为什么为啥呢
热轧带钢发展综述
摘要：我国钢铁工业自建国以后，技术以及行业发展速度令世界震惊，但无论从钢铁质量还是工艺技术、产品结构、设备应用以及经济指标技术管理等方面还同国际先进水平有一定的差距。目前我国在热轧板带钢的生产能力上还无法满足国民经济的发展要求，我国生产的热轧带钢产品中质量能够达到先进水平的1/3。所以热轧板带材的发展，尤其是高技术、高价值的热轧板带材，仍旧是我国今后轧钢工业的重要任务。
关键词:热轧带钢；生产现状；发展；宽带钢；先进生产技术
1我国热连轧带钢生产的回顾
我国热连轧带钢生产技术在建国以后很长时期内相对落后。1958年鞍钢建成第l套1700mm带钢半连轧机组。1978年武钢建成第2套1700mm带钢连轧机组而随后1989年宝钢2050mm带钢热连轧机的建立，标志着我国带钢热连轧生产进入快速发展的时期。国内有关专家将过去二十多年来热轧带钢的生产大致分为三个阶段。
1．1以解决企业有无为主要目的初期发展阶段
这个时期热连轧带钢轧机建设只能靠国家投入。由于资金、技术等多方面限制，轧机水平参差不齐。宝钢1989年投产的2050mm轧机采用了l、2级计算机控制、自动宽度和自动厚度控制、CVC板形控制、强力弯辊、控制轧制和控制冷却等代表了当时最先进的热轧生产技术。1994年投产的太钢1549mm轧机和梅钢1422mm轧机，则是引进了国外的二手设备。虽然整体技术水平相对落后，但在安装过程中进行了设备和生产技术方面的改造，整体技术水平有所提高。在同一时期还有两套国产设备投产(1980年投产的本钢1700mm轧机和1992年投产的攀钢1450mm轧机)。由于当时国内的制造水平有限，加之对热轧带钢轧机的设计水平尚未成熟，所以这两套轧机的整体水平不高。
1．2全面引进世界新技术，提高技术水平阶段
20世纪90年代中期以后，由于对国内技术装备设计与制造水平认同度不高，加上国外薄板坯连铸连轧技术的突破，所以各大企业均以引进国外最先进技术为主。如1999年投产的鞍钢1780mm轧机、1996年投产的宝钢1580mm轧机，是世界传统热连轧带钢轧机最先进水平的代表，除通常现代化轧机采用的一系列先进技术以外，机组采用了轧线与连铸机直接连接的布置形式，从而可实现直接热装，并有实现直接轧制的可能；机组还采用了板坯定宽压力机，大大减少了板坯宽度规格；精轧机采用了全液压压下机AGC技术；采用了PC板形控制系统，该系统与强力弯辊系统一起工作使板形调控能力大大增加；另外，还采用了轧辊在线研磨，中间辊道保温技术和带坯边部感应加热技术；轧机全部采用交流同步电机和GTO电源变换器及4级计算机控制，并在国内首先采用了吊车跟踪系统等。
1．3以满足市场需要和提高竞争力为目的的发展阶段
由于近年国家经济快速发展，对钢材需求不断增加，因此除国营大中型企业外，中小型企业，甚至民营企业都把生产宽带钢作为今后发展的重点，或引进国外先进技术或采用国产技术，或建设传统热连轧宽带钢轧机或建设薄板坯连铸连轧生产线。比如鞍钢1700、2150mm(国产)、唐钢1780mm薄板坯和1700mm(国产)、莱钢1500mm(国产)、马钢1700mm薄板坯和2250mm、济钢1700mm(国产)、新丰1700mm(国产)、宝钢1880mm、首钢2250mm、武钢2250nun、太钢2250mm 轧机等。同时，这个阶段对引进的二手轧机和原技术较落后的国产轧机进行了全面技术改造，使其达到了现代化水平。这个阶段新建的传统带钢轧机，有以武钢2250mm轧机为代表的当代最先进的宽带钢轧机，有以唐钢、马钢和涟钢为代表的新一代生产超薄带钢的薄板坯连铸连轧机，有采用国产技术生产中等厚度薄板坯的连铸连轧生产线，还有一些炉卷轧机投产和建设。现在建设和投产的所有轧机都具有现代化水平，如计算机l、2级控制系统、液压AGC系统、板形控制系统、交流传动、控轧控冷技术、铁素体加工技术、高强度冷却技术、新型卷取机等，在一些轧机上也已应用。目前我国热连轧技术装备已完全摆脱落后状态，并已处于世界先进水平之列。
2我国热连轧带钢生产所采用的先进技术
2.1 高精度轧制技术
提高热轧带钢产品的精度, 一直是轧钢技术人员不懈追求的目标, 也是推动轧制技术进步的动力。提高热轧带钢尺寸精度主要可从以下两方面入手:
( 1) 提高轧制参数的预设定精度;
(2) 开发高性能的在线自动控制系统, 如AGC、AFC 等。
