淺析螺紋鋼生產工藝技術及發展趨勢

王 健

（河鋼股份有限公司唐山分公司）

0 引言

我國作為鋼鐵生產大國，自2016年以來，鋼鐵行業供給側結構性改革取得了新突破，“三去一降一補”成效顯著，優質產能作用得到充分發揮，產能利用率基本恢復到合理區間，企業效益明顯好轉。

2019年1～10月，全國粗鋼產量為82 921.5萬噸，同比增長7.4%，在去產能舉措的推進之下，我國鋼材市場狀況痛癥有所緩解，粗鋼產能利用率已回歸到80%以上的合理區間，2016年以來，我國消減鋼鐵產能1.5億噸以上，是全球消減鋼鐵產能的114%。全行業2016年扭虧為盈，2017年效益大幅增長，2018年達到歷史最好水平，2019年1～9月，中鋼協會員鋼鐵企業銷售收入3.18萬億元，同比增長11.6%，實現利潤總額1 466億元，同比下降32%，銷售利潤率4.6%，較上年同期下降3個百分點[1]，螺紋鋼作為國民基礎建設的重要材料,其發展和控制水平受到了社會的廣泛關注，通過技術創新，螺紋鋼企業的生產工藝不斷優化,實現了產品升級,對我國基建行業的發展具有重要意義。

1 中國螺紋鋼企業發展的內外部環境

國家經濟政策走向對鋼材消費將產生較大的影響，中國經濟由高速增長階段轉向高質量發展階段，對鋼材需求由量變轉向質變，而污染防治和供給側結構性改革將對鋼鐵企業產生較大的影響。

1.1 螺紋鋼企業的外部環境分析

螺紋鋼產品的使用主要集中在房地產和基建，在供給側結構性改革之前，下游需求作為主導因素影響著螺紋鋼的價格，供給起到了推波助瀾的作用；在供給側結構性改革之后，市場越來越多地關注唐山等鋼廠集中度較高的區域，以環保限產、復產政策以及去庫存化程度來判斷螺紋鋼價格的漲跌，供給似乎成為螺紋鋼價格的主導因素。

1.1.1 復雜多變的國際形勢

當前全球經濟增長放緩，外部不穩定、不確定因素增多，國內周期性問題與結構性矛盾疊加，經濟下行壓力持續加大，受中美貿易摩擦、國際市場反傾銷和國內價格好轉的影響，2019 年我國鋼材出口繼續減少。

1.1.2 螺紋鋼下游產業

螺紋鋼作為工業品，需求一直是影響其價格走勢的關鍵因素，而房地產行業作為螺紋鋼最重要的下游行業，從 2019 年螺紋鋼市場需求來看，55%以上的螺紋鋼都用于房地產行業，基建所消耗的螺紋鋼占總產量的20%～30%。因此，研究房地產周期的客觀波動規律，能更好地預測房地產行業的走向，也能更好地判斷螺紋鋼的需求情況和價格變動。研究發現：歷史上房地產投資的同比增速與螺紋鋼期價之間存在高度正相關關系，國家金融與發展實驗室報告稱：2019年前三季度新建住宅銷售價格和二手住宅銷售價格月度環比漲幅明顯回落，2019年1～10月，全國房地產開發投資109 603億元，同比增長10.3%，增速比1～9月回落0.2個百分點，其中，住宅投資80 666億元，增長14.6%，增速回落0.3個百分點，前三季度，滬深兩市共142家上市房企總營收合計為15 052.3億元，同比增長22.04%，增速較2018年同期減少5.02個百分點；歸母凈利潤合計為1 440.63億元，同比增長12.52%，增速較2018年同期大幅減少19.56個百分點，預計2019年房地產行業消耗的螺紋鋼比例與 2018 年相比下降10%左右[2]。

