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宽厚板成材率影响因素分析及提升措施


成材率是轧钢厂最主要的技术经济指标之一,也是反映生产线综合管理水平的重要指标;成材率的高低直接影响到企业的经济效益,提高成材率是企业降低成本、提高市场竞争力的重要措施之一,尤其在当前严峻的市场形势下,提高钢板成材率具有重大意义。

1影响成材率主要因素分析

济纲4300mm宽厚板自2010年投产以来,成材率逐年提升,总结几年来的生产情况得出,影响成材率的因素主要有产品结构、规格结构、烧损、钢板负偏差、板形控制及剪切量、废品率等,针对以上影响因素进行分析。

1.1产品结构对成材率的影响

产品结构主要影响板厂的综合成率,专用板(包括船板、管线板、容器板、锅炉板以及风塔用钢等)和普碳板、低合金板的比例构成对综合成材率影响很大。由于专用板的厚度负偏差带很小且用户双定尺定货比例大,同时受生产控制能力的限制,专用板成率一般在87%-90.5%之间。以造船用钢板为例,一是标准厚度负偏差带很窄:为-0.3~ +0.7mm,计重方式却不增加厚度附加值,大大限制了生产厂进行负偏差轧制,二是钢板定货的长度、宽度尺寸确定,由此限制了钢板按最大板面组织生产,目前4300mm宽厚板船板实际成材率一般在89.5%左右;而普碳钢、低合金等钢种成材率一般在91%以上,所以不同的产品结构,直接影响当月的综合成材率指标,专用板生产比例越大,综合成材率越低。

1.2规格结构对成材率的影响

规格结构主要包括薄规格比例、厚规格比例、宽度定尺订单的比例以及宽幅钢板的比例等,薄规格产品由于负公差轧制的原因,薄规格成材率较高,但对于小于8mm的薄规格,由于轧制难度大,板形难以控制,需要200*1700或135mm断面的小坯料,成材率相应的要降低。厚规格主要指80mm以上钢板,部分订单由于无法用常规连铸坯料轧制,需要复合制坯的坯料,成材率一般在83%左右。宽度定尺产品主要是高强钢如Q460/Q550/Q690、或低合金Q345、普碳Q235等产品,此类产品只需要定宽,长度一般在8m以上、13m以下的范围定尺,所以成材率较高,一般在92.5%以上。宽幅板一般指3000mm以上的钢板,此类钢板的切边比例相对要低,成材率也要较窄幅板成率高0.2%-0.8%。所以不同的规格结构对成材率也有一定的影响。

1.3烧损对综合成材率的影响

烧损指钢坯在高温状态下的氧化烧损,它包括钢坯在加热过程中产生的氧化铁皮和轧制过程中形成的二次氧化铁皮。而对成材率影响较大的是前者,目前4300宽厚板厂氧化烧损影响成材率1.4%-2%左右。烧损与加热温度、加热时间,特别是高温条件下的停留时间、炉内气氛有关。实践证明:加热温度愈高,在高温下停留时间愈长,炉内氧化气氛愈浓,氧化铁皮越厚,烧损越大。一般来说,在低温阶段加热时,氧化铁皮较少,当加热温度在850-900℃时氧化铁皮产生加快,温度超过1200℃时氧化铁皮急剧增加。

1.4负偏差轧制对成材率的影响

负偏差轧制就是指成品钢板在钢板公差范围内采用负公差尺寸进行轧制的方法。成材率是按照理论质量计算的结果,由于采用负偏差轧制的钢板实际质量小于理论质量,从而采用负偏差轧制可以提高成材率,同时降低生产成本,创造出更多的经济效益。负偏差轧制对成材率的影响是增加钢板长度,提高钢材的理论质量。

