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我国冷轧板带生产技术进步20年及展望

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我国冷轧板带生产技术进步20年及展望

发布日期:2019-12-20 作者: 点击:

   1 前言
    1978年以前,我国冷轧板生产技术比较薄弱,仅鞍钢和太钢有几台单机架可逆轧机可以生产宽带钢,轧机不仅效率底,装机水平差,产量无法满足国民经济的发展的需求,质量也无法与世界先进水平相抗衡。1978年初,从原西德等国成套引进的1700mm冷轧设备(同时引进了一些专利技术)在武钢成功投产。该机组可年生产75万t冷轧薄板、15万t镀锌板卷、10万t镀锡板卷。这套适用于冷轧工艺全过程的先进设备,无论从机械制造、电气传动、自动控制系统以及计算机、仪表、检测元件等都汇集了当时世界上的先进技术。从此,我过冷轧生产技术跨入了历史性飞跃发展的新时代。
    2 冷轧板生产技术20年回顾
    近20年来,我国冷轧板带生产技术得到了长足发展,并逐渐接近国际先进水平。而就工艺技术而言,目前我国已达到国际先进水平。

冷轧钢板

       2.1 酸洗
    20世纪70年代末,通过武钢生产实践和国外技术发明表明:盐酸酸洗效率高,质量好,不侵蚀带钢集体,废酸可以再生。随之国内几乎所有酸洗机组均采用盐酸酸洗而不再用硫酸酸洗。
    国内普遍采用的酸洗工艺有半连续式和连续式(卧式、塔式)。半连续式以推拉式酸洗为主,其设备简单、适用性强、操作方便、占地少、投资省,尤其适用中、小型钢厂。目前该设备已完全国产化,生产能力可以超过50万t。连续式则以卧式机组居多。其生产效率高、产量大,易于和其他机组结合形成联合工作形式。目前效率高的酸洗机组都是间接加热酸液;各槽独立设置酸液循环系统,以保证槽间浓度差;在线可检测酸液浓度,并能自动调节新酸的补充量;密封的槽盖由机械开启。
    20世纪80年代中期,国外在浅槽酸洗的基础上又发展了紊流酸洗。酸槽结构按流体力学原理设计,槽内酸的流动在带钢表面形成紊流状态,明显提高了酸洗速度和酸洗质量。故近几年,国内新设计的酸洗机组都采用了(相类似的)紊流方式。
    2.2 轧制
    20多年来,我过从仅有几台单机架轧机发展到现在,冷轧机组主要有以下2种类型:
    (1) 连轧机组(四辊或多辊):单卷连轧、全连续冷轧机组、酸洗-冷轧联合机组。
    (2) 可逆轧机(四辊或多辊):单机架可逆轧机、双机架可逆轧机。
    全球2/3以上的冷轧板带产品是用连轧机组生产的,我国75%以上的冷轧板带产品也是用连轧机组生产的。
    由于全连续冷连轧机组和酸洗-轧机联合机组具有生产节奏快、成材效率高、成本低、产量大、占地少、投资省、产品质量好等明显优势,武钢、本钢、鞍钢、益昌薄板公司、攀钢等已将单卷连续方式改造为全连续方式。现在,大型钢厂新建冷轧厂无一例外地均选取了联合机组。
    1997年投入使用的双机架可逆冷轧机利用了单卷轧制所具有的灵活性、多变性,减少了可逆道次,提高了产量,更适合生产薄带和特殊钢、高强钢等产品。当产量在50-80万t/a时,值得考虑使用。济钢和江阴泓联、浙江龙盛冷轧厂正在进行这方面的有益尝试。
    目前,我国四辊轧机应用最多,若辅以必要的弯辊、分段冷却、液压AGC等手段也能生产质量上乘的产品。而六辊轧机由于控制手段多,因此生产对板形要求高、对凸度要求严的产品更有利一些。
    2.3 退火
    目前我国实用的消除加工硬化的退火工艺主要有2种:罩式炉(成批)退火和连续退火。
    罩式炉退火工艺加热时间长,适用于深冲钢。内罩里采用氮气、氮氢混合气体或全氢气体方式,其中全氢保护方式已成为了近几年罩式炉退火的首选方式。这是因为H2的导热系数为N2的6倍(重度仅为N2的25%)。并且在整个退火过程中几乎不对带钢产生氧化反应;可提高钢卷加热速度和冷却速度40%-50%,使热处理时间节约30%。
