践行控轧控冷技术 打造精品长材项目
研发背景
早在20世纪80年代，荷兰阿姆斯特丹世界钢铁会议就指出：轧钢技术今后将主要集中在控制轧制、加强冷却以及棒线材的无头轧制等3项技术的发展与创新。控制轧制和控制冷却技术在提高产品组织性能，降低钢材生产成本，提高企业经济效益方面作用巨大。30多年过去了，控制轧制和控制冷却在理论研究和棒线材生产应用中取得了迅猛发展。
我国是钢铁生产和消费大国，粗钢产量连续多年位居世界第一。特别是进入21世纪以来，我国钢铁产业长期快速粗放发展积累的矛盾日益突出：盲目投资严重，产能总体过剩；创新能力不强，先进生产技术、高端产品研发和应用还主要依靠引进和模仿，一些高档关键品种钢材仍需大量进口，消费结构处于中低档水平；资源控制力弱，缺乏进口矿石定价话语权，国内铁矿资源禀赋低，自给率不足50％。面对国内钢铁工业当前存在的产能过剩、资源缺乏和消费结构低端等诸多问题，2009年发布的《钢铁产业调整和振兴规划》，提出了一系列调整和振兴规划：调整产品结构，淘汰落后产能，提倡自主创新，加快技术改造，继续推进节能减排措施等。可见，粗放式发展模式已不适应当今钢铁企业，推广精细化、节约化管理模式，摒弃生产单一而量大面广的建材产品，发展节约型建材产品，重点发展机械加工用优质、高端棒线材，才是正确选择。
作为国内冶金行业资深工程公司，中冶京诚旗下北京京诚瑞信长材工程技术有限公司，在棒线材生产线的设计、制造、供货、调试、投产一条龙服务中一直处于国内领先地位。为适应钢铁行业发展形势和最终产品的需求，早在2004年，瑞信长材就开始致力于控轧控冷技术的研究和相关成套产品的研发。经过近10年的技术积累，瑞信长材已经通过自主研发、技术创新等手段开发出一系列棒线材控轧控冷技术成套产品，并广泛应用于各大钢厂。
棒线材控轧控冷技术
由于棒线材轧机的轧制工艺参数中变形制度由孔型设计确定，所以要像中厚板那样通过改变各道次变形量来适应控制轧制变形量的要求是极其困难的。目前，棒线材生产采用控制轧制的方式主要是低温轧制，即按照正火轧制工艺或者是热机轧制工艺所对应的温度范围，在轧线的最后2~5个道次进行成形。
采用低温轧制时，一般来讲，粗、中轧采用Ⅰ型控制轧制工艺，即通过对加热时粗化的初始γ晶粒反复进行“轧制-再结晶”使之得到细化，从而获得均匀细小晶粒的γ组织。根据轧制钢种的不同，精轧可采用Ⅱ型控制轧制或(a十γ)两相区控制轧制。
与普通热轧相比，采用控轧控冷技术可使得所有产品均能实现正火轧制或者热机轧制。根据不同钢种，控轧控冷可实现的主要目的如下：
对于低碳钢和低合金钢，采用低温精轧的工艺，可以实现细晶强化效果，在保证机械性能要求的前提下，减少合金元素的添加，大大降低成本；
对于冷镦钢，采用热机轧制工艺，可以降低抗拉强度、提高面缩率，不仅提高了冷镦性能，还可以减少后续退火时间或者实现免退火效果；
对于轴承钢，采用热机轧制工艺，可以降低析出网状碳化物级别，减少后续球化退火时间；
对于弹簧钢，采用热机轧制工艺，可以细化晶粒，提高索氏体化率和抗拉强度，减少脱碳层，提高其疲劳性能；
对于高碳钢，采用正火轧制工艺，可以提高索氏体化率和抗拉强度，还减少脱碳层，提高产品表面质量。
控轧控冷技术产品特点
要实现棒线材低温轧制，必须依赖于布置在各个机组之间的控冷设备和相关控制系统。瑞信长材自主研发的控轧控冷技术成套产品包含以下几个部分：控轧控冷工艺、控冷设备及阀台集成、控冷软件及控制系统。三者有机结合在一起，形成以控轧控冷工艺为核心，机电一体的成套产品，对棒线材控制轧制和控制冷却过程形成一个闭环，即为制定工艺—设备执行—组织性能预报—检化验结果验证—修正工艺参数。
u 控轧控冷工艺
瑞信长材通过资料及生产数据的收集、与实验室合作，整理出一整套的常用材料数据库（优质碳素钢、低合金钢、合金结构钢、不锈钢），可以针对业主提出的钢种制定出合理的控轧控冷温度制度，并根据各段的温降需求和冷却特性，选择喷嘴类型、配置水箱数量和合适的水冷段长度，以确保满足产品的最终性能。
