带钢轧机轧钢

热轧带钢轧制

现在的带钢轧机要么是传统的带钢轧机，要么是用于轧制薄板坯的带钢轧机。传统带钢轧机 (HSM) 的主要功能是对半成品钢进行再加热板坯（轧制或连铸）到轧制温度，然后通过由大型电机驱动的一系列轧机机架将它们轧得更薄和更长，最后将加长的钢板卷起来，以便于处理和运输。卷取机内径为 750 毫米，外径最大为 2400 毫米，卷材重量限制为每厘米宽度 220 公斤。热轧带钢轧机为冷轧机、带钢剪切和纵剪机组提供卷材以及直接运送给客户的成品。大部分材料通过自动卷材处理系统从轧机区域运出到存储通道。

热轧带钢轧机赋予带钢的属性包括表面质量、厚度、宽度和平整度控制以及带钢轮廓。

在热连轧机中轧制钢坯包括几个子过程，最后生产出最终产品“热轧卷材”。主要的子过程是（i）钢坯在加热炉中加热，（ii）加热后的钢坯去氧化皮并在定径机中定径，（iii）在粗轧机中轧制和二次去氧化皮，（iv）轧制精轧机，(v) 控制热轧带钢的冷却和 (vi) 轧制带钢的卷取。

板坯的再加热

带钢热轧机的关键是再加热炉。现代热轧带钢厂配备了最先进的步进梁式加热炉，这些加热炉已取代旧的推杆式加热炉，性能也优于旧式推杆式加热炉。这些再加热炉的额定额定产量为每小时 250 吨至每小时 300 吨的加热板坯，在牺牲板坯温度均匀性的情况下，其额定产量最多可增加 25%。每吨板坯需要大约 350,000 千卡的燃气，用于将板坯从室温加热到 1100 摄氏度至 1250 摄氏度的温度范围。按照轧制计划将经过检查的板坯一次放置在轧制机上炉料辊道位于板坯场，位于再热炉装料门前。当炉内有可用空间时，推臂将板坯推入炉内。进入炉内后，板坯在炉底上方约 2.5 m 处由称为“滑轨”的水冷、耐火涂层管道支撑。为了最大限度地减少板坯中留下的冷点（“滑痕”），在加热炉的某些设计中，滑道间距在通过炉子的三分之二左右发生了变化。两套独立的滑轨，一套固定的，一套行走的，轮流支撑板坯，因为板坯由一对大型液压缸驱动的巨大副框架穿过熔炉。根据炉子的设计，炉子内部被分成几个（五到十个）区域进行温度控制。预热区和加热区燃烧燃气和预热助燃空气的混合物，炉顶和侧壁上的燃烧器，在撬块上方和下方，将板坯加热到接近其排放温度。

钢坯的大部分预热是通过在通往换热器的途中冲过钢坯的热废气来实现的。无论废气中剩余的热量如何，都会将进入的燃烧空气在换热器中预热到大约 500 摄氏度到 550 摄氏度。在加热区，钢主要通过热炉壁的辐射加热。在均热区，燃烧器的尺寸和位置应确保区域内温度均匀，以平衡板坯中的任何冷点。

耐火隔板有助于在物理上区分区域，整个熔炉的热电偶温度传感器与自动燃烧器控制系统相互作用，以保持每个区域的目标温度。复杂的计算机模型计算目标粗轧机出口温度以获得出炉目标温度。通过持续估计炉中每个板坯的厚度，计算机帮助操作员选择生产率和区域设定点，以最大限度地生产均匀加热到尽可能接近目标温度的钢坯.轧制过程开始后，随着钢材离开粗轧机，其温度会被反馈回炉中，更新计算机模型并通知炉操作员温度均匀性。

当板坯到达炉子出口端的“卸料门”时，计算机确定板坯已充分加热，门打开，提取器的臂伸到板坯下方，将其从滑道上提起支撑，然后将其从炉中拉出。加热炉通常有两个提取器。这些提取器可以相互独立地一次取出一个带双电荷的板坯，也可以组合起来提取较长的板坯。热轧板坯被放置在入口辊道上，辊道通过除鳞机将其送入粗轧机。

