无头轧制

无头轧制生产线的基本构架
传统的板带热轧工艺难以保证带钢头尾厚差和穿带质量均匀性，轧制作业率、成材率也受到限制。为解决这些问题，上世纪末出现了无头轧制新工艺，显示出许多传统热带轧制无可比拟的优越性，现在已经在极薄热轧带钢、高品质高强度钢板和不锈钢板新产品生产方面显示出巨大的应用前景，成为热轧技术的发展方向。该技术由川崎制铁千叶厂3号热带轧机首先实现，以后逐渐得到推广。该生产线由以下几部分构成：
1.铸轧型无头轧制技术。
意大利达涅利公司开发成功该项技术并用于意大利乌迪内ABS公司的年产50万t特殊钢棒线材工业性生产厂中，已于2000年8月正式投产。
连铸机和热连轧机配置在一条生产线上，铸机产品为160mm×200mm大方坯，共两流。连铸机后设有两个淬火箱，其后为125m长辊底式加热炉，加热炉前设有65m长双流隧道式炉以作为工序间缓冲，热缓冲能力约为45t。
2003年1月，ABS公司对其Luna生产线上在线退火装置进行改造，将炉室长度增加一倍，可处理长50m轧材，原退火炉只能处理长24m轧材，严重制约整条生产线能力的发挥。
2.连铸坯焊接型无头轧制技术。
该技术是连铸方坯经步进式加热炉加热后将前一块钢坯尾部和后一块钢坯头部进行对焊(用闪光焊接)，形成无头坯送热连轧机进行轧制，名为EWR(Endlees Welding Rolling)。自从1998年3月在日本东京高松厂问世以来有了快速的发展，闪光焊机设在加热炉出料端后，焊接过程由计算机控制，并纳入轧钢自动化系统，因而有良好的焊接过程稳定性和可重复性，各种断面形状和钢种的钢坯均能对焊，最大规格可达200x200mm。我国唐山钢铁公司棒材厂建设的EWR装置对焊165mm方坯所需周期约37-40秒，其中焊接时间约10秒。由于焊接技术的提高，焊口位置不但不存在内部缺陷，强度指标也不亚于轧件母体。
无头轧制技术是指将粗轧后的带坯在中间辊道上焊合起来，并连续不断地通过精轧机的一种技术。 传统的板带热连轧精轧机组生产均以单块中间坯进行轧制，因此，不可避免地要经过进精轧机组时的穿带、加速轧制、减速轧制、抛钢、甩尾等一系列过程。由此发生的尺寸公差和力学性能的不均匀性很难在原有工艺框架内得到解决。热轧带无头轧制新技术正是解决这些问题的一项重要的技术突破。在传统热连轧中，板坯是在精轧机中一块一块地轧制的，带钢的头部在出了精轧机到卷取机之前的这段长度上以及尾部出精轧机后的这段长度上处于无张力的状态，造成每一卷带钢的头尾部分尺寸公差和板形难以保证。同时，单块坯轧制时因尾部无张力，故在精轧机架间常发生甩尾形成2~3层折迭咬入，从而产生轧辊表面裂纹和压痕伤。而无头轧制是将大约10块带坯在出粗轧机后的中间辊道上头尾焊合在一起，接着进入精轧机中连续轧制，带坯在恒张力下轧制，因此几何精度和板形不良的比例大幅度下降。无头轧制因穿带和抛尾的减少，可以做到稳定的润滑轧制。与此同时，稳定的润滑轧制可使轧制力降低，因而可在较低温度下进行轧制，生产出具有良好深冲性能的带钢，并可降低能源消耗。
棒线材无头轧制技术有三种类型：一是铸轧型无头轧制技术。将方坯连铸机和热连轧机结合在一条生产线上连铸连轧棒线材的新工艺称为Luna无头铸轧技术。二是连铸坯焊接型无头轧制技术。将在步进炉加热好的钢坯进行焊接，成为无头坯送往轧机进行轧制。三是中间坯焊接型无头轧制技术。将经粗轧机架轧制后的中间坯(由45mm左右)进行焊接，在中轧、精轧机中可提高12%-16%，生产成本降低2.5%-3.0%，棒材定尺率接近100%，金属收得率提高约l%，从轧件品质分析，因为仅有一个头部，所以能明显减少轧制纵向尺寸和性能不均现象。
