不銹鋼冷軋裝備的發(fā)展趨勢(shì)分析

董偉明，孟文華

中國(guó)的不銹鋼生產(chǎn)規(guī)模在近十幾年得到快速發(fā)展，不銹鋼粗鋼產(chǎn)量從2000 年的173 萬t 上升至2019 年的3 185.1 萬t，19 年間共增加3 012.1萬t；不銹鋼表觀消費(fèi)量從2000 年的60 萬t 上升至2019 年的2 804.9 萬t，19 年間共增加了2 744.9 萬t，一直保持了高速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。其中不銹鋼板帶約占總量的70%左右（見圖1）。

隨著不銹鋼產(chǎn)量的大幅增加，冷軋產(chǎn)品規(guī)格的薄化，相應(yīng)的不銹鋼冷軋生產(chǎn)工藝裝備也隨著向大型化、專業(yè)化、高效化方向發(fā)展。

1 傳統(tǒng)不銹鋼冷軋工藝過程

1.1 傳統(tǒng)不銹鋼冷軋工藝流程

傳統(tǒng)不銹鋼冷軋工藝流程：熱軋黑卷→熱線退火酸洗→單機(jī)架多輥軋機(jī)可逆軋制(以廿輥為代表，還包括十二輥、偏八輥等) →冷線退火酸洗→平整→拉矯→剪切→包裝。

1.2 傳統(tǒng)工藝及裝備的特點(diǎn)

（1） 單卷卷重小，一般情況均在10 t 左右。

圖1 中國(guó)不銹鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)狀況

（2） 裝備產(chǎn)能低，熱線產(chǎn)能在20～30 萬t；單臺(tái)軋機(jī)產(chǎn)能在10 萬t 以下；冷線產(chǎn)能在20 萬t 左右。

（3） 產(chǎn)品規(guī)格以1 219