板坯的除垢和上浆

为获得良好的热轧带钢表面质量，热轧板坯的除氧化皮是热轧带钢轧机必须的。需要优化除鳞机操作，以确保最大限度地去除氧化皮，从而在加热板坯最小冷却时加强清洁。

离开再加热炉后，板坯以 0.15 m/sec 至 2.0 m/sec 的速度通过一个除鳞单元，一个采用两对喷头的外壳。这些喷头设计简单，易于维护，可向板坯喷射高压水（水压高达 400 kg/sq cm），以去除板坯表面在富氧气氛中形成的氧化铁层。再加热炉。这些集管通常配备先进的喷嘴以有效地喷水。除垢器通常采用封闭式设计，以防止水逸出，并且除垢器内的水流经过优化。除垢用水量为200 cum/hr 至700 cum/hr。

现代热轧带钢厂配备了定径压机来代替磨边机。定径压力机的主要技术优势在于，除了一次通过大幅减少宽度（高达 350 毫米）外，它还可以明显更好地通过板坯的中心形成板坯。板坯施胶机产生更扁平的“狗骨头”，从而减少铺展并提高施胶效率。定径机在热轧带钢生产中具有明显的优势，即更加灵活。定径压制道次的宽度减小使连铸中的尺寸数量标准化为几个宽度，这反过来有助于提高连铸机的生产率。板坯头尾采用特殊的短行程模式，减少作物损失，提高产量。

粗轧和二次除鳞

在半连续热轧带钢轧机中，粗轧机通常由一个或两个粗轧机架组成，板坯在其中可逆地进行热轧。板坯在粗轧机中反复轧制 5 或 7 次，以达到 30 毫米左右的最小厚度要求。粗轧机还包含轧边辊，用于轧制板坯的边缘并使其居中。

带钢热轧机可以是高性能轧机或紧凑型轧机。两种轧机类型的区别在于卷箱，在紧凑型热轧机中，卷箱安装在粗轧机和精轧机之间。它使中转棒温度均衡，从而只需六个精加工机架就可以实现 1.2 毫米的最终规格。卷材箱可以处理的中转棒厚度通常在20mm到40mm之间，卷取速度在5.5m/sec左右。紧凑型热轧机的产量通常在每年 350 万吨左右，而高性能轧机可以达到大约 350 万吨/年。每年 550 万吨。

HSM 的高产量要求粗轧机中的道次最少，这对于半连续 HSM 特别重要。这意味着每次通过的高减少量，这只有在出色的轧辊咬合行为下才能实现。众所周知，较低的碳化物含量和较低的工作辊工作表面硬度可以改善轧辊咬合。

在连续 HSM 中，粗轧机通常由 6 个独立的轧机机架组成，最后 4 到 5 个机架包含称为轧边机的小型立式轧机。加热后的板坯一次通过一个机架轧制，以生产适合精轧的所谓中间棒。高压水射流喷嘴沿途清洁表面上的氧化铁或水垢。当中转棒材离开最后一个粗轧机架时，估计棒材前缘的厚度。类似地，高温计测量棒材从头到尾的温度分布，并用一个特殊的相机拍摄两端。根据待轧产品的规格、宽度和等级，棒材离开最后一个粗轧机时的平均温度通常在 1050 摄氏度到 1150 摄氏度之间。这些数据是在预期精轧时收集的。

最后的四到五台粗轧机均包含用于宽度控制的磨边机。各个粗轧机之间的间隔越来越远，以适应中间带轧制越来越薄时的延长。在钢在粗轧机中轧制的非常高的温度下，它具有很强的塑性并且很容易“流动”。因此，随着板坯的减小，钢筋趋向于在其末端横向扩展。边缘用于在整个条形长度上保持均匀的宽度。

粗轧机对粗轧机架工作辊性能的要求总结如下。

• 基于高摩擦系数的高轧辊咬合，每次通过时可实现高减量，而不会产生颤动或打滑，从而提高产量并减少产品的热损失。
• 外壳材料对磨损、热疲劳和氧化/腐蚀具有很高的抵抗力，从而产生低且均匀的磨损，从而允许更长的滚动运动并减少停机时间。
• 高耐热性和耐火裂性，代表光滑的微小火龟裂网络，可防止因轧机失速造成的严重损坏。
• 长期保持完美的轧辊表面质量，这与在一个活动时间内无剥落、无条带、无微剥落有关。
• 对任何类型的操作条件（包括轧机事故、高热负荷和机械负荷等）产生的轧辊故障具有高安全性。

