新一代高效節能熱軋帶鋼生產線
——ESP無頭帶鋼生產線

毛 燕

(中冶京誠工程技術有限公司 北京100176)

·新設備新技術新產品·

新一代高效節能熱軋帶鋼生產線
——ESP無頭帶鋼生產線

毛 燕①

(中冶京誠工程技術有限公司 北京100176)

介紹了ESP無頭帶鋼生產線的生產規模及產品、工藝流程、主要設備組成及其在投資、生產、節能環保等方面的優勢。ESP無頭帶鋼生產線能以低成本高效穩定生產極具附加值的薄規格產品，實現節能減排、提高板帶的組織性能穩定性、均勻性、成材率及板厚板形精度、實現部分“以熱代冷”，可以作為未來熱軋帶鋼生產線的發展方向。

ESP 無頭軋制 熱軋帶鋼 節能

1 前言

ESP(Endless Strip Processing)生產線是意大利阿維迪與西門子奧鋼聯合作開發的全無頭帶鋼連鑄連軋生產線，該生產線于2009年6月開始工業化生產，2010年5 月12 日，首批以無頭軋制方式生產的熱帶鋼已達到了9爐連澆的較好水平[1]。與傳統生產工藝比較，ESP生產線具有工藝簡化、生產流程短、設備少、投資少、見效快、生產周期短、生產組織靈活、節約能源、成材率高等優點，能夠更加靈活的面對市場。面對資源環境約束趨緊、節能減排壓力增大的鋼鐵工業環境，ESP工藝在其技術和經濟效益方面顯示出巨大優勢，被列為當今世界冶金工業的前沿技術。

2 ESP生產線概況

2.1 生產規模及產品

單條ESP無頭帶鋼生產線年生產能力約為200萬t，如果提高連鑄機的秒流量，年生產能力可達300萬t。

ESP生產線所生產產品為厚度在0.8mm～12mm、最大寬度1600mm的帶鋼，涵蓋了從低碳軟鋼到高碳和合金鋼等所有品種，產品范圍包括頂級質量的鋼，如電工鋼(取向和無取向)和汽車暴露在外的零部件用IF 鋼。在利用轉爐及無間隙型特征鋼水時， ESP所生產的熱軋產品，其質量可以達到冷軋產品表面質量(等級A)，如汽車暴露在外的零部件用鋼[2]。

2.2 生產工藝流程

ESP生產工藝流程如圖1所示，可以實現無頭軋制和半無頭軋制兩種生產模式。

圖1 ESP生產工藝流程圖

2.2.1 ESP無頭軋制模式

在無頭軋制模式下，連鑄機通過鑄坯、中間坯及成品帶鋼與地下卷取機連續相接數小時。由高效連鑄機連續澆注的高質量鑄坯經過3機架大壓下軋機軋制成厚度為8mm～20mm的無頭中間坯。該無頭中間坯通過帶保溫罩的輥道運送至感應加熱爐，感應加熱爐以高效、準確、動態在線和靈活的方式將無頭中間坯加熱至要求的約1200℃。感應加熱爐后設置有夾送輥除鱗箱。無頭中間坯經過除鱗后進入5機架精軋機組，軋制成目標厚度的帶鋼。帶鋼經過輸出輥道和層流冷卻后得到理想的微觀組織結構。

在輸出輥道的末端、卷取機之前，高速飛剪將無頭帶鋼進行分卷，然后在地下卷取機上進行卷取。

無頭軋制模式下可以生產厚度為0.8mm～4.0mm全寬度帶鋼，半無頭軋制模式下可以生產厚度為3.5mm～6.0mm全寬度帶鋼。

在高速飛剪和1#地下卷取機之間的較短區域內以及地下卷取機之間的區域內配備有特殊穿帶裝置，以保證超薄熱軋帶鋼的頭部能在高的輸送速度下順暢穿帶。在無頭軋制過程中，通過精軋機組末架和高速飛剪入口夾送輥對帶鋼的頭部進行控制，因此在輸出輥道區域沒有翹頭現象。

上述的無頭軋制模式對超薄熱軋帶鋼(UTHS)生產專門進行了優化以便能連續優質地生產出傳統的帶鋼厚度并獲得優化的收得率(無頭尾)。通過消除帶鋼頭部穿帶和甩尾過程，允許在全寬度范圍軋制厚度為1mm以下的帶鋼。

