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韶钢特钢生产工艺及设备
【摘　要】本文介绍了韶钢特钢项目的主要概况，主要包括了产品规格范围及其主要工艺特点、轧线工艺和设备配置，以及生产新工艺新技术的应用。
【关键词】特殊钢；生产工艺；生产设备
0.前言
特殊钢的生产和应用代表了一个国家的工业化发展水平。2010年我国特钢占总钢产量的5%左右，美国和韩国的特殊钢产量占钢产量的10％左右，日本、法国和德国的特殊钢产量占钢产量的15％-22％，瑞典的特殊钢产量占钢产量的45％左右，我国高品质特殊钢无法满足国民经济建设的需要。高品质特殊钢产业还是战略性新兴产业发展的重要材料基础，也是长期以来制约我国制造业发展和相关产业节能减排（如火力发电）目标实现的瓶颈。目前国家、广东省都已将高品质特殊钢作为战略性新兴产业的一个组成部分，《钢铁工业“十二五”发展战略建议》也明确提出重点发展特殊钢新材料，逐步替代进口、满足国内装备制造业提升的需求。
同普通钢相比，特殊钢中的合金元素含量高工艺复杂，技术严格，并且需要热处理，因此资源和能源消耗大。我国高品质特殊钢比例低，特殊钢产品结构不合理。发展高品质特殊钢产业是提升特殊钢产业核心竞争力，促进钢铁产业结构优化升级的重要组成部分。我国主要特殊钢品种年产量超过百万吨，不锈钢1000万吨、轴承钢300万吨、齿轮钢200万吨、弹簧钢200万吨、非调质钢100万吨。
1.韶钢特棒项目概况
韶钢特钢工程建设1 条优质棒材生产线(大棒生产线）、1条合金钢棒生产线（中棒生产线）和与之相配套的精整线。成品产能113万t/a，其中大棒生产线（??70～??180mm）圆钢年产能67万t/a，中棒生产线（??20～??80mm）圆钢产能46万t/a。另外合金钢大棒生产线还生产轧制坯5万t/a（为中棒生产线提供原料）。
本项目将按照一次规划、分步建设的方案进行实施，共分三期完成，工程的主体设备在一期建设完成，并根据产品开发及市场拓展的进展，在随后的二期、三期工程建设过程中进行工业炉、离线精整等设备的配套建设。
1.1一期工程
1.1.1中棒生产线
建设的主要工艺设备有：1座150t/h步进梁式加热炉、1条中棒轧机生产线、3机架两辊减定径机组、1座步进式冷床、1条在线剪（锯）切打捆收集精整生产线、1座多功能辊底式热处理炉、1条离线矫直抛丸探伤精整生产线、2台剥皮机、4台无芯磨床等设备。
1.1.2大棒生产线
建设的主要工艺设备有：1座160t/h步进梁式加热炉、1条大棒轧机生产线、1座横移编组台架、1条在线锯切倒棱收集精整生产线、2座台车式热处理炉、1条离线矫直抛丸探伤精整生产线、1台钢材改尺砂轮锯切机组、2台剥皮机等设备。一期总投资14.56亿元。
1.1.3一期工程于2013年3月前完成。
1.2二期工程
1.2.1中棒生产线
建设的主要工艺设备有：2座辊底式退火热处理炉、1条离线矫直抛丸探伤精整生产线、1台钢坯点修磨机、1台矫直机、1台钢材点修磨机、2台剥皮机等设备。
1.2.2 大棒生产线
建设的主要工艺设备有：1座160t/h步进梁式加热炉、2座台车式热处理炉、1台矫直机、1台钢材点修磨机、2台剥皮机等设备。
1.2.3二期工程于2014年12月前完成。
1.3三期工程
1.3.1中棒生产线
建设的主要工艺设备有：1座多功能辊底式热处理炉、2座辊底式退火热处理炉、2台剥皮机等设备。
1.3.2 大棒生产线
建设的主要工艺设备有：1台火焰清理机、2台剥皮机、1台钢材点修磨机等设备。
1.3.3三期工程于2016年12月前完成。
1.4工艺预留
为了应对未来的更高端产品市场，在中棒生产线预留四机架三辊减定径机组位置。