因为方形头端对于精轧机和下卷取机的正确穿线至关重要，而且由于不平整的尾端会擦伤工作辊表面或导致下一个生产过程出现穿线问题，因此几乎所有的头端和尾端传送棒由一对大钢桶切割，每个钢桶都有一个沿其长度延伸的剪切刀片。随着棒材以 30 m/min 左右的速度沿着辊道爬行，传感器检测其位置和速度，以便对作物剪切滚筒进行计时以优化作物数量；由于中转杆的厚度约为 30 毫米，因此每次额外种植意味着相当昂贵的种植损失。

在剪切机和精轧机的第一个轧机机架之间通常有第二个除鳞机，其任务是最后的除鳞。以大约 200 kg/sq cm 的压力在传送杆上方和下方喷水，可以破坏重新形成的水垢（二级水垢），以及在早期除垢操作中持续存在的任何水垢。顶部喷淋头和集水槽的水平调节可实现对正在处理的传送杆的最佳适应。由于特殊的喷嘴布置，中转棒上侧下侧不同程度的冷却被最小化。

二次除垢后，钢条被一对气动辊夹住，以机械方式松动任何残留的氧化皮，随着加工温度的降低，氧化皮变得越来越粘，即使它越来越慢地返回到仍然是红色的表面。热钢。

精轧机

HSM 的精轧机通常有 5 到 7 个精轧机架，可将中间棒的厚度降低到所需的规格。轧制速度设置为允许最后一个机架在820℃至900℃之间的精轧温度下进行最终压下，以使热轧带钢达到一定的机械性能。精轧机串联轧制中转棒，这意味着每根棒材同时通过所有精轧机架。热钢在轧制过程中非常脆弱，精轧机机架之间的张力必须严格控制在非常低的水平，以避免拉伸或撕裂带钢。

必要时进行调整，以确保带材螺纹正确地通过每个轧机，而不会卷起和折叠或拉伸和撕裂。每根轧辊的位置会反馈到精轧机的精密自动化系统，该系统连同来自监测轧制力的称重传感器和测量最终带钢厚度的 X 射线测量仪的信息，可以平滑地调整轧辊间隙和速度，以达到尽管每根棒材都存在温度变化，但仍可将带钢稳定轧制至所需厚度。

一旦棒材在每对连续的轧机之间穿线，活套就会与带材接合以监控机架之间的张力。布置在 HSM 精轧机架之间的活套确保正确的质量流量控制，从而有助于将成品带钢稳定轧制到带钢的最终厚度。弯针由液压缸驱动。

对于超薄带钢的轧制，具有差张力测量功能的活套用于检测驱动侧和操作侧之间的带钢张力差异，这可以通过旋转上辊组来消除。较小的张力差异有助于可靠地脱线并有助于防止尾端崩溃。

张力计活套的功能是测量带材宽度上的拉伸应力分布，这是自动在线平直度控制的必要前提。最后两个支架之间最好设置一个张力计。

机架间设备对于生产具有顶级表面质量的热轧带钢至关重要。重要设备包括 (i) 进出导轨，(ii) 工作辊冷却系统，(iii) 防剥落装置，(iv) 辊缝润滑系统，以及 (v) 机架间冷却和除鳞系统。所有这些设施的密切相互作用是实现最佳结果的必要条件。具有液压宽度调节功能的侧护板可确保在最短的时间内准确定位。导带区域的设计使得所有易损件都可以快速更换。通过优化喷嘴的选择和布置，提高了冷却效率。

辊缝冷却、辊缝润滑和改进的出口侧冷却系统的结合降低了辊温。这导致轧辊表面上的氧化层较薄，因此工作轧辊剥落较少。辊缝内的润滑可最大限度地减少摩擦，从而使轧制力降低 20% 至 30%。通过这种方式，可以重新分配轧制力，以优化道次计划和更薄的最终带材规格。此外，还可以防止机架中的颤振或振动，从而延长轧辊的使用寿命。

随着材料的冷却，晶体结构中会发生深刻的冶金转变，具体取决于材料的化学性质，温度通常在 800 摄氏度到 850 摄氏度之间。此外，最终产品的机械性能在一定程度上会有所反应到最后还原道次的特定温度。

