邯鋼2250mm 熱軋廠提高成材率的研究與應(yīng)用

蔡守丹

（河鋼邯鋼邯寶公司熱軋廠，河北 邯鄲 056000）

軋鋼工序提高成材率是提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段之一。針對(duì)邯鋼2250mm 熱軋生產(chǎn)線，年產(chǎn)量在480 萬(wàn)噸，成材率提高后，可以創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也是降低生產(chǎn)成本的有效途徑。對(duì)標(biāo)先進(jìn)生產(chǎn)線，2250mm 熱軋生產(chǎn)線，成材率仍有提高的空間。根據(jù)成材率計(jì)算公式：成材率=合格品/(投料重量+軋廢)*100%，但軋廢占比較小，18 年軋廢只有155.63 噸，主要影響金屬損失的影響因素是爐生氧化燒損和中間坯的頭尾切損量。通過(guò)研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，對(duì)比2018 年度，2019 年度成材率指標(biāo)逐步提高，年成材率有97.54%提高到97.97%，平均提高0.43%，全年回收合格產(chǎn)品20258.26 噸[1]。

1 降低氧化燒損的技術(shù)方案與實(shí)施

降低氧化燒損，主要解決板坯在爐時(shí)間長(zhǎng)，加熱制度分配，爐內(nèi)氣氛調(diào)整，優(yōu)化板坯出爐溫度，爐生氧化鐵皮厚度測(cè)量分析。通過(guò)分析板坯在爐時(shí)間與氧化鐵皮厚度對(duì)應(yīng)關(guān)系，在爐時(shí)間和成材率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，尋找出合理的在爐時(shí)間控制范圍，開發(fā)出一種步進(jìn)式加熱爐精確控制板坯在爐時(shí)間的方法，實(shí)現(xiàn)板坯在爐時(shí)間可控性，降低氧化燒損。加熱制度開發(fā)了大風(fēng)量低爐壓快熱法燒鋼模式，標(biāo)定各區(qū)段燒嘴，調(diào)整各區(qū)段爐內(nèi)氣氛，實(shí)現(xiàn)加熱段快速加熱，均熱段負(fù)氧燃燒，抑制氧化鐵皮在高溫區(qū)快速生成。

1.1 板坯在爐時(shí)間的精確控制

由加熱爐一次氧化鐵皮的研究指出，氧化鐵皮生產(chǎn)量與溫度和時(shí)間的關(guān)系為：

結(jié)合公式可以看出，加熱時(shí)間與氧化燒損成正比，即在相同的條件下，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，氧化生成的鐵皮越厚，鋼的氧化燒損越多。尤其是鋼在高溫條件下，停留時(shí)間越長(zhǎng)，氧化鐵皮生成量就越大。以含碳量0.3%的碳鋼為例來(lái)看,在不同溫度下燒損量與時(shí)間的關(guān)系。開始時(shí)隨時(shí)間的增長(zhǎng)氧化較快，而后逐漸減慢，這是因?yàn)殚_始形成氧化鐵皮后，阻礙了擴(kuò)散。實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼坯在爐內(nèi)時(shí)間為120 ～140min 時(shí)，氧化鐵皮厚度為2.3mm ～2.8mm；180min ～240min 時(shí)，氧化鐵皮厚度均在4.0mm 以上。可見，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，氧化燒損量就越多[2]。

考慮到板坯各流稱重誤差，分流和綜合統(tǒng)計(jì)成材率，可見在爐時(shí)間≤160min 和160min～180min 板坯成材率高達(dá)98.33%，180min～210min 成材率也在98%以上，隨著在爐時(shí)間的增加，成材率逐步降低。降低板坯的在爐時(shí)間，是提高成材率的有效途徑。為了精確控制在爐時(shí)間，盡量把在爐時(shí)間控制到210min 以下，開展研究與實(shí)際應(yīng)用。開發(fā)出一種步進(jìn)式加熱爐精確控制在爐時(shí)間的方法的發(fā)明。

在爐時(shí)間的精確控制，根據(jù)板坯寬度，單爐裝鋼塊數(shù)，板坯間裝鋼間隙和軋制生產(chǎn)節(jié)奏，精確控制單爐裝鋼塊數(shù)，在爐時(shí)間也就得到了精確控制。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：

