Ugine 的ＥＣＲ无头铸轧生产线
2002-01-31 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
在意大利Ugine的ＡＢＳ有一座一个年产５０万ｔ的小型特殊钢长材生产厂。这是第一条实现从连铸、轧钢、退火、检验、矫直、喷丸清理、精整及包装全连续的生产线。称为ＥＣＲ（Ｅｎｄｌｅｓｓ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｒｏｌｌｉｎｇ）――无头铸轧。整条生产线设计的重点在于提高成材率及生产可靠性。
1．开发无头铸轧的必要性 随着市场竞争的加剧，冶金行业的利润空间越来越小。节约成本的最直接的方法就是简化生产环节，减少辅助生产流程。扁平材生产已成功地实现了从钢液到成品生产实质上的革新，即薄板坯连铸－再加热－热轧生产线，通过热机械轧制来控制产品的微观组织，并得到了很高的性能。达涅利公司希望通过开发ＥＣＲ特殊钢生产厂来缩短长材和扁平材之间的差距。Ｌｕｎａ厂标志着特殊钢长材生产的新起点，是新一代高质量成卷棒线材生产线。这条特殊钢长材生产线，年生产能力为５０万ｔ，平均生产率为９０ｔ／ｈ。产品包括２０～１００ｍｍ圆钢、４０～１００ｍｍ方钢、１５～５０ｍｍ成卷圆钢，钢种为碳素钢，表面硬化钢，淬火回火钢，微合金钢，轴承钢，弹簧钢，不锈钢。
新生产线的主要特点是：高速连铸；采用直接轧制；由于采用快速换机架和无孔型轧制，使轧机利用率高；轧制尺寸精度高；从中包到成品进行温度控制；在线退火、回火及缓冷；在线机械除鳞；在线质量控制系统（ＱＣＳ）；全线过程控制和快速缺陷检测来保证产品质量。
该生产线为双流１６０×２００铸机，可单独或联合控制。铸机后安装有两个淬火箱，可以生产表面硬化钢、铝镇静低碳钢和中碳钢。一座１２５ｍ长的辊底式加热炉在连铸机与轧机之间，用来控制材料温度和提供最佳温度分布的坯料。轧制线包括１７个平－立机架（粗轧７架６５０ｍｍ，中轧４架４５０ｍｍ预精轧６架３７０ｍｍ），５个除鳞机，５个剪切机，一条冷却线控制终轧温度，Ｋｏｃｋ／Ｄａｎｉｅｌｉ减定径机组，方圆断面自动尺寸控制系统，在线热表面缺陷探测器。轧线后布置了几个在线热处理装置。９０ｍ长的冷床用来控制轧件最终冷却途径，可直接冷却和快速冷却。在线退火炉紧靠传统冷床，可进行在线缓冷、退火及回火。冷精整线包括在线机械除鳞机，４个圆盘剪，去毛刺机，堆垛站和打捆机，收集站。在线无损探伤包括两个超声波和涡流探伤设备。
铸坯长度范围为７～４５ｍ，所有在线检测装置（磁流体技术）可以保证１００％没有横向和纵向裂纹和印痕。纵向及横向硫印和低倍组织样品表明：不存在表面、中间及中心裂纹；等轴晶率平均５５％～６０％；中心偏析小于１.０７（Ｃo／Ｃａｖ）。
2．直接轧制 铸机可单流或双流生产。单流生产时，铸坯可以不用剪切，直接进入在线隧道式加热炉加热，然后进入轧机。双流生产时，铸坯被切成４５ｍ长，交替进入加热炉。隧道式加热炉为轧机提供一定温度铸坯的同时，还起到缓冲物流的作用。直接轧制细晶合金钢时须特别小心，因为氮化铝聚集在晶界并影响到凝固组织，使这些钢种韧性很差。这个缺点可以通过在连铸机和隧道炉之间安装淬火箱来解决，淬火再加热后可以细化初始凝固组织。