1.2 螺紋鋼企業的內部環境分析

當前我國螺紋鋼企業無論是在企業的資源方面還是企業的生產能力方面尚處于積累階段，由于新國標的執行，各大螺紋鋼企業均面臨生產轉型的陣痛，企業的核心競爭力尚且不足，并沒有形成一定的品牌優勢以及生產技術優勢，利潤空間逐步被壓縮，使得螺紋鋼企業的財務狀況發展趨勢不容樂觀，再加上螺紋鋼產品的生產種類較低，生產線較少，使得我國螺紋鋼企業的產能普遍較低，并不能夠形成規模優勢。2019年，電爐鋼產能釋放和環保限產，電爐產能釋放對螺紋鋼的增加量為 500 萬t左右，因而造成了當前我國螺紋鋼企業的內部環境不容樂觀[3]。

2 螺紋鋼生產企業新技術

2.1 螺紋鋼生產企業新技術

基于棒線材短流程“低成本、高效率”的核心理念，針對棒線材螺紋鋼筋產線，有以下發展趨勢。

2.1.1 以直軋技術為代表的短流程生產模式

連鑄坯直接軋制包含三種情形：（1）常規加熱爐和感應加熱方式同時存在；（2）無常規加熱爐，僅通過感應加熱方式給連鑄坯補溫；（3）不采取任何加熱措施，而是利用連鑄坯自身的溫度直接進入軋機進行軋制。

無加熱直接軋制工藝的技術核心是在連鑄切割區，讓切割點位于凝固臨界點，將常規的切割點前移，提高連鑄坯自身溫度。如果直供輥道較長，可以加保溫罩，確保鋼坯到軋機入口的平均溫度能夠達到1 000 ℃左右，滿足軋制要求。國內的宣鋼、陜西鋼鐵、廣西盛隆等均已實現直軋生產工藝，直軋工藝在顯著降低生產成本的同時，對鋼坯質量、生產管理等方面提出了更高的要求，直軋實踐證明：100%無缺陷鑄坯是難以實現的，加上受鋼軋匹配、生產調度等因素影響，實際生產中多少存在一些下線冷坯，所以在生產流程與加熱爐使用安排上，應予以考慮。

2.1.2 以無頭軋制技術為代表的高效生產模式

無頭軋制技術EWR（Endless Welding Rolling）是在鋼坯軋制過程中，用移動式焊機在加熱爐與第一道粗軋機之間，將進入第一道粗軋機的鋼坯的尾部與剛剛從加熱爐出來的鋼坯頭部對接起來，從而實現鋼坯在連軋機中的連續軋制。該技術由于消除了兩根相鄰軋件之間的間隙時間，作業率提高3%以上，省去了軋件的切頭切尾，成材率比常規生產提高1%左右，減少了溫度較低的軋件頭、尾部分對軋輥和導衛裝置的頻繁沖擊，減少了軋輥磨損，有利于軋機及其傳動裝置的平穩運轉，但是要求鋼坯表面質量和斷面幾何形狀的一致性必須穩定，否則焊機難以適應。這也是影響無頭軋制技術推廣的最大限制因素，目前國內新疆八一鋼廠、漣源鋼廠、邢臺鋼廠已實現了無頭焊接的連續軋制[4]。

2.2 以細晶粒技術為代表的低成本生產模式

2.2.1 高線細晶盤螺

與普通熱軋帶肋鋼筋相比，細晶粒鋼筋要求在控軋和控冷工藝條件下實現晶粒度不粗于9級，且不得有影響使用性能的其他組織（如基圓上出現的回火馬氏體組織）存在，達到細晶粒鋼筋的這兩個條件必須設計合理的軋制工藝參數。

石橫特鋼高線以普通碳素結構鋼Q215B化學成分為基礎，適當提高C含量，利用控軋控冷工藝在高速線材生產線上完全能夠生產出符合國標要求的HRBF400細晶粒鋼筋。與采用Q235鋼生產HRBF400相比，由于Mn含量降低0.20%且不加V（普通抗震盤螺V含量0.027%），該細晶粒鋼筋具有更好的經濟性，噸鋼成本降低35元/t。

