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不锈钢冷连轧技术的最新发展

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  摘 要:文章介绍了不锈钢冷连轧技术的发展及国内首套引进的十八辊五机架冷连轧机组的主要技术特点,该技术在不锈钢冷轧实际应用中获得了成功。
  关键词:不锈钢;十八辊;冷连轧
  1 前言
  近年来随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,不锈钢需求迅速增长,冷轧不锈钢生产技术也有了很大发展,传统的不锈钢冷轧生产从20世纪30年代开始,主要由多辊可逆冷轧机,冷轧退火酸洗机组,光亮退火机组,平整机组,拉矫机组,剪切机组及修磨机组等设备组成,其主要特点为技术成熟,生产组织灵活,比较适合多品种、多规格产品的生产,但吨钢投资及加工成本高,生产周期长。90年代又开发了一种不锈钢冷轧新工艺:将冷轧机,退火酸洗设备,平整机等设备整合到一起,组成一条联合机组,一般年产量为30~50万吨,具有成材率高,加工周期短,表面质量好,能耗低等优点,这种联合机组要求各工艺段之间要保持严格的匹配关系,只适合生产品种单一、规格范围较窄的带钢,且设备维护要求高,轧机速度受退火段及酸洗段限制,产能得不到充分发挥。最近单一的冷连轧轧制方式开始得到应用,机组采用四或五机架十八辊轧机,年产能可达50~70万吨,轧机速度大幅提高,轧机产能得到充分发挥,适用于单一品种大批量生产。
  2 不锈钢冷连轧工艺
  2.1 不锈钢冷连轧技术的发展
  虽然冷连轧技术早已成熟应用于碳钢生产,但由于不锈钢冷轧变形抗力较大,大约是碳素钢的2倍,为了实现高效高精度的轧制,需要具有高刚度小辊径工作辊的多辊轧机,而多辊轧机由于工作辊径小,磨损快,导致换辊频繁,最多时轧一卷换一次辊,很难满足冷连轧的无头轧制换辊要求,多年来人们对不锈钢冷连轧技术一直在探索研究中。
  日本森吉米尔公司1969年为日本日新制钢公司周南厂设计制造了世界唯一的一套1270mm四机架全连续式二十辊森吉米尔轧机,该轧机第一架为ZR22-50"型轧机,其余三架均为ZR21-50"型轧机,轧制规格为0.3~0.4×1270mm不锈钢,卷重22吨,轧制速度为600m/min,其生产工艺为企业技术秘密,相关报道很少。
  韩国浦项钢铁公司于2008年建设了世界首套十八辊四机架冷连轧生产线,该生产线年产能为50万吨不锈钢冷轧带钢,可以对AISI300系和AISI400系热轧不锈钢退火酸洗卷进行轧制,产品最大宽度为1350毫米,最小厚度为0.4毫米。
  国内首套引进的十八辊五机架串列式连续冷轧生产线正在建设中,该生产线年产能为60万吨不锈钢冷轧带钢,原料为AISI200系和AISI300系热轧不锈钢退火酸洗卷,产品宽度:800-1300mm,产品厚度:0.3-3mm。
  2.2 不锈钢冷连轧机组设备组成
  不锈钢冷连轧机组的典型布置是五机架冷连轧,机组分为入口段、轧机段和出口段。
  入口段包括两套开卷机,每套开卷机包括带卷储存鞍座、上卷小车、悬臂式开卷机及夹送矫平剪切头尾等设备。焊机采用激光型式,包括带钢对中及带头剪切设备,入口活套为水平式。
  轧机段包括五架十八辊轧机,此机型在六辊的基础上加以侧支承辊支持工作辊,适合连轧操作。中间辊传动且能带载轴向窜辊,与中间辊正负弯辊一起作为板型控制的手段。轧辊冷却由乳化液系统完成,采用两套独立冷却系统。擦拭器用于轧机之间及最后一架出口,限制乳化液被带钢带出。
  轧机装配有自动换辊装置,工作辊更换时间为2.5分钟,中间辊和侧支承辊也为自动换辊。清洗段为热水冲洗刷洗及热风烘干。
  出口段包括出口活套、出口张力辊、飞剪、卷取机、助卷器、衬纸机、上套筒装置、卸卷小车和打捆装置等。
  五机架十八辊冷连轧生产线布置图见图1。
  2.3 十八辊轧机主要性能及技术参数
