沙钢宽厚板工艺技术特点

关键词：宽厚板 步进梁式加热炉

0概述

全球至今共有16家5 000～5 500mm级宽厚板厂投人工业生产，其中法国1套，中国、美国和德国各2套，俄罗斯4套，日本5套。

由江苏沙钢集团和西门子奥钢联合作建设的现代化5m宽厚板生产厂于2006年建成，辊系采用带WRB的ф1 210mm×5 050mm工作辊和带油膜轴承ф2300mm×4 900mm支承辊，最大轧制力100MN，最大切断力矩2×4 925kNm，高刚度、液压AGC工作辊弯辊

装置轧机及MULPIC装置，生产5～150mm×900～4900mm×6 000～27 000mm高强船板、管线、桥梁、海洋、建筑用途宽厚钢板，提升我国高端特宽厚板生产能力，满足国民经济与国防需要。中国业已投入生产3 500mm级宽厚板厂家示于表1。

1工艺布置

江苏沙钢集团5m宽厚板厂位于江苏扬子江国际冶金工业园区内，主厂房总长1 356m，宽度方向最宽246m，总面积200 610m²。由板坯库、上料跨、加热炉跨、主轧跨、剪切跨、厚板处理中转跨、成品库、磨辊间、主电室及预留热处理跨和涂漆线跨组成。产品规格5～150mm×900～4 800mm×～25 000mm，最大重量32 300kg。常规轧制、控制轧制及热处理钢板比5：3：2，生产碳素、低合金结构、船板、管线、桥梁、海洋、建筑、锅炉压力容器及机械工程用板，设计年产量180万t／a。采用5m高刚度轧机、大功率主电机和MULPIC加速冷却装置并扩大精整能力，辊系带HAGC和WRB装置沙钢宽厚板轧机单位轧制力20kN／mm及单位轧制功率4kW／mm，用自动测压、测厚级测宽测长仪及板型仪确保自动轧制钢板板型和平直度。及在线钢板精整和钢板质量跟踪，从加热炉上料辊道至钢板进入成品库止，由计算机物料跟踪系统对板坯、轧件母板及成品子板全线跟踪，确定其确切位置，对相应设备设定和控制，通过全厂L1～L3三级控制系统，确保高强船板、锅炉压力容器板、桥梁板和石油管线板的两阶段或三阶段TMCP ACC/DQ轧制工艺要求。

2生产工艺

2．1 加 热

10．7mm×52m² 8段步进梁式加热炉，以焦炉煤气为燃料，最大标定和小时产量分别为245和300t／h，热装率达60％～70％。炉内236个烧嘴，上部为平焰和侧向烧嘴，下部为侧烧嘴，80和110m³/h平焰烧嘴各有60和72个；400、450和500m³／h侧烧嘴分别为28、48和28个。风量助燃风机70 000m³/h，风压13kPa，1 450r／min；现场有炉压测量差压变送器、压力变送器、流量控制器、液位控制器、压力控制器，带黑度补偿板坯高温计、炉内残氧分析仪和NOx分析仪表，各段煤气和高温空气控制阀及煤气总管调节阀。

钢板加热温度、加热速度、加热时间等工艺参数及炉温制度、炉内气氛、炉压均由计算机设定、控制，进行坯料温度预报与热态跟踪、最佳炉温设定、动态空燃比设定、在线热平衡计算、炉压的前馈控制及耽误策略，上、下供热滚轮斜台面全液压驱动。箱型多区供热，分区控制各段温度适应热坯和冷坯热坯交替装炉变化；高背化耐热垫块和千鸟型布置；水梁及立柱双层绝热，高效保温复合炉衬，最大限度回收显热。

2．2轧 制

18MPa高压水除鳞箱有上下各两排喷嘴出口水压，上部喷嘴垂直可调，清除出炉板坯表面氧化铁皮。

2．2．1立辊轧机轧制

ф1 000ram×600mm立辊轧机配有液压宽度控制系统(AWC)和轧制头尾部分短行程控制(SSC)，控制轧件平面形状和宽度尺寸精度及钢板头尾部形状，轧制头尾部短行程控制对板坯矩形化能使轧件延伸道次全长宽度均匀偏差最小。对轧件施以侧压立辊轧制减少轧件边部折叠和改善边部质量，提高成材率。

