我國冷軋板帶材生產技術現狀及發展方向

謝東鋼，高林林

(中國重型機械研究院有限公司，陜西 西安 710032)

1 前言

我國鋼鐵工業在“十一五”期間得到快速發展，為國民經濟的發展做出了巨大貢獻。2010年鋼材生產總產量已接近7億t。目前鋼材的產能總體上已經出現過剩，鋼材生產重點將轉向結構調整和品種規格、質量升級換代等。同時，根據我國的實際現狀，聯合發展、提高質量和深度加工、節能降耗等應是重點發展的方向。據有關統計資料顯示，在我國所有鋼材品種中，冷軋薄板、冷軋薄寬帶鋼仍然是國內市場自給率和占有率最低的產品。也是現今需要重點給予關注的領域。本文結合冷軋板帶材生產的技術特點分析我國冷軋板帶材生產技術現狀及發展方向。

2 我國冷軋板帶生產技術現狀

2.1 冷軋板帶生產現狀

近十年來，我國冷軋板帶生產需求一直呈現非常旺盛的局面，產能擴張十分迅猛，至2010年初步統計，已建和在建的冷軋板帶產能達到9000萬t左右，其中建有寬帶鋼冷連軋軋機超過40臺套，而單機可逆式寬帶鋼軋機100余套，冷軋寬帶鋼生產產能超過70%以上為冷連機生產。

近五年來我國鋼材及冷軋帶的生產增長情況見表1?？梢钥闯?，我國鋼材產量在2005年到2009年的得到快速增長，同時冷軋板帶材產量逐年快速增長。由于冷軋板占鋼材總量的比例較低，雖然也逐年緩慢增長，至今仍不足12%，其增長的速度顯然遠遠滯后于市場需求，表2為發達國家鋼材生產的情況，可以看出冷軋帶鋼占鋼材總量的比例均超過30%。

表1 近年我國冷軋板帶鋼產量和占鋼材總產量的比例Table 1 Strip steel output of cold-rolled sheet and proportion of steel total output in China in recent years

表2 2003年歐、美、日、韓鋼材產量統計Table 2 Steel output in Europe，America，Japan and Korea in 2003

比較表1與表2，可以看出我國鋼材生產狀況，冷軋板帶比例明顯偏低。隨著我國工業化進程和城鎮化發展，汽車消費的普及，鋼材的生產與消耗比例將會向發達國家靠近。近年來我國鋼材生產的實際情況也證明了這點。因此，從長遠和發展的觀點來看出，冷軋板帶材需求與發展的前景是廣闊的，發展的空間也是非常巨大的。如果按照鋼材總產能7億t計算，每年冷軋板帶材產能增加1%，到2015年達到16%，則需增加產能3 500萬t，還不到發達國家所占比例的一半。

2.2 冷軋設備的發展概況

縱觀我國的冷軋技術應用及發展，大體可以劃分為三個階段，第一階段1978年以前，是緩慢發展階段。冷軋是屬于技術和經濟密集型行業，受國家當時各方面條件的限制，難以發展和建設先進的大型化冷軋工程。在50年代，鞍鋼進口了當時蘇聯的1700 mm連軋機，是我國當時最具規模的冷軋裝備。70年代進口了1200 mm單機架可逆冷軋機。另外，還有一些比較落后的低產能、高能耗窄帶鋼生產設備。第二階段1978年到1998年，這個時期是穩步發展階段。隨著改革開放及經濟建設的需要，引進一批冷軋設備和技術，比較有代表的如1978年武鋼進口的1700冷連軋機，1989年寶鋼進口的2030 mm冷連軋機等。第三階段是1998年以后，屬是高速發展期。在這期間，僅寶鋼就建設了5套冷連軋工程，如 2030 mm，1420 mm，1550 mm，1800 mm，1250 mm等冷連軋機，這些設備全部采用進口技術，不但是國內最先進的裝備，也代表了國際上最先進的技術。還有鞍鋼的1680 mm，1700 mm等4套冷軋機;本鋼的1676 mm，1970 mm冷軋機;武鋼的1700 mm，2150 mm冷軋機。

