2150mm 热轧带钢产线薄板坯轧制技术的研究论文

 

　　关键词：2150mm,热轧带,钢产线,薄板坯,轧制技术

 

　　热轧带钢作为钢铁生产的重要环节，其产线技术对于提高生产效率、降低成本以及提升产品质量具有重要意义。特别是在当前资源环境约束趋紧、节能减排压力增大的背景下，优化热轧带钢产线技术显得尤为重要［1］。2150mm热轧带钢产线作为钢铁企业中的重要生产设备，其薄板坯轧制技术一直是研究的热点和难点。薄板坯轧制技术不仅要求在保证产品质量的前提下提高生产效率，还需要解决加热工艺、粗轧温降、板坯扣翘头，以及自动卸卷等一系列技术难题。

 

　　近年来，随着冶金设备制造水平和自动化控制水平的不断提升，2150mm热轧带钢产线薄板坯轧制技术也取得了显著的进展。文章深入探究2150mm热轧带钢产线薄板坯轧制技术的相关理论与实践，通过分析其技术难点和优化措施，为钢铁企业提高生产效率、降低成本以及提升产品质量提供有益的参考。

 

 

　　1.1热轧带钢产线的基本构成与工作原理

 

　　热轧带钢产线是现代钢铁工业的核心生产环节，主要由加热炉、粗轧机、精轧机、冷却装置和卷取机等关键设备组成［2］。其工作原理是将连铸坯或钢锭加热至适宜温度后，通过粗轧和精轧机组进行多道次轧制，最终通过冷却和卷取工艺，得到符合标准的热轧带钢产品。其中，加热炉作为产线的起点，将连铸坯或钢锭加热至轧制所需温度（通常为1100~1250℃),以增强钢材的塑性，便于后续轧制；粗轧机对加热后的坯料进行初步轧制，通过可逆轧制工艺将其压延成中间坯，为精轧工序奠定基础；精轧机对中间坯进行高精度轧制，通过多机架连续轧制，确保带钢的厚度、宽度和表面质量达到标准要求；冷却装置采用层流冷却或水冷技术，对轧制后的带钢进行快速冷却，以调控其组织结构和力学性能；卷取机将冷却后的带钢卷取成卷，便于后续运输、储存和深加工。热轧带钢产线的基本构成，如图1所示。

 

 

       1.2 2150mm热轧带钢产线的特点

 

　　2150mm热轧带钢产线是一种宽幅带钢生产线，以其高产能、先进技术和多功能柔性生产等特点，在钢铁行业中占据重要地位［3］。其主要特点包括：①高产能与高效率：该产线设计年产量可达500万吨，能够满足大规模、连续化生产需求，显著提升企业经济效益。②先进技术应用：采用新型弯窜辊装置技术，优化设备使用寿命和维护工作量；同时配备自动宽度控制（AWC）、短行程控制（SSC）和板形控制系统，确保轧制精度和产品质量。③多功能柔性生产：可生产多种强度级别的钢种，如Q345、X70、X80等，产品厚度范围为1.6~25.4mm，满足高强钢厚规格和薄规格产品的多样化需求。④节能减排：通过钢轧深度协同提升热装率，充分利用连铸坯的高温能量，减少加热炉的能耗，降低碳排放，符合绿色制造的发展趋势。

 

　　1.3薄板坯的应用现状与挑战

 

　　薄板坯技术是热轧带钢生产领域的重要创新方向。薄板坯技术通过超高速连铸，提高生产效率，降低生产成本；利用连铸坯的高温能量，减少加热炉的能耗，实现能源的高效利用，符合可持续发展理念［4］。尽管薄板坯技术被广泛地应用于热轧带钢生产领域，但是该技术在未来发展中，面临前所未有的挑战。首先，工艺复杂性。薄板坯技术对轧制温度、轧制力和冷却速度的控制要求极高，工艺难度较大，需要高水平的操作和技术支持［5］。其次，设备要求高。需要配备先进的轧制设备和自动化控制系统，初期投资成本较高，对企业资金实力提出挑战。最后，质量控制难度。薄板坯在轧制过程中易出现扣翘头、板形不良等问题，对生产稳定性和产品质量提出更高要求，需通过技术创新和工艺优化加以解决。

 

 

　　2.1加热工艺改进

 