该生产线的过程控制功能也很强大。首先减少再加热时间可以显著减少氧化铁皮数量和表面脱碳，这对高碳钢、轴承钢和弹簧钢来说非常重要。第二是隧道式加热炉中方坯温度比传统步进梁式加热炉更均匀，因为没有水印，沿铸坯长度方向温差更小。另外，对高碳合金钢，在显微组织形成的温度范围，加热时间短也减少了二次碳化物的析出。
对连铸工艺来说，至少连浇３炉才能降低连铸成本，但小型特殊钢的订单多数在３０～４０ｔ，为此ＥＣＲ生产线设计成可变规格轧制制度，而上游连铸工艺不变。即对应每种规格都有高度柔性的应对方案（从连铸到加热炉和轧机）如：采用自由规程轧制、轧机改进设计和强大的计算机快速反应系统。整套自动快速换规格过程少于５ｍｉｎ。
１７架轧机全部由ＣＡＰ轧机组成，即达涅利最新紧凑式无机架轧机。每架轧机都有侧压仪和负载辊缝调整装置构成，可更精确地控制轧制参数。3 辊 Kocks/Danieli RSB减定径机组具有高生产率和低成本可生产高质量产品的优点。ＲＳＢ宽的“自由规程”轧制范围和ＪＩＴ（ｊｕｓｔ ｉｎ ｔｉｍｅ实时轧制）能力提高了轧机柔性和可操作性。每个机架调整辊缝都可由在线测厚仪和测径仪测量，并在控制室进行遥控。
3.轧制温度控制及在线热处理 影响产品最终性能的重要因素是终轧温度，它也能控制最后的冷却途径。Ｌｕｎａ ＥＣＲ轧机适合任何温度控制过程，如精轧道次前后。减定径机组前的冷却线将直径４０ｍｍ以下圆钢的精轧温度控制在７００～１０００℃之间，其他规格圆钢的精轧温度控制在８００～９５０℃之间，而不降低生产能力。因此可以在轧制过程中实施低温轧制、控温轧制和常规轧制。与其他生产线相比，ＥＣＲ生产线可以实现轧机下游在线热处理，因此将热机械轧制的优点发挥到极限。最终冷却线很长，采用了三种冷却形式；轧后冷却到设定温度进入冷床或进行在线退火；轧后快冷到５５０℃，省略淬火；轧后直接淬火（ＤＱＳ）到１００℃，使圆钢断面全部硬化。
4.轧后精整 机械除鳞和剪切后的冷精整过程包括无损探伤，除毛刺，打号，堆垛和包装。表面有缺陷的轧材需经过精整以确保合格。所采取的特殊措施包括：采用特殊无摩擦材料；精心设计机械设备防止刮伤轧材表面；捆垛之前在圆钢之间垫塑料块以防滑伤。
过程控制 Lｕｎａ生产线的自动过程控制系统融合了自动化新技术和特殊钢连铸连轧新概念。由达涅利自动化部开发的大张力无活套轧制控制与已有的测温、测厚、测轧制力装置相结合形成多级反馈系统。自动化系统用ＰＣ机完成模拟和监控功能。模拟部分可以动态计算和分析当前工艺过程，并优化设定和修正工艺参数，保持和提高产品质量。自动控制取代了“熟练工”，是质量稳定性的保证。系统控制是基于矩阵的多个数学模型组成的，可以考虑材料塑性和温度的影响，可控制轧制速度、张力并可带负载调整辊缝。
另外调整张力导致了轧件尺寸波动，此时需调整辊缝来保证轧件头尾尺寸一致。由于系统可预测轧件温度，因此可预算并优化冷却曲线和退火制度。
系统可控的主要参数有：铸坯温度、来料温度、轧制速度、轧辊磨损状态、轧材尺寸、辊缝、轧件每点温度、热处理制度设定。为了提高生产率，所有设备更换都实现了自动化。整个自动化系统可实现：中央控制系统节省了人力投资；通过警报系统和自动修正错误的Ｈｉ Ｍａｉｎｔ系统可保持系统的高稳定性；采用标准控制及动力单元减少安装成本和时间；采用区域总线和远程控制台可减少及简化线路；通过可移动无线基础控制台简化区域控制。
