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1、精选优质文档-倾情为你奉上全球特厚板轧机生产装备及工艺特点 来源：王定武 文章发表时间：2010-08-03 全球特厚板轧机生产装备及工艺特点1概述按世界钢材品种通行体系，厚度大于3mm小于20mm为中板，厚20mm50mm为厚板，厚度大于50mm为特厚板。为叙述问题方便，把能生产厚度大于150mm特厚板轧机称为大单重特厚轧机。特厚板广泛用于军用和民用两个方面，除军用坦克、装甲、军舰、潜水艇等外，海洋平台、造船、核电、锅炉、压力容器、高压力管线、水利、桥梁、机械模具、建筑及重要结构均需特厚板轧机提供产品。大单重特厚钢板并非必须用5m级厚板轧机才能生产，德国哈迪根厂4200mm轧机可轧制40t钢
2、锭，生产厚至300mm钢板。法国敦刻尔克厂4300mm轧机，英国达尔泽尔厂4340mm厚板轧机，西班牙希抗厂3600mm厚板轧机都曾生产过建造航母用板，只不过焊接工作量要加大。我国于上个世纪80年代初投产的舞阳钢铁公司4200mm厚板轧机是国内第一台大单重特厚钢板轧机，进入新世纪以来，宝钢5000mm轧机、沙钢两套5000mm轧机、五矿营口5000mm轧机、湘钢5000mm轧机、鞍钢5500mm轧机、江阴兴澄4300mm轧机等先后投产，其中宝钢5000mm轧机、兴澄4300mm轧机、五矿营口5000mm轧机是能轧制大钢锭生产大单重特厚钢板轧机，但设备不配套，需要在二期工程才能实施。2大单重特厚
3、钢板的原料构成和工艺特点特厚钢板由于板特厚的原因，一般会受到以下两个方面的影响：（1）板厚方向的力学性能，钢锭的V形偏析、倒V形偏析和连铸坯的中心偏析会因钢水成分富集程度不同而影响钢板的强度和韧性；（2）由于压下比的不同，钢锭（坯）中微细孔隙会影响钢板的内部质量。重要用途的特厚钢板如果板厚方向力学性能和内部质量出现变化就会造成使用上的问题。有些特殊用途厚板还有抗撕裂性Z向钢板、低温冲击韧性、中子辐射下的力学性能，抗裂纹扩展能力等方面的严格要求。因而对特厚钢板制作用原料要求也十分严格。大单重特厚钢板用原料有钢锭和连铸坯两大类，但前提条件是炼钢和精炼过程中使钢水十分纯净，含硫磷成分很低，非金属夹杂
4、物和气体含量很少。1）较普遍使用的原料是大型模铸扁钢锭，模铸法先将钢水浇铸到铸模，然后通过静置、自然冷却后凝固成钢锭。其第一个优点是由于凝固速度慢，非金属夹杂物容易上浮、钢锭凝固时间长，大型钢锭有时均需要两天，凝固期间，钢水内的大型非金属夹杂物上浮聚集在钢锭顶部，在轧制过程中可以切掉，第二个优点是扁锭较厚如德国迪林根钢厂用56t重钢锭，锭厚达910mm，与连铸板坯相比，有较大的压缩比。但因凝固速度慢也有易产生V形或倒V型偏析的缺点。2）为使钢锭内部夹杂物和偏析少，近年来多采用电渣重熔钢锭，即将钢锭经电渣重熔后再轧制。电渣重熔是利用电流通过熔渣时产生的电阻热将钢锭重新熔化，钢液进入熔池在水冷结晶
5、器中结晶凝固成钢的一种冶金方法，电渣重熔锭具有纯净度高、成分均匀、结晶组织致密等优点，大大减少了大型钢锭的非金属夹杂、各种偏析以及常见的缩孔、疏松等缺陷。1974年新日铁八幡厂建立了40t最大断面为520mm2400mm电渣重熔炉，并用它进行225mm厚核电用SA533B厚板生产，非金属夹杂物数量明显减少，分布更均匀，成分也十分均匀，且具有更好的低温韧性和抗疲劳性能，近年来，我国舞阳钢铁公司先后建成三座电渣重熔炉，用以处理重至40t大型扁钢锭，到目前为止已开发出厚度640mm、760mm、960mm三种锭型及多种钢种，采用电渣重熔锭作为大单重特厚钢板原料已得到广泛采用。据介绍，美国核潜艇用钢板
6、均采用电渣重熔锭制造。3）锻造坯：上个世纪70年代日本川崎制铁（现为JFE公司）为使其生产的特厚钢板能满足要求，将钢锭经水压机开坯后轧制，设立的水压机为6000t，生产钢板最大厚度为300mm，钢板最大单重初期为45t，后来达到95t，法国Usinor公司Chatecauneuf厂4700mm轧机也采用锻造坯作原料，设有6000t及12000t水压机，厚板产品最大单重达120t。4）轧制坯。国外有些公司为保证其特厚钢板性能，采用钢锭经轧制开坯，然后以轧制坯为原料再经加热轧制成厚板，如美国卢肯斯公司5230mm轧机即采用此工艺。5）连铸坯。连铸法生产钢坯的优点是众所周知的。但用以生产特厚板，存在