提高轧制参数的预设定精度是一项根本性的措施, 这里包括轧制力的设定、轧件温度的设定、辊缝的设定、弯辊力的设定等等。数学模型是预设定计算的核心, 数模结构和系数对设定计算都有重要的影响。对数模结构的调整一般都很慎重, 但模型系数需要根据轧制条件的变化经常调整, 以使数模能够工作在最佳状态。提高数模精度的一个非常有效的措施是利用自适应系数, 根据参数的实测值以及偏差趋势来修正数模的预报值。自适应又可分为短期自适应和长期自适应,短期自适应可用于对快速变化因素影响的修正,而长期自适应可用于缓慢变化因素影响的修正。自适应技术的应用对提高轧制力、温度等关键参数的预报精度起到了很大的作用, 促进了轧制过程控制精度的提高。但是, 不能过分依赖于自适应, 那种忽视初始设定精度, 企图全靠自适应来解决问题的想法和做法是错误的。特别是在钢材转为买方市场的今天, 频繁更换品种规格不可避免, 自适应不能解决更换规格后第一卷带钢的问题, 特别是第一卷带钢头部的精度必须有高
精度的初始设定。
另一方面, AGC 和AFC 等自动控制系统的发展, 为板厚、板形精度的提高作出了巨大的贡献。经历了测厚仪AGC、监控AGC、液压AGC、绝对值AGC、前馈AGC、流量AGC 等发展过程之后, 热轧带钢的自动厚度控制技术已日臻完善, 目前现代化热轧带钢机组厚控水平达到: 0. 025mm 占全长超过95 %; 0. 050mm 超过99% 。板形控制已由过去的平直度和凸度控制发展为包括平直度、凸度、边部减薄和局部高点的断面轮廓综合控制。
2.2 智能化轧制技术
在热轧带钢生产中采用人工智能技术始于20 世纪90 年代。首先是在日本, 然后是德国, 接着在全世界掀起了一个在轧制过程中应用人工智能的热潮。目前在轧制过程中的各个环节, 从生产计划的编排、坯料的管理、加热中的优化燃烧控制、轧制中的设定计算及厚度和板形控制、以及成品库的管理等等都有人工智能方法成功应用的例子。人工智能已经成为现代化轧机高精度控制的一个非常有效的工具。人工智能在轧制领域中的应用意义是深远的。从某种意义上说, 它引起了人们对轧制过程本质认识方法方面的一次革命。由于轧制过程多变量、非线性、强耦合的特征, 利用传统方法, 从几条基本假设出发, 按照推理演绎的方法, 导出某个或某些参数的计算公式, 这条路已被实践证明不能满足现代化高精度轧制过程控制的要求。现代轧制技术的发展, 呼唤着新的、更加强有力的方法出现。应运而生的人工智能适应了这种需要。首先, 它避开了过去那种对轧制过程深层规律无止境的探求, 转而模拟人脑来处理那些实实在在发生了的事情。它不是从基本原理出发, 而是以事实和数据作根据, 来实现对过程的优化控制。过去轧机自动控制系统的缺憾和不足, 是靠操作工头脑的判断、通过人工干预来弥补的。有了人工智能参与之后, 这部分工作有可能通过计算机来实现。因为利用人工智能方法武装起来的计算机依靠的是数据, 从生产线上所发生过
程中采集实际数据, 经过处理后再用于指导生产实践。这种方法针对性强, 可靠性高, 更有利于轧制过程的优化控制。当今社会是信息化的社会, 现代化的轧钢厂配备有各种传感器, 生产过程中随时测取大量的数据, 这些数据是宝贵的无价的信息资源, 可以从中提取出优化轧制过程所需要的实际知识, 为数学模型的调优提供依据。目前, 智能化的仪表发展迅速, 高密度、多通道在线数据采集系统已经广泛应用, 获取信息的手段非常先进。但是, 这些仪表和系统提供的信息量是极其巨大的, 可以说是海量?, 因此这些信息的处理必须采用先进的智能技术, 才能以高速度和高准确度从中提取到需要的知识。所以, 智能化和信息处理是一对互相支撑、互相补充的孪生兄弟。顺应轧制理论和轧制技术发展的这种新形势, 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室近年来在轧制过程的智能
优化方面开展了一系列研究工作, 取得了一定的成绩。
2.3 自由程序轧制技术
计划经济转为市场经济, 卖方市场转为买方市场, 迫使我们关注自由程序轧制技术的发展。按照用户订货组织生产, 适应连铸直接轧制的要求, 需要打破棺型规程的限制, 采取相应的技术措施。
( 1) 工作辊周期往返横移。目的是分散轧辊的磨损和热凸度, 特别是避免带材边部的局部磨损峰值。横移方式有定步长和变步长两种, 变步长方式会得到更好的效果。对CVC 轧机, 轧辊横移要受到辊型曲线的限制, 因而最近有将CVC 轧机的后2 架(F6、F7) 改为平辊加周期横移的趋势。