Ｌｕｎａ ＥＣＲ生产线的主要优点是：高生产率和高利用率、高收得率、低能耗、产品质量高、减少中间处理环节、交货时间短（少于４ｈ）、在线热处理后产品无需其它离线处理。与现有其他生产方法相比，本生产线平均节省成本约为４５～５０美元／ｔ。不只特殊钢可以采用无头铸轧生产线，目前已开发出低成本普碳钢棒线材生产线，可比传统工艺流程节省投资约为１４美元／ｔ。（刘立文 摘译自《ＭＰＴ》２００１.２，周积智校）
1．开发无头铸轧的必要性 随着市场竞争的加剧，冶金行业的利润空间越来越小。节约成本的最直接的方法就是简化生产环节，减少辅助生产流程。扁平材生产已成功地实现了从钢液到成品生产实质上的革新，即薄板坯连铸－再加热－热轧生产线，通过热机械轧制来控制产品的微观组织，并得到了很高的性能。达涅利公司希望通过开发ＥＣＲ特殊钢生产厂来缩短长材和扁平材之间的差距。Ｌｕｎａ厂标志着特殊钢长材生产的新起点，是新一代高质量成卷棒线材生产线。这条特殊钢长材生产线，年生产能力为５０万ｔ，平均生产率为９０ｔ／ｈ。产品包括２０～１００ｍｍ圆钢、４０～１００ｍｍ方钢、１５～５０ｍｍ成卷圆钢，钢种为碳素钢，表面硬化钢，淬火回火钢，微合金钢，轴承钢，弹簧钢，不锈钢。
新生产线的主要特点是：高速连铸；采用直接轧制；由于采用快速换机架和无孔型轧制，使轧机利用率高；轧制尺寸精度高；从中包到成品进行温度控制；在线退火、回火及缓冷；在线机械除鳞；在线质量控制系统（ＱＣＳ）；全线过程控制和快速缺陷检测来保证产品质量。
该生产线为双流１６０×２００铸机，可单独或联合控制。铸机后安装有两个淬火箱，可以生产表面硬化钢、铝镇静低碳钢和中碳钢。一座１２５ｍ长的辊底式加热炉在连铸机与轧机之间，用来控制材料温度和提供最佳温度分布的坯料。轧制线包括１７个平－立机架（粗轧７架６５０ｍｍ，中轧４架４５０ｍｍ预精轧６架３７０ｍｍ），５个除鳞机，５个剪切机，一条冷却线控制终轧温度，Ｋｏｃｋ／Ｄａｎｉｅｌｉ减定径机组，方圆断面自动尺寸控制系统，在线热表面缺陷探测器。轧线后布置了几个在线热处理装置。９０ｍ长的冷床用来控制轧件最终冷却途径，可直接冷却和快速冷却。在线退火炉紧靠传统冷床，可进行在线缓冷、退火及回火。冷精整线包括在线机械除鳞机，４个圆盘剪，去毛刺机，堆垛站和打捆机，收集站。在线无损探伤包括两个超声波和涡流探伤设备。
铸坯长度范围为７～４５ｍ，所有在线检测装置（磁流体技术）可以保证１００％没有横向和纵向裂纹和印痕。纵向及横向硫印和低倍组织样品表明：不存在表面、中间及中心裂纹；等轴晶率平均５５％～６０％；中心偏析小于１.０７（Ｃo／Ｃａｖ）。
2．直接轧制 铸机可单流或双流生产。单流生产时，铸坯可以不用剪切，直接进入在线隧道式加热炉加热，然后进入轧机。双流生产时，铸坯被切成４５ｍ长，交替进入加热炉。隧道式加热炉为轧机提供一定温度铸坯的同时，还起到缓冲物流的作用。直接轧制细晶合金钢时须特别小心，因为氮化铝聚集在晶界并影响到凝固组织，使这些钢种韧性很差。这个缺点可以通过在连铸机和隧道炉之间安装淬火箱来解决，淬火再加热后可以细化初始凝固组织。
该生产线的过程控制功能也很强大。首先减少再加热时间可以显著减少氧化铁皮数量和表面脱碳，这对高碳钢、轴承钢和弹簧钢来说非常重要。第二是隧道式加热炉中方坯温度比传统步进梁式加热炉更均匀，因为没有水印，沿铸坯长度方向温差更小。另外，对高碳合金钢，在显微组织形成的温度范围，加热时间短也减少了二次碳化物的析出。
