊、导卫装置的冷却设施进行了改造，提高了冷却效果。为了减少钢坯打滑，又在粗轧机前增设了除鳞设施，从而减少了钢坯表面的氧化铁皮，并改善了环境。

    为保证此项技术在切分轧制时的应用，对切分轧制如何使用高效冷却技术进行了分析研究，针对2根钢材同时通过高效冷却装置时，可能发生钢材相互干扰造成堆钢的现象进行了认真论证，并对高效冷却装置提出了改造方案。针对2根钢材同时通过高效冷却装置时可能发生的相互干扰现象，对其内部构造进行了合理设计和改造，保证了双线轧件可顺利通过高效冷却装置。龙钢通过3年的减量化棒材生产技术的研究开发，轧材强度上升20～50MPa左右，降低合金及微合金量20％～60％，钢材成本降低80～100元／t，累计效益8000余万元。减量化综合生产技术先后在龙钢集团的几条生产线上应用，都取得了良好效果。

5  结语

    实践证明，以大压下、高效冷却为核心的减量化综合生产技术，不但能明显提高钢材的表面质量和性能，大幅降低生产成本，而且该新供水系统适用于新老生产线。其有冷却效率高、结构简单、装配方便、运行能耗低等优点，有效解决了型钢生产线中因冷却不足使部分产品强度过低而影响产品质量的技术难题。