轉轂飛剪位于垛板臺與感應加熱爐之間，其在軋制過程中主要具有兩個作用：第一，當中間坯的速度太高以致于超過擺式剪的最大剪切速度時，用轉轂飛剪將中間坯切分，以進行單塊軋制；第二，如果下游區域發生堆鋼事故或者臨時換輥，在堆鋼被移除的同時轉轂飛剪可用來清理垛板臺區域并獲得有價值的中板。在下游區域被清理完畢并且再次生產準備就緒后，軋件將再次穿入精軋機組并且恢復完全連續的鋼卷生產。在整個清理期間，軋線將生產中板。

感應加熱爐設置于靠近精軋機組是為了保證精軋工藝要求的高入口溫度以及因緊湊設計減少熱損失和氧化鐵皮的產生。

在中板(板坯)的生產模式下生產厚度為110mm～10mm的中板(板坯)，可以通過擺式剪的剪切實現。在生產鑄坯厚度的板坯時，鑄坯的速度為0.1m/s，在擺式剪的可操作范圍內。

2.2.2 半無頭軋制模式

在ESP生產線末端的1#地下卷取機之前設置高速飛剪，用于在無頭軋制模式下生產厚度為0.8mm～4.0mm的熱軋帶鋼。對于厚度超過4mm的熱軋帶鋼，則用擺式剪或者轉轂飛剪將把中間坯按生產單個鋼卷的尺寸進行切分，由此ESP生產線進入半無頭軋制模式。切分后的中間坯將加速前行，以便和下一塊中間坯的頭部拉開一段較短的距離。切分成單卷規格的中間坯經過感應加熱爐加熱、除鱗并穿帶進入精軋機組軋制至成品規格、然后再經層流冷卻裝置冷卻即可獲得微觀結構均勻和機械加工性能良好的帶鋼，最后由地下卷取機卷成鋼卷。由于ESP生產線的緊湊設置，在半無頭軋制模式下，約75%軋制的過程仍處于連鑄機和地下卷取機、鑄坯、中間坯和帶鋼直接相連的狀態(類似無頭軋制模式)。只有切分后余下的軋制過程中，中間坯的精軋軋制速度和卷取速度會提高約30%～50%。

半無頭軋制模式用于生產厚度超過3.5mm的帶鋼，多用于軋程初期精軋機組燙輥，或者用于在生產計劃中臨時增加訂單的情況。

2.3 主要工藝設備及技術特點

ESP生產線主要工藝設備包括薄板坯連鑄機、大壓下粗軋機(HRM)、擺式剪、推出及垛板裝置(板材及引錠桿抽取)、轉轂剪、感應加熱裝置、夾送輥除鱗箱、精軋機、輸出輥道及層流冷卻裝置、高速飛剪、地下卷取機和鋼卷運輸系統。

2.3.1 薄板坯連鑄機

ESP生產線采用漏斗結晶器、連續彎曲連續矯直型連鑄機，具有以下特點：

1)高的鋼水流量：最高達6.5t/min；

2)超高的拉坯速度：最大拉速7.0m/min(鑄坯厚度80mm)；

3)靈活的板坯厚度：結晶器出口厚度90mm～110mm，扇形段出口厚度70mm～110mm；

4)智能結晶器：最大散熱達4MW/m2的結晶器快速冷卻；

5)窄面液壓調節，實現在線錐度和寬度改變；

6)渦流式結晶器液面控制系統；

7)結晶器專家系統提供的瞬態過程反饋；

8)液壓振動器最高450cpm，并具有在線振幅、頻率和波形變化的可能性；

9)電磁制動(EMBR)控制進入結晶器內的鋼水流動。在高的秒流量下工作時，EMBR 能有效控制進入結晶器內的鋼水流，因而實現更穩定的彎月面條件。EMBP由4個線圈組成，它們與磁芯和磁軛一起，產生磁場。帶鐵芯的線圈是可收縮的，因此可方便地對鑄流導向設備進行維護[3]；

10)采用動態輕壓下(DSR)、液芯大壓下(LCR)和二冷水動態調整技術，實現寬度方向溫度均勻，并且保持板坯角部高的溫度。

2.3.2 大壓下軋機(HRM)

由3架四輥不可逆式軋機組成，每臺軋機均配有上置式液壓AGC缸和工作輥彎輥裝置(WRB)，用于在精軋機最終軋制之前將連鑄板坯軋制成中間坯厚度。主傳動電機功率分別為3000kW、3000kW、5500kW，最大軋制壓力35000kN，連續運行最長可達12h。

2.3.3 擺式剪

用于將引錠桿從鑄流上分離開和鑄/軋工序開始和結束時，中間坯的來料剪切，剪切厚度8mm～110mm，最大剪切寬度1600mm，最小剪切溫度900℃。

2.3.4 推出及垛板裝置(板材及引錠桿抽取)

