棒线材免加热关键技术

棒线材免加热关键技术
棒线材直接轧制技术的特点是在铸坯切断后，经感应加热器补热，再送到粗轧机组进行轧制。

此外，有企业对焊接法实现棒线材无头轧制技术进行过探索。

标签：棒线材；生产工艺；免加热
Key Technology of Rod and Wire Rod without heating
Jiaopei
Absrtact：the characteristic of the direct rolling technology of rod and wire is that after the slab is cut off，the heat is replenished by induction heater，and then sent to the roughing mill group for rolling. In addition，some enterprises have explored the technology of non-end rolling of rod and wire by welding method.
Keywords ：rod wire ；Production process ；heat - free
一、免加热工艺的基本特点
棒线材免加热轧制（DROF，Direct Rolling ofFree-heating for Bar and Rod）新工藝的要点是：合理提高铸坯温度，把高温铸坯切断后，经专门铺设的快速辊道直接送入轧线进行轧制。

采用DROF工艺时，铸坯不经加热炉，也无须补热，完全省去了加热炉的燃料消耗，可以大幅度节省能源，降低二氧化碳等污染物的排放。

与常规的棒线材生产工艺相比，DROF工艺具有如下特点：
（1）DROF工艺开轧温度在常规轧制和低温轧制之间，随着轧制过程的进行，由于变形热作用，这3种轧制工艺的温度偏差逐渐缩小，终轧温度相差不大。

（2）未经加热和补热的铸坯，其中心温度高，表面温度低，这种温度分布有两个优点：一是在粗轧道次，轧件内软外硬有利于变形渗透，有利于压合铸坯内部缺陷，提高产品质量；二是用测得的表面温度来估算轧制力时，得到的结果偏于安全。

（3））因到达切断点的时间不同，沿铸坯长度方向前端温度低，后端温度高。

这种温度分布有利于克服常规轧制时因轧件头尾部咬入时间差带来的轧件尾部温度低的缺陷。

（4）与常规轧制工艺相比，DROF工艺开轧温度低，这有两个优点：一是产品强度可提高约10 MPa二是可避免因开轧温度高而出现魏氏组织的可能性。

DROF工艺的缺点是粗轧机组的轧制力比常规轧制工艺有所升高，导致吨钢电耗略有增加。

二、DROF工艺的关键技术
为实施DROF工艺，需要采用以下关键技术来保证生产的顺利进行：
（1）合理提高连铸坯温度。

合理提高铸坯温度对实施DROF工艺至关重要，所谓合理主要是指不出现漏钢事故，可采取以下措施：
①优化结晶器与二冷区的冷却工艺制度；
②在可能的情况下提高铸坯拉速；
③采用液压剪替代火焰切割、前移切割点等措施缩短铸坯等待时间；
④在铸坯以拉坯速度运行期间内加盖保温罩以减少铸坯温度损失。

（2）采用铸坯温度闭环控制系统。

为保证铸坯温度能够持续稳定地满足开轧温度的要求，需要对铸坯的温度进行在线控制，要点如下：
①引入安全距离的概念，把从凝固终点到铸坏切断点之间的距离称为安全距离。

利用对凝固过程的有限元数值模拟，建立安全距离预报数学模型，为保证不发生漏钢事故，安全距离至少应大于0.5 m；
②根据安全距离的要求，利用冷却水参数对铸坯温度场影响的数学模型，由计算机设定出初始的冷却强度与冷却水阀门组态；
③利用测温仪在线实时检测铸坯表面温度.将实测温度与计算机设定的温度进行比较，如果实测温度与设定温度的差值大于给定的允许值，则对冷却强度和冷却水阀门组态进行实时调整；
④如果实测温度低于允许值，说明铸坯温度偏低，不能满足轧制的要求，需要减少冷却强度，同时验算安全距离；
⑤如果实测温度高于允许值，说明铸坯温度过高，会出现漏钢危险，需要增加冷却强度.同时验算安全距离；
⑥上述过程重复进行，确保铸坯温度维持在允许范围内，此时既不会发生漏钢事故，也能够使铸坯温度满足轧制要求。

（3）增设铸坯快速运送系统。

在现有机组上通过技术改造实施DROF工艺。

需要把切断后的铸坯迅速提速，增建绕过加热炉的快速辊道，把铸坯直接运送到粗轧机组进行轧制。

为了减少铸坯运送时间，保证铸坯送到粗轧机组时仍有较高的温度.可采用以下措施：
①把主送辊道的速度提高到3一5 m/s，使铸坯在切断后能够在1 min内由铸机运送到粗轧机组；
②在快速辊道上加盖保温罩，防止铸坯过快温降；
③开发送坯节奏控制系统，根据连铸机与轧机的节奏匹配，自动把切断后的铸坯按照优化的次序尽快运送到粗轧机组的机前辊道和待轧区间辊道；
④增设低温坯剔除系统，把不能满足轧制要求的低温坯运送到剔坯台架，在轧机检修和故障状态下把铸坯运送到钢坯垛；
⑤建立炼钢一连铸一轧钢一体化生产管理系统，保证调度指挥信息畅通。