u 控冷设备及阀台集成
根据棒线材生产线的各种类型，瑞信长材自主研发出囊括热轧钢筋、高速棒材、优质棒材和高速线材四大类型、一整套控冷设备，喷嘴类型包含环形直喷式喷嘴、剖分式普通喷嘴、剖分式高效喷嘴和湍流式文氏管，换热系数为4000-20000 W/（m2·℃），可满足所有棒线材类型的控冷需求，见图1。
为解决水冷中常出现的反扑、干燥、防锈、除雾、水冷效果等问题，瑞信长材认真分析，进行相关结构的创新设计，并获得了实用新型专利9项。
表1 实用新型专利
序号
名 称
专利类别
专利号
1
棒线材水冷系统
实用新型
201220378778.2
2
水冷装置的水冷单元
实用新型
201220378740.5
3
水冷喷嘴
实用新型
201220378603.1
4
紊流套及紊流管
实用新型
201220378432.2
5
除雾装置及水冷装置
实用新型
201220379038.0
6
用于湍流式水冷装置的反扑喷嘴
实用新型
200920278090.5
7
一种气封喷嘴
实用新型
201220378311.8
8
一种棒材防锈装置
实用新型
201220378955.7
9
一种干燥管
实用新型
201220378705.3
u 控冷软件及控制系统
完美的控轧控冷技术得以应用，除了依赖于高效的冷却装置，精确的控制中心也是必不可少的。瑞信长材自主研发了棒线材控轧控冷工艺软件，可根据特定的轧制工艺参数（钢种、规格、速度）计算出各段的控冷参数（水箱投入状态、水量及分配比例），对控轧控冷全过程进行温度计算，并根据相应的化学成分对最终的成品力学性能（抗拉强度、屈服强度、延伸率）和晶粒度进行预报。工艺软件与中冶京诚旗下北京京诚瑞达电气工程技术有限公司研发的闭环控制系统、离线模拟分析和在线闭环控制的完美结合，为控轧控冷稳定运行和新品种的开发提供了很好的技术保障，控制系统界面见图2。
控制系统技术特点：
l 不同钢种、规格的控冷工艺参数的制定及工艺软件包；
l 针对不同工况和控制精度，配置水压、水量稳定系统及开闭水的自动控制阀台系统；
l 温度、流量、阀位三环无扰动切换，满足不同工况连续生产；
l 温度闭环控制，控制精度达到±10℃国际先进水平；
l 完善的智能系统，具有工艺参数自学习及控制系统自学习功能；
l 控轧控冷的组织性能预报。
（a）温度模拟 （b）温度闭环控制
（c）性能预报 （d）温度闭环控制界面
图2 控制系统界面
u 控冷系统水处理方案
另外，为响应国家节能减排的政策，由于控冷系统冷却水中几乎不含油污，只含有少量细的氧化铁皮，中冶京诚针对性地研发出一整套单独用于控冷冷却水经济合理的浊水处理系统，减少了其中的除油环节，降低了投资成本，同时也节约了吨钢水处理的运行成本，尤其适合现有生产线的控冷改造，大大减少了由于改造引起的停产时间，该系统已在多个实际工程中投入，使用效果良好。
应用效果及前景
瑞信长材自主研发的控轧控冷成套产品可广泛应用于普钢和优特钢领域的棒、线、型材生产线，可实现低温精轧、细晶粒轧制、余热淬火、穿水固溶等多种功能，且在国内各大钢厂棒线材生产中已投入10余套。通过使用控轧控冷技术产品，成品力学性能、盘卷通条均匀性都得到明显的改善，使用效果良好，为企业带来了经济效益。
随着我国钢铁行业逐步向着节约型、高端型发展的趋势，下游用户对高性价比和高附加值产品的需求会越来越强烈。当今时代，铁矿石和合金元素越来越紧缺，利用“水这个最廉价的合金元素”，进行工艺创新，采用控轧控冷技术无疑是轧钢技术的必然趋势。
在棒线材控轧控冷技术和相关成套产品研发方面，瑞信长材拥有丰富的设计经验、技术积累和众多的专业技术人才。作为长材工程设计和设备供货的领军企业，瑞信长材一直走在轧钢技术最前沿，并坚持用高质量的产品一为用户带来切实效益，同时推动我国轧钢工程技术不断进步。
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