7、问题：一是通常板坯连铸机生产板坯厚度最大为300mm，为保证压缩比，只能生产厚100mm左右特厚板，二是易存在中心偏析和非金属夹杂物。为此，对上述问题近年来出现的措施有：a)采用新型特厚板坯连铸机。日本新日铁名古屋厂新建立式板坯连铸机，机长缩短为9.1m，设备结构非常紧凑，可浇铸的铸坯厚度尺寸一般为245mm400mm，最大的为600mm，铸坯宽度为900m2360mm，新铸机和大变形系数轧制工艺相结合，该厂已生产出厚350mmSS400钢板，330mm厚、强度400MPa级钢板以及厚200mm高质量特厚钢板等，德国迪林根公司板坯连铸机生产板坯最大厚度亦达400mm。b)锻造轧制法。是对连铸坯
8、实施锻造轧制联合工艺，这样可在压缩比小于2的条件下制造出合格的特厚钢板，有两种方法。方法一是对连铸坯在长度方向和宽度方向进行延伸锻造，在铸坯平面内不同方向上使钢受到锻打即可获得压合中心疏松和破碎偏析带的效果。该方法的主要工艺效果是，锻造+轧制总压下率为29%66%。其中锻造总压下率为20%56%，某厂用此法实施生产160mm厚产品时，钢坯压缩比为1.9；生产产品厚度220mm时，压缩比为1.4，产品质量良好。方法二是首先在连铸坯宽度方向上进行锻造，减尺量应大于150mm，锻造后板坯呈狗骨状，然后将铸坯放平进行正常锻造，当锻造+轧制总压下率为20%25%时，锻造压下率10%；当锻造+轧制总压下率
9、25%60%时，锻造压下率15%。如某厂生产490MPa碳钢厚245mm钢板时总压下率为21%，压缩比为1.27，其中宽度方向压下量为150mm，厚度方向锻造压下率为11%，轧制压下率为13%。当生产高碳钢厚210mm钢板时，宽度方向压下量为150mm，厚度方向锻造压下率为16%，轧制压下率为19%，总压下率为32%，压缩比为1.48。c)高温扩散锻造轧制法。此法特别适用于锅炉压力容器用Cr-Mo钢。钢在锻造前在高温下（12001300）长时间（20h以上）保温，然后铸坯在加热后进行压下率16%的锻造，所得锻坯加热后进行轧制锻造+轧制总压下率为3567%。d)焊接复合钢坯法。用焊接方法将两块以
10、上的连铸板坯制成一块复合板坯，然后进行轧制，首先将连铸板坯相对的接合面用砂带研磨机研磨去除板坯的黑皮面，研磨厚度约2mm，将板坯叠放后放在真空室内，板坯界面之间空气压小于1Pa，用电子束焊接或惰性气体保护焊将板坯四周密封焊牢，复合板坯经加热后轧制成厚板，压缩比可小于2。大单重特厚钢板生产装备3.1坯料予处理用钢锭为原料时，表面缺陷较多，需要进行表面清理，以消除钢锭表面的裂纹、重皮、结疤及表面气孔、凹坑等缺陷。采用人工或机械火焰清理。对于不能带帽口轧制的钢锭还需要将帽口提前切除，连铸坯一般不需要清理。3.2坯料加热大钢锭加热一般用车底式炉或均热炉，我国舞阳钢铁公司采用均热炉，同时也设有车底式炉。
11、德国迪林根公司和我国宝钢5000mm厚板轧机均采用车底式炉，迪林根可加热56t重钢锭，宝钢重60t钢锭设计，迪林根还设有侧装料室式炉。厚度小于或等于300mm连铸坯一般采用步进式炉。3.3轧钢轧制大钢锭时，需要考虑以下几个主要问题：a)轧机开口度需要适应钢锭厚度的要求，我国舞钢4200mm轧机和宝钢5000mm轧机粗轧机开口度为1100mm，而单纯考虑轧制厚度最大为400mm连铸坯的轧机如沙钢两台5000mm轧机开口度均为500mm。b)轧制大钢锭的粗轧机架必须设有立辊轧机，主要功能是消除钢锭的锥度、轧边、齐边和破鳞。采用主电动机功率较大，我国舞钢4200mm轧机前立辊轧机21000kW，宝钢