用于引錠桿、定尺生產和下游堆鋼等事故時鋼板的推出，可推出最長鋼板至約8m、最大鋼坯重量9t，堆垛臺最大提升重量70t。

2.3.5 轉轂剪

用于帶鋼分段，以及當下游出現事故時對中間坯進行剪切。可剪切中間坯速度：0.35m/s～1.35m/s，最大剪切中間坯規格25mm(厚)，1600mm(寬)，最小剪切溫度880℃。

2.3.6 感應加熱裝置

用于將中間坯加熱至軋制需求，由12段模塊化密封箱結構的感應線圈組成，每段模塊的功率為3MW，可將中間坯加熱至1120℃～1200℃。

2.3.7 夾送輥除鱗箱

通過高壓水除去中間坯上的氧化鐵皮，除鱗系統壓力為40MPa。夾送輥使進入精軋機F1的中間坯產生一個后張力。此外，夾送輥還防止高壓除鱗水噴出除鱗箱。

2.3.8 精軋機(FM)

由5架四輥不可逆式軋機組成，每臺軋機均配有液壓AGC、工作輥彎曲(T-輥彎塊、反彎)、工作輥竄動(Smart Crown，磨損補償)、動態工作輥冷卻及輥縫潤滑系統，從而實現對厚度范圍大產品的緊公差軋制，甚至是高強鋼，在單次全連澆下進行無頭帶鋼生產。

2.3.9 輸出輥道及層流冷卻裝置

用于將熱軋帶鋼從終軋溫度冷卻到帶鋼卷取溫度后輸送至高速飛剪。

2.3.10 高速飛剪

用于在無頭軋制模式下薄規格鋼帶的剪切，剪機為轉轂式飛剪。

最大切割速度：帶鋼厚度0.8mm，～13.25m/s(坯厚90mm，拉速7m/min)；

帶鋼厚度4.0mm，～2.75m/s(坯厚90mm，拉速7m/min)。

2.3.11 地下卷取機

采用全液壓四助卷輥地下卷取機，帶有踏步控制功能，用于對熱帶鋼進行卷取。

3 ESP生產線的優勢

3.1 投資成本優勢

ESP生產線為緊湊式短流程生產，精軋機組軋機間距為4.5m，從鋼包回轉臺的中心線到第二卷取機的中心線距離僅約180m，根據所生產最大產品規格的不同，生產線總長還有縮小的余地。表1為ESP生產線與常規熱連軋生產線長度的對比，以第一架粗軋機中心線到第一臺卷取機中心線的距離為計，由此可看出ESP生產線具有最小的空間占有率，這使得土建工程和鋼結構成本降低，同時在很大程度上減少了管道和電纜相互連接的工程量。

表1 ESP生產線與常規熱連軋生產線長度

注：RM表示粗軋機，FM表示精軋機，HRM表示大壓下軋機。

與一個年產約400萬t的傳統熱軋廠所需占地面積相比，一個年產230萬t到270萬t的ESP生產線的占地面積減少了50%。在沿海及其周邊建造鋼廠，往往占地面積受到限制，此時建造ESP生產線就更為合適。最低的空間要求使得ESP生產線能夠很容易滿足大多數工廠的現有配置，最大限度的減少了煉鋼車間物流帶來的影響[4]。

此外，ESP生產線無需設置加熱爐，減少了相應的設備和建設投資成本。

3.2 生產成本優勢

ESP生產線以其超高拉速在7min 內即可完成從鋼水直至地下卷取機的帶卷熱軋全連續生產，金屬收得率達98%，精軋機無頭尾損失，成材率高。表2為不同熱軋帶鋼生產線從鋼水到帶卷的生產成本對比[5]，由此可看出ESP生產線比其他熱軋帶鋼生產線的生產成本低約30%～50%。

表2 各類熱軋帶鋼生產線從鋼水到帶卷的生產成本

ESP生產線還具有較少的設備組成，連續化生產延長了消耗品和易損件的使用壽命，設備維護及備品備件成本也隨之降低。

3.3 產品優勢

ESP薄板坯連鑄機采用液芯大壓下(LCR)，可以降低鑄坯的宏觀偏析，而且鑄坯的高溫余熱可以使其充分再結晶，獲得細小均勻晶粒尺寸的原材料。軋制過程中連續澆鑄9～10爐鋼中間無頭尾，通過西門子自動化控制系統和感應加熱使全長帶鋼溫度均勻，其尺寸精度、平直度、性能均勻度均高于常規熱連軋水平。

