1、棒线材免加热直接轧制技术Direct Rolling of Free-heating for Bar and Rod Mill DROF向边际利润要效益的新技术内容提要 技术背景和发展趋势 国内外发展状况 免加热轧制技术的配套技术 经济效益和社会效益 结束语1、技术背景和发展趋势国家“十二五规划”提出节能减排目标：单位GDP能耗下降16%二氧化碳排放降低17%主要污染物排放总量减少810%钢铁待业是耗能和排放的大户，节能减排压力巨大 现有棒线材生产工艺不做重大变化，节能空间十分有限 免加热轧制技术取消现有工艺的加热环节是一项重大革新，节能减羊效果明显。在产能过剩、市场低迷，竞争激烈的形势下，具
2、有重要意义。通过采用DROF新技术可为企业降低成本，增加效益。1、技术背景和发展趋势现有棒线材生产工艺存在的问题：能量陷阱（高温坯料冷却下来再加热，带来能量损失）热装热送（HCDR）有所改进，仍需加热。加热过程的经济账燃料消耗（煤、油、气）氧化损失（1.0%成材率）冷却水损失（节省二冷水）。时间消耗（效率）。加热炉操作、材料消耗。1.总图布置（投资）2、国内外发展状况早期（19801990）日本开展了关于直接轧制（CC-DR）大量研究日本、意大利曾经开发出棒线材无头轧制技术，没有大范围推广近期意大利推出捧线材直接轧制生产线流程，特征：隧道炉保温补热 2、国内外发展状况国内在棒线材节能减排方面做
3、过很多努力，示能取得重大突破性进展一些厂家尝试低温轧制（开轧温度700），有报道，应用面不广。推广蓄热式加热炉取得一定的节能效果，属于局部改进。唐钢、新疆八一曾经引进棒线材无头轧制技术（焊接），问题较多。棒线材行业进入门槛低，微得生产，竞争激烈。需要在工艺流程上进行重大创新，适应发展要求。东北大学近来对轧钢生产流程创新做了大量的前期研究。3、免加热轧制的基本特征免加热轧制技术的核心是：坯料不经加热炉直接轧制，基本特征如下：开轧温度在常规轧制和低温轧制之间，终轧温度与常规轧制相差不大。提高铸坯温度，缩短连铸到轧制的时间，保证较好的开轧温度。3、免加热轧制的基本特征3、免加热轧制的基本特征表面与中
4、心温差大：钢坯未经加热，表面温度比常规轧制开轧温度低。但是钢坯中心温度比表面温度高得多，有利于变形深透。有利于内部缺陷压合，改进内部质量。粗轧阶段内部高温区温度向外扩散、产生均温作用，使表面温度上升。3、免加热轧制的基本特征DROF特别适合对现有生产线进行改造,改造的目标：提高铸坯温度,改善温度分布。缩短送坯时间,减少温降。完全不用加热炉,也完全不用补热装置(特色)。3、免加热轧制的基本特征DROF与现有意大利推出的直接轧制技术相比有以下优点：不需要补热，更加节能。无隧道炉，不需要特殊保温装置。生产线短，设备改造投资少。简单易行，方便对现有生产线进行改造。缺点 钢坯仍需切断，没有无头轧制的优点
5、。无头轧制的DROF技术，已申报专利，将在下步推出。4、免加热轧制技术的配套技术五项配套技术（不一定全部采用）：缩短钢坯运送时间（）。提高钢坯温度（）。有条件地提高拉速。二冷配水优化：控制钢坯的温度分布，减少温降（）。加保保温罩。连铸坯温度的反馈控制，包括凝固终点预报，避免漏钢（）。钢坯流程（车间平面图）改造：绕过加热炉快速移送。粗轧机配套改造：验算电机能力，优化负荷分配（）。4、配套技术1缩短送坯时间在免加热工艺中缩短从钢坯切断到进轧机的时间至关重要：时间就是温度。时间就是直轧率。时间就是效益。缩短时间的措施：辊道提速。改变运送流程。4、配套技术1缩短送坯时间缩短钢坯运送时间的具体做法：钢坯