2.2.2 棒材低溫軋制

國內棒材采用低溫軋制技術已呈發展趨勢，低溫軋制就是將鋼坯加熱到低于常規加熱溫度。在低于常規熱軋溫度下進行的軋制，更確切的說是中溫軋制，其主要目的是為了大幅度降低坯料加熱所耗燃料、減少金屬燒損。

采用900 ℃左右低溫軋制，與1 050 ℃常規軋制相比，燃耗成本可降低15元/t。連鑄坯加熱時的氧化鐵皮明顯減少，燒損下降了0.2%左右，可降低成本5.5元/t。但是，降低軋制溫度，軋機能耗要上升，軋機電耗上升幅度平均為15%，軋機噸鋼電耗上升8 kWh/t，總體平衡后，噸鋼可節約能源16元左右。

2.2.3 棒材控軋控冷細晶粒生產技術

鋼筋混凝土用鋼第2部分熱軋帶肋鋼筋（GB/T l499.2—2018）標準中定義：細晶粒熱軋鋼筋即在熱軋過程中，通過控軋和控冷工藝形成的細晶粒鋼筋，其金相組織主要是鐵素體加珠光體，不得有影響使用性能的其他組織(如回火馬氏體)存在，晶粒度不粗于9級，采用細晶粒生產工藝是新一代鋼鐵生產技術的重要發展方向，近年來超細晶理論及其應用技術已取得突破性進展，各鋼廠在降低微合金加入量的基礎上考慮“水代合金”生產細晶粒鋼筋的低成本生產方案，通過控軋控冷工藝獲得超細組織，在不增加合金含量的基礎上大幅提高鋼材性能，其特點是在提高強度的同時，還能保持韌性和塑性不降低。因此，挖掘細晶強化潛力、提高產品檔次、降低成本，逐步成為各企業技術創新的方向和普遍采用的技術路線，其主要原理為：在穩定奧氏體區域或亞穩定區域內進行軋制，然后控制冷卻，以獲得細晶粒鐵素體與珠光體組織，進而提高鋼的強度和韌性。目前，國內的首鋼水鋼、陜西龍門鋼鐵、東華鋼鐵、鑫達鋼鐵等均具備細晶粒鋼生產技術。

2.2.4 以多線切分技術為代表的高產模式

當前國內熱軋帶肋鋼筋主流切分工藝為：10螺12螺四線切分，14螺16螺三線切分，18-22螺兩線切分。國內各鋼企已能夠實現2～4線切分穩定生產，5線6線切分也有嘗試。我國的多線切分技術已走在世界前列，首鋼水鋼、山東石橫特鋼、新余鋼鐵、新疆八鋼等在螺紋鋼切分生產中實現了規格產量提升，按照全規格平均日產提高30%計算，噸鋼成本可降低8～10元。

2.3 未來棒線材產線建設方案

近幾年來，棒線材領域的新技術、新工藝發展迅猛，各大高校、企業紛紛開展節能降耗、低成本高效率等方面的研究和轉化，國內新上的一些棒線材產線在規劃設計時都會積極探討或投入諸如鋼坯直軋、無頭軋制、高速棒材等新技術，使棒線材發展呈現出日新月異的勢頭，始終屹立于鋼鐵技術的前沿。