采用负偏差轧制时,尺寸控制难度提高,影响宽厚板负偏差轧制的主要因素为轧制力的波动,而影响轧制力波动的原因是多方面的。一是设备性能的影响,轧机机架刚度、轧辊刚度、轧辊耐磨性及轧辊的偏心运转等也会造成轧件尺寸波动,影响负偏差轧制效果。二是来料加热质量的影响,原料加热均匀是保证轧件尺寸精度的先决条件,采用步进式加热炉可以减轻因钢坯加热不均而产生的“水印”现象。三是金属变形抗力的变化,轧件的温度波动,轧件成分和组织的不均匀,轧制速度、变形速度的变化等,其中轧件温度的波动影响最大。

1.5板形对成材率的影响

板形是板凸度和板平直度的统称,是钢板浪形、瓢曲或镰刀弯的有无以及存在的严重程度。轧后板形和平直度不好主要是由于轧制时板宽内沿长度方向的延伸不均匀造成的。出现镰刀弯会增加切割量甚至造成宽度短尺,影响成材率。造成镰刀弯的原因是工作辊两边压下不同步,辊缝有偏差,钢板两边延伸不均,导致延伸大的一边朝延伸少的一边弯曲。经常还伴有单边浪形的产生,浪形分单边浪、双边浪、中间浪和复合浪等。钢板出现边浪等平直度缺陷时势必影响钢板剪切时的情况,造成钢板剪切量加大,或是不能剪切而报废。

1.6废品率对成材率的影响

轧制废品是因设备故障与操作失误导致坯料不能继续完成轧制,或轧制后使钢板达不到标准要求而产生的废品,有轧损、瓢曲、麻点等,通常与轧制节奏、设备条件有关。

1.7切损对成材率的影响

切损包括切头、切尾、切边以及由于钢板局部质量不合格而必须切除的金属料损失。切损是影响宽厚板成材率的主要因素。轧后未切边钢板的平面形状与切损量的多少密切相关,而轧后平面形状不良造成的成材率损失在4%-5%。同时,为满足钢板宽度尺寸的晋级,不适量的切边也是导致成材率损失的因素。

2提升成材率措施

2.1提高坯料质量,优化坯料设计,从源头提高钢板成材率

2.1.1强化坯料检查和精整

加强坯料质量检查,对坯料切割渣瘤、毛刺、坯料断面缺陷进行人工清理,防止坯料缺陷遗传到成品钢板上形成结疤缺陷造成的切损。提高坯料分切质量,断面减少切割错茬,有效的避免了成品斜尖、燕尾缺陷,为减少切头尾量创造了条件。强化坯料人工精整质量,降低入炉前坯料质量缺陷,在此基础上对部分板坯进行设计优化,使坯料选型更加精确合理,减少了坯料重量的原始投入,从源头上减少了坯料原因造成的金属损失。

2.1.2优化坯料设计

在坯料设计方面,通过以下措施提升成材率:1)对于普碳及低合金等范围定尺板,尽可能选用设备允许的最大料型,目前4300mm可选取的最大料型为250*2200*4000mm,料型的加大一般可提高成材率0.3%-1.2%,最大可达1.5%。2)选择坯料断面时,钢板的规格与坯料相对应,生产宽规格的钢板选用较宽的料型,生产窄规格的钢板选用较窄的料型,宽展比尽量控制在1.3-1.5%之间,保证轧制后具有较好的板形,降低切损,有效促进成材率的提高。3)提高多倍尺生产比例,在设备和操作允许及减少现货产出的前提下按照多倍尺生产,如对能选用双倍尺也能选用三倍尺生产的规格,优先选用三倍尺组织生产。

2.2降低加热炉烧损

2.2.1推行热装炉工艺

热装炉与冷装炉相比,不仅能大大降低加热工序能耗,而且具有减少氧化烧损,提高成材率和缩短生产周期等优点。表1为4300 mm宽厚板加热炉冷装炉与热装炉的参数对比,可以看出,热装炉与冷装炉相比除了降低燃耗外还能明显减少氧化烧损,提高了成材率。