  1979年Z-HIGH十八辊冷带轧机由美国森吉米尔公司研制成功,该轧机是在四、六辊轧机的基础上发展起来的,综合了四辊轧机的传动方式、轧辊定位方式等技术及森吉米尔多辊轧机的侧支承技术。其优点有:(1)采用较小的工作辊直径,以利于减小轧制力和轧制更薄的带材。(2)所轧产品的范围广,从较软的普碳钢,到高强度的薄规格的合金钢及不锈钢。(3)高效率,低能耗,小直径的工作辊可以实现大压下量的轧制,有利于提高生产率,降低能耗。
  3 板型控制方式
  主要,有轧辊倾斜、弯辊、中间辊轴向抽动、分段冷却等。随着换辊技术的不断完善,十八辊轧机开始应用于冷连轧生产。
  3.1 十八辊辊系布置
  轧机辊系呈对称布置,见图2。辊系由两个小直径工作辊,两个中间辊,两个支承辊,四个侧支承辊及八个背衬辊组成。
  3.2 轧机结构
  轧机采用整体机架结构,牌坊为铸钢件,顶部及底部横梁用以连接牌坊,轧机牌坊顶部安装有调节辊缝的液压压下缸,液压压下装置用于提供轧制压力,并补偿上工作辊、上中间辊和上支承辊轧辊的磨损量。
  轧制线标高由斜楔调节,换辊后保持轧制线标高恒定,并补偿下工作辊、下中间辊和下支承辊轧辊的辊径变化。
  工作辊无轴承座,工作辊和支承辊间设置了端部具有锥度的可轴向调节的中间辊,可有效的控制带材边部形状,随着板宽的不同,中间辊可作适当的调整,使平辊部分位于带材边部的内侧,消除了有害接触部分的影响,避免了工作辊过大的挠度,达到控制边浪的目的。
  在工作辊的两侧配置侧向支承辊和多点支承的背衬轴承辊,保证小直径工作辊的侧向刚度。轧机的出入口侧的侧支撑梁通过液压马达、齿轮和螺丝分别调节,不需要确切的匹配轧辊直径。
  十八辊五机架冷连轧机主要技术参数见表1。
  表1 十八辊五机架连轧机主要技术参数
  3.3 检测仪表
  检测仪表在线测量轧制工艺参数和带钢质量指标,是冷轧机实现自动控制的前提条件。用于工艺调节和质量控制的检测仪表主要有:   (1)测厚仪:是AGC控制的关键,在第一架前后以及第五机架后设置测厚仪,用于前馈及监控控制。
  (2)测速仪:主要用于秒流量AGC控制和前滑的自适应学习修正,布置在秒流量AGC控制机架前后。
  (3)板型仪:采用分段接触式板型仪,与弯辊和乳化液流量分段控制等调节装置及计算机构成闭环控制系统,板型仪配备在机组出口位置对成品带钢进行板型控制。
  (4)张力计:带钢张力通过机架间的张力辊进行检测,在张力辊的轴承下面装有压力传感器作为张力检测元件,位于1#轧机入口和5个机架的出口。
  3.4 冷连轧工艺技术特点
  十八辊五机架冷连轧机组具有以下技术特点:
  3.4.1 机组入口设置了2台开卷机,配置了激光焊机和水平活套,可实现全连续无头轧制,使轧机作业率大幅提高。
  3.4.2 十八辊冷轧机主要由整体机架、液压压下装置、工作辊系,中间辊系,支承辊系,侧支承辊系、中间辊正负弯辊、中间辊轴向横移装置、自动换辊装置、轧机主传动装置等部分组成。十八辊冷轧机生产产品质量好,轧机刚度高,机架受力好,轧辊直径小,压下量大,轧制力及轧制力矩小,可节约电能。轧机调整速度快,轧机采用中间辊传动,有利于减小工作辊直径。
  3.4.3 机组出口设置了出口水平活套,减少轧机减速带来的带钢厚度超差及表面缺陷。
  3.4.4 机组出口设置了双卷取机和飞剪,可进一步提高机组产量。
  3.4.5 由于采用全连续无头轧制,带钢厚度均匀,头尾损失少,成材率高。
  3.4.6 轧机开口度大,有利于清除轧机断带。
  3.4.7 可实现在线不断带快速换辊,减少了生产辅助时间。
  4 结束语
  随着十八辊轧机换辊技术的完善,不锈钢冷连轧技术已逐渐成熟,在实际生产中取得良好效果,正逐步得到推广。
  参考文献
  [1]潘纯久.二十辊轧机及高精度冷轧钢带生产[M].北京:冶金工业出版社,2003.
  [2]傅作宝.冷轧薄钢板生产[M]. 北京:冶金工业出版社,2006.
  作者简介:荀凤超(1972-),男,中冶东方秦皇岛研究设计院高级工程师,从事轧钢工艺设计工作。
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