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一、研究的背景与目的 钢铁工业能耗约占全国工业总能耗的23%，占全国总能耗的16.1%。轧钢工序能耗约占钢铁工业总能耗的10%。因此，研究轧钢工序的节能降耗技术对降低我国的吨钢能耗具有重要意义。近些年，虽然我国新建设的长型材轧钢生产线普遍使用热送热装、在线加速冷却、无头轧制等节能技术，但我国低水平档次的轧钢生产线还占有相当大的比重，使我国整体轧钢工序的能耗指标偏高。 在热轧生产中，轧钢工序钢坯加热耗能高，以典型的棒材轧机生产能耗为例，钢坯加热消耗的能量占约80%，用于钢材轧制的能耗仅占月15%。随着节能技术的应用，能源消耗中用于钢坯加热能耗所占的比例逐渐降低，但仍还维持在高的水平。因此，普通钢材轧钢工序节能的潜力主要来源于加热炉。长型材直接轧制技术，可以使连铸后的钢坯不经过加热炉，甚至不进行补热，直接送入轧机进行轧制。不计算加热炉的能耗，对轧钢工序的节能效果显著。 二、技术解决方案 长型材直接轧制技术的核心在于连铸和轧制工序的衔接，其基础在于高速连铸的稳定生产和轧钢工序的稳定性控制。连铸技术保障应实现无缺陷铸坯生产、较高的浇铸速度、生产过程的稳定；轧钢技术的保障应实现与铸坯的温度衔接、部分感应补热、较大温度窗口的高刚度轧制、性能稳定性控制等技术。 长型材直接轧制技术解决了长型材无加热轧制生产过程低能耗生产和高质量产品之间无法兼顾的矛盾，可实现连铸方坯在短程、中程、长程距离的直接轧制工艺，实现了低能耗生产，显著降低生产成本。 图1 长型材直接轧制技术示意图 三、主要创新性成果 （1）连铸方坯高温恒温恒量出坯控制技术 通过研究钢坯不同R角的温度场，漏钢预报模型及控制系统，铸机布局、浇铸速度、铸坯切割协同设计，实现了钢坯的头部和尾部温度差不超过50℃、钢坯出钢温度大于1000℃高温连铸坯的稳定生产。 图2 现场多工艺优化后冶金长度末端的液压切断 （2）长型材铸--轧界面钢坯排队控制技术 基于排队论的方法，构建了多流数连铸机在不同生产工艺下的连铸坯排队系统，研究了不同钢水量、不同流数、不同定尺等因素对铸轧界面连铸坯输送过程和轧制节奏的影响。该模型可以对不同生产线的生产节奏进行优化控制，提高直轧率和产量。 （3）长型材绿色化低能耗铸--轧衔接技术 针对不同钢铁企业连铸机与轧机不同距离、不同平面位置、不同高度差条件，选择无加热轧制、感应补热、高温钢坯均热等方式，使连铸坯的头部和尾部、横断面的表面和心部温度差满足生产需求，实现了多种现场工艺布置的高效衔接。典型生产线的直轧率达到了99%。 图3 方坯直接轧制的性能稳定控制技术 （4）无加热轧制的长型材性能稳定性控制技术 针对无加热轧制过程，同一浇次不同炉号的化学成分差异、铸-轧界面衔接带来温度波动对长型材力学性能的影响，研究了高刚度控温轧制、变速轧制、轧后冷却路径等工艺，均衡了微合金元素及金相组织对长型材力学性能的影响，实现了同一浇次长型材屈服强度的波动不超过10%。
图4 方坯直接工艺产品的性能波动控制 四、应用情况 “十二五”期间，钢铁研究总院冶金工艺研究所承担了国家科技支撑计划“钢铁企业长型材直轧技术工程示范”课题，通过对连铸坯恒温出坯技术、无加热成形技术、轧制前无相变的长型材质量控制技术等关键技术问题的攻关，最终，在广东粤北联合钢铁有限公司已经成功建成了一条年产50万吨的长型材直轧示范线。该示范线主要生产HRB400、HRB400E螺纹钢筋，规格为Φ20～Φ35。该示范线连铸机与轧钢工序衔接匹配良好，连铸坯高温出坯稳定，温度波动小于50℃。该示范线生产线上取消了加热炉，开轧温度为900～1100℃。该示范线实现了连铸坯直轧的连续生产，直轧率达到了99%，产品合格率100%。 信息来源：中国金属学会网站 |
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