2.新工艺新技术新装备的应用
2.1采用热送、热装技术，实现节能环保。
2.2采用大断面坯料，保证较高的成材率。
2.3生产线采用高架布置，加热炉和轧线设备在车间内标高为＋5.3m（绝对标高85.8+5.3m）的混凝土地坪上。采用高架布置可减少地下土建施工量和施工难度，一些较深的基础基本上在地坪面以上。采用高架布置可使车间复杂的介质管线和电缆等布置在平台下，不仅便于施工，也便于检修和维护。液压润滑设施可在地坪上敞开空间布置，避免设置复杂的消防设施。高架平台还方便切头尾的收集和外运。
2.4生产线设有高压水除鳞装置，以保证产品的表面质量。
2.5全线采用快速更换辊（机架）装置，中、精轧机换辊离线进行，大大减少轧机的停机时间。
2.6结合适当的抛丸、矫直、修磨、剥皮等精整工序，生产满足用户要求的高表面质量的成品。
2.7采用引进的高精度表面探伤仪和超声波内部探伤仪，使齿轮钢、弹簧钢和轴承钢等产品质量检测得到可靠的保证。
2.8完善的热处理设备灵活地实现了各种热处理工艺。
2.9生产线采用基础自动化级（一级）、过程控制级（二级），可实现全线半自动、自动化操作。
2.10大棒采用步进梁式加热炉，单排或双排上料加热。
2.11为清除过多的表面缺陷，同时为满足批量生产高端汽车用钢的需要，大棒粗轧机后预留离线火焰清理工艺。
2.12大棒生产线采用半连轧工艺。粗轧机组为一架二辊可逆轧机，采用可逆轧制，生产灵活。
2.13大棒轧机生产线的在线倒棱技术为国内首创，实现简单精整短流程。
2.14 中精轧轧机采用平/立交替布置，立辊轧机为上传动，实现无扭轧制。可大大减少优质钢因轧件扭转在角部产生的裂纹，减少表面和内部缺陷，提高成材率。减少因扭转产生的事故，提高轧机利用率。
2.15中轧、精轧机之间的采用微张力轧制，确保产品的尺寸精度和表面质量。
2.16中棒轧机生产线采用热机轧制技术，产品尺寸精度、内部组织结构和力学性能达到同类产品国际先进水平，部分产品可以做到免球化退火处理。
2.17中棒轧机生产线采用减定径机组，实现单一孔型系统。
3.主要工艺设备介绍
3.1步进梁式加热炉
装炉温度：冷装时，室温；
热装时，热装温度：≤750℃
加热质量:
钢坯加热温度：1100-1260 ℃
钢坯任意断面温差：≤20℃
长度方向温差：≤20℃
氧化烧损：≤0.8%
3.2高压水除鳞
大棒线:
系统压力≥25mpa，工作水压：22mpa，轧制时须高压水除鳞，保证产品质量。
320×425坯料工作喷嘴个数：24个，四个面共用水80.22m3/h，形成的打击力为0.91n/mm2。
320×320坯料工作喷嘴个数：20个，四个面共用水66.9m3/h，形成的打击力为0.91n/mm2。
中棒线:
280×280坯料工作喷嘴个数：16个，四个面共用水64.08m3/h，形成的打击力为0.90n/mm2。
170×170坯料工作喷嘴个数：12个，四个面共用水48.60m3/h，形成的打击力为0.90n/mm2。
3.3轧机布置
大棒线:
粗轧：1架二辊可逆轧机：
φ1100/900*2500
中轧:1#至6# zjd8268(φ750)
精轧:7#至10# zjd6850(φ550)
中棒线:
粗轧：1#至3# zjd9280(φ850 )
4#至6# zjd8268(φ750)
中轧：7# zjd8268(φ750)
8#至12# zjd6850(φ550)
预精轧：13# 14# rr558-hs (φ550)
15# 16# rr547-hs (φ450)
精轧；17#至20# rr547-hs (φ350)
二辊减定径 ：21#至23#
cga180/100 (φ350)
3.4剪切设备
大棒线:
配置：1#液压剪、1#飞剪、2#飞剪及2#液压剪
中棒线:
配置：1#飞剪、2#飞剪、3#飞剪、4#飞剪、5#飞剪及冷剪
3.5锯切设备
大棒线:
有三台φ1800金属锯
锯切温度：≥800℃
锯切规格：??70～??180mm
成品长度：4～12m；
切头长度：≤300mm，
定尺精度：0～35mm，
中棒线:
配置2台￠1800砂轮锯
锯切规格：??20～??80mm
锯切温度：≤350℃
定尺精度：0～35mm
锯片厚度：≥13mm
3.6测径仪
采用进口lap四轴固定式测径仪，可以在线实时检测圆钢成品尺寸，可以始终监测圆钢四个关键位置尺寸信息同时得到整根圆钢的最大值、最小值、不圆度的变化趋势图。
测量精度：大棒 ±0.05；中棒 ±0.03。
3.7自动探伤精整线
大棒和中棒各有一条离线自动探伤精整线：
矫直→抛丸→ 倒棱→漏磁表面探伤→超声波探伤→打捆称重
年处理能力：大棒 27万吨，中棒8.3万吨。
3.8离线精整其它设备
大棒线：
2台十二磨头砂轮剥皮机组
1台180圆钢点磨机组
1台改尺砂轮锯切机组
中棒线：
2台十二磨头砂轮剥皮机组
4台40无芯磨床（修磨0.2～0.3mm，原料弯曲度4mm /m，椭圆度小于0.3～0.5mm hb≤380)，修磨后椭圆度小于0.12mm，公差小于0.1mm。
3.9缓冷坑
大棒12个缓冷坑
中棒6个缓冷坑
缓冷钢种：(1)ni、mo 系列
(2)ni、cr系列
(3)cr、mn系列
(4)45#以上高碳钢
以上缓冷钢种600℃以上进缓200℃以下出缓冷坑。
3.10退火炉
大棒线:
配置2台台车式退火炉。
退火材：轴承钢、弹簧钢、合金结构钢。
中棒线:
配置一座辊底多功能热处理炉（退火、正火）。
退火材：优质碳素结构钢、轴承钢、弹簧钢。
4.大棒生产工艺流程简述
4.1加热
热送连铸坯或冷态钢坯借助磁盘吊车成排地吊放到钢坯上料台架上。坯料通过上料台架单根送到加热炉的装料辊道上，不合格的钢坯由剔除装置将其剔除；合格钢坯在入炉辊道上经称量、测长记录后，借助于加热炉装钢机将其送入加热炉内加热。坯料在步进式加热炉内根据不同钢种的加热曲线，由计算机控制加热至1100～1260℃。
4.2轧制
当钢坯加热至对应钢种的出炉温度时，由炉头端部的出钢机将其托运至炉外出炉辊道上，钢坯出炉后快速经过高压水除鳞装置，将钢坯表面的氧化铁皮除掉。然后通过出炉辊道和?1000轧机前工作及延伸辊道送至?1000轧机前，在?1000轧机前后工作辊道及翻钢推床的辅助下，轧制5～9个道次，轧成所要求的中间断面。
经过粗轧机轧出的轧件通过辊道运至切头液压剪处进行切头，然后进入?750×6中轧机组轧制4～6个道次，经中轧机组后飞剪切去肥大且温度较低的头和尾端，再进入φ550×4精轧机组轧制2～4个道次，最终轧成所要求的?70～180mm的成品断面轧件。
轧线在精轧机组出口处设有一台测径仪，轧制过程中随时监测成品轧件断面尺寸的变化，当成品轧件断面尺寸超差时，轧机调整工及时对轧辊孔槽进行调整修正。
4.3倍尺剪切
精轧机组轧出的小规格成品断面轧件由曲柄连杆式分段飞剪进行分段剪切，剪切成适应横移编组台架长度的成品倍尺长度。
4.4定尺锯切
从精轧机组轧出的轧件通过编组台架输入辊道和编组台架上料装置移送至编组横移台架上，并在编组台架上按照轧件规格进行锯切根数编组，编组后的轧件由编组台架下料装置移送至编组台架输出辊道上，通过辊道将其送到热锯处，进行定尺锯切。
4.5圆钢冷却及收集
锯切成定尺长度的圆钢通过辊道和冷床上料装置移送至步进齿条式冷床上进行冷却，圆钢在冷床上边冷却边前进，当到达冷床末端时通过辊道运至收集料筐处进行收集，当收集到一定根数后，进行人工捆扎，然后由吊车卸料、堆存。