　　在2150mm热轧带钢产线中，薄板坯的加热工艺对最终产品的质量和生产效率具有重要影响。为了提高加热均匀性、减少能耗并提升生产效率，提出以下改进方案：首先，应用居中定位装钢技术，在装钢辊道上安装激光定位系统，实时监测板坯的位置，保证板坯在进入加热炉时处于炉膛中心位置［6］。同时，将PLC控制系统与液压装置进行联动，对偏移的板坯进行自动调整，确保板坯居中。采用居中定位装钢技术后，板坯温度均匀性提高，温差从±20℃降低至±5℃,加热效率提升8%，有效地解决了板坯在加热炉内位置偏移导致的加热不均匀问题，提高了加热效率。

 

　　其次，在保证板坯加热质量的前提下，采用低温快出模式，降低加热炉温度，缩短加热时间，减少能耗。具体操作：根据板坯材质和厚度，调整加热炉的温度曲线，采用“低温快出”模式，即降低均热段温度，缩短板坯在炉时间。在板坯达到目标温度后，通过快速出钢装置将板坯迅速送入轧制区域，减少热量损失，只有这样，才能降低均热段温度和板坯表面氧化铁皮厚度，缩短板坯在炉时间。加热工艺改进方案原理图，如图2所示。

 

　　2.2粗轧工艺优化

 

　　粗轧工艺设计是否合理直接影响了2150mm热轧带钢产线薄板坯质量。为有效提升产品质量和生产效率，通过优化轧制模式、速度以及除鳞模式，以实现粗轧工艺优化。

 

　　首先，轧制模式优化。传统的粗轧模式通常采用单道次轧制，这种方式虽然简单，但在薄板坯轧制过程中容易出现边部裂纹和厚度不均的问题［7］。通过引入多道次轧制模式，可有效改善这些问题。例如：采用三道次轧制模式，第一道次轧制力控制在8000kN，第二道次轧制力控制在10000kN，第三道次轧制力控制在12000kN。通过逐步增加轧制力，减少边部裂纹和厚度不均的发生。在多道轧制模式下，边部裂纹发生率从原来的5%降至1%，厚度不均率从原来的3%降至0.5%。其次，轧制速度优化。为保证薄板坯的表面质量和生产效率，需合理地控制轧制速度，轧制速度过高，会导致表面粗糙，过低则会影响生产效率。现有轧制速度为2.5m/s，表面粗糙度Ra为3.2μm。通过优化轧制速度，将粗轧阶段的轧制速度调整至3.0m/s，表面粗糙度Ra降至2.5μm，同时，同时增加轧制润滑剂的用量，此时，产品生产效率提高20%。最后，除鳞模式优化［8］。为解决传统的除鳞模式存在除鳞不彻底和能耗高的问题，采用高压水除鳞技术，水压从150bar提升至200bar，喷嘴数量从10个增加至15个，此时，除鳞不彻底率从原来的2%降低至0.5%，能耗从原来的500kW降低至400kW，保证除鳞彻底，使得能耗降到最低。

 

　　2.3自动卸卷功能实现

 

　　在2150mm热轧带钢产线中，薄板坯轧制后的钢卷在卸卷过程中经常出现松卷、塔形等卷形缺陷，影响后续加工和产品质量。经分析发现，现有卸卷小车的行程设置不合理，导致卸卷过程中钢卷与卸卷小车之间存在较大间隙，钢卷在重力作用下发生变形，最终导致卷形不良。为解决以上问题，需修改卸卷小车行程，使其在卸卷过程中始终与钢卷保持紧密接触，保证钢卷在卸卷过程中受力均匀，避免变形。

 

　　具体改进方案如下：首先，根据钢卷的宽度、厚度等参数，动态调整卸卷小车的行程，确保卸卷小车与钢卷之间的间隙控制在合理范围内。其次，在卸卷小车上安装压力传感器，实时监测卸卷小车与钢卷之间的压力，并根据压力变化调整卸卷小车的行程，促使钢卷受力均匀。最后，优化卸卷小车的结构设计，增加其刚性和稳定性，减少卸卷过程中的振动，提高卸卷精度。以某2150mm热轧带钢产线为例，该产线在改进前，薄板坯轧制后的钢卷松卷率高达15%，塔形率高达8%。经过上述改进措施后，松卷率降低至2%以下，塔形率降低至1%以下，卷形质量显著提升。自动卸卷功能实现流程图，如图3所示。

 

　　2.4精轧与卷取工艺调整

 