6、切断后，所有涉及钢坯运行的部位提速。切断后辊道提速，移钢机提速，运输辊道提速。减少环节。能直行的就不用横移装置。能用爬坡辊道的不用提坯机 减少钢坯启停次数。4、配套技术2提高铸坯温度提高连铸坯温度的三个措施：提高拉速（POSCO薄板坯拉速已达7m/s）。?减少冷却水。加保温罩。前提：不能出现漏钢事故。与炼钢产能匹配。与轧钢产能匹配。技术支撑：对凝固过程的数值模拟。4、配套技术2提高铸坯温度措施1：改进结晶器设计（加长、减少水、优化圆角）优化凝固过程，控制坯壳厚度，避免漏钢。凝固初期的温度分布的数值模拟计算4、配套技术2提高铸坯温度4、配套技术2提高铸坯温度措施2：二冷区配水参数优化l 调整二冷
7、水的压力、流量、分布。l 在保证不发生漏钢事故前提下l 减少热量散失l 提高坯料平均温度l 确定凝固终点l 优化切断位置（必要并可能时）l 对二冷区的温度场进行模拟计算4、配套技术2提高铸坯温度二冷区凝固壳厚度变化与切断处温度分布的数值模拟结果4、配套技术2提高铸坯温度措施3：加保温罩减少铸坯的温降，可加保温罩的部位：切断后辊道（留出处理事故空间）拉坯机到切割机之间快速送坯辊道按拉速运行，时间长，保温效果明显。4、配套技术2提高铸坯温度加保温罩的效果：平均温度影响平均温度影响切割完方坯后切割完方坯后（4分钟）分钟）/转移方坯（转移方坯（1分分钟）钟）/传送方坯（传送方坯（30秒）秒）/到达轧机
8、（到达轧机（1分分钟）钟）/有保温罩1031986976937无保温罩966930913882差值655663554、配套技术3铸坯温度反馈控制l 为了保证切断点处的连铸坯温度，进行温度闭环控制。l 根据实测表面温度来控制二冷区冷却水阀门l 配套技术：凝固终点位置预报，保证切断处的安全距离4、配套技术4车间平面布置连铸与轧机布置的几种方式：1、近距离一字型布置：推荐新建厂采用，留足连铸坯并轨和低温坯剔除距离2、远距离一字型布置：（100m）提高辊道速度（3-5m/s），距离不是大问题，100m距离可在半分钟内完成4、配套技术4车间平面布置3、Z字型布置：有两种方案，方案1：采用移钢机，优点：直
9、来直去。缺点：钢坯要停下来。方案2：采用并轨弯辊道，特点：坯料运行中不停顿，可缩短约1分钟4、配套技术4车间平面布置4、L型布置：有两种方案。方案1：采用移钢机，优点：直来直去。缺点：钢坯运送有停顿。方案2：采用并轨弯辊道，特点：坯料运行中不停顿，钢坯定尺不宜过长。4、配套技术5轧机负荷分配优化进入粗轧机组的轧件温度降低，需要校核轧机的能力（电机功率）l 重点校核粗轧机组前4架，特别是第3架和第4架。l 优化粗轧机组的负荷分配，使负荷裕量尽量均匀分布。l 据经验，用150方坯轧制1230mm螺纹钢时：前4架电机功率大于600kW把握较大。前4架电机功率小于400kW需谨慎。l 带孔型轧制和浅槽
10、轧制比无孔型轧制有利。对改善咬入条件有利。减少宽展，可提高变形效率。节省电能消耗，增加辊耗。5、可行性研究温度衔接免加热轧制与低温轧制的比较l 二者的目标都是实现棒线材的节能减排。l 低温轧制仍需要加热炉，轧件温度较为一致，断面平均温度低于表面温度。l 免加热轧制不用加热炉，轧件温度外低内高，平均温度高于表面温度。l 免加热轧制的变形更易深透到中心，改善内部质量（愈合裂纹，性能均匀）5、可行性研究温度衔接提高连铸坯温度的和保证开轧温度的目标：l 连铸坯切割处表面温度提高到9801080。l 快速移送，减少温降。l 开轧温度：表面9001000，内部10001100。l 直轧率9095%。5、可