表1 冷装炉与热装炉的参数对比

 
 冷装CCR
 热装HCR
 直接热装DHCR
 
加热炉燃耗/GJ.t-1
 1.34
 0.88
 0.34
 
氧化烧损/%
 1.0-2.0
 0.5-0.7
 0.2-0.8
 
装炉温度/℃
 <150
 400-700
 700-1000
 

通过优化生产工艺,大力推进铸坯的热装热送,优先组织热装炉,目前热送热装比例达到60%以上,有效降低了钢坯在加热炉内的氧化烧损。

2.2.2 优化加热工艺,降低加热温度

针对普碳钢、低合金等低级别钢种,在轧机轧制基本不受影响的前提下,实行操作规程下限烧钢,这样不但可以减少烧损,且可以降低能耗,特别是蓄热式加热炉的使用,为低温烧钢创造了条件。对于冷热坯料交叉生产时,根据生产品种的化学成分、坯料规格,制定合理的加热工艺制度和装钢制度,将坯料的加热温度严格控制在规定的范围内,同时在保证加热质量的前提下,缩短加热时间是减少烧损的有效途径。

2.3提高厚度控制精度,强化负偏差轧制

提高厚度控制精度,有利于实现负偏差轧制,它是提高宽厚板成材率的一个有效途径。负偏差必须与轧制的实际厚度精度控制水平相匹配,同时兼顾生产难度,否则就会使不合格品量上升,给企业和用户造成不必要的损失。厚度控制精度越高,负偏差轧制的对成材率的贡献越大。

4300mm宽厚板轧机拥有高精度AGC自动厚度控制系统,克服钢板工艺参数波动对厚差的影响,并对轧机参数的变动给予补偿,通过先进高效的反馈式控制系统,消除因轧辊磨损、轧辊热膨胀对空载辊缝的影响以及位移传感器与测压仪元件本身的误差对轧出厚度的影响。控制方式采用绝对AGC与相对AGC相结合的方式,使控制精度可达±0.05mm,采用高精度厚度控制技术后,因厚度波动范围缩小,厚度超差比例下降,成材率可显著提高。

2.4提高钢板板形,减少切损,优化剪切工艺,提高剪切精度,提高成材率

强化PVPC控制研究和矩形化轧制技术的应用,提高钢板的矩形度,降低钢板切边量;运用工作辊强力弯辊和SmarCrown串辊装置,通过弯辊和串辊来实现钢板的动态板形控制;确保坯料的矩形化,避免长度方向尺寸波动导致钢板头尾宽度偏差异常;强化生产控制和操作,开展提升成材率劳动竞赛,提高镰刀弯控制水平,为后续剪切创造条件。优化剪切工艺,加大双边剪剪切力度,在线剪切钢板宽度目标值定为+5-12mm,长度目标值定为+5-25mm,保证钢板磁力对中,通过加强激光划线,提高剪切精度。对于火切范围板,提高火切质量,进一步提高范围板成材率。

2.5其他方面

1)强化设备维护,精细操作,降低轧废,重点要提升薄宽规格生产控制水平,减少操作等原因导致的轧废,目前每月的轧制废品小于50t,后续要以零轧废为目标。

2)优化轧钢计划编制,强化装炉计划安排,根据辊型合理安排轧制计划,避免钢板厚度同板差异常,提高轧制命中率。

3)加大钢板实物尺寸测量,根据现场实物尺寸测量对MES系统成材率进行调整和维护,目前MES系统厚度目标值由原来的+0.40mm调整到+0.35mm,部分规格及钢种的切边量有原来的+110mm降低到+90mm,下一步将更加实际情况进行进一步的优化调整。

3实施效果

通过提高坯料质量,优化坯料设计,推行热装炉工艺,降低氧化烧损,提高轧制精度,提高负公差轧制控制水平,运用先进的板形控制技术,提高轧后板形,优化剪切工艺,降低切边量等多项措施,4300mm宽厚板综合成材率显著提高。2013年综合成材率达到91.25%,比2012年的91%,提高0.25个百分点,较2011年的89.95%提高1.3个百分点,在全国同类型轧机中处于领先水平。


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