天钢3500mm中厚板生产工艺、装备和产品结构

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天钢3500mm中厚板生产工艺、装备和产品结构

杨伟增，张彦章

摘 要：介绍了天津钢铁有限公司3500mm双机架中厚板生产线产品结构、生产工艺、主要设备性能特点，以及所采用的新技术。

关键词：中厚板；装机水平；生产工艺；产品结构

Production Process, Equipment and Product Structure

of TISC 3500 mm Plate Rolling Mill

YANG Wei-zeng，ZHANG Yan-zhang

(Rolling Mill of Tianjin Iron and Steel Company Limited，)

Abstract: The product structure, production process and equipment performance of 3500 mm double stand plate rolling mill of TISC were introduced. Meanwhile, some new technologies applied in this production line were described.

Key words:plate ; technical level of equipment ; production process; product structure

1 前言

天津钢铁有限公司为完善产品结构，于2003年启动3500mm中厚板工程， 2006年5月生产线建成投产。该项目由中冶集团北京钢铁设计研究总院负责工厂设计，中国第一重型机械（集团）有限责任公司承担设备设计和主体设备制造，意大利ASIROBICON公司承揽工程电气传动及自动化控制系统，北京神雾热能技术有限公司总包加热炉项目。项目采用了成熟、可靠、先进、实用、环保的生产技术、工艺装备及控制系统。主体机械设备立足于国内生产制造，整条生产线工艺流畅，布局合理，具有国际一流、国内领先的技术和设备装备水平。全线采用二级自动化控制系统，实现全线物料跟踪。并留有与三级生产管理计算机系统的接口。该中厚板生产线集机械设备、液压设备、电气设备及自动化设备完整配套为一体。

2 生产工艺流程概述

2.1 生产线概况

生产线建筑面积约11万m 2 ，包含原料跨、上料跨、加热炉跨、主轧跨、冷床跨、剪切跨、成品跨、主电室、轧辊间、高压水除鳞间、热处理30m双跨等，车间总长度为1018m。中厚板生产线处于炼钢连铸生产线后，实现辊道连接。热坯通过输送辊道进入本生产线；冷坯由电磁吊运到上料台架上，经输送辊道运到轧钢生产线。成品板材采用铁路、公路运输。

生产线设置3座步进式加热炉（预留1座），配备有高压水除鳞，粗、精四辊可逆轧机、层流冷却装置、十一辊全液压矫直机、2台冷床，3条精整线（圆盘剪剪切线、火焰切割剪切线和预留正在建设的双边剪剪切线，其中圆盘剪剪切线上设置钢板在线超声波探伤）。轧钢生产线后配套建设有2条连续热处理生产线，一条为辐射管加热辊底式连续热处理炉生产线，可以完成钢板的正火、回火处理，另一条为热处理炉+辊压淬火机生产线预留，可以完成钢板的正火、淬火和回火。

2.2 工艺流程简图

工艺流程见图1。

图1 工艺流程简图

2.3 工艺流程简述

天钢3500中厚板车间原料全部采用连铸板坯。连铸车间的出坯辊道与轧钢车间的上料辊道相衔接。约60%～80%板坯直接通过辊道热送至轧钢车间的加热炉，热装温度约600～800?C；有约20%～40%为常温板坯（冷坯?，根据不同钢种的加热制度与工艺要求制定相应加热制度。

加热炉加热的板坯达到出炉温度后由出钢机出炉，通过除鳞箱由压力约18MPa的高压水喷除上、下表面的氧化铁皮，然后经运输辊道输送至四辊粗轧机处进行轧制。粗、精轧机各1台。轧制策略可以采用“横轧+纵轧”、“纵轧+横轧+纵轧”、“完全横轧”和“完全纵轧”。采用TMCP工艺时，中间板坯在粗、精轧机间的待温辊道上，进行前后缓慢摆动待温。中间坯温度达到工艺要求后，继续进行最后阶段的轧制，并控制终轧温度。轧件在轧制过程中，对表面的再生氧化铁皮，使用轧机除鳞系统，其压力为18MPa。四辊精轧机和热矫直机之间布置有一套钢板加速冷却系统(ACC)，完成钢板的加速冷却工艺。然后钢板经过热矫直机矫直。热矫后的钢板进入冷床冷却，钢板温度到达工艺要求后离开冷床，经过设在冷床输出辊道下的下表面检验站，进行钢板下表面人工检查，若发现缺陷及时通知翻板修磨。随后，钢板进入精整剪切线进行钢板剪切处理。