2.3 冷軋生產技術的發展過程

2.3.1 冷軋技術特點

首先，和其他金屬塑性變形相比，冷軋的寬厚比最大，導致了板形控制難度大，冷連軋最薄規格0.15 mm，最寬規格2000 mm，寬厚比大于10000。其次，冷態的金屬變形抗力大，而厚度精度要求高，因此軋制力大，軋機彈性變形大，要求機架剛性大，同時，軋輥彈性變形大，要求輥系剛性大。軋制力大導致軋輥熱膨脹和磨損大，要求冷卻潤滑充分。再者，為了防止跑偏，改善應力狀態，降低軋制力，改善板形，需要帶張力軋制。還有產品厚度精度1～5 μm，板形精度小于5I，表面精度不允許有任何瑕疵。這對設備的動態特性、變形環境及其檢測和控制系統提出了高要求。

2.3.2 冷軋生產技術的發展過程

從軋輥數量上講，從最早的2輥軋機逐步發展到4輥、6輥軋機，隨著工業發展的需求，包括變形抗力和變形量的提高，又產生了12輥、14輥、18輥、20輥、36輥等機型。從機架數講，從最早期的單機架可逆到連軋，包括3、4、5、6、7機架等，解決了大批量、高產能的問題。軋制速度也提高到現在的3000 m/min?？梢钥闯隹偟陌l展趨勢為大型化、高速化、連續化、自動化。

2.3.3 冷軋帶鋼主要產品

(1)汽車板，如 IF、BH、CQ、DQ等深沖板。我國作為目前世界上最大的汽車產銷量國家，隨著工業化和經濟實力的提升，中國汽車市場已成為全世界注意的焦點。對汽車板的需求也達到了一個空前的高度，顯然這也是目前冷軋發展的重點之一。

(2)高強鋼板，如雙相鋼，復相鋼等。

(3)電工用鋼，如無取向，取向，高牌號到中低牌號硅鋼片。我國是電工鋼生產和消費大國，機電行業的快速發展帶動了電工鋼的消費快速增長，冷軋取向電工鋼是鋼材品種中自給率最低的，顯然具備很大 的發展潛力。另外，國家將加大淘汰熱軋電工鋼的落后技術，為能源產業的高效節能、低碳經濟作出更大貢獻。

(4)建筑用鋼板，如熱鍍鋅板，電鍍鋅板，彩涂板等。隨著我國工業化和城鎮化建設的快速突進，工業建筑、民用建筑對冷軋建筑板材的需求前景是十分廣闊的。

(5)包裝用鋼板，如鍍錫板，有機涂層板等。優質薄規格的包裝帶材仍然是我國冷軋行業的薄弱環節。目前已引起市場的注意。

(6)不銹鋼板，如耐腐蝕板，裝飾板，廚房用板等。

(7)家電用板，如洗衣機類，冰箱空調類等。

3 冷軋生產技術的發展

3.1 冷軋產品生產的發展

根據目前我國冷軋產品的需求情況，一方面是解決國內自己需求的快速增長。家電消費已進入每個中國家庭，車子、房子的需求高峰已經到來。所以汽車板、建筑板等則是這類產品的典型代表。另外一方面是替代進口，解決市場占有率和自給率低的問題。據有關資料介紹，在我國2010年進口的鋼材中，板帶材進口量占總進口量的比例超過80%，而其中進口量最大的品種依次為優質鍍層板、高精度冷軋薄寬帶鋼、電工鋼和不銹鋼板帶，總量占板帶材進口總量的比例超過70%。