11、行性研究生产节奏分析l 在现有条件下采用较高拉速，轧机能力大于连铸机能力，减少钢坯待轧时间，保持较好的开轧温度。l 炼钢能力不足，可采用减流增加拉速的策略。例如：将慢速5流变为快速4流。l 钢坯切割后加快移送速度（辊道、移钢机升速）。l 平均23分钟把钢坯从切割机移送到轧制线。l 现有轧机能力和轧制节奏保持不变。5、可行性研究加热炉的出路实施免加热直接轧制后加热炉如何处理：l 初期保留加热炉和原流程不变。l 可在未能满足直轧条件的低温坯积累够量时开一次炉。l 有多条生产线的大公司可将低温坯送到其它生产线轧制。l 实际上小公司卖掉低温坯也不开炉。5、可行性研究轧机能力分析DROF工艺粗轧机组的轧
12、制力会有所升高：l 温度降低变形抗力增加，但是变形速度降低使变形抗力降低。l 按照表面与中心的平均温度计算，轧制力增加幅度会变小。l 需要核粗轧轧机能力，改进孔型设计，均匀负荷分配。与低温轧制相比，放松了对强力轧机的要求，可在现有轧机上实现，解决了低温轧制的瓶颈问题。6、可行性研究产品质量分析l DROF工艺氧化少，无需除磷，钢材的表面质量好。l 变形深透，内部裂纹的愈合条件好。l 降低轧制温度，有利于避免出现魏氏组织，影响产品性能。l 中温轧制可提高产品强度1030MPa，改善性能。l 有减少合金元素添加量的前景。25MnSi螺纹产品强度与开轧温度的关系开轧温度开轧温度11501000900
13、提高幅度提高幅度屈服强度MPa42043044535抗拉强度MPa60561563530知识产权东北大学研空院与鞍山兴华轧钢厂合作l 发明了DROF棒线材新工艺和新设备，申报两项专利。l 已授权专利1：ZL201920190403.X。l 已授权专利2：201910185485.8。l 成功用于多个厂家技术改造中。l 取得了显著的效果。现场应用情况l 该工艺于2009年9月在鞍山市兴华轧钢厂试验成功。l 之后迅速在周边中小钢铁企业推广。l 在辽宁省鞍山市和辽阳市，有近10家企业已经应用该技术。l 经跟踪调查统计，新工艺每吨钢降低成本约100元。l 周边还有一批厂家拟进行此项改造。l 目前已有一
14、批螺纹钢骨干企业关注免加热项目。现场应用情况-效益分析吨钢燃料、电能消耗和成本比较注1：表中部分数据取自兴华年产50万t螺纹钢产线注2：降低成本娄按照目前电、燃料价估算钢坯加热温度钢坯加热温度1150950750免加热免加热附注附注吨钢燃耗 cekg/t4540360吨钢电耗 kWh/t606568966吨钢水耗 m3/t5.554.64吨钢降本 元/t20323060年效益，万元/a15003000产量50万t/a现场应用情况-效益分析其他经济效益：l 吨钢可减少氧化烧损0.81.5%（按1%计，合30多元/t）l 吨钢可节水815m3/t，其中新水0.51m3/t。l 可提高强度1030M
15、Pa，因而有减少合金元素添加量的前景。l 省去了加热炉的维修费、备件、操作成本。l 避免了加热炉年修导致的轧机停产损失。现场应用情况-效益分析社会效益：l 与热装热送工艺相比，吨钢节省20cekg/tl 年产100万t/a螺纹钢产线节省标煤2万吨。l 按照排放因子2.6计算，可减排CO2 5.2万吨。l 按照吨标煤排放二氧化硫8.5kg计算，每年2万吨标煤减排二氧化硫约170吨。l 节煤、水、材，有利于可持续发展。结束语-我的梦想把连铸坯的速度提高到6m/min，则不仅可以实现免加热轧制，还可实现全无头轧制。具体方案：l 在铸坯未完全凝固之前，进行带液芯大压下l 因轧制力低，可用简单的紧凑式机组轧制4道次l 轧件断面由轧件断面由150方减小到方减小到70方左右方左右l 轧制速度由轧制速度由0.1m/s提高警惕到提高警惕到0.4m/s左右左右l 二流连铸坯对应于一套轧机（节能轧机）二流连铸坯对应于一套轧机（节能轧机）l 小时产量约120t，7080万t/年l 优点：全定尺、低能耗、无头尾偏差、高效率、低成本实现连铸与轧机温度、实现连铸与轧机温度、速度、尺寸衔接速度、尺寸衔接