因此，为每个产品指定了一个精加工温度，并且轧机自动化根据其温度和棒材在通过每个机架时预期冷却的程度来调整第一个精轧机架的速度，以允许离开精轧机架的带钢达到目标温度。最后的热加工操作通常在上临界温度 787.8 摄氏度以上进行，这允许轧钢在所有热加工完成后进行相变。这会在整个钢中产生均匀精细的等轴晶粒。如果对已经部分转变为铁素体的钢进行部分热轧，则在卷钢冷却过程中发生的自退火过程中，变形的铁素体晶粒会粗化。这种情况可能会限制钢材在一些苛刻的拉拔应用中的适用性。

由于每根中转棒在精轧机中从头到尾大约要花费一分钟，因此在尾端轧制时，进入精轧机架的钢的温度明显低于 100 摄氏度。头端。因此，一旦带钢的前 150 m 以螺纹速度轧制并且下卷机已经螺纹，轧机开始以“缩放”速率加速，该速率是根据棒材退出时的温度曲线计算得出的最后的粗轧机。轧机自动化达到了高达 20 m/sec 的最高速度，力求在整个最终产品中保持指定的精加工温度。放置在最后一个机架之后的高温计会更新精轧机的计算机模型，并允许将此温度添加到带钢质量记录中。

由于轧机中存在巨大的轧制力，仅仅将工作辊之间的间隙设置为所需的厚度并期望带材以该厚度从另一侧出来是不够的。由于早期精轧机架的轧制力经常超过 3,000 吨，当轧制宽、硬和/或轻型产品时，在棒材进入咬口后，轧机外壳预计可拉伸多达 10 至 15 毫米。在设置螺纹轧辊间隙时，在每个轧机机架中补偿这一因素至关重要。为此，轧机自动化使用复杂的模型来估算每个机架中每个中转棒的轧制力，其中包括进出厚度、宽度、钢种和估计的瞬时温度。每次轧制新板坯时，轧机自动化采用的模型都会根据轧制参数和产品测量值进行更新，从而不断优化轧机的自动化设置。连续轧制具有相似规格和等级的产品，从而使产品质量和生产良率受益，从而允许自动化部署最近使用的轧制模型。

除了轧机机架在轧制载荷下的拉伸程度外，轧辊在载荷下会偏转或弯曲，因为它们在中间被带钢强制分开，但在端部由轴承支撑。这种挠度是通常称为冠部的条带属性的来源。带钢凸度在粗轧机中开始，并继续通过每个连续的轧机机架。带钢凸度在精轧机的出口端通过第二个扫描 X 射线测量仪测量，该测量仪在钢轧制时在带钢宽度上来回移动。将其测量的厚度与通过带材长度监测中心线规的初级 X 射线测量的厚度进行比较，然后将差异绘制为产品质量记录。通常，HSM 生产的材料的冠度在 0.025 毫米到 0.075 毫米之间，这取决于包括成品的规格、宽度和等级在内的多种因素。

任何轧机机架的操作员都可以通过调整压下来增加或减少该机架中存在的轧制力，从而影响轧辊偏转的程度，从而对轧辊间隙的形状进行一定程度的控制。最后四个精轧机机架通常采用液压工作辊弯曲，使操作员能够额外控制负载辊缝的形状。操作员在这些机架中调整工作辊弯曲，以影响最终产品的凸度。最终精轧机架中的工作辊弯曲专门用于形成与离开前精轧机的带钢轮廓相匹配的辊缝形状，以生产扁平的最终产品。

现代带钢热轧机中用于提高产品质量的技术包括 (i) 自动规格控制，(ii) 自动宽度控制，(iii) 工作辊弯曲，(iv) 连续变化凸度 (CVC)，（和 v ) 轧辊偏心补偿。 CVC 是一种通过使用带轮廓的辊来更改带材轮廓的方法。辊子之间的间隙可以通过辊子的轴向移动来改变。 CVC 技术也称为滚动移位技术。 CVC 技术具有较慢的动力学，但比工作辊弯曲范围更广。由于CVC和工作辊弯曲相辅相成，这两种技术通常都用于现代带钢轧机。

近年来，对热轧带钢的型材、厚度、平整度和表面的要求越来越高。为满足这一需求，CVC 技术进行了升级。改进之处在于机械设备和工艺模型。

控制冷却

离开精轧机后，带钢由大量单独驱动的轧辊通过 4 至 12 组低压大容量喷水器将炽热的带钢冷却至 400 ℃ 之间的指定卷取温度C 和 900 摄氏度并进入卷取机。出料台两侧的侧导轨力求使带钢的头端指向卷取机；每个卷取机前面的最后一段导轨可根据带钢宽度进行调整，并配备气动快速关闭系统，允许操作员在卷取开始时将带钢头端居中。