    连续退火工艺克服了罩式炉退火周期长、人力多、占地大等不足,以其产量大、生产稳定、效率高而得到飞速发展。它将表面清洗、退火、平整、分卷剪切等工艺过程集于一身,使产品沿纵向长度上的轧制性能更加一致、均匀,质量好,收得率高,生产周期也从1周以上缩短至1-2天。通过于炼钢技术的结合,加上清洗技术以及控制退火后带钢的冷却速度,可以方便而经济地生产出不同强度级别的深冲等级、表面质量要求高的带钢,满足不同行业的要求,只是其对产品的厚度有一定限度。
    目前大型连续退火机组尚未完全国产化,故以相同的功能比较:连续退火工艺的一次性投资比罩式炉退火工艺投资要高一点。
    2.4 平整
    根据产品种类的不同,过内的平整机多采用单机架四辊轧机;双机架平整机多用于镀锡板平整和二次冷轧。轧辊采用毛辊或光辊,以满足不同用户对带钢表面粗糙度的不同要求。
    安装在镀锌机组后面的平整机也称为光整机,它与拉矫配合,可完成伸长率恒定或轧制力恒定的控制,以改善板形,进一步提高涂敷性和深冲润滑性。
    平整工艺有干平整和湿平整2种。干平整时,辊面粘附的一点点杂质都会在成品带钢产生周期性压痕,影响质量,因此需要用专用设施在负压作用下吸收带钢表面的炭化粉末及油污。
    湿平整时,平整液的润滑作用使带钢的(微小)变形均匀、平整力下降,可阻止带钢表面产生压痕,对辊面的粗糙度也起到一定的保护作用,可延长轧机寿命。但要使带钢表面达到一定的粗糙度,毛面辊的粗糙度因使用了湿平整液而需有所提高。
    2.5 带钢涂、镀层
    国内带钢,镀层大致可分为热(浸)镀、电镀2种。应用多、产量大的重要是热镀锌。20世纪80年代初,国内仅武钢有条热镀锌机组,年产15万t,目前全国有几十条机组,产能约600万t。热镀锌的生产工艺主要有森吉米尔、改良森吉米尔和美钢联工艺等。20世纪90年代后,在NOF炉前加化学清洗段的改良森吉米尔工艺以及在全辐射管前设化学清洗、电解清洗的美钢联工艺已占据统治地位。
    国内已建和新建镀锌机组都注意了专业化、大型化、高速化的生产,并注重带钢镀前的表面洁净,采用快速、稳定的加热和高效、准确的冷却方式,在线精确地检测和调整气刀参数,达到镀层准确、均匀。Zn-Ae(Galfan)、Al-Zn(Galvalume)、Zn-Fe(Galvanneal)合金等比一般镀锌板有更好的耐蚀性、涂装性和焊接性,生产工艺也十分复杂,国内已有成功实践。
    电镀锌因电镀液不同霏微碱性法、酸性法(Ferrostan和Rasselstein)和卤素法(Aalogan).自1979年武钢投入第1条电镀锡机组后,20年内我国投建了约12条机组,产能约180万t,已大于消费量,1999年之后,没有再新建机组。
    目前电镀锌在国内有2条机组,均在宝钢,1条是卧式槽,另一条是立式槽,采用不溶性阳级,产能40万t,产品多用于家庭和汽车行业。该机组除能生产纯镀产品外,还可生产Zn-Ni合金及预鳞化板。电镀锌的发展不如热镀锌快,其原因初成本高之外,气刀的技术发展已使部分热镀锌产品可以取代电镀锌产品。
    1995年,我国彩涂板的产量只有12万t,但到2003年底,我国已有上百条彩涂机组,产能超过800万t,但高水平的生产线不多。我国的彩涂机组都采用辊涂法,装备水平较好的还装备有高密度清洗设备,再加上在线矫直,可为涂层和悬垂式烘烤提供清洁、板形优良的基板。涂层后在线测量涂层膜厚度,以迅速调整工艺参数,使之能精确地控制涂层厚度。
    3 近20年冷轧半带生产取得的成果
    (1)建设了一大批冷轧薄板厂,不乏有世界先进水平的冷轧厂。
    (2)装备了一批具有世界先进水平的生产机组。宝钢的1550mm酸洗-冷连轧机组、连续退火机组、电镀锡和电镀锌机组,鞍钢的全氢罩式退火炉和(大连)热镀锌机组,武钢的电工钢退火机组、2230mm酸洗-冷连轧联合机组、彩涂机组等都是具有当前世界先进水平的生产机组。
    (3)已经可以生产轿车面板、家电板、烘烤硬化型和双相组织型的高强钢、超深冲钢和锌-铝合金板、铝-锌合金板等目前世界上最高质量水平的冷轧板带产品。
    (4)培养了一大批既掌握最新工艺技术,又有相当实践经验的技术人员,通过学习、移植、创新,已经可以独立自主的研制出有自主知识产权和特色的冷轧工艺、设备和控制系统技术。鞍钢2#冷轧机组、龙盛公司的双机架冷轧家族以及多数酸洗、镀锌、涂层、退火机组的国产化成功实践充分证明了这一点。