2．2．2 4辊轧机轧制

ф1 210mm×5 050／ф2 300mm×4 900mm宽厚板车L机的单位轧制力20kN／mm，单位轧制功率4kW／mm。组合式轧机牌坊立柱和横梁间用预紧拉杆连接。无限冷硬铸铁工作辊，配用4列圆锥滚柱轴承；工作辊弯辊(WRB)8个上弯辊缸在上支承辊轴承座内，8个下弯辊缸位于轧机牌坊上4个弯辊块内；上下支承辊油膜轴承承受径向负载，2列锥形止推轴承承受轴向负载，由集中稀油系统供稀油润滑和流体动力润滑。

液压AGC用于自动厚度控制、动态轧制线调整和锥形轧制。轧辊磨损由阶梯垫系统补偿。轧制线调整系统对工作辊磨损补偿的梯垫有4个位置，每个位置增量25mm。安装在压下丝杆的线性位移传感器测量压下位置，轧机机械压下系统对轧制过程辊缝设定和轧辊更换。HAGC实现钢板自动厚度控制；工作辊最大弯辊力4MN／每侧，并采用板型仪，控制钢板的板凸度和平直度；平面形状控制技术，且液压压下系统响应快。

轧机两侧轧制线上下方设有上、下除鳞集管。对轧前钢板清除二次氧化铁皮。轧机前后各有三根集管全宽度冷却下工作辊。由集管扁平喷嘴供冷却上下支承辊。可补偿辊型凸度。

以软件为主，硬件及液压压下系统应答性快的平面形状控制技术，成型轧制和展宽轧制最后1道次沿轧制方向轧成两楔形端部轧件，回转90~展宽和延伸轧制，使楔形处金属回流轧件角部，立辊轧机液压短行程控制对板坯头尾部和本体施予不同侧压量，获得矩形平面钢板。

本轧机在采用2阶段或3阶段TCR和TMR多块坯交叉轧制的中问坯在轧机与加速冷却段间辊道上或加速冷却辊道上待温。轧制时间与中间坯待温时间、轧制温度与中间坯厚度、压下率保证控制轧制产品性能，中间坯的压缩比为1．5～4．0，2个阶段各自总压下率≮60％，终轧温度在700～8500℃。据不同钢种规定不同待温开始和结束温度及成品终轧温度。4辊轧机对常规、TCR或TMR轧制可采用“纵一横一纵”或“横一纵一横”、ATLAS(道次间自动调整)MAS(厚边展宽)、Dog Bone(狗骨)和立辊组合轧制法。

轧机液压AGC系统及工作辊弯辊装置控制高精度钢板平直度和板凸度，用立辊轧机给轧件侧压量避免轧件边部产生鼓形、折叠、裂边缺陷，用短行程控制和自动宽度控制保证轧件精确宽度。轧机出口处设有板凸度、厚度、宽度、平面形状和温度仪。计算机控制系统计算设定4辊轧机和立辊轧机的压下量、轧制速度、弯辊力并可动态调整，实现钢板厚度和板形闭环控制，保证成品厚度精度。

2．3 ACC/DQ

MULPIC(Multi Purpose Interrupted Gooling，多功能间断式冷却)装置位于轧机与热矫直机间，采用高密度高压喷嘴，水压5bar·，最大与最小单位水流量调节比为10～20，根据钢板宽度调节集管边部冷却水量。横向可移遮挡的24m×5．1m MUIJPIC装置上下各24根不锈钢集管5．9万个喷嘴组成MULPIC水枕，每个集管配有过滤装置保护喷嘴喷射高密度冷却水，侧喷装置吹扫，水流量850m³／h，20～50mm低c—Mn钢板温降300％加速冷却速率30～10℃／s；钢板温降700℃直接淬火冷却速率10～40℃／s，可在线加速冷却或直接淬火热处理。与MUIPIC装置相连每个辊道单独用矢量电机控制，该MUIPIC装置设ABCID4区，每区上下集管供MUPIJIC装置喷射加速冷却，该装置对热机轧制后加速冷却或直接淬火钢板表面产生湍流，生产高强韧性钢板。

3精 整

3．1热 矫

高刚度全液压4重式9辊式热矫机，最大矫直力40MN，用模型预设定实现矫直过程自动控制。该热矫机全液压调节矫直全过程对上矫直辊组弯辊调节补偿和模型预设定位置调节，实现矫直过程自动控制。液压过载保护上矫直辊组并可单独升降调节入／出口下矫直辊。