生产线设计了3条剪切线，圆盘剪剪切线和火焰切割剪切线已经建成投入使用，双边剪切线正在加紧建设。

厚度大于25（30）mm钢板，冷却后进入厚板收集台架，由吊车将母板吊至地面上，再由火焰

切割机进行切边、切定尺。成品钢板经过检验、人工逐张进行成品标识后，入库。

厚度小于25（30）mm钢板，冷却后经过钢板横移、翻板由辊道送入圆盘剪剪切线。有探伤要求的钢板，利用该剪切线上的在线超声波探伤装置进行探伤，然后进行剪切。钢板经过圆盘剪剪切边部，切头剪切头及切取试样，定尺剪剪切定尺及尾部完成剪切过程。剪切完成以后，钢板经过检验，由自动标记设备逐张进行成品标识（喷印标记和钢印标记），标识后的成品板由辊道送到成品收集区域。

在建的双边剪剪切线投产以后，可以对厚度≤50mm钢板进行切边与定尺剪切，钢板经检验后由自动标记设备逐张进行成品标识。

成品板到达成品收集台处时，由电磁垛板装置进行钢板收集、入库。

3 生产规模及产品结构

3. 1生产规模

年生产规模：120万t热轧钢板。

3. 2 产品规格

钢板厚度：6 ?60 mm; 钢板宽度：2000?3300 mm; 钢板长度：6000?18000 mm

钢板重量：最大约12.5t。

3. 3产品品种

该生产线生产的钢种为碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、造船板、管线钢、机械工程用钢板、汽车大梁板、桥梁板、压力容器板、锅炉板等。

交货状态：常规热轧状态、控制轧制及控制冷却状态、热处理状态。

3.4原料连铸坯规格

连铸坯厚度：150、200、250mm；宽度：1320?2100 mm；长度：2300?3300 mm；

连铸坯重：13.5 t (平均max.)。

3.5 产品大纲

产品大纲见表1。

表1 产品大纲

产品加权平均厚度16mm，加权平均宽度2580mm。成材率91.60%。

4 生产线设备装机水平与特点

3500mm中厚板生产线工艺流畅、布局合理。与传统中板生产线相比，其主要设备特点体现在下面几个方面。

4.1采用双蓄热步进梁式加热炉

由于用户对钢板性能、厚度尺寸公差和表面质量的要求日益严格，因而对板坯加热温度的均匀性和热板坯表面的质量要求也不断提高，因此，生产线采用了步进梁式加热炉。加热炉有效长度为44.428mm，有效内宽为7.656mm，燃料为高炉煤气，加热能力150t/h。加热炉采用了以下新技术：

①采用双蓄热燃烧技术，煤气、空气可预热到1000～1050℃，废热回收率高达85%以上，使排放烟气温度小于150℃，最大限度地利用了烟气余热，大幅度降低了燃耗。

② 采用神雾公司新型蓄热式烧嘴，炉内火焰流动与传统加热炉比有很大的区别，烟气成横向流动，烧嘴成对工作，相当于加长了火焰长度，因此炉子宽度方向的温度较传统加热炉更加均匀。

③ 采用4段炉温控制，燃烧控制采用PLC系统，使炉内温度控制更加灵活、准确，更能适应品种钢的加热要求。

④ 采用高合金耐热垫块，减少了板坯水管黑印，同时也不需为减少钢坯断面温差而去延长均热时间，从而减少了燃耗，加热质量好，能源利用率高。

⑤ 采用双轮斜轨式步进机构，带有良好的升降框架和平移框架的定心装置，易于安装调整，维修量少，运行可靠。步进机构采用液压系统，降低了装机容量，节约电耗。

⑥ 采用了方便、可靠的出渣装置，随时出渣，减少了炉子维护劳动强度，提高生产作业率。

步进式加热炉较推钢式加热炉提高了板坯加热质量、减少了氧化、烧损，同时由于其独特的运行方式，更适应板坯规格多，坯料短，长度变化大等特点。

4.2 采用轧前与轧制过程中除鳞相结合的工艺

除鳞装置是板材生产不可缺少的设备。本生产线在加热炉与粗轧机之间设置除鳞箱，主要性能参数为：高压水集管为上下各2个，喷嘴共4×29个（喷嘴间距79mm），出水压力18 MPa，喷水量为400M3/h。喷嘴高度可调以满足板材生产坯料厚度频繁变化的需要。另外在粗、精轧机入口侧设有轧机除鳞装置，18 MPa的水压保证了除鳞效果。轧前粗除鳞与轧制过程精除鳞相结合的除鳞方式保证了板材产品的表面质量。

