钢铁行业:“两低一高”技术为轧制注入新活力

　随着我国钢铁工业的快速发展，轧钢技术不断进步，出现很多的新技术和新工艺。在既有设备基础上开发能耗更低、成本更低、效率更高的“两低一高”轧钢新技术，如无头轧制、异步轧制、薄带连铸和中厚板组织控制技术等，可以大幅度降低生产成本，推动钢铁行业的可持续发展。

　　无头轧制推进“以热代冷”

　　无头轧制，就是在粗轧与精轧之间，把粗轧后的前一中间坯的尾部和下一中间坯的头部在数秒内采用感应焊接快速连接起来，在精轧连轧机组实现无头轧制，在卷取机前再由飞剪剪断，由卷取机卷成热轧卷。这种技术扩大了传统热带轧机的轧制范围，可批量生产0.8mm的超薄带钢。此技术的开发是基于市场对“以热代冷”的强烈要求。其设备主要包括在粗轧和精轧之间设置热卷箱、切头剪、中间板坯连接装置和卷取机前的飞剪。与常规热连轧技术相比，采用将多块中间带坯快速连接后进行无头轧制的成材率平均提高1%~2%，辊耗降低1%~2%；在厚度命中率上，无头轧制无论是1.2mm还是1.0mm都超过了99%；在精轧出口温度和卷取温度命中率方面，无头轧制的精度都上升2%以上。

　　2009年6月，阿尔维迪公司克莱蒙纳厂建设投产了世界上第一条无头连铸连轧生产线———ESP线，主要包括液芯压下系统、动态辊缝调宽和轻压下等工艺包，从而确保最佳内部铸流质量。ESP线产品厚度和宽度的精度、板形、性能均匀度都比常规热连轧高，如厚度公差≤30μm，宽度公差≤5mm，温差≤7℃。采用无头连铸连轧的ESP技术可使成材率进一步提高，钢水到热轧卷的收得率达到97%~98%。能源消耗比常规热轧工艺降低很多，生产普通规格产品时，其能耗可以降低到40%~50%；生产薄规格产品时，其能耗可以降低到65%~70%。

　　目前，国内还没有板带热轧无头轧制技术的生产实例，但已有研究人员着手开展了热带无头轧制技术的前期研究，例如，有学者提出了一种新的热带无头轧制中间坯的连接方法，并申请了国内和国际发明专利。

　　德国发展的是半无头轧制技术，利用薄板坯连铸连轧的生产线铸造较长的铸坯(如200m)，进入精轧，并且轧后进行剪切，在精轧机组中形成有限的无头连轧。这种生产线的特点是适合于稳定生产薄规格的带钢，减少了薄规格带钢生产中的轧废和工具损失。

　　近几年，我国在半无头轧制技术的消化吸收、技术集成与创新方面取得了显着进展。涟钢和北科大合作在CSP线上进行了半无头轧制技术集成与创新工作，实现了半无头轧制低碳钢、微合金高强钢、无取向硅钢等薄规格和超薄规格板带大批量、稳定化和低成本生产，而且板带尺寸形状精度高，组织性能优良、均匀。另外，唐钢和本钢也分别在其FTSR线上开展了半无头轧制薄规格的生产性试验和相关技术开发，并取得了进展。

　　异步轧制显着降低轧制力

　　日本近年发明了在热连轧机组的最后3个机架上采用单辊驱动和不同辊径工作辊轧制技术(SRDD)。该技术是在轧制中驱动大直径的下工作辊(620mm)，小直径的上工作辊从动，其优点是轧制中有剪应力产生，可降低轧制力、减少边降和增大压下量。

　　SRDD技术在国内被称为异步轧制技术。国内的实验室实验也表明，该生产方法对降低轧制力有明显的效果。在目前的情况下，用低温大变形生产超细晶粒钢和超高强度钢，这种设备是很有效的，但是关于质量、稳定性等方面尚无进一步的报道。

　　薄带连铸减少残余偏析

　　目前，受到国内外关注的生产热带钢的技术是薄带直接连铸并轧制的技术，即钢水在2个辊中铸成5mm～6mm的带钢，经过1架或2架轧机进行小变形的轧制和平整，生产出热带钢卷。欧洲有关国家、日本和澳大利亚都进行过类似的试验，2004年美国NUCOR建立了工业试验厂。该带钢连铸生产线的主要参数为：钢包容量110吨，带钢厚度2.1mm～0.7mm；在线热轧机为四辊热轧机，卷取机为2台40吨卷取机。使用带钢连铸技术可大大减少产品的残余偏析。