对连铸工艺来说，至少连浇３炉才能降低连铸成本，但小型特殊钢的订单多数在３０～４０ｔ，为此ＥＣＲ生产线设计成可变规格轧制制度，而上游连铸工艺不变。即对应每种规格都有高度柔性的应对方案（从连铸到加热炉和轧机）如：采用自由规程轧制、轧机改进设计和强大的计算机快速反应系统。整套自动快速换规格过程少于５ｍｉｎ。
１７架轧机全部由ＣＡＰ轧机组成，即达涅利最新紧凑式无机架轧机。每架轧机都有侧压仪和负载辊缝调整装置构成，可更精确地控制轧制参数。3 辊 Kocks/Danieli RSB减定径机组具有高生产率和低成本可生产高质量产品的优点。ＲＳＢ宽的“自由规程”轧制范围和ＪＩＴ（ｊｕｓｔ ｉｎ ｔｉｍｅ实时轧制）能力提高了轧机柔性和可操作性。每个机架调整辊缝都可由在线测厚仪和测径仪测量，并在控制室进行遥控。
3.轧制温度控制及在线热处理 影响产品最终性能的重要因素是终轧温度，它也能控制最后的冷却途径。Ｌｕｎａ ＥＣＲ轧机适合任何温度控制过程，如精轧道次前后。减定径机组前的冷却线将直径４０ｍｍ以下圆钢的精轧温度控制在７００～１０００℃之间，其他规格圆钢的精轧温度控制在８００～９５０℃之间，而不降低生产能力。因此可以在轧制过程中实施低温轧制、控温轧制和常规轧制。与其他生产线相比，ＥＣＲ生产线可以实现轧机下游在线热处理，因此将热机械轧制的优点发挥到极限。最终冷却线很长，采用了三种冷却形式；轧后冷却到设定温度进入冷床或进行在线退火；轧后快冷到５５０℃，省略淬火；轧后直接淬火（ＤＱＳ）到１００℃，使圆钢断面全部硬化。
4.轧后精整 机械除鳞和剪切后的冷精整过程包括无损探伤，除毛刺，打号，堆垛和包装。表面有缺陷的轧材需经过精整以确保合格。所采取的特殊措施包括：采用特殊无摩擦材料；精心设计机械设备防止刮伤轧材表面；捆垛之前在圆钢之间垫塑料块以防滑伤。
过程控制 Lｕｎａ生产线的自动过程控制系统融合了自动化新技术和特殊钢连铸连轧新概念。由达涅利自动化部开发的大张力无活套轧制控制与已有的测温、测厚、测轧制力装置相结合形成多级反馈系统。自动化系统用ＰＣ机完成模拟和监控功能。模拟部分可以动态计算和分析当前工艺过程，并优化设定和修正工艺参数，保持和提高产品质量。自动控制取代了“熟练工”，是质量稳定性的保证。系统控制是基于矩阵的多个数学模型组成的，可以考虑材料塑性和温度的影响，可控制轧制速度、张力并可带负载调整辊缝。
另外调整张力导致了轧件尺寸波动，此时需调整辊缝来保证轧件头尾尺寸一致。由于系统可预测轧件温度，因此可预算并优化冷却曲线和退火制度。
系统可控的主要参数有：铸坯温度、来料温度、轧制速度、轧辊磨损状态、轧材尺寸、辊缝、轧件每点温度、热处理制度设定。为了提高生产率，所有设备更换都实现了自动化。整个自动化系统可实现：中央控制系统节省了人力投资；通过警报系统和自动修正错误的Ｈｉ Ｍａｉｎｔ系统可保持系统的高稳定性；采用标准控制及动力单元减少安装成本和时间；采用区域总线和远程控制台可减少及简化线路；通过可移动无线基础控制台简化区域控制。
Ｌｕｎａ ＥＣＲ生产线的主要优点是：高生产率和高利用率、高收得率、低能耗、产品质量高、减少中间处理环节、交货时间短（少于４ｈ）、在线热处理后产品无需其它离线处理。与现有其他生产方法相比，本生产线平均节省成本约为４５～５０美元／ｔ。不只特殊钢可以采用无头铸轧生产线，目前已开发出低成本普碳钢棒线材生产线，可比传统工艺流程节省投资约为１４美元／ｔ。（刘立文 摘译自《ＭＰＴ》２００１.２，周积智校）