除新建轧机外，在现有现代化连续棒材轧机上可以新增无头轧制装置，如唐钢棒材厂即属于改造项目，总投资210万美元。
3.中间坯焊接型无头轧制技术。
该项技术系将经粗轧机架轧成的中间坯头尾焊接后送中轧、精轧机轧制，类似传统热轧带钢机装设的无头轧制装置。新工艺由日本大和钢公司在其所属东部事业所开发成功。作业时间共30-70秒，其中焊接时间5.5秒，中间坯断面φ45mm，长36m。
该技术开发成功，使东部事业所轧制能力提高约20%，冷坯发生率减少，热坯使用率由75%增到9l%，燃料消耗减少，成材率有较大提高。
（3）卷取箱：为了避免焊接时后续带坯的到达出现误差，设置了将中间坯卷成卷状的卷取箱，作为焊接前的缓冲设备。卷取箱具有卷取、缓冲、开卷三个卷位，并带有两套开卷器，可弥补粗、精轧的轧制时间差。
（4）带坯焊接机：中间坯的头尾对焊是保证无头轧制成功的关键环节，要求对焊时间短，焊缝与母材的冶金组织和性能接近。千叶厂用电磁感应对接焊合法连接带坯。焊机在一个20米长的辊道上运动。当切好头尾的带坯进入焊机后，焊机首先在两块带坯的接合处上方定好位，并以与带坯相同的速度运行，然后夹具夹住带坯的头尾，并使带坯的头尾之间仅有几个毫米的间隙。此时2500kW的电感应加热器启动，加热两个带坯的端部，在3~5秒内使带坯端部温度急升到约1600℃，然后对压装置对接两端。在端部完全焊合后，夹具打开，带坯继续向前进入去毛刺机，同时焊合机返回到入口侧的起始位置以焊接下一块带坯。在焊接装置的后面布置有一台带有特殊刀头的旋转式去毛刺机，专门去除焊接处的隆起部位。
无头轧制技术的发展及展望
上世纪60年代以前，传统生产钢材方法是先将钢水模铸成大型钢锭，经加热、轧制成坯，钢坯经冷却、清整后再加热，轧成用户所需断面的成品钢材。近40多年来经历了三次飞跃式发展：一是将模铸改为连铸，取消开坯机；二是由一般连铸改为近终形连铸，减少加热、轧制次数；无头轧制技术是钢铁加工流程的第三次飞跃，即钢材生产不再是单块的、间隙性的，而是连续进行轧制，然后根据用户需求剪切成所需长度或卷重。无头轧制的好处是：
从技术上来讲，Luna无头铸轧技术给长材轧制工艺带来了一场革命性变化，它实现了从连铸、连轧、在线热处理、表面精整到在线检查的全连续化；全部工序都实现了计算机控制，从订单下达到成品入库全部生产过程不超过4小时。ABS公司吨钢材成本较常规技术减少约40美元。
工厂产品规格为圆钢Φ20-100mm，圆钢盘卷φ15-50mm和相应规格的方钢。钢种有碳素钢、表面硬化钢、低合金钢、调质钢、轴承钢、弹簧钢和不锈钢。
（1）加热炉：在无头轧制中，必须保证后续带坯与前一块带坯同时处于焊接装置处。为此，千叶厂装备了高能力的步进梁式加热炉，快速输出速度达每分钟2米，专用于高温板坯直接热装，保证后续带坯及时供应。
（2）粗轧机：无头轧制要求粗轧和精轧轧制时间必须互相匹配，因此要求粗轧机的轧制速度很高。千叶厂粗轧机的最大轧制速度可达每分钟340米。
5.和单块轧制不同，钢品啮入次数减少，减小对轧辊冲击，有利于提高轧辊寿命。
在施行无头轧制技术中分扁平材和长材两类，其中又有无头轧制和半无头轧制的区别；就技术类型来说分为焊接型和铸轧型两种，将分别叙述于后。
扁平材的无头轧制
1.在传统热连轧带钢机上无头轧制。