4.6轧制坯冷却及收集
剪切成定尺长度的轧制坯通过辊道和冷床上料装置移送至轧制坯步进齿条式冷床上进行冷却，圆钢在冷床上边冷却边前进，当到达冷床末端时运至收集料筐处进行收集，当收集到一定根数后，由吊车卸料、堆存。
4.7缓冷材收集
根据钢种的不同需要进行轧后缓冷的钢材则在定尺锯切后借助于辊道直接送至缓冷材快速收集装置处进行收集，收集好后通过吊车运至缓冷坑内进行缓冷。经缓冷后借助于吊车和过跨平车运至成品精整跨，进行离线精整处理。
4.8离线精整
需要离线精整的圆钢，由精整跨吊车将圆钢吊放到离线精整矫直机上料台架上，圆钢经过矫直、抛丸、倒棱后进入探伤机组进行表面内部缺陷探伤，探伤后合格的圆钢通过设在成品收集台架末端的料架上收集，收集到一定根数后，由磁盘吊卸料堆存。
漏磁探伤后表面缺陷不合格的圆钢则拨至漏磁探伤出口辊道侧的收集台收集，再由磁盘吊将其运至砂轮点修磨机进行机械修磨，修磨后的圆钢再由吊车卸料、堆存。
对于无需表面修磨但需要内部探伤分级的产品，经超探、尾部喷标分级后的圆钢拨至超声波探伤出口辊道侧的收集槽收集，当收集到一定根数后，吊车卸料、堆存。
对于只需矫直的圆钢则在该机组后设置的收集台架处直接进行收集。
对于只需矫直、抛丸的圆钢则在该机组后设置的收集台架处直接进行收集。
对于表面质量要求较高的圆钢或者表面缺陷过多的圆钢，通过砂轮剥皮机组进行剥皮处理。
4.9退火
根据用户要求，齿轮钢、轴承钢和部分合结钢一般需要进行轧后热处理，需要热处理的圆钢由行车吊到车底式热处理炉的装料小车上，装料小车将其送入炉内进行退火处理。
4.10成品标牌
在成品发货管理室内安装有标牌打印机，根据l2的相关信息打印标牌，在人工打捆时穿系。
5.中棒工艺流程简述
检查合格的坯料用行车磁盘从原料跨料架成排吊到上料台架上，经称量、测长记录后，由辊道送入加热炉内。坯料在步进式加热炉内遵循具体钢种的加热曲线，由计算机控制加热至1100～1260℃。
经加热至相应钢种的出炉温度，且温度均匀的钢坯，由炉内出炉辊道送出，先经设在出炉口处的高压水除鳞装置清除钢坯表面氧化铁皮，然后由辊道输送，送往连轧机组开始连续轧制。全线连轧机由6架粗轧机、6架中轧机和4架预精轧机、4架精轧机组组成的平-立交替短应力线轧机，外加3架h-v-h三辊减定径机组组成。粗轧机组和中轧机组机架间全部采用微张力轧制，预精轧机组、精轧机组和减定径机组机架间则采用立式活套无张力轧制。在中轧机组前后和精轧机组前后设置1#～4#飞剪用来切头和处理事故。对于较大规格成品，采用甩机架方式安排轧制道次。
在预精轧、精轧和减定径机组后设置3段水冷箱使得小规格轧制过程实现控温轧制。
成品断面轧件经减定径机组轧出后，由5#飞剪（倍尺剪）剪切成倍尺后进入冷床冷却，5#飞剪具有优化剪切的功能。
被分段后的成品断面轧件由冷床输入辊道上的制动和卸料机构把轧件送到冷床上。轧件在步进式齿条冷床上边移动边冷却，达到预定温度后在靠近冷床出口侧的输送装置将其送至冷床输出辊道上。
轧件在冷床上输出到输出辊道上后，由冷剪断机或砂轮冷锯切机切成定尺，之后，圆钢经过过跨台架横移过跨，分别进行收集打捆等处理。缓冷材或乱尺材则通过缓冷材或乱尺材收集装置进行收集。
6.结束语
随着中国国民经济持续稳步发展，对钢铁行业继续形成较强拉动作用。就中国的产业结构来看，“十一五”期间，中国各大产业都将进行升级换代，中国将着重提高装备制造业的水平，特别是要提高重大技术装备国产化水平，这为中国特殊钢行业提供了广阔的市场前景和难得的发展机遇。韶钢特钢项目工程的装备处于国际先进、国内一流的水平，在严格控制各工序质量、充分利用先进实用的新技术新工艺新设备的前提下，一定能生产出精度高、质量好的特殊钢棒材。　[科]