首钢通钢集团高强度机械制造用钢生产线工艺设计特点郑志鹏李辉（北京首钢国际工程技术有限公司，北京 100043）摘要本文介绍了首钢通钢集团2013年建成投产的年设计产量为50万吨高强度机械制造用钢棒材生产线的工艺流程、工艺特点以及主要设备特点。

在本生产线中采用了多项先进工艺及设备技术，包括连铸坯的热送热装生产工艺，全线采用红圈五代高刚度短应力线轧机实现精密轧制，采用闭环控制系统实现控制轧制及控制冷却工艺，带保温系统的步进式冷床，配有加勒特卷取机的大盘圆生产线，产品深加工无损棒材精整线。

在本文中对以上先进工艺及设备进行介绍。

关键词 高强度机械制造用钢棒材工艺设备Design Characteristics of Process for High Strength Manufacturing Steel Bar Rolling Line of Shougang Tonggang GroupZhang Zhipeng Li Hui(Beijing Shougang International Engineering Technology Co., Ltd., Beijing,100043)Abstract The paper introduced the design characteristics of the processes and equipments of the bar rolling line in Shougang Tonggang Group, which was built in 2013 and the design output is 500,000t/a. The rolling line adopt many advanced process and equipment technologies, which include the hot delivery and hot charging of billets, precision rolling using 5th generation red ring rolling stands, the controlled rolling and controlled cooling process with close-loop control system, cooling bed with movable covers to slow down the cooling rate,pouring reel line with two Garrett coilers，non-destructive bar finishing line.The aboved advanced processes and equipments are introduced in this paper.Key words high strength manufacturing steel, bar, process, equipment1引言根据首钢总公司对首钢通钢集团通化钢铁公司发展规划，按照统一考虑盘活首钢总公司北京地区停产后资产，及时间效率从优选择的原则，首钢集团决定将北京地区首钢高强度机械用钢生产线移地改造建设，整体搬迁到通化钢铁公司，并在搬迁过程中进行技术升级改造，工程于2013年4月投产运行。

原北京地区高强度机械制造用钢生产线投产于2005年，由北京首钢国际工程技术有限公司与意大利波米尼公司采用联合设计、联合制造的方式建设，是一条工艺、设备、自动化水平先进的高强度机械制造用钢棒材生产线。

该生产线搬迁后与通钢现有的康斯迪电炉配套，实现了电炉→炉外精炼→连铸→连轧短流程，使电炉及高强钢生产线的生产能力及技术优势都得到充分发挥，产品定位为高附加值机械制造用合金圆钢棒材，从而提高通钢郑志鹏，男，1980年生，高级工程师，工学学士，MBA在读，长期从事轧钢生产线工艺设计工作，zzpasser@产品档次，增强企业的市场竞争力。

2主要工艺技术参数（1）原料：200mm×200mm及160mm×160mm，长度为10m的连铸坯。

（2）产品：Φ14～80mm的热轧直条圆钢及Φ14～50mm的大盘圆产品。

（3）生产钢种：优质碳素结构钢、冷镦钢、齿轮钢、弹簧钢、轴承钢、合结钢、碳素工具钢、抽油杆钢、非调钢、锚链钢、无缝钢管用钢等。

（4）交货状态：直条成捆交货，捆径Φ150～Φ400mm；长度：6～12m；捆重：～3t。

大盘圆成卷交货，最大卷外径～Φ1400mm；最大卷重：～3t。

（5）设计年产量：50万t/年。

（6）主轧线最高成品速度：16m/s。

（7）车间设备总重：4450t，其中工艺设备3310t，起重运输设备1070t，液压润滑设备70t。

（8）电气设备总容量35000kW，其中直流主传动电机容量19876kW。

（9）主厂房建筑面积，51045m2，操作平台标高+5.0m。

（10）吨钢产品消耗：钢坯：1.042 t；燃料：1.22 GJ；电：98kW⋅h；循环水：27m3；新水：0.816m3；轧辊：0.3kg。

3工艺平面布置及工艺流程3.1生产线工艺平面布置生产线工艺平面图见图1。

图1 生产线工艺平面布置图1—热送辊道；2—横移提升装置；3—上料台架；4—步进式加热炉；5—高压水除鳞；6—1号粗轧机组；7—脱头辊道；8—2号粗轧机组；9—1号飞剪；10—1号中轧机组；11—1号穿水冷却水箱；12—2号飞剪；13—2号中轧机组；14—2号穿水冷却水箱；15—3号飞剪；16—精轧机组；17—测径仪；18—3号穿水冷却水箱；19—4号飞剪；20—步进式冷床；21—冷剪；22—冷锯；23—精整台架；24—短尺台架；25—打捆机；26—成品收集台架；27—加勒特卷取机；28—步进运输梁；29—立式打包机3.2生产线工艺流程生产线工艺流程见图2。

图2 工艺流程图4主要工艺特点（1）采用热送热装工艺。

因原首钢高强度机械制造用钢生产线与炼钢连铸车间距离较远，无法形成热送，未设置热送设备，而所生产钢种中除轴承钢、弹簧钢等部分钢种需要缓冷处理不能直接热送外，本生产线大部分钢种可进行热送热装，为此新增了热送系统与连铸的出坯系统相连，在热送生产线上设置了钢坯下料台架，冷坯上料台架，横移及提升装置。