对于热轧钢的性能而言，冶金学上至关重要的是卷取温度，因为在三天的过程中，卷材会从这个温度冷却到环境温度。本质上是一种类似于退火的热处理，在从板坯厚度减小到热轧带钢规格的过程中施加到钢上的应力在卷材冷却时有机会减轻它们。尽管钢在热轧过程中不断地再结晶，但有时厚度减少超过 99% 并且在不到十分钟的时间内就会对钢造成很大的压力；卷取温度由产品冶金学家指定，以利用和控制这些应力水平，以寻求最佳的机械性能。热轧带钢在最后一个精轧机架轧制后的冷却情况如图1所示。

图1热轧带钢的冷却

位于精轧机和热轧带钢卷取机之间的出口区域是材料运输和材料温度设定所必需的，因此也是为了获得机械性能。根据带钢厚度范围选择辊距，确保可靠运输，尤其是带钢头部。

该区域布置的层流冷却系统与高效冷却模式相结合，既保证了所需的卷取温度，又保证了冷却，从而使轧材达到所需的机械性能。

层流冷却系统和边缘遮蔽系统的结合防止了带钢边缘的过度冷却，从而最大限度地减少了带钢宽度上的应力差异。从而提高了冷轧带钢的平整度。

以热轧和热轧酸洗上油的形式出售的产品由客户进行激光切割，在相对较高的温度下盘卷，以尽量使钢材松弛，从而使从盘卷上切下的零件即使在残余应力自行消除后仍保持平整围绕零件的配置。相反，在相对冷的温度下卷取可使物理质量钢等级保持较高的内应力水平，并限制单个晶体和晶体内部和晶体之间形成的碳化物的尺寸；这些因素中的每一个都有助于提高成品热轧带钢的强度水平。

将钢以 20 m/sec 的速度冲过时将其冷却 200 摄氏度需要大量的水，因此大量 152 个喷头，由自动化系统单独控制和控制，从顶部和底部浸透钢水帘。计算机根据带钢的螺纹速度和目标精加工温度估算出冷却头端需要多少水，该估算的准确性由下卷取机前的高温计确认。由于需要调整使用中的喷雾数量，计算机会打开和关闭喷雾，以满足通过线圈长度的目标温度。由于精轧机在向下卷取机穿线后会加速以继续提高精加工温度，因此随着钢材的轧制，越来越多的喷射被激活，以补偿其在输出台上花费的时间减少。

整个 HSM 每分钟泵送多达 300 立方米的水，以冷却精轧带钢、熔炉滑轨、轧辊和卷取机组件，并为中转棒除垢。所有的水都通过水垢/污泥收集坑系统、层流冷却系统进行循环，然后返回两个专用冷却塔之一。

卷取

卷取操作从一对夹送辊开始，夹送辊夹住带钢头端，并在输出台上建立张力并返回到精轧机。头端由闸门偏转至与卷取机相关的心轴，并由通过围裙连接的气动缠绕辊围绕心轴引导。

出料台末端的液压可调入口导轨用于在带钢进入卷取机站之前对中。以精轧速度运行的带钢被夹送辊装置可靠地抓住并引导到卷取机心轴上。夹送辊装置入口侧的压紧辊可防止带钢（尤其是大规格带材）在夹送辊之前鼓起。

一旦头端完全围绕心轴，圈开始围绕心轴建立，迫使包装纸卷走。一旦头端被牢牢抓住并且摩擦和张力防止钢卷相对于心轴滑动，包卷辊就会从不断增长的钢卷上脱离。带钢尾出精轧机后，夹送辊继续保持反张力，防止带卷散开；在带材尾部被拉过夹送辊之前，包装辊重新接合。液压卷材车在卷材下方移动到位，上升支撑卷材体积后，将卷材从芯轴上剥离并放置到位，输送到自动装订贴标机。

考虑到热轧带钢厚度从 1.5 毫米到 20 毫米、宽度从 750 毫米到 2200 毫米的宽尺寸范围以及卷取站、三辊或四辊卷取机的维护条件和成本提供了大量的实际好处。