　　为提高带钢板形质量与卷取稳定性，需针对2150mm热轧带钢产线薄板坯轧制中板形波动、卷取错层等常见问题，设计以下改进方案。

 

　　首先，精轧工艺优化。在精轧过程中，轧制力与张力的波动是导致板形不良的主要原因，采用高精度液压AGC系统，实时调整轧制力，减少厚度偏差。同时，引入张力闭环控制，根据带钢宽度与厚度动态调整张力设定值，将张力波动控制在±5%以内，板形合格率从92%提升至96%。此外，为避免弯辊力设定不当会导致边浪或中浪问题，需采用智能板形控制系统，根据在线检测数据动态调整弯辊力，定期校准辊缝传感器，确保辊缝精度在±0.1mm以内。其次，卷取工艺改进。在卷取期间，一旦张力与速度不匹配，很容易出现卷取错层问题，为解决以上问题，根据带钢厚度与材质，设定分段式张力曲线，避免卷取初期张力过大，并提高卷取机与夹送辊的速度同步精度，使得速度偏差小于0.2%，只有这样，才能将卷取错层率降到最低。

 

 

　　2150mm热轧带钢产线薄板坯轧制技术改进方案在加热质量、粗轧工艺、自动卸卷功能以及精轧与卷取工艺等方面均取得了显著成效。首先，在加热质量改善方面，薄板坯加热过程中存在板坯塌头问题，加热温度波动范围为±15℃。改进后，采用居中定位装钢和低温快出的加热模式，加热温度波动范围缩小至±8℃,加热均匀性显著提升。其次，在粗轧工艺优化效果方面，粗轧工艺优化后，板坯温降减少43℃,扣翘头发生率从15%降至5%，显著降低了板坯温降和扣翘头现象，提高了生产效率。另外，在自动卸卷功能实现方面，改进前，卸卷小车行程不足，导致卷形不良和卸卷效率低下。改进后，卸卷小车最大行程增加至1，140mm，实现了自动卸卷功能，有效地提升了卸卷效率和卷形质量。最后，在精轧与卷取产品质量提升方面，精轧工艺优化后，板坯温降减少，精轧入口温度稳定性提高，带钢厚度精度和平直度显著改善。卷取工艺优化后，钢卷内径和外径的一致性提升，卷取质量显著提高。改进方案实施效果前后对比如表1所示。

 

　

 

 

　　综上所述，文章针对2150mm热轧带钢产线薄板坯轧制技术进行了深入研究，分析2150mm热轧带钢产线在薄板坯轧制过程中遇到的技术难点，如加热易出现板坯塌头、粗轧板坯温降大及易出现扣翘头等问题，提出了相应的改进措施。另外，还对薄板坯加热工艺、轧制工艺进行优化，成功实现了薄板坯的稳定轧制，有效提高了薄板坯的产品质量和生产效率，降低了生产成本。未来，随着钢铁工业对节能减排和资源高效利用的要求不断提高，全无头带钢轧制技术将展现出更大的应用潜力，可以进一步优化薄板坯轧制工艺，提高轧制稳定性和产品精度。

 

 

　　［1］白少金，孙广兴.日钢2150mm热轧带钢产线薄板坯轧制技术的研究［J］.轧钢，2021，38（3）：98-103.

 

　　［2］马银涛，李宁，杨涛.薄板坯连铸连轧无头轧制技术的应用［J］.河北冶金，2021（6）：37-40.

 

　　［3］郭秀海，徐智友，陶亚男.热轧带钢薄规格甩尾原因分析与预防［J］.吉林冶金，2021（4）：8-12.

 

　　［4］杨兴春.无头轧制市场及竞争力分析［J］.中国钢铁业，2023（3）：47-51.

 

　　［5］崔丕林，韩雪.热态轧制对1200MPa双相钢边裂缺陷影响的研究［J］.冶金设备管理与维修，2022，40（4）：67-70.

 

　　［6］宋晓娟，师可新.1.2mm薄规格带钢开发及稳定轧制的研究［J］.天津冶金，2020（3）：40-42.

 

　　［7］陈庆凯，郭秀海，徐智友.卷取机AJC功能简介及其对热轧带钢表面质量的影响［J］.吉林冶金，2020（2）：37-38.

 

　　［8］陈圣林，李准，马文超，等.薄板坯连铸连轧生产中低牌号无取向硅钢的实践［J］.材料与冶金学报，2023，22（1）：97-102.