辊缝控制长行程液压缸对上矫直辊系高度、倾斜歪斜调整及过载保护。轧件在热矫机矫直l～3个道次，由宽厚板钢级、温度、厚度选择矫直压下量，同钢级板，低温小于高温矫直压下量；较厚板小于较薄板矫直压下量大；由钢板温度、厚度及强度性能确定矫直速度，矫直温度在500～800℃，可在≤900℃温度矫直特厚钢板。热矫机具有动态辊缝调整、整体倾动、矫直辊横向弯曲补偿功能，以消除轧后钢板可能出现的各种板形缺陷。

该热矫机4个主压下液压缸调节。液压辊缝自动调节系统响应快，矫直全过程位置调节；半剖分结构矫直机压力框架对上矫直辊组弯辊；调节补偿上框架变形并纠正钢板浪形；利用模型预设定控制矫直全过程；液压过载保护快速打开上矫直辊组；人，出口下矫直辊单独升降调节及氧化铁收集和除尘装置。

3．2 冷 却

采用均匀冷却，不会划伤钢板下表面步进梁冷床，根据钢板尺寸布料，左右及4个提升区分别或联动提高冷床利用率。热矫后宽厚板轧件分流进入2号和3号步进梁冷床及表面检查。在2号或3号冷床上轧件温降至100～200℃时离开冷床。根据宽厚板轧件长度，单列、双列排放；横向间隔为100～300mmo对需脱氢缓冷处理轧件从冷床输入辊道上吊至剪切跨缓冷区，在200～500℃间缓冷。

大于50mm宽厚板进3号冷床冷却，冷却到一定温度后，由吊车吊至指定区域堆放继续冷至常温；由吊车将需缓冷船板从由冷床上或其出口处吊至缓冷区缓冷。厚板处理区，经翻板检查、修磨后，船板由火焰切割机切成规定尺寸，人工标志后进船板成品库堆放、发货。钢板全自动数控火焰切割机以焦炉煤气、氧气作切割介质，切割抢纵向最大移动速度24m／min，30～150mm×1 300～4 900mm x 6 000～38 000mm母板可切割成30～150mm×500～4 800mm×2 000～25 000mm成品钢板。

小于或等于50mm宽厚板进2号冷床冷却，冷床下料装置将冷却后的宽厚板轧件托放到冷床输出辊道，运至l号检查修磨台对钢板上、下表面由质量检查确定是否翻板修磨。1号翻板机位于检查修磨台架中部，用于检查钢板下表面时的翻板。2组翻板机可单独或同时工作翻转26m以下长度钢板。

下表面修磨需由翻板机将钢板翻转180°；钢板检查修磨作业静态或慢速移送过程中进行。下1号检查修磨台的高端宽厚钢板要通过在线UST装置无损探伤。

3．3剪 切

弧形剪刃、三轴三偏心传动双边滚切剪，剪切最小板宽900mm的剖分剪紧靠双边剪出口，经检查、修磨的宽厚板由辊道送入剪切线。轧件母板送至切头剪切除头尾并分段处理；再经激光定位、磁力横移装置对中后送入双边剪同时剪切钢板两边；对需剖分的钢板由剖分剪同步操作剪切。切边后钢板前端切齐后，用测长辊或机械定尺切成定尺长度钢板，按标准

规定剪切取样。剖分后钢板可齐头进入定尺剪切，也可由定尺剪前升降装置将钢板按前后顺序分别剪切。

3．4冷矫

高刚度全液压4重式11辊冷矫机，最大矫直力35MN。矫直过程液压辊缝自动位置调节响应快，上矫直辊组弯辊调节补偿上框架变形并纠正钢板浪形。上矫直辊组液压过载保护，入／出口矫直辊可单独升降调节，用模型预设定实现矫直过程自动控制。该冷矫机全液压调节矫直全过程对上矫直辊组弯辊调节补偿和模型预设定位置调节，实现矫直过程自动控制。液压过载保护上矫直辊组及单独升降调节入／出口下矫直辊。

冷矫机辊缝长行程液压缸对上矫直辊系高度、倾斜歪斜调整，辊缝超载保护。液压系统允许矫直过程位置调整响应快。矫直辊辊缝可补偿矫直机机架拉伸变化。入口和出口处矫直辊高度位置调节及单道次或多道次矫直提高冷矫的钢板平直度。