    4 我国冷轧板带的需求
    目前,我国钢材自给率最地的是冷轧板带及涂、镀层板带。近5年冷轧薄板的生产及消费见下表:
    1999-2003年冷轧板的自给率分别为50.6%、52.5%、53.6%、51.07%、42.28%,平均不超过51%,另一半靠进口,2003年进口1663万t,占钢材进口量的44.74%.
    2003年全国消费钢材27140万t,冷轧板带(含涂镀层板)消费量为2843万t,占消费总量的10.47%;2004年按GDP增长7%预算,钢材消费总额将超过2.8亿t,还需进口42%左右。
    后5年,我国经济发展速度仍将高于世界平均水平,钢材消费还会持续增长,预计2005年全国钢材消费总量将达到2.9亿t,2010年将达到3.1亿t。2005年及2010年冷轧薄板需求预测量分别为3200万t(其中镀锌板卷1250万t,彩涂卷480万t)、5300万t(其中镀锌板卷1860万t,彩涂卷800万t)。
    从1999-2003年,我国钢材消费增长率平均为20.2%,同期冷轧薄板消费率平均为24.5%,高于钢材消费增长率4.3个百分点。
    发达国家如美国、日本、德国,其汽车、家电、建筑等行业对冷轧板的需求量很大,因此,冷轧板(含涂镀层板)的产量也大。
    美国、日本在1994-1998年中,冷轧板(含涂镀层)分别占钢铁总量的34%以上和24%以上,而我国在1999-2003年,冷轧板(含涂镀层)占钢铁生产总量的比例不到10%,2003年仅为5%。
    1990-1995年,美、日、德3国将热轧板带转化为冷轧板带的转化率从81.51%、75.86%和70.28%分别提高到90.74%、82.53%和87.26%,增长比例达10%。而我国从1998年至今转化率最多不超过32。显然,与发达国家相比,我国的冷轧板、涂镀层板的产量偏低,是目前产品结构调整中急待解决的问题,因该快速提高板带材的转化率。提高冷轧产品的附加值,跟上经济发展的步伐。
    5 展望
    我国作为发展中国家,冷轧板带的生产必须加快发展,才能满足经济建设的需要。
    冷轧生产技术正向大型化、集成化、高速化方向发展,而且在进一步地提高自动化和连续化水平。产量和生产率都有显著的提高,产品质量更趋完美。
    (1)热轧生产技术的完善,使得某些薄规格热轧产品正在替代同规格的冷轧产品。薄带钢连铸的产业化将会为冷轧原料提供新的来源。高品质的冷轧成品尤其要注重工序的生产,要有纯净度高、品质优良、性能均匀的原板才能轧出优质的冷轧产品。
    (2)新型高效的全自动焊机、大张力拉伸矫直机、故障率低的活套、带快速回转刀头的圆盘剪、先进的自动补酸系统,是现代化大型酸洗机组的成熟实例。
    (3)酸洗-轧机联合机组将取代其他机型,成为冷轧机中的生力军。对于特殊钢、高强钢和极薄带,可逆轧机(尤其是双机架可逆轧机)辅以现代化的控制手段仍将扮演不可替代的角色。
    (4)全氢罩式退火和连续退火机组将优势互补,平分秋色。
    (5)涂镀层产品更注重专业化生产,注重清洁和环保,注重降低能耗,注重开发综合性能优良的新品种。
    (6)全数字化的交流变频传动技术将取代其他形式,使得控制系统过程更快速、更准确。
    (7)新型激光测速仪和各种厚度、板形及平整度测量仪的应用,可使轧制成品的厚度精度达到1%以下,平整度小于81。
    (8)加快冷轧板带生产技术的发展是今后若干年品种结构调整的重点。要坚持技术高起点,支持有冷轧原料、资金条件好、管理水平高的企业发展冷轧板带生产;产品要注重国际竞争力。
    (9)要鼓励合资,合作引进资金、技术和管理,缩小和国外先进产品的差距。
    (10)要坚持专业化生产,培养和创造自己的独特产品。
    (11)要注重发展速度和产品结构、质量、效益的统一。不能犹豫徘徊,也不能盲目冒进。一定要注重资源、环境、市场、技术、人才的有机统一。  

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