我國冷軋寬帶鋼生產的產品厚度大多為0.25 mm以上，可以軋制生產薄至0.18 mm產品的大型設備屈指可數，大部分是單機架六輥或二十輥可逆式軋機可以生產這樣的薄規格產品，但是目前有許多高新產品需要軋制更薄的規格，導致了目前冷軋帶鋼生產中薄規格產品缺乏的狀況，例如，典型的鍍錫板厚度由0.18～0.32 mm向降至0.1～0.18 mm發展，還有一些電子用低碳深沖鋼帶如0.25 mm厚的電阻帽沖壓帶，0.1～0.2 mm的電磁屏蔽材料，0.15 mm的傳統電視的蔭罩材料等。此外，電工鋼的發展也需發展薄規格的高效電工鋼，例如取向的Hi－B電工鋼原生產厚度為0.27 mm和0.23 mm，現為了降低渦流損耗需將厚度減薄至0.15 mm。生產高效電機用的無取向電工鋼同樣為降低渦流損耗，板厚由原來通用的0.5 mm和0.35 mm厚減薄至0.1～0.3 mm。同樣，薄規格彩涂板也受到建筑業等領域的廣泛歡迎，由典型的0.35mm和0.5 mm降至0.12 mm、0.16 mm和0.18 mm，可節約金屬消耗與成本。所以薄規格彩涂板的基板也一直供應緊張，而且也限制了薄規格彩涂板生產。據估計薄規格的需求量(0.15 mm以下)每年超過200萬t。

所以，生產薄規格、多品種的帶材變得十分的需要，在一些冷軋廠已有CDCM冷連軋機組的基礎上，增建一些高品質的單機架可逆式六輥軋機或多輥軋機，是盡快應對調整產品規格需求的重要措施。

3.2 冷軋技術的發展

(1)根據我國冷軋產品的發展趨勢，冷連軋需要高水平的設備，以滿足市場未來的需求。在這方面，除了要緊跟世界發展方向外，尤其要大力發展我國自己民族品牌的冷連軋核心技術。到目前為止，國內的主流冷連軋設備的核心關鍵技術仍然被外國人完全壟斷。

動態變規格，即不停機改變產品規格，包括軋件厚度、軋件寬度、軋件材質等，需要動態及時準確調整輥縫、速度、張力等。

多組自動控制(AGC)系統，包括預控/監控AGC、秒流量 AGC、張力預控 AGC/監控 AGC等，以適應高速化，連續化，自動化的發展趨勢。

三級計算機控制，一級直接數字控制計算機包括AGC、AFC、ATC、APC等。二級過程控制計算機，包括工藝參數設定計算、自適應學習、帶鋼跟蹤、數據采集與交換、生產數據收集與分析等。三級生產控制計算機，包括數據傳輸，生產計劃編制，合同安排，初始來料數據處理，軋輥數據處理及產品數據管理等。

板型控制，如 HC，UC，UPC，CVC，VC，PC等板型調整、板型自動檢測和閉環控制等。

(2)為了適應專業化生產和產品靈活性的要求，加快開發多種單機架可逆的小輥徑軋制薄帶的高精度軋機，滿足軋制生產薄帶鋼的需求。截止到目前公認軋制薄帶鋼，特別是硅鋼和不銹鋼等高強度、難變形的帶材，最佳的軋機仍是傳統的二十輥軋機，當然在結構上已有很大的突破，不再局限于過去的整體機架，發展了雙牌坊式的二十輥軋機及無鞍座整體輥箱式的二十輥軋機等，目的均為了簡化制造精度和結構，便于操作與維護，降低使用成本，同時保留二十輥最大的優點——小工作輥徑和良好的厚控精度和板形，可實現大變形軋制極薄帶和高精度的產品。此外各種新型的六輥HC軋機、12輥軋機、14輥軋機和18輥軋機的相繼研制，極大增加了生產薄規格產品的手段。但到目前為止，國內水平較好的這一類機型全部采用了進口設備，顯然，這也是我國近期軋制技術發展的重點領域之一。

