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现代带钢冷连轧发展方向

摘 要：本文通过对冷轧生产中新技术、新工艺、新设备的介绍，评述了现代冷轧技术的特点和发展动向，在介绍我国目前冷轧生产装机水平的同时，浅谈我国制造工业在冷轧技术发展研究方面与国际水平的差距和努力方向。
关键词：带钢 冷轧 冷连轧 新技术

一、 序言
近年来，冷轧带钢的生产有了长足的技术进步。新设备、新工艺的研究成果的采用，进一步满足了冷轧技术的要求。电子技术和监测仪表的飞速发展和逐渐推广，使70年代的常规冷轧发展成了80年代开始的全连续冷轧（即无头轧制技术）。随着浅槽式盐酸酸洗工艺的成功应用，提高了酸洗效率，使得冷轧机组与酸洗机组的联合成为可能。1981年11月，日本新日铁君津厂3#酸洗机组与3#六机架连续式冷轧机成功地连接。几乎同时，法国的SOLLAC公司的MONTATAIRE冷轧厂将原来的硫酸酸洗线和1979年改造后的冷连轧机组连接为联合机组。经过二十多年的不断发展，目前，酸洗冷轧联合机组（CDCM或PL-TCM机组）技术已日趋成熟。

二、 CDCM机组是冷轧生产的发展趋势
将不同的机组联合在一起形成连续生产线的必要条件是：各段工艺线带钢的平均金属的秒流量相等。酸洗冷轧联合机组可以满足这个条件，而且由于酸洗机组采用了紊流酸洗技术，以及机械预除鳞设备，使酸洗质量和生产效率有了明显提高。就冷轧本身而言，通过六辊HC轧机、液压正负弯辊、CVC技术、支承辊凸度控制技术、液压压下、轧辊分段冷却以及高精度带钢平直度检测系统等技术的应用，使冷轧产品的板型质量有了可靠的保障。
CDCM机组与全连续冷轧机组和常规冷轧机组相比，其生产能力较高，可以生产高质量的冷带钢，且投资少，成品率高，效益好，工艺技术日趋成熟，设备性能可靠，归纳起来有以下几个特点：
1 生产率大幅度提高
由于它无头无尾，因而就没有穿带甩尾，所以大大提高了轧机的实际生产时间。据有关文件介绍，与常规轧机相比，约提高生产率10~15%。

2 节省设备投资
酸洗与连轧原有的两套几乎相同的入口和出口段设备，联合后可用一套代替，如开卷机、卷取机、焊机等，同时也省去了中间库，减少了厂房面积和中间吊装设备，因此使总投资降低，据有关资料统计，总投资大约降低15%。

3 提高轧辊寿命
因没有穿带和甩尾，减少了带钢对轧辊的冲击，降低了轧辊的磨损，从而提高了轧辊的使用寿命。日本福山厂的统计，每生产1000吨冷轧带钢换工作辊组由25.9对降低到7.2对。

4 废品率降低
带钢在中间库存贮时，往往由于保管不善或时间过长而造成塌卷、带卷损伤以及锈蚀等弊病，使成品率降低，而联合机组显然不存在这类问题，另外，由于没有穿带，减少了头尾超厚的带钢长度，所以成品率相对提高了。

5 产品质量的提高
由于无穿带，从而大大减少了工作辊的划伤，使带钢成品的表面质量大大提高。

6 成本低
关于降低成本，各家的效益方面的统计方法不尽相同，普遍认为生产成本降低了20~25%，其中10~12来自于产品质量、成材率提高，3%来自酸洗钢管的捆带和防锈油，剩下来的来自包括轧辊寿命的提高，劳动力的节省等。

7 其不足之处在于机组庞大，设备多，种类复杂，故障率提高；另外，由于受酸洗工艺速度的所限，轧机的生产能力无法充分发挥。据报道：CDCM机组中的冷轧机较全连续轧机中的连轧机利用率约低20%。
通过上述介绍，可以看出，CDCM机组具有良好的技术和经济效益优势，国际上众多的连轧设备生产厂商，都在投入大量的资金和人力努力开发和完善CDCM技术，就用户而言，多数冶金成品生产也在竞相投资新建CDCM机组，或将老的连轧机组改造成CDCM机组，使CDCM机组成为当今冷轧生产的发展趋势。