4.3 采用双机架强力四辊可逆轧机

3500mm轧机为双机架四辊可逆轧机，高刚度优化设计机型，机架断面尺寸达1080mm×920mm，支撑辊直径φ2100/φ1900mm×3400mm，工作辊规格φ1150/φ1050mm×3500mm。轧机最大开口度320mm，允许最大轧制力为70000kN。粗轧机采用电动APC，精轧机采用电动APC+液压AGC。压下系统中安装测压仪和压力传感器，进行压力信号反馈和压力显示，在压下螺丝上部安装高精度辊缝仪，用于工作辊开口度显示和控制。压下采用可编程序控制器，即PLC进行程序控制压下。四辊粗轧机主传动采用2台6000kW交流变频调速电动机，四辊精轧机主传动采用2台8000kW交流变频调速电动机，分别经过十字头型万向接轴直接驱动上、下工作辊，上、下轧辊速度能分别精确的设定和控制，粗、精轧机的最大轧制速度分别为4.5、7m/s。十字头型万向接轴还具有传动效率高、允许倾角大、噪音低、润滑简单等特性。四辊粗、精轧机均应用了轧辊冷却凸度控制技术。两架轧机配置除尘装置，使生产更加清洁环保。粗、精轧机布置相距84m，当采用TMCP工艺生产时，便于中间坯的待温。

四辊粗、精轧机均采用自动顺序控制的工作辊液压横移车式快速换辊机，可使换工作辊时间缩短到15min内，支撑辊换辊采用电动小车式换辊机，使支撑辊换辊时间也缩短到60min内,提高了作业率。

4.4 轧后采用加速冷却系统

在精轧机与矫直机之间布置有高密度直集管层流冷却装置，集管数量为25组，前20组为粗调区、后5组为精调区，冷却区长度为25m，辊面线速度为0.2～2.5m/s，最大连续供水量为3500m3/h，瞬时最大总水量为7000m3/h，高位水箱容积达180 m 3 。该装置可以实现对碳素结构钢板、低合金高强度结构钢板、造船板、压力容器板、锅炉板、管线板、机械工程用板、汽车大梁板、桥梁板等钢板的控制冷却，开始冷却温度700～1000℃，终冷温度450～750℃。

4.5 采用全液压十一辊厚板热矫直机

十一辊厚板热矫直机主要参数：矫直板材厚度为6～50 mm(100mm)，矫直板材温度为450～900℃，矫直板材屈服极限σs ≤ 710 MPa，最大矫直力25000 kN，矫直速度0~0.75/2 m/s，上辊系行程为-20,＋320 mm，上辊系沿轧线和辊身方向倾动量为±10 mm，前、后导辊的调整量为+10～-25 mm，主压下速度0～15 mm/s，2台主传动电机AC350/700/700kW 500/1000/1350 r/min调速，机架辊电机2台为AC 37kW , 0～1500 r/min。

主要技术特点：矫直机上辊系沿矫直方向和辊身长度方向可整体少量倾斜调整，从而提高了矫直质量。辊缝控制采用液压位置控制，并设有快速松卡功能，起到矫直力安全保护作用。工作辊和支撑辊为多排的交叉式紧凑布置。矫直工作辊内部循环水冷却，整体辊系由液压换辊小车快速更换。

4. 6采用先进的承载滚盘式冷床

冷床型式与数量：交流单独传动滚盘式冷床2台。单个冷床面积(长×宽)：42m×63 m ，冷床承载能力450 t，冷却钢板最大重量13.5 t，冷却钢板规格6~60mmx 2000~3300mmx40000mm，移送一块钢板最大时间12 s。进、出料型式：升降载运链式。

采用先进的承载滚盘式冷床，具有钢板冷却效果好，钢板下表面无划伤，冷床面积大，冷却能力高，更有平衡轧钢与精整生产节奏的能力等特性。

4.7 采用机械剪切与火焰切割相结合的精整路线

天钢中厚板生产线布置了3条精整线: 圆盘剪剪切线、火焰切割剪切线和双边剪剪切线。其中前2条剪切线已经投入使用，后一条正在进行建设。

圆盘剪剪切线由单侧移动式圆盘剪、电动曲柄滑块式铡刀切头剪和电动曲柄滚切式定尺剪组成。火焰切割剪切线由全自动火焰切割机组组成，配有8台能够在导轨上运行的机电一体化的自动火焰切割机。双边剪剪切线由双边辊切剪和辊切定尺剪组成。机械剪切线配套有划线和对中装置。

机械剪切的低成本和火焰切割的灵活性相结合，有效地保证了产品品种多、规格变化大的生产特点，使生产组织更加灵活。

4.8采用在线超声波探伤

生产线在圆盘剪剪切线上配备了在线超声波探伤装置，组合双晶直探式，对钢板板面进行100%在线探伤，从而进行优化剪切。根据用户要求，可以对钢板进行探伤判定交货。

4.9 配套建设热处理生产线

为了扩大产品品种范围、提高产品档次，增强企业的市场竞争力，天钢为3500mm中厚板生产线配套建设了1条连续热处理生产线。主要生产设备有：1台抛丸机、1座辐射管加热辊底式热处理炉、1台热矫直机（预留），以及辅助运输设备等。