采用無頭軋制工藝，穿帶次數少，可以避免精軋機組穿帶帶來的相關問題，因此可以大量生產厚度為0.8mm～1.0 mm的薄規格產品，以代替冷軋產品用于許多領域，包括厚度1mm、最大屈服強度315MPa的帶鋼；厚度1.2mm、最大屈服強度420MPa的帶鋼；厚度<2mm、最高強度達到700/800MPa高強度的帶鋼；厚度1.2/1.5m DP600/1000鋼帶，提高了產品附加值。據阿維迪&西門子介紹，薄規格可增值約6%～13%，高強度可增值約16%～24%。

目前日照鋼鐵擬續建的1450mm ESP生產線將開發生產厚度0.6mm的熱軋帶鋼，一旦開發成功將是“以熱代冷”的重大進步。

3.4 節能環保優勢

ESP工藝的澆鑄和液芯壓下工藝所遵循的原則是在最大通鋼量基礎上保持質量流量平衡和最低能量消耗。在帶鋼芯部仍處于軟化時軋制帶鋼，最大程度減少變形能的需求，實現了從鋼水到熱軋鋼卷生產的最佳能量平衡。

HRM初次壓下時直接利用連鑄坯高溫能量，提供反溫度曲線的優勢，由感應加熱器及時完成中間坯的加熱，并將加熱量最小化，在極限拉速下，感應加熱器能量輸入將降為零。在停機時，關掉感應加熱器即可做到零能源消耗。

圖2表示每生產1t熱軋帶鋼的工序能耗指標[6]，由此可看出ESP生產線能量消耗比傳統熱軋帶鋼生產線降低50%～70%。根據最終產品的不同， ESP生產線水消耗比最好的傳統生產帶卷方式降低60%～80%。

圖2 各熱軋帶鋼生產線工序能耗

EPS生產線為無加熱爐煙氣排放環境友好型生產線，其直接、間接的溫室和有害氣體(NOx和CO)排放較低，生產普通規格時僅為普通生產工藝的40%～50%，生產薄規格時為普通生產工藝的65%～70%[7]。

4 結語

ESP無頭帶鋼生產線能以低成本高效穩定生產極具附加值的薄規格產品，實現節能減排、提高板帶的組織性能穩定性、均勻性、成材率及板厚板形精度、實現部分“以熱代冷”，不僅可以為企業帶來巨大經濟效益，還有利于提高企業市場競爭力。目前我國在建有3條ESP生產線，計劃于2014年年底投產，在未來綜合過剩產能、鋼鐵企業聯合重組中還可以考慮ESP生產線的建設。

[1]Siemens receives FAC f or Arvedi ESP line [EB]. http://www.siemens.com.

[2]阿維迪ESP 廠產品范圍.重型機械，2011(5)：29.

[3]楊雄飛.ESP無頭帶鋼生產技術及其節能效果.世界金屬導報，2013年2月5日，第B04版.

[4]無頭帶鋼生產集成案例及生產成本.世界金屬導報，2010年8月24日，12-13.

[5]張志勤，高真鳳，何立波.ESP無頭連鑄連軋帶鋼工藝的創新與展望.煉鋼，2010，Vol.26(6)：70～73.

[6]M Steeper,G Hohenbiehler,R Shore，F Loew，J Ailwood，J Cullen. 鋼材軋機的綠色理念.世界鋼鐵，2011(1)：16-21.

[7]J Siegl，A Jungbauer，G Arvedi，F Mazzolar.阿維迪ESP(無頭帶鋼生產)-首套薄板坯無頭連鑄連軋生產結果.第七屆(2009)中國鋼鐵年會論文集，3-658-664.

ANewGenerationofHighEfficiencyandEnergySavingHot-RolledStripLine-ESPLine

Mao Yan

(MCC Capital Engineering & Research Incorporation Limited, Beijing 100176)

The productive capacity, product, processing flow sheet, equipments and advantage in investment, manufacture and energy conservation of ESP line were introduced. ESP line has achievement on high efficiency and stable production of highly value-added thin products with low cost, promoting microstructures uniformity and properties stability, improving thickness accuracy and profile quality and enhancing finished product rate, especially partly replacing cold-rolled sheet with hot-rolled thin stip. It can be used as the future development direction of hot strip rolling.

ESP-Endless strip processing Endless rolling Hot-rolled strip Energy conservation

毛燕，女，1984年出生，畢業于北京科技大學，工學碩士，工程師，現從事軋鋼工藝工廠設計工作

TG333.71

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.012

2014-05-28)