三、 CDCM机组的基本工艺流程（以某CDCM机组为例）
工艺流程简图附后。在钢卷库存放的热轧钢卷，用吊车将其运至1号步进梁的鞍座上，钢卷在1号步进梁上进行称重，钢卷对中、直径测量、自动拆卷、并将所得数据自动地与计算机给定值进行比较，以便在出现错误时加以修正。在完成上述任务后，钢卷由1号步进梁运至回转台，回转台可将钢卷旋转180度，以使其头处于正确的开卷方向。随后，钢卷将被转移到2号步进梁上；钢卷小车在接到2号步进梁运来的钢卷后，将钢卷分别运至两台开卷机前的等待位置，在此处，将使带卷内孔与开卷机芯轴自动对中；带自动对中的开卷机通过刮板的引导将带头送至直头机，在直头机出口处装有一台厚度测量仪，这个测厚仪将检测带材头尾超差厚度，为了去掉超厚的带钢，在此处设置了液压切头剪，切掉头尾的带钢被送到激光焊机，对前后两卷带钢的头尾进行焊接；焊好后的带钢将高速（Vmax=490m/min）运行进入1号活套，当1号活套充满后，带钢运行速度降为工艺段速度（Vmax=200m/min）；带钢出了1号活套进入拉伸矫直机，对带钢进行预破鳞，同时带钢的板型，如边浪、中心瓢曲和类似的缺陷也得以改善；然后带钢进入工艺段，工艺段有酸槽三个、五级清洗槽和带钢干燥机，带钢经过酸洗、漂洗、热吹扫烘干后进入4号纠偏辊和4号张力辊，然后进入2号活套，经过焊接检测装置，带钢停留在月牙剪处对宽度不一致的前后带钢冲月牙弯，以便进入圆盘剪进行切边；切下来的废带条由碎边剪切碎流入废料槽运出线外；切边后的带钢进入5号张力辊和2号转向辊，然后进入3号活套为轧机换辊停车储备带钢；从3号活套出来的带钢经过6、7号张力辊和7号纠偏辊进入五机架连轧机，带钢以Max1200m/min的速度被轧制成成品；在分卷时带钢需降速到200~300m/min，并由滚筒式飞剪完成钢卷的切分，由CARROUSEL卷取机卷成成品卷由出口钢卷车和步进梁将其运出线外，进行表面检查、称重、打捆，由吊车送至成品库；在前一成品卷被卸出的同时，下一个钢卷头部已到达卷取机的另一卷筒位置经助卷器在卷筒轴上缠绕数圈后，皮带助卷器脱开，轧机升速轧制。

CDCM 机组工艺流程图
四、 CDCM机组新的工艺技术

1 湍流式酸洗技术
为了达到良好的除鳞效果，提高酸洗速度，欧洲和日本均采用了湍流式连续酸洗技术，用于CDCM机组。
这种酸洗技术的原理是：通过酸槽内的托石和文丘理板的刮酸作用，使槽内的酸液不再随带钢流动，而是自动地在带钢上下两面进行涡流状，使粘附在带钢表面的高铁离子浓度酸洗层的厚度几乎为零，使新的酸洗不断与带钢表面接触，从而达到提高酸洗速度的目的。
采用这种技术的同时，还采用了机械预破鳞技术，其目的也是使酸液能够尽可能浸入氧化铁皮的内层，提高酸洗速度。
除此以外，由于采用了酸洗温度、浓度自动控制技术和带钢表面在线检测系统，使带钢的除鳞效果得到了很好的控制。
欧洲与日本的湍流酸洗技术上所不同的是，日本厂商在每段酸槽的出口和入口处各设置了一套喷嘴，没有文丘理板，将酸液直接喷射到带钢上下表面，从而达到进一步提高酸洗效果的目的。

2 激光焊机的采用
采用激光焊机的目的主要是为了满足多种品种材料的连续生产，减少断带率，提高焊缝质量，目前德国和日本均可以提供这种焊机。据称日本最早的激光焊机是由川铁公司研制的，其激光发生器输入功率已达10KW，而德国的仅为6KW。从能力上看日本焊机高于德国焊机。
激光焊机有以下特点：

1） 焊接的材料种类比较广泛，低碳钢、不锈钢和高碳钢都可以进行焊接，而闪光焊机对于含Si < 0.5%的带钢容易产生断带，所以必须使用激光焊机。

2） 激光焊机对所焊接材料的厚度没有限制，而闪光焊机要求材料厚度<1.2mm的带钢，搭接焊要求材料的厚度>5mm。

3） 激光焊机的焊缝比较平滑，且焊缝强度比对焊和搭接焊高。

4） 对焊机在焊接不锈钢和高碳钢时，其焊缝强度低，不能通过轧机轧制，而激光焊缝强度高，可以通过轧机轧制。

5） 日本激光焊机的价格水平高于闪光焊机1.5~2倍，而德国Miebach焊机公司生产的激光焊机的价格仅为闪光焊接的2/3。
正因为激光焊机有众多的优点，世界各钢铁企业采用的激光焊机的数量逐年增多。

3 TRC控制技术的采用
“TRC”是SMS公司开发的一项高技术轧制控制系统（HighTechnical Rolling Controling System）的缩写。
TRC系统可以简单地解释为：CVC系统和EDC系统（边缘控制系统）的组合，EDC系统包括EDC Cooling（轧辊边部冷却系统）和EDC Roller（EDC辊型）两大部分。
轧辊边部冷却系统是在原有的分段冷却系统之外，又在轧辊边缘设置一套控制范围更精确的温度控制系统和冷却系统，实现轧辊边部凸度控制。使每个控制区范围由原来的50mm缩小到17.3mm。据SMS介绍，这套冷却系统可以在25秒内减少轧辊热膨胀160μ。
EDC轧辊是SMS引进了日本川崎Tape辊技术之后，自行研制的一种CVC轧辊，见下图。