热处理炉采用节能型炉，炉门框、炉底辊均采用无水冷式，减少了热损失，采用先进的直套型辐射管，可保证炉内温度的均匀性。炉门、密封室、氮气风幕增强了炉子的严密性，可避免钢板在炉内的氧化和脱碳，减少辊面结瘤，避免钢板划伤。热处理炉采用脉冲数字化燃烧控制技术，采用PLC控制，通过合理的热工制度使燃料合理燃烧，强化辐射传热，降低消耗。热处理线的投入势必扩大产品品种范围，提高产品档次。

5 采用的生产技术与工艺

5.1 采用钢坯热送工艺

由于车间总体设计的合理性，连铸车间的出坯辊道与轧钢车间的上料辊道相衔接，使钢坯热送成为现实。从而减少了坯料倒运。约60%～80%板坯直接通过辊道热送至轧钢车间的加热炉，热装温度约600～800?C。另有约20%～40%的为常温板坯（冷坯?，钢坯热送可以实现节能30%左右。

5.2 采用热机轧制或控轧控冷工艺

在生产高等级、高技术含量、高附加值产品时，一般都采用控制轧制工艺，此技术的应用必须有良好的冷却系统相配合。控轧控冷工艺即TMCP工艺，是在调整钢的化学成分的基础上，对加热制度、轧制温度制度、变形制度和轧后冷却制度进行有效控制，充分利用奥氏体的形变再结晶、应变累积效应及强制相变等细晶机制，显著改善钢材微观组织，从而达到提高钢材综合力学性能的目的。天钢3500mm中厚板生产线粗、精轧机中心距离84mm，为控制轧制钢坯待温提供了非常便利的条件。轧机70000kN的轧制力保证了大压下量、大压下率的实现。轧后控制冷却采用25组直集管式层流冷却，最大连续供水量3500m 3 /h，最大瞬时供水量可达7000m 3 /h。从硬件上完全保证了控制冷却工艺顺利实现。控制冷却的实质是通过控制轧制后的冷却条件来控制奥氏体组织状态、相变条件、碳化物析出行为，控制产品的组织和性能。经验表明，绝大多数中厚板产品完全可以采用TMCP工艺组织生产，而不需要再正火处理。

5.3 设置自学习、自适应控制系统

精轧机后设置测厚仪，与液压AGC系统一起构成液压厚度自动控制系统，通过轧制参数计算机预设定值与实测值比较的自学习、自适应控制系统,使钢板厚度精度及板形得到提高。生产线板材产品的纵向公差可以满足：（1）当厚度<20mm时，同板差≤0.15mm；当厚度≥20～40mm时，同板差≤0.18mm。（2）异板差：≤0.25mm。

5.4全轧线采用计算机跟踪

全轧线采用计算机跟踪，主轧区采用计算机二级过程控制轧制，轧线上设有完备的检测装置。全线均采用交流传动、变频技术。

5.5 采用超声波探伤技术

超声波深伤是查明钢铁产品内在质量的最理想手段，生产线上配备的在线超声波探伤装置，组合双晶直探式，可对100%板面进行在线探伤。在线超声波探伤投入使用，极大地拓宽了钢板特别是造船板、锅炉板、容器板等专用钢板的市场。

5.6 热处理工艺的应用

热处理是通过加热、保温和冷却的方法来改变钢的内部组织结构，从而改善钢性能的一种工艺。热处理工艺主要有正火及正火+回火；热处理产品品种：结构钢板、造船钢板、机械工程板、锅炉板、压力容器板等；热处理钢板能力20.5万t/a。

热处理线生产工艺流程见图2。

图2 热处理工艺流程图

热处理的投入，扩大了产品品种范围，提高了产品档次。

6 结束语

天钢3500mm中厚板轧机生产线，是一条主体机械设备立足国内制造的双机架中厚板生产线，标志了国内独立建造中厚板生产线的最高水平。实践证明该生产线完全满足中厚板材生产的需要，能够生产出各种高质量的中厚板产品。目前已批量生产碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、造船板、桥梁板、压力容器板、锅炉板等以及欧标、美标、日标等牌号钢板。仅2007年上半年，完成产量71.53万t，成材率92.27%，品种板比例49.45%，出口板比例66.38%，各项经济指标均达到或接近同行业先进水平，见表2。产品销往世界各地，得到了用户广泛的赞誉。

表2 2007年上半年技术经济指标

随着在线超声波探伤、热处理工程、双边剪剪切线相继完成建设投入生产，天钢轧钢厂中厚板车间工艺齐全完整、工序产能均衡，将为各界提供优质的高级别、高性能、高附加值的板材产品。

收稿日期：2007-08-01