　　中厚板组织性能控制高效节能

　　中间冷却技术。从目前国内控制轧制工艺应用的情况来看，最广泛和最典型的控制轧制是两阶段轧制，即再结晶区轧制和未再结晶区轧制。控制轧制的两阶段中须要避开部分再结晶区，粗轧完的中间坯空冷待温就是适应工艺要求采取的措施。控制轧制采用的中间冷却(IC)装置是在双机架生产线的粗轧机和精轧机之间或单机架轧机的机前或机后增加冷却装置，以降低中间坯在辊道上的待温时间，增强轧机的生产能力。按理论计算，采用IC装置后，不同厚度中间坯的待温时间可以缩短35%～80%。结合中间冷却的控制轧制和轧后控冷技术，还可以用于生产表面超细晶粒钢，这种钢因为有一定厚度(4mm)的超细晶粒层，所以具有较高的止裂性能。
　我国已经能够提供中间坯冷却的成套设备与技术，多家企业应用后获得显着的经济效益，如唐钢FTSR生产线、南钢2800mm轧机等均加设了中间坯冷却设备，不但扩大了轧机生产能力，而且增强了对钢组织性能的控制能力，扩大了钢材品种范围，提高了产品重量。

　　预矫直技术。预矫直机可以安装在精轧机和钢板冷却装置之间。此预矫直机的用途是减轻钢板头或尾翘曲，并修正钢板中间段的平直度缺陷。矫直作业将避免在钢板上蓄积有害的水并改善冷却均匀性，从而获得最终良好板形的产品。预矫直机要与辊道同步，并且具有与冷却技术完美结合的速度精度。在正常作业中，矫直机根据来料钢板厚度被预设定，以便获得钢板产生塑性变形需要的足够咬合力，并使上出口辊获得一个水平曲率。如果需要，矫直机可以设定到大开口度以便过钢。此时下辊只用作支撑钢板的辊道。预矫直机通常全自动作业，也可以实现手动控制。

　　超高密层流冷却技术。轧后快速冷却系统中传统的ACC冷却装置投资成本较低，维护方便，运行成本不高，同时可以使钢板获得适当的冷却速率，因此几乎能覆盖中厚板的所有品种。最近，日本JFE开发了一种Super-OLAC冷却设备。该设备具有比传统ACC冷却装置更高的冷却速率，更适合于高强度贝氏体、马氏体钢的生产，但其投资相对较高、维护工作量大、运行成本较高。

　　目前，我国开发了超高密层流冷却系统SUPIC-USTB。该冷却系统不仅可以大幅提高钢板冷却速度，改善钢材性能，同时在不增加运行成本的基础上，降低合金成本。其冷速比加密ACC冷却装置提高50%，对20mm厚度的钢板其冷速可达到45℃/s。目前，研究人员利用该设备系统已经成功开发了DQT型高强度钢Q550~Q800和高强容器板N610E。

　　在线热处理。为适应控制轧制技术的发展，日本住友公司开发了SHT工艺———一种用于生产厚壁管和高韧性低温钢板的二次加热和轧制工艺。该工艺是使钢坯轧制到指定的厚度，中断轧制(中间坯允许冷却到Ar1以下温度)，然后将中间坯在Ar3以上温度实施二次加热(相当于常化处理)轧制。该工艺的缺点是须要在轧机旁再增加一座加热炉，投资增加较多，生产线布置复杂，生产节奏降低，因此没有得到推广应用。

　　直接淬火—在线回火工艺(DQ+HOP)相比直接淬火—回火工艺(DQ-T)，工艺流程和生产周期更短，节能效果更佳。在线淬火的终冷温度并非室温，而是低温相变的温度区间，因此在线回火HOP可以充分利用余热。据介绍，其在线加热速率度为10℃/s～20℃/s，保温时间少于5min，较离线回火时间大大缩短。

　　常化控冷技术。常化是提高钢板组织均匀性和韧性的重要工艺手段。常规的常化处理通常采用加热后空冷。常化控制冷却(NCC)技术的原理是：常化后通过控制冷却速度和终冷温度来控制钢板的相变温度，并抑制微合金元素碳氮化物的长大，细化晶粒和析出物，提高钢板强度，而韧性和塑性基本不变。对铁素体—珠光体类型钢，采用NCC技术后晶粒尺寸可以从8级提高到10级以上；对于低成本的低碳贝氏体类型钢，采用常规常化工艺其力学性能将无法保证。常化控制冷却装置为无约束类型的冷却装置，可采用气雾+高密度(或超密度)层流形式，可以实现6mm～150mm钢板的常化冷却。部分薄规格产品，采用NCC技术可以实现淬火，用于生产调质板。