傳統(tǒng)控制模式，板坯間隙為固定值50mm，軋機(jī)過(guò)鋼節(jié)奏一般為30 塊/小時(shí)，熱軋加熱爐有四座加熱爐，用三備一。板坯寬度不同，對(duì)應(yīng)的板坯在爐時(shí)間也不同。通過(guò)計(jì)算：1100mm 寬度板坯，三座加熱爐裝鋼塊數(shù)144 塊，在爐時(shí)間長(zhǎng)達(dá)288 分鐘；1200mm 寬度板坯，三座加熱爐裝鋼塊數(shù)132 塊，在爐時(shí)間264 分鐘；1300mm 寬度板坯，三座加熱爐裝鋼塊數(shù)123 塊，在爐時(shí)間246分鐘；1400mm寬度板坯，裝鋼塊數(shù)114塊，在爐時(shí)間228分鐘；1500mm 寬度板坯，三座加熱爐裝鋼塊數(shù)108 塊，在爐時(shí)間216 分鐘；1600mm寬度板坯，三座加熱爐裝鋼塊數(shù)99塊，在爐時(shí)間198分鐘；2000mm 寬度寬的板坯，三座加熱爐裝鋼塊數(shù)75 塊，在爐時(shí)間150 分鐘。由此可見傳統(tǒng)模式的板坯間隙為固定值方式造成不同寬度板坯爐內(nèi)時(shí)間差異極大，在爐時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，極大影響爐內(nèi)氧化燒損量。為了既能保障板坯加熱質(zhì)量，避免溫度欠燒，同時(shí)又能保障過(guò)鋼節(jié)奏和最低的氧化燒損，現(xiàn)有控制方法亟待改進(jìn)。

1.2 加熱制度的優(yōu)化

板坯通過(guò)在爐時(shí)間的精確控制，加熱制度根據(jù)在爐時(shí)間不同，對(duì)加熱制度進(jìn)行優(yōu)化。加熱制度根據(jù)在爐時(shí)間，板坯出爐目標(biāo)溫度，建立加熱制度分配參數(shù)表。

加熱制度開發(fā)了大風(fēng)量低爐壓快熱法燒鋼模式，爐壓采集點(diǎn)改造，選取板坯下表面為“0”壓點(diǎn)，設(shè)定采取微正壓5pa 控制，均熱段采取負(fù)氧還原性氣氛控制，加熱一和加熱二段采取大風(fēng)量快速加熱法，確保均熱段過(guò)剩煤氣得到充分燃耗。預(yù)熱段和熱回收段調(diào)整無(wú)可見未燃燒的煤氣上浮飄蕩。通過(guò)氧含量?jī)x檢測(cè)，熱回收段爐內(nèi)氧含量控制到1～5%范圍內(nèi)，實(shí)際控制調(diào)整穩(wěn)定。

1.3 爐內(nèi)氣氛調(diào)整

通過(guò)標(biāo)定各區(qū)段燒嘴，調(diào)整各區(qū)段爐內(nèi)氣氛，實(shí)現(xiàn)加熱段快速加熱，均熱段負(fù)氧燃燒，抑制氧化鐵皮在高溫區(qū)快速生成。爐內(nèi)氣氛通過(guò)燒嘴煤氣和空氣手閥開度調(diào)整，利用脈沖式燃燒燒嘴特性，利用壓差計(jì)，對(duì)燒嘴進(jìn)行逐一標(biāo)定。標(biāo)定時(shí)，穩(wěn)定主管煤氣壓力和助燃風(fēng)壓力在正常生產(chǎn)波動(dòng)范圍內(nèi)，確保煤氣熱值在2000±100kcal/m3，標(biāo)定時(shí)，打開出鋼爐門，技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)觀察燒嘴實(shí)際燃燒狀態(tài)。燒嘴標(biāo)定時(shí)，對(duì)稱燒嘴同時(shí)標(biāo)定，確保A/B 兩側(cè)燒嘴燃燒狀態(tài)和功率一致性[3]。