( 2) 热轧润滑。能够大幅度减轻轧辊磨损, 降低轧制力, 提高产品表面质量。起初试用边部润滑轧制, 发现可大幅度增加同宽的轧制长度。全宽润滑轧制效果更佳, 轧辊消耗可降低30 %以上。
( 3) 高精度精轧设定模型。自由程序轧制中频繁改变规格, 短期自适应的作用受到影响, 所以必须有高精度的设定计算模型, 以保证变换规格时的轧制精度。要有灵活的数模管理系统, 及时对轧制力模型、温度模型、磨损模型和热凸度模型等进行系数整定与优化, 使之能够在频繁变换规格中保持工作在最佳状态。
( 4) 新材质轧辊与在线磨辊。采用高铬轧辊比传统的高碳镍铬铸铁轧辊耐磨性能可提高50 %, 高速钢轧辊比常规轧辊寿命可提高 3 倍。在线磨辊可以大幅度延
长换辊周期, 采用这些措施都有利于实现自由程序轧制。
2.4热带无头轧制及薄规格轧制技术
1996 年日本川崎制铁公司千叶厂3 号机组在世界上首次实现热带钢无头
轧制, 在国际上引起轰动, 被认为是近年来热带生产中最为引人注目的技术进步。无头轧制的通常做法是在精轧机之前把前后两块中间坯头尾焊接在一起, 使精
轧过程能够无头尾地连续进行。热带钢无头轧制的关键技术有: 轧件运行中的焊接技术、焊缝周围去毛刺技术、确保各环节最小等待时间的高精度轧制节奏控制技术、动态变规格轧制技术、高速剪切、高速卷取技术等。川崎公司千叶厂无头轧制的主要参数是: 板宽800~1 900mm, 中间坯厚度20~ 40 mm, 已稳
定生产的产品最小厚度 1. 0mm, 最短轧制节奏45s。开发热轧薄规格产品是近
年来国际上热带钢生产的一个热点。因为热轧薄规格能够替代部分冷轧产品, 具有较高的附加值。目前热带轧机已轧出0. 76mm 的薄带钢, 国外有的公司已把
轧薄目标定到了0. 6mm。
2.5组织性能控制技术
热轧带钢的内部组织与性能是重要的质量指标, 需要加以在线预测及控制。由于轧制过程中,影响轧后带钢力学性能的因素众多, 化学成分、工艺参数对最终的性能有复杂而重要的影响。由于因素复杂, 实测数据波动大, 散点图离散程度严重。目前理论研究滞后于现场需求, 理论预测性能仍有较大的困难。虽然传统上用数理统计( 回归) 方法可以在一定程度上进行预测, 但是, 由于函数类型
和主要影响因素难以确定, 所以尚无完美的方法来处理这种复杂的非线性关系。东北大学RAL 与宝钢合作, 从1992年开始, 采用ANN 进行组织性能的预测, 取得了较好的效果。实测数据取自宝钢热轧MS 收集的100 组轧制400MPa级别C- M n 钢生产数据。热轧过程控制机( PCC)记录的主要生产工艺参数为产品厚度、含碳量、含硅量、含锰量、终轧温度和卷取温度。主要力学性能检验数据为屈服强度、抗拉强度、延伸率和显微硬度。训练出来的神经网络, 可对样本数据以外的生产数据进行预测和分析。神经网络模型的预测精度基本在10% 内, 具有良好的推广能力。奥钢联林茨厂开发了热轧带钢集成质量控制软件, 称为“VAI- Q Strip”系统。该系统已于1997年投入在线使用, 对低碳钢和低合金高强度钢
进行组织性能预报。使用效果是力学试样的检验量减少40 % ~ 50 %, 仅低碳钢
的检验费用节省18万欧元每年。通过优化成分减少M n 含量节省费用17 万欧元每年。
3 今后热轧板宽带钢的发展趋势
(1) 热轧板宽带钢以深冲钢板、耐腐蚀高强度热轧钢板、成型性优异的高强及
超高强钢板、超宽幅汽车钢板、热镀锌钢板、超细晶高强度钢板为发展目标。由于将采用无头轧制技术、薄板坯连铸连轧工艺、控制冷却技术等轧制工艺生产热轧薄带钢, 因此可以较好地控制热轧带钢的组织和性能。在冷却技术方面, 以温度预测模型为基础, 采用细分的冷却箱和缓慢冷却装置, 开发高精度的冷却系统, 对钢材的组织和性能进行控制。
(2) 从超薄热轧带钢的市场需求和生产现状可看出“以热代冷”的钢铁市场走向决定了超薄热轧带钢生产总体趋势是供不应求, 同时也表明了超薄热轧带钢将成为热轧宽带钢的另一个发展方向。可以预见, 采用无头轧制和低温轧制工艺将是薄板坯连铸直接轧制生产超薄带钢的主要发展方向。
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辽宁科技大学
材加2011-A2
赵峰
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