3.3 冷軋板帶生產的新技術及發展趨勢

根據未來世界經濟發展的方向，冷軋板帶生產技術要實現可持續發展，必須使冷軋生產過程符合生態要求，親善環境，做到節能降耗。

3.3.1 冷軋帶坯原料的無酸洗除鱗工藝

在冷軋帶的生產中，熱軋坯原料的酸洗除鱗一直是冷軋生產流程中最大的污染環節。據有關資料介紹，多年來軋鋼界一直在探索噴丸除鱗、水流噴砂除鱗、電解除鱗等工藝，但目前均未能實現工業化實際應用。最近有報道世界上第一套采用無酸除鱗技術的工業化年產10萬t的機組已在意大利的一家帶鋼廠投入運行，有望成為工業化的無酸除鱗工藝。該工藝中的第一步是加熱，帶鋼在無氧化氣氛中快速地加熱到某一最佳化學反應溫度。第二步是化學反應工序，該工序在富氫(25% ～95%H2)的混合氣體中進行，混合氣體反應時室內仍有理想的混合氣體組成。使用風機實現氣體的混合并抽走反應后的廢氣。在該工序中，帶鋼表面的氧化皮將與氣體中的氫(H2)反應而被還原成金屬鐵。第三工序為冷卻工序。此工序在H2和N2氣氛中進行，以防止帶鋼冷卻到室溫前再次被氧化。根據試驗機組的運行結果，經無酸除鱗后帶鋼表面的潔凈度遠遠優于傳統酸洗的表面，即表面全無氧化物、光滑及具有金屬光澤。但工業應用還有很長的路要走。

3.3.2 液氮冷卻機用于帶鋼冷軋

冷軋的工藝潤滑也是冷軋工藝中的另一污染源。一方面污染車間生產環節，另一方面污染帶材表面，尤其是大量的工藝潤滑的乳液經使用后氧化變質，成為廢乳液后的回收處理及防火等安全問題。因此研究替代水乳液或油潤滑液的開發應用具有重要的環保意義。據介紹近年來德國開發出了一種新型的冷卻技術，即應用液氮作為冷軋冷卻劑替代水/油乳化液，該冷卻技術是使用噴嘴將液氮(溫度－196～－170℃)噴灑于咬入軋輥前的帶鋼表面。液氮的快速散熱功能允許提高軋制速度，提高壓下量，在該廠單機架軋機上生產某些鋼種時，速度可達600 mm/min。傳統的潤滑劑通過減小摩擦降低產生的摩擦熱，與此相反，液氮幾乎不具備潤滑效果，但其可以快速地將摩擦產生的熱量散去，自身也蒸發，經實際應用顯示出其在安全性方面的優勢，消除了火災和爆炸隱患，同時消除有害的軋制液蒸汽，消除軋制液對工作區污染。產品質量良好，表面質量更加均勻一致，不會產生由于殘余乳液造成表面銹蝕，也徹底解決了帶材軋制時表面殘油處理的世界性難題。在高速軋制條件下可獲得鏡面加工表面。在生產成本上由于無需增添設備，并可省去軋制液循環設備及軋制液購置等費用，降低了成本和電耗，并減少了軋輥更換次數和研磨次數等，生產成本明顯得到降低。當然在后續推廣應用方面還有許多問題要解決，例如是否因摩擦系數增大而增加冷軋電耗，如何開發降低摩擦系數的混和潤滑方式等。

4 結論

(1)和發達國家相比，我國的冷軋板帶比例明顯偏低，說明冷軋板帶材需求與發展的前景是非常廣闊的，空間是非常巨大的。

(2)在冷軋產品中，優質汽車板，電工鋼板、薄寬帶及高精度包裝板是今后一段時間發展的重點品種。

(3)由于冷軋技術含量高，是軋鋼技術的集中體現。同時核心技術仍然被國外所壟斷。導致了我國冷軋發展明顯滯后于熱軋。

(4)冷軋領域是一片廣闊天地，近年冷軋新工藝新技術有多項新進展，值得關注。

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