1.4 降低板坯出爐溫度

出爐溫度是指板坯出鋼時(shí)板坯的實(shí)際加熱溫度。鋼的氧化隨著加熱溫度的升高而加快，表面溫度越高氧化越嚴(yán)重。資料表明：加熱溫度在700℃以下時(shí)，氧化不明顯。從850℃～900℃開始，氧化速度才顯著提高。溫度達(dá)到1000℃，開始劇烈氧化；達(dá)到1300℃時(shí)，表面氧化鐵皮開始熔化，內(nèi)部更多的鋼開始向氧化鐵皮轉(zhuǎn)變。降低板坯出爐溫度，既可以降低氧化燒損，還可以節(jié)省大量的煤氣消耗，降低板坯出爐溫度，首先要考慮軋制的穩(wěn)定性，不能影響后工序正?？刂?。過(guò)統(tǒng)計(jì)軋制大數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)低碳鋼系列軋制難度小，實(shí)際溫度控制偏高，有較大的降溫空間。針對(duì)低碳鋼系列，全廠年產(chǎn)量占總產(chǎn)量的45%左右，降低低碳鋼系列板坯出爐溫度，可以創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過(guò)研究與應(yīng)用，低碳鋼系列板坯出爐溫度得到明顯改善，板坯出爐溫度平均降低15℃。

1.5 鐵皮厚度跟蹤測(cè)量方法

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)板坯出爐后，實(shí)際鐵皮厚度測(cè)量跟蹤，可以第一時(shí)間掌握板坯燒損情況，為后續(xù)技術(shù)方案和工藝調(diào)整實(shí)際燒損控制情況，提供了直接有效的驗(yàn)證。具體測(cè)量方法為：自制氧化鐵皮收集器，待鐵皮冷卻后，利用游標(biāo)卡尺對(duì)氧化鐵皮厚度進(jìn)行測(cè)量，得到實(shí)際數(shù)據(jù)后，對(duì)照工藝控制參數(shù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，找出影響氧化鐵皮厚度的主要因素，然后通過(guò)結(jié)論調(diào)整板坯在爐時(shí)間，爐膛氣氛，異爐氣氛差異，板坯出爐溫度，為研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2 降低中間坯切損率的技術(shù)方案與實(shí)施

2.1 輥型優(yōu)化

輥型優(yōu)化可以有效控制中間坯舌尖和燕尾的產(chǎn)生量。輥型優(yōu)化主要對(duì)粗軋工作輥進(jìn)行優(yōu)化。R2 工作輥曲線改進(jìn)，按照精軋等比例凸度的板形控制要求，粗軋機(jī)的來(lái)料凸度應(yīng)該控制在400um～700um 左右，而實(shí)際粗軋R2 工作輥軋制后期由于軋輥磨損較大，導(dǎo)致軋出的中間坯厚度凸度較大，影響了精軋機(jī)的板形設(shè)定，對(duì)于目前粗軋工作輥輥形，實(shí)測(cè)了R2 換輥后前期和后期中間坯凸度。

從實(shí)測(cè)R2 后期的實(shí)際凸度情況看，軋制后期中間坯凸度控制達(dá)到了1.675mm，這種情況對(duì)于中間坯頭部和尾部控制不利，加大了舌尖和燕尾的長(zhǎng)度，不利于成材率的提高，同時(shí)對(duì)寬斷面低碳鋼種軋制后期容易在精軋入口產(chǎn)生堆鋼等嚴(yán)重事故。同時(shí)也說(shuō)明了粗軋工作輥軋制后期磨損比估計(jì)中的嚴(yán)重的多。

對(duì)于粗軋R2 軋制后期工作輥磨損嚴(yán)重的情況中間坯凸度偏大的情況，采取了以下幾點(diǎn)措施：

（1）縮短R2 的工作輥換輥周期，換輥周期由原來(lái)的8 天縮短到5 天。

（2）改進(jìn)了工作輥的輥形曲線，減小了軋輥的負(fù)凸度，由原來(lái)的400 輥形改為了300 輥。

（3）限定了F1、F2的最大竄輥量，增加了中間坯的凸度計(jì)算值。

改進(jìn)后實(shí)測(cè)R2 換輥后不同時(shí)期中間坯凸度，軋制后期中間坯凸度明顯減小，對(duì)成材率的提高、精軋板形、軋輥的磨損和軋制的穩(wěn)定性提供了有力的保障。

