实现高水平基础上的关键突破

实现高水平基础上的关键突破

——高精度热连轧成套装备研发制造现状分析

黄波

热轧带钢连轧技术经过半个多世纪的发展，目前已经达到了新的水平，具有大型化、高精度、全自动、高效率的显著特点。粗轧机、立辊轧机、热卷箱、切头飞剪、精轧机组、层流冷却、卷取机等设备和自动化控制系统应用软件已经实现了国产化，但与国外先进水平相比，其在设备加工精度、材质选用、控制精度等方面尚存在差距，尤其在原创性技术领域差距较大。

定宽压力机市场壁间广阔

性能优势使其迅速椎广。第一台定宽压力机于20世纪80年代在蒂森成功应用后，其减宽效率高的明显优势得到普遍认可，后来西马克、石川岛播磨重工业株式会社和川I崎三家公司相继制造了不同类型的定宽压力机，并得到广泛应用。其功能、效率相近，但结构形式各有特点。

西马克设计制造的定宽压力机采用双曲柄驱动形式，由传动电机带动双曲柄轴旋转，从而带动压模移动；其定宽压力机移动部件小，振动较小。石川岛播磨重工业株式会社制造的定宽压力机采用单曲柄结构，由于要解决压模移动的平稳运行导向问题，其移动部件相对较大，在实际操作中振动稍大。川崎的定宽压力机采用了一重悬挂结构，所有移动部件均在轨道上运行，传动仍然采用单曲柄形式。

我国第一台定宽压力机于1996年在宝钢1580毫米生产线投入使用，鞍钢、武钢、马钢、邯钢、本钢等企业也相继采用。

依据某生产厂的实测数据，定宽压力机与立辊轧机减宽效率比较见下表。

根据某生产厂经验，采用定宽压力机后，连铸坯规格理论上可由19种减少到5种，实际操作时可以减少到9种，宽度进级为200毫米；连铸机产能可由24万吨／月提高到30万吨／月，提高25％；热装轧制比例提高，加热炉吨钢能耗可由240000千卡／吨降低到170000千卡／吨。

与立辊轧机比较，定宽压力机生产的带钢成品精度见下表。

整合各方力量实现自主研发。定宽压力机是我国热轧带钢领域尚不能自主设计制造的大型机械装备之一。目前国内已经投产的定宽压力机均为引进，而且合作制造的份额非常低。外商将其视为自己的核心技术装备重点保护。

目前国内的重机企业已着手进行研制，成立了专门的科技攻关小组，但由于国外的技术封锁，缺少相关设计参考资料，导致研制工作进展缓慢。

由于是纯粹的单体机械设备，因此攻克该难关的技术障碍并不大，关键是要整合各方力量。国家有关部门应提供相关政策并牵头组织，使钢铁企业、科研院所和装备企业联合起来，多方参与并共同享有科研成果。依靠单方面的力量很难实现创新产品的开发应用。

国内的热轧带钢生产线有近70条，由于引进费用十分昂贵，只有不到10条线配置了定宽压力机。因此，该装备在国内的推广前景十分广阔。

机架间冷却控制技术装备研发有待突破

预设终轧温度难题尚未攻克。在精轧过程中，增加机架间冷却系统，不但可以提高终轧温度精度，而且对于实现提速轧制、提高机组产量、改善产品内在质量，以及生产对轧制温度范围有特殊要求的钢材品种都具有非常重要的意义。机架间冷却最初的目的是在温度加速度轧制的情况下进行终轧温度的控制。其后的铁素体轧制也对机架间冷却提出了更高要求。

机架间冷却有常规冷却和常规冷却 机架间除鳞联合两种形式。在设备配置方面，以前均采用集管的开闭控制，现在逐步发展成为可进行流量调节、带钢宽度方向分段调节的新型装置。机架间冷却装置本身并不复杂，通过离线计算热交换得到的冷却水流量即可配置冷却集管。要精确控制终轧温度，其关键在于二级设定模型以及终轧温度的反馈控制。对于铁素体轧制，对机架间冷却能力的要求更高。

终轧温度的预设定方面，目前世界上还没有太理想的方法，只是综合考虑了冷却介质的热交换以及热加工产生的机械热平衡。由于精轧机轧制过程情况复杂多变，在预设定模型中即使采用分层、多段的有限元计算进行水量及其分布计算，其精度仍然无法得到很大提高。现在普遍采用的行之有效的方法是终轧温度的反馈调节。目前终轧温度精度控制的先进指标是±15摄氏度。在实际生产操作中该指标波动很大，特别对于厚规格产品更是如此。

技术装备研发尚处于理论研究阶段。机架间冷却、机架间除鳞装置国内完全可以自主制造。目前国内自主集成装备的终轧温度控制精度已经达到：20℃ (2σ，带钢厚度≤10毫米)，但稳定性较差。要稳定生产合格的高品质产品，调整冷却策略和冷却工艺曲线也相当重要。

在热传导、热交换的理论计算方面，国内尚未形成成熟的理论体系，还处于摸索阶段，终轧温度的精度控制仍然侧重于反馈调节。在这方面，国内有关大专院校应该开展更加深入的理论和实验研究。虽然国内该领域发表的学术论文较多，涉足的范围也较广，但投入生产实践并取得良好应用效果的成果却是难觅踪迹。

轧后冷却控制技术装备自主化基础雄厚

生产高强钢的必备装备。以生产高强钢为主要目的的强化冷却技术装备在热轧带钢领域得到了高度重视，国外采用加强型层流冷却装备可生产出抗拉强度1500MPa以上的超高强度钢。宝钢、本钢等企业为生产1200MPa以上高强钢，配备了不同类型的加强型层流冷却装置。

技术发展现状。目前国内广泛采用的强化冷却装备主要有两种。一种是高压紊流型，由宽厚板技术领域延伸发展而来(见图1)。该装置冷却强度为220立方米/平方米·小时，可实现高压力大流量冷却。根据冷却段长度不同，带钢最大冷却速率可达500摄氏度／秒以上。本钢2300毫米和涟源钢铁2250毫米热轧生产线采用该冷却形式。另一种是加密型层流冷却(见图2)，利用常规层流冷却装置加大集管的密度来实现高强度冷却，冷却强度为170立方米／平方米·小时，带钢冷却速率可达200摄氏度／秒。宝钢1880毫米热轧生产线采用该冷却形式。

自主化研制具备一定基础。层流冷却、加强型层流冷却以及强化冷却装备国内完全可以自主制造。目前层流冷却装备的温度控制精度已经达到±18℃(2σ)。轧后冷却的装置相对简单，其技术的关键在于控制精度以及集管开闭阀的响应时间(从装置开启到水流稳定应该在0．7秒钟以内)。要生产出合格的高品质产品，冷却策略、冷却工艺曲线相当重要。在冷却策略、冷却工艺曲线的实验和研究方面，以东北大学为代表国内大专院校取得了一定的成绩并且有应用业绩。国内某些大型钢铁企业也开发出了1000MPa级别的高强度钢，在该领域技术水平已接近世界先进水平。