基于棒線材短流程“低成本、高效率”的核心理念，針對棒線材螺紋鋼筋產線提出建設方案，具體見表1。

表1 基于短流程理念的棒線材產線建設

3 螺紋鋼發展方向展望

3.1 新材料技術在棒材生產中的應用

隨著新材料和新工藝的不斷發展，對現代軋機和軋輥的設計以及使用產生了巨大的影響，高生產率和熱能的充分利用是今后發展的目標。為了極大限度地提高軋機生產效率，新一代軋輥工藝材料越來越多被用于現代軋機，如：高速鋼、高硼高速鋼、碳化物、粉墨合金等等。新型材料軋輥不僅耐磨性好，而且膨脹系數大、導熱性好、淬透性好，尤其是高溫時的紅硬性。新型材料軋輥與傳統軋輥相比，單槽過鋼量高，節省了換輥、換槽時間，提高了軋機作業率，減少了軋輥消耗，降低了生產成本，尤其在軋制棒材和螺紋鋼時對負偏差控制十分有利，從而提高了鋼廠的綜合效益[5]。

3.2 產業鏈的延伸與控制

為加強客戶粘性并確保將可靠、一流、高質量的產品交付給客戶，通過關聯及合作的深加工企業，在銷售半徑范圍內組建裝配式住宅、鋼筋深加工等工廠，進行來料加工、定制化生產，實現工地螺紋鋼批量折彎、攻絲等，減少工地鋼筋加工棚工作強度及出現的質量問題，通過控股或參股下游產業鏈，不僅牢牢地抓住了客戶的“胃”，更可直接快速地了解客戶的需求，并對自身的生產和研發體系形成了良性的驅動作用[6]。

3.3 智能制造和自動控制的應用

新一代信息技術將重塑包括鋼鐵行業在內的眾多傳統產業，通過信息化、智能化改造可以有效提升企業的能源管控水平和降低污染物排放量，從而助推行業綠色發展。鋼鐵行業是自動化程度較高的流程行業，擁有豐富的應用場景，工業互聯網特別是5G 技術在推動鋼鐵行業智能化改造方面前景廣闊，螺紋鋼企業應用比較成熟的自動控制技術有：自動化煉鋼、加熱爐自動燃燒、TMCP精確控制系統、智能天車入庫管理等。

3.4 下游產業變革促使螺紋鋼生產銷售模式轉變

國家正在全國范圍大力推廣裝配式住宅，制定了一系列裝配式住宅設計、施工、驗收規范，提出用 10 年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到 30%，解決了傳統建筑方式普遍存在的滲漏、不隔音、不隔熱、精度差等 “質量通病”，而施工周期僅為傳統建筑方式的1/3左右，高層建筑含精裝修可在一年以內全部完成；時間短，用人少，綜合成本降低，真正可控。裝配式住宅技術具有施工組配效率高、預制構件精度高、住宅質量有保證等優點，同時又符合“節能環保，綠色生活”的主題，將成為我國建筑領域的新熱點、新應用，有廣闊的應用前景，這為高強和大規格螺紋鋼發展提供了發展機遇。

3.5 發揮標準作用，助鋼鐵工業高質量發展

近年來，國家相繼發布了《工業綠色發展規劃（2016—2020年）》《鋼鐵工業調整升級規劃（2016—2020年）》等文件，推動行業轉型升級、綠色化發展。創新發展是構建高質量鋼鐵工業的必然要求，而標準能夠高度提煉科研創新成果，可作為創新發展的引領力和推動力，有助于科技成果轉化為生產力。“標準化+”的門檻效應，可在推動去產能、去庫存、去杠桿、降成本、補短板過程中發揮技術支撐作用。

4 結束語

在鋼鐵行業供給側結構性改革的推動下，螺紋鋼企業通過淘汰落后產能，提倡采用先進產能和節能環保，鼓勵電爐鋼發展的產能置換，使得螺紋鋼新產線的工藝技術得到巨大發展；下游行業的需求變化對螺紋鋼市場的發展也產生了深遠影響，隨著國家京津冀協同發展、長三角一體化發展、粵港澳大灣區建設、扎實推進雄安新區和長江經濟帶建設等國家基建項目的推進，2020年螺紋鋼需求將同比增加2%左右，因此，如何在滿足產品質量的前提下，實現成本、利潤及智能化的創新突破，將是螺紋鋼生產企業永恒的主題。