⑥）粗轧机组负荷裕量的优化分配技术。

实施DROF工艺后开轧温度有所降低，导致轧件的变形抗力增加，轧制力升高，因而轧制功率增加，有时会引起粗轧机组个别道次轧制负荷超限。

（4）为解决此问题，可采用粗轧机组负荷裕量的优化分配技术，其要点是：①建立能够反映DROF工艺铸坯温度内高外低特点的轧制力和轧制功率数学模型，按照轧制规程对各个道次的负荷裕量进行精确计算；
②观察现行轧制规程下各个道次的瞬时负荷与平均负荷的变化趋势，找出存在负荷超限现象与可能的潜在危险道次，通常第3、第4道次的压下量较大，容易成为潜在危险道次；
③重新分配压下量，增加关注道次的负荷裕量，减小其超限的可能性；
④正确选择电机的过载系数，合理设定超限报警条件，允许在轧件头部咬入瞬间电机实际功率超过其额定功率，避免频繁虚假报警。

三、DROF工艺的节能减排降成本效果分析DROF工艺节能减排降成本体现在以下方面
（一）节省加热炉燃料消耗。

由于不经过加热炉直接轧制，常规工艺下加热炉的全部消耗得以节省下来，其节能减排降成本的优势非常明显。

下面的计算中，取标准煤的热值为29.3KJ/kg；每吨标准煤的二氧化碳排放量取2.62 t；煤的价格随市场波动较大，参照2014年底互联网上煤炭的报价，按照运到现场每吨标准煤700元人民币估
算。

①对冷坯装炉的厂家，按吨钢可节约标准煤40 kg计算，吨钢可节能1.2 GJ，年产100万t的生产线可节约标准煤4万t/a，折合节能1、2 X 106 GJ/a，每年可减排二氧化碳10万多吨，直接经济效益2 800万元/a。

②对采用热送热装的厂家，按吨钢可节约标准煤2o kg计算，吨钢可节能0.6 GJ，年产100万t的生产线可节约标准煤2万t/a，折合节能6 X 105 GJ/a，每年可减排二氧化碳5万多吨，直接经济效益1 400万元//a。

（二）减少加热过程的氧化铁皮损失。

按照目前的统计，棒线材加热炉因氧化而损失成材率约为。

.800-1.500。

如成材率损失按照100计算，年产100万t的棒线材生产线可减少氧化损失1万t，按照钢材与氧化铁皮差价1 500元估算，直接经济效益1 500万元/a。

（三）其他节能减排降成本因素。

除了节省加热炉燃料和减少氧化损失这二项主要因素之外，采用DROF工艺还有以下因素可以节能减排降成本：
①可节约铸机和加热炉冷却水，包括循环水和新水，同时节约循环水用电；
②可节省加热炉的维修和操作费用，避免每年加热炉大修期对生产的影响；
③降低了开轧温度，有利于实施控轧控冷工艺，优化合金成分，提高产品性能。

四、实施DROF工艺的负面影响
DROF工艺具有诸多优点，但也存在以下负面影响：
（一）取消了加热炉，同时没有了加热炉对产能的调节作用，如果炼钢、连铸能力小于轧钢能力，则将导致轧钢产量降低。

（二）连铸与轧机的工序衔接刚性增加，生产管理难度加大。

铸机和轧机的检修和故障将影响到整条生产线，对事故多发的生产线，不宜采用DROF工艺。

（三）降低开轧温度将导致轧制力升高，轧机的电耗增加，对设计裕量较小的机组需要对有超限隐患的机架进行电机和传动系统的负荷能力验算，必要时应对轧制负荷分配进行优化。

五、结束语
上文介绍了在棒线材生产中连铸坯不经任何加热和补热、进行直接轧制的新技术，分析了免加热技术的特点，介绍了提高铸坯温度的措施和控制技术、把铸坯快速运送到粗轧机的实用技术、轧机負荷分配优化等关键技术。

参考文献：
[1]范锦龙.棒线材连铸一直接无头轧制技术的研究[D].沈阳：东北大学，2011.
[2]罗光政，刘鑫，范锦龙，等.棒线材免加热直接轧制技术研究[J].钢铁研究学报.2014，26（2）：13.。