12、5000mm轧机为21250kW，一般均布置在水平轧机之前并与水平轧机拉开一定距离。轧制连铸坯的轧机，立辊轧机的功能主要用于平面形状的控制，也可提高轧制钢板宽度的精度，有时也可不设立辊轧机或预留上立辊轧机的位置。c)由于高质量特厚钢板对厚度方向力学性能的均匀性有严格要求，为解决坯料内部组织疏松晶粒粗大和内部偏析等问题，轧制时需要采用高温、低速、大压下量，特别是要求进行大变形系数轧制，变形系数（变形深入芯部的穿透率）取决于每道次的压下率，工作辊半径和轧辊与材料间压应力接触区的面积。变形系数愈高，则减少疏松的效率愈高，为了改进厚板厚度中心性能，必须以尽可能少的道次进行轧制，每道次尽可能高的压下率即
13、大变形系数进行轧制。用大变形系数进行轧制的一个先决条件是有大功率轧机。例如迪林根5500mm四辊轧机最大轧制力为KN，主电机功率为210900kW、单道次最大压下量可达60mm，这对保证厚板质量起到重要作用，近年来我国新建5000mm级轧机如宝钢、沙钢、鞍钢和五矿营口等都按大功率轧机进行建设，最大轧制力均达KN以上，主电机功率210000kW以上，（五矿营口为212000kW），为实现大变形系数轧制创造必要的条件。采用锻-轧工艺时需要设有大型水压机。3.4精整热处理特厚板的精整工序一般包括堆垛缓冷、火焰切割、定尺、取试样、翻板检查、压平处理特别是热处理工序是保证特厚板质量的关键因素之一。厚板热
14、处理包括常化、淬火、回火、调质处理等。一般厚板厂采用辊底式炉进行热处理均按厚150mm进行设计，但德国迪林根厂建设的辊底式炉可处理最厚至250mm特厚板。对于厚度超过150mm特厚板的热处理，除特别情况外，一般均需在车底式炉或外部机械化室式炉中进行。为保证特厚板热处理后的平直度，对一般厚度特厚板采用辊底式炉热处理时在炉后设有辊式淬火设备，对厚度特厚的钢板设有水压机进行压平，我国舞钢设有25MN液压压平机，德国迪林根厂正在建设一台65MN液压压平机。3.5自动控制设施现代化厚板轧机均设有立辊宽度自动控制（AWC）、水平辊厚度控制（液压AGC）、凸度控制、加热温度控制、冷却控制及轧线全线跟踪等自动
15、控制设施。4几点意见1)前已述及大单重特厚钢板对一个国家国防及经济重要性，但我国目前虽建设了多套宽厚板轧机，但实际上只有舞阳钢铁公司4200mm轧机在生产大单重特厚钢板。宝钢5000mm轧机、五矿营口5000mm轧机，、兴澄4300mm轧机等虽从轧钢机能力来讲可以生产，但因加热、热处理、精整及炼钢设备不配套，更没有生产高质量特厚钢板的经验和生产诀窍。所以当务之急是加速进行前述几套轧机的配套，使其具备完整的生产大单重特厚钢板能力，尽早生产出特宽特厚的大单重钢板。2)除了装备以外，加强特厚钢板品种的研发工作能力和创造及积累生产技术诀窍是一个重要环节，美国仅有两台早期建设的5000mm级特厚板轧机在
16、生产，却能满足建造大型军舰、潜水艇，及航天航空和核工业等需求，这和他们强大的研发能力以及丰富的生产技术诀窍分不开，因为牵扯到军事工业，这些生产技术诀窍是高度保密的，只有不断加强我国自己的研发能力，积累自己的生产经验，才能逐步解决这一问题。3)舞阳钢铁公司是我国最早生产大单重特厚钢板企业装备配套齐全积累了丰富的经验开发了众多的特厚钢板品种，为我国国防建设和经济建设做出卓越贡献，舞钢4200mm特厚钢板轧机被命名为“中国钢铁工业功勋轧机”应当继续作为我国大单重特厚钢板的生产基础、科研开发基地。受到国家的积极支持，对其存在的薄弱环节进行技术改选，主要是它的主轧机轧制力和主电机容量偏小，需要更新加大，并增加特厚板坯连铸机及重型特厚板液压压平机等。4)前面已谈到各国特别是日本有多种工艺生产大单重特别特厚板。各有其特点和优点，我国仅有用大扁钢锭及电渣重熔钢锭生产方法，需要加强研发工作。吸收各种工艺的优点，形成适合我国特点的生产大单重特厚钢板的技术途径。5)综合各国生产大单重特厚钢板生产情况，既有在高炉流程联合企业中用转炉炼钢法生产的，也有在专业化电炉钢厂中用电炉炼钢法生产。实践说明这两种情况都是可行的。关键是需要作为一个系统工程，需要原料、炼钢、精炼、铸锭（连铸）、轧钢、热处理、检验、探伤以及科研人员共同努力，密切合作才能攻克技术难关，生产出高质量大单重特厚钢板。王定武专心-专注-专业