该冷矫机4个主压下液压缸调节。液压辊缝自动调节系统响应快，矫直全过程位置调节；半剖分结构矫直机压力框架对上矫直辊组弯辊；调节补偿上框架变形并纠正钢板浪形；利用模型预设定控制矫直全过程；液压过载保护快速打开上矫直辊组；入/出口下矫直辊单独升降调节及氧化铁收集和除尘装置。经检查平直度不良钢板需要冷矫，经由运输链将其输送

至冷矫直机矫直，厚度30mm以下宽厚板可多道次冷矫、逐道次改变压下量，矫直速度由宽厚板钢级及其厚度确定。

3．5热处理及抛丸涂漆

在建热处理跨内设置LOI公司制造的正火、淬火、回火热处理无氧化辐射管辊底炉、及淬火机和40MN厚板压平机，作常化、淬火 回火调质热处理。热处理抛丸后的钢板经涂漆线底层涂料处理、辐射管固化炉内烘干。

4 电控系统

全线采用交流传动，单机容量大、转动惯量小、效率高、结构简单易维护。轧机主传动大功率IG(：T平交直交变频器，动态无功冲击较小，高谐波分量小，功率因数高。轧制线配置温度、压力、厚度、宽度、板凸、板型和平直度仪和100Mbps以太网的三级计算机系

统，对整个生产线进行工艺过程控制及生产管理控制。

4．1三级控制系统

沙钢宽厚板厂由基础自动化级(u)、过程控制级(L2)和生产控制级(m)组成。Ll自板坯库至成品库整个生产线设备顺序控制、自动位置控制、速度控制，板温、板厚、板宽和板型控制及加热炉过程参数控制，各操作界面和数据采集，配置8台SIEMENS S7—400PLC，轧线及精整区配置9台ABB AC450。也自加热炉前板坯称量辊道至成品库钢板收集辊道材料跟踪，过程控制参数设定计算、质量数据收集分析，全厂过程控制级配置5台PC服务器；L3自板坯库人口至成品库发货口的全厂物料跟踪、库管质量及发货管理、磨辊间管理、生产计划编制及数理统计。L1与PLC间系统通讯及与HMI服务器通讯，u与L2间、HMI服务器与客户机间、HMI服务器与L2通讯均用100Mbps以太网，通讯协议TCP／IP。

4．2 系统通讯

配置三级计算机系统，Ll级PLC间及与HMI服务器问用100Mbps以太网；板加区PLC和远程I／O间用PROFTBUS—DP现场总线数据通信；u与L2间、HMI服务器与客户机间、HMI服务器与L2级间TCP／IP通讯协议100Mbps通讯用快速控制以太网。IJ3完成与连铸计算机通讯。

4．3检测仪表

主轧线设置钢板形状、宽度、厚度、温度、板凸度、轧制力、液压缸位置检测及钢板速度检测仪；冷金属检测器、热金属检测器、激光检测器、速度检测器、位置检测器、结晶开关检测元件。

4．4 电气传动

全线电气交流传动和轧机主传动用IGCT器件平交直交变频器及ABB凸极同步主电机；板坯库、加热炉区辅传动系统用SIEMENS 6SE70全数字IGBT交直交变频调速；粗除鳞箱输入辊道至成品库钢板收集辊道辅传动用ABB ACS600全数字IGBT交直交变频调速装置；公共整流器(ISU)和逆变器为IGBT器件；辅传动用油浸式整流变压器变压器。无调速要求液压、润滑站及剪切线用低压恒速电机控制。

全线交流传动，轧机主传动大功率IGCT器件平交直交变频器COSф≈1，动态无功冲击较小、高次谐波分量小。单机容量大、转动惯量小、效率高，结构坚固、维护简单。全线硬件设备和系统软件选型一致，有利于软件开发和系统维护；各级设备均有硬件故障诊断程序，一旦发生故障便能及时发现、排除；各级设备间通讯采用100Mbps以太网，系统开放性便于软件开发、移植、系统升级及硬件扩展。

5装备水平

我国中厚板轧机已建和在建55套，其中已建成中厚板轧机44套，而小于或等于3 500mm中板轧机多达30余套，大于或等于3 800mm宽厚板轧机仅宝钢、沙钢、鞍钢、浦钢、舞阳、湘钢及新余8套。沙钢集团宽厚板厂装备达到欧美日当代先进装备水平，能生产5～150mm×900～4 900mm×6 000～27 000mm各钢级的船板、管线、桥梁、海洋、建筑用钢板，满足国民经济与国防工业需要。