2.2 剪切量的有效控制

2.2.1 優(yōu)化自動(dòng)剪切頭、尾控制

熱軋生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，不斷改進(jìn)切頭、切尾控制。在自動(dòng)剪切的基礎(chǔ)上，操作HMI 畫面中添加附加值修正功能(OFFSET)，（見圖8、9 所示）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員反饋的剪切頭、尾大小的實(shí)際情況以及自動(dòng)剪切檢測(cè)畫面中剪切線位置，在保證生產(chǎn)穩(wěn)定的前提下，操作工可以手動(dòng)修正每塊帶鋼的切頭、切尾大小，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與操作工相結(jié)合，使切頭、切尾大小更加趨于合理。附加值修正功能在有效的切除了帶頭、帶尾不規(guī)則部分的同時(shí)又控制住了切頭、切尾的長(zhǎng)度。優(yōu)化后實(shí)際剪切頭尾形狀與大小[4]。

2.2.2 合理選擇中間坯厚度

在保證生產(chǎn)穩(wěn)定的前提下，控制常規(guī)規(guī)格中間坯厚度38mm～42mm 之間（中間坯厚度有特殊要求的除外）。二級(jí)自動(dòng)設(shè)定偏厚時(shí)手動(dòng)修改附加值使中間坯厚度厚度適中，也是減少切損的重要措施。因?yàn)橹虚g坯厚度越薄，當(dāng)剪切長(zhǎng)度相同時(shí)，其切除掉的板坯頭、尾的重量越小，從而減小帶鋼的切損。

2.2.3 橫切料軋制時(shí)甩開切尾

熱軋軋制橫切料時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)注意觀察燕尾長(zhǎng)度，當(dāng)燕尾長(zhǎng)度≤300mm 時(shí)可甩開切尾進(jìn)行軋制。后續(xù)橫切生產(chǎn)時(shí)仍需要切尾，來(lái)料燕尾長(zhǎng)度≤300mm 的帶鋼滿足生產(chǎn)要求，故不影響下道工序正常生產(chǎn)。

橫切料軋制時(shí)成材率對(duì)比分析：

通過(guò)對(duì)執(zhí)行前后選取三個(gè)計(jì)劃的平均成材率對(duì)比：

實(shí)施前：98.17%，98.02%，97.60%。平均成材率：97.93%。

實(shí)施后：98.38%，98.28%，97.94%。平均成材率：98.2%。

實(shí)施后軋制橫切料的成材率提高了0.27%。

3 效果

邯鋼2250mm 熱軋廠，對(duì)比2018 年度，2019 年度成材率指標(biāo)逐步提高，年成材率有97.54%提高到97.97%，平均提高0.43%，全年回收合格產(chǎn)品20258.26 噸，寬度≤1500mm 以下板坯，板坯在爐時(shí)間有平均265min 降低到198min，氧化鐵皮厚度平均減薄0.95mm,低碳鋼系列板坯平均出爐溫度有1235℃以上降低到1220℃以下，爐生氧化鐵皮厚度通過(guò)對(duì)比，平均減薄0.29mm，氧化燒損率有1.56%降低到1.32%，切損率有年初的0.576%降低到0.44%。2020 年前三月成材率分別完成98.01%、97.90%、98.38%，成材率仍得到了有效提高。延伸效果，加熱爐氧化燒損明顯降低，爐子服役期明顯加長(zhǎng)，有8 個(gè)月提高到了10 個(gè)月，減少了爐修費(fèi)用，加熱溫度降低，對(duì)加熱爐燃耗也得到了明顯降低，有50.5kgce 標(biāo)煤/t 降低到47.6kgce 標(biāo)煤/t。

4 總語(yǔ)

據(jù)了解，其它熱軋兄弟廠家對(duì)成材率控制也是異常關(guān)注，但更加實(shí)際有效的控制技術(shù)方案和實(shí)際應(yīng)用仍處于摸索狀態(tài)，缺少創(chuàng)新點(diǎn)，本文的技術(shù)方案對(duì)提高成材率通過(guò)發(fā)明創(chuàng)新，對(duì)其它鋼廠也有非常好的借鑒作用。