通过采用热送热装工艺，实现了节能降耗，降低生产成本，提高加热炉产量并减少了氧化烧损量。

（2）采用中断面的连铸坯一火成材。

坯料断面的选择取决于最终产品的压缩比，压缩比是保证产品组织结构和力学性能的必要条件。

当今世界合金钢棒材生产线坯料的选择有两种流派：一种以日本为代表的大断面连铸坯经初轧车间开坯后再由棒材车间连轧生产的二火轧制工艺；另一种以欧洲为代表的采用中断面连铸坯经直接轧制成最终的成品尺寸的一火成材工艺[1]。

从通钢实际出发，结合产品规格范围、钢种压缩比要求、轧机能力等几方面因素综合考虑，最终确定了选用200mm×200mm的中断面连铸坯，一火成材轧制成品。

为解决小规格产品轧制时间过长而造成轧件头尾温差过大，影响产品尺寸精度的问题，生产线同时采用了断面为160mm×160mm的连铸坯，用于小规格产品的生产。

（3）步进式加热炉。

使用工业微机和PLC构成控制系统，具有生产操作灵活、钢坯加热均匀、氧化烧损少和节能等优点，同时减少了氮氧化物的生成，环境得到改善。

炉底步进机构分成两段，对于不同加热工艺要求可进行灵活调整。

加热炉采用汽化冷却，对坯料加热质量有所提高，减少了能源消耗；（4）采用高刚度短应力线轧机进行连续化精密轧制。

通过对原料断面、产品规格、钢种平均延伸系数要求的分析，轧机数量确定为20架，轧机全部为波米尼公司红圈五代高刚度短应力线轧机，并呈平立交替布置。

粗轧机组及1号中轧机组采用微张力轧制；2号中轧机组及精轧机组轧机间布置立式活套，采用无张力轧制，保证了产品的尺寸精度。

（5）脱头轧制。

因为在连轧过程中各机架之间速度和轧件断面面积的关系遵循秒流量相等的原则，由产品的最小规格、最大轧制速度、坯料断面等因素决定了第一架轧机的咬入速度，按照生产经验当第一架轧制速度低于0.1m/s时会对轧辊表面烫伤，产生“龟裂”降低轧辊寿命；另一方面，部分特殊钢种要求第一架轧机入口速度不低于0.2m/s，为此在4号轧机后设置脱头辊道，使前4架粗轧机组与之后轧机不形成连轧，从而解决了咬入速度矛盾，改善粗轧轧制条件。

（6）控制轧制及控制冷却工艺。

本车间的设计采用了奥氏体再结晶型、未再结晶型和奥氏体与铁素体两相区轧制三种控轧工艺制度。

为实现此三种控轧工艺，以及为实现轴承钢、齿轮钢等钢种轧后快速冷却的工艺要求，本生产线共设置三段穿水冷却装置。

通过此三段穿水冷却装置的组合使用，可实现按照钢种及产品要求实施低温轧制或热机轧制，使产品具有良好的内部组织和力学性能，实现简化或取消成品的轧后热处理，并有效抑制轴承钢生产时网状碳化物析出。

（7）全线共装备5台飞剪，可完成切头、切尾、碎断、取样和倍尺剪切等工艺操作。

2号和3号飞剪均布置在水冷段之后，以便将水冷后形成的轧件黑头切除，保证下游轧机对轧件的顺利咬入。

（8）设有步进式冷床，冷却能力充足。

本次搬迁中新增冷床保温系统，实现轴承钢、弹簧钢高温下冷床进行缓冷的工艺要求，使冷却方式更加灵活。

固定齿采用斜齿条形式，轧件每步进一步改变一次搭接点，有利于钢材的均匀冷却和避免钢材在冷却过程中因相变而产生长度伸缩造成刮蹭和顶弯。

（9）冷床输出辊道后设有一台1000t冷剪，并配有孔形剪刃，提高大规格产品端头的剪切质量，新增2台砂轮-金属两用冷锯，解决原生产线冷锯设备能力不足问题，两台冷锯按照比例锯切工艺方式布置，满足锯切产量要求。

根据产品钢种、端头质量要求等因素，灵活选择采用冷剪剪切、金属锯片锯切或砂轮锯片锯切。

（10）车间设有大盘圆生产线，设有两台加勒特卷取机并设有预弯机满足大规格圆钢的顺利卷取，经过转运叉车及转动平台将盘卷运入步进式运输机构，步进运输机构上布置了底部鼓风的强制风冷段和带有可开启、闭合保温罩的缓冷段，针对不同的钢种特性，采用不同的冷却工艺制度，实现对盘圆的冷却速度的控制，从而改善钢材性能、确保产品质量。

（11）新增台车式退火炉三座，实现轴承钢的球化退火及齿轮钢的软化退火工艺。

新增缓冷坑，满足轴承钢、弹簧钢等钢种的缓冷要求，提高产品质量。

（12）新增一条产品深加工无损探伤精整线，年生产能力为10万吨。

通过抛丸、矫直、倒棱、涡流表面探伤、超声波内部探伤等工序，为用户提供100%无缺陷高端产品，提高产品附加值。

（13）电气系统采用两级自动化控制系统，包括一级基础自动化和二级过程自动化组成，并通过物料跟踪系统实现炉批号的自动化管理。