第一台全连续无头轧制热连轧带钢机是1996年在日本JFE公司千叶厂投用的。它的轧机组成是：粗轧机架3台，精轧机架7台，辊身长2030mm，设计最高轧速为25m／s，年产能力为540万t。连铸坯经加热在粗轧机架轧成最大厚度为50mm中间带坯进人热卷箱，在热卷箱后设有中间带坯剪断机，将带坯头剪平，以便于后面的焊接设备(用对接压合法电磁感应焊接)进行焊接，焊接后的带坯经过带坯边部加热器使带坯温度均匀，然后送入精轧机架轧成所需带钢厚度，由于中间带坯头尾已经焊接，从理论上来讲是可以无限长的，故称为无头轧制。轧机后卷取机前设有高速带钢剪断机，将高速前进的带钢(最大1200m／min)切断分卷。
生产线能以单流或双流生产，在单流生产时，连铸坯可以是14m以上的任意长度，在连铸和连轧两工序间不进行任何切割，实际上实现了半无头轧制。当双流生产时，连铸坯要切割成45m长交替送到隧道式炉中，然后送入辊底式加热炉加热和均热。
轧机由18架粗、中轧和预精轧机架及3架三辊RSB减定径机架组成，在精轧机前后装备有控温轧制所需的必要设施，包括在线热处理的淬火及回火(退火)设施。
我国华菱集团涟源钢铁公司新建薄板坯连铸连轧生产线即是按上述半无头轧制工艺设计建设的。由德国西马克·德马克公司供货，投产8个月后即成功创造世界同类型生产线半无头轧制268m长坯的最长纪录以及生产出厚度为0.78mm特薄热轧带卷，涟钢均热炉长291.15m，是目前世界上最长的均热炉。
棒、线材无头轧制
2.在棒线材无头轧制技术中，以连铸坯焊接型无头轧制应用最多，在泰国、马来西亚、墨西哥、西班牙等国若干长材生产厂都得到采用，我国第一家采用该技术的是唐山钢铁公司棒材厂，新疆八一钢铁公司和湖南涟源钢铁公司也采用了该项技术，但在实际生产中出现一些问题和要求，一是提供无缺陷连铸坯是应用此项技术的前提条件；二是钢坯对焊成功率主要取决于对接钢坯端面几何形状的一致性。目前一些钢厂对焊率不高主要是由于火焰切割的坯料端面不整齐和铸坯断面脱矩造成的，因此该项技术使用率不高，绝大部分仍采用常规轧制。但无头轧制优越性十分明显，连铸坯焊接型无头轧制新增设备不多，投资额不大，结构和操作不很复杂，具有进一步推广使用的前景。
在千叶厂3号轧机全连续无头轧制取得成功经验后，日本新日铁公司和韩国浦项公司分别将其大分厂和光阳厂热连轧带钢机改造成能无头轧制的全连续热轧带钢机。
由于中间带坯焊接操作过程比较复杂，对中间坯头尾可搭接性能要求较高，因而这项技术还没有在全球范围内迅速推广。据对千叶厂考察该轧机的情况介绍，由于市场原因，千叶3＃热连轧带钢机实际年产量为300—350万t (设计年产能力540万t的55%-65%)，采用无头轧制产品的月产量不足4万t。随着生产经验的积累和对新技术的掌握和改进，相信这项技术将会发挥更大的作用。
（5）精轧机：无头轧制工艺，要求精轧机不仅有足够的轧制力，而且必须有强有力的板凸度和板厚控制能力。千叶厂的7架精轧机均为PC轧机，后4架精轧机还设置了轧制中可调整交叉角度的机构，以确保有灵活的控制能力。另外，在精轧机出口侧配置了X射线测厚仪，以进行高精度的板厚控制。
（6）高速飞剪和卷取机：高速带钢飞剪位于卷取机前，可按照用户要求对带钢进行剪切分段。高速飞剪采用偏心轴结构，与带钢速度同步剪切，既能迅速切断高速运行的带钢，又不影响后续带钢的前进。生产线上布置有2台地下卷取机，采用液压夹送辊技术，可高速交替卷取带钢。