这种轧辊有三大优点：
l 可以使带钢边部产生一个负边降；
l 避免了Tape辊的斜肩而产生的应力突变点，使轧辊磨损均匀；
l 对于不同的机架Tape辊的锥度是不一样的，而EDC轧辊没有这个问题，所以备件量小。
4 神经网络技术的应用
SMS公司在原有的闭环控制系统中，引入了神经网络系统，提高了轧制参数与设定精度，使系统的自适应和自学习的能力有了一定程度的提高。

5 UC轧机的应用
UC轧机，即：万能凸度高度控制轧机，它是HC轧机基本思想上的延伸，除了HC轧机所采用的可移动中间辊和工作辊装置外，UC轧机还装有中间弯辊装置，以对特殊的带材板型进行控制，其工作辊辊径较HC轧机更小，板型的复合控制能力更强。UC轧机象HC轧机一样，其形式也是多种多样，其基本形式如下：

轧机形式
WR弯辊
IMR弯辊
WR移动
IMR移动
HC
√
--
--
--
HCM
√
--
--
√
UCM
√
√

√
HUCM
√
√
√
√
6 CARROUSEL卷取机的采用
CARROUSEL卷取机的应用，使轧机出口处的设备布置更紧凑，卷筒切换更快更方便。由于这一特点，使带钢尾部在离开末架轧机后，因失去后张力而产生厚度超差的带钢长度减少，同时，冷轧带材厚度较薄时，带材头部容易上跳，要求卷取机离开末架轧机的出口越近越好，CARROUSEL卷取机正好解决了这一问题。
德国SMS公司和日本三菱重工设计制造的CARROUSEL卷取机，不同之处在于主传动系统的结构不同（如下图）。由图看出，三菱重工的卷取机具有的特点是：部件加工简单，互换性好，备件量少，装配方便，传动系统齿接触调整容易等特点，而SMS的卷取机因采用了三层结构传动轴的结构，使主传动轴无法使用联轴器，齿接触调整困难，装配难度大，互换性不好。

五、 国内冷轧发展状况
我国自60年代发展冷轧生产以来，冷轧生产的发展也有了巨大的进步，70年代初，武汉钢铁公司引进德国SMS常规轧制技术，兴建了1700五机架连轧机组。60年代初在太原钢铁公司，由国内重机行业自行设计制造了2套冷连轧生产线，即2300冷轧机和1700冷轧机。80年代初，我国首次采用合作制造的方式，与德国SMS共同制造了宝钢二期2030mm冷连轧机组。全连续冷轧技术及CVC技术在我国首次用于生产。随着国际冷轧技术的发展，本溪钢铁公司在分析了世界上冷轧生产的发展动向的基础上，于90年代初第一次将法国克莱西姆的CDCM技术引进我国，并以合作制造方式兴建了我国第一条酸洗冷轧联合机组。但是这套机组的冷轧机为二手设备，酸洗工艺为浅槽式酸洗工艺，整体装机停留在80年代初的水平。为了促进我国冷轧生产的发展，提高我国冷轧生产能力，宝钢从94年开始至今已建成了三条酸洗冷轧联合机组，第一套为“1420”mm酸轧冷轧联合机组，由德国SMS公司，MDS公司（现重组为SMS Demag公司）和SIEMENS公司技术总负责，中国重型机械总公司（CHMC）组织国内制造厂提供部分设备。酸轧机组为湍流式连续酸洗，轧机为CVC轧机，并首次选用了SMS的6辊CVC轧机。第二套为“1550”mm酸洗冷轧联合机组，技术总负责为日本的日立和三菱重工两家公司。国内制造部分由CHMC负责，酸洗机组为喷射型湍流酸洗，轧机为UCMW型轧机。第三套“1800” mm酸洗冷轧联合机组，技术总负责为日本的日立和三菱重工两家公司，近期已投产。这三套机组目前处于国际领先水平。
经过几十年的发展历程，特别是近一、二十年大量的技术引进，我国在技术的积累和集成、在人才的培养和锻炼、在制造、运行和管理的实践上都达到了一个新的水平。通过技术的引进、吸收、消化和创新，建立了丰厚的技术积累。通过技术合作培训了大量的设计技术人才，通过项目建设和科研攻关，技术上有所突破。总之，我国已经有了一支设计技术队伍，经历了诸多新老项目建设和改造的实践，积累了丰厚的设计施工经验，涌现了一批核心技术的开发和设计成果。这些都为进一步自主集成建设成型的冷带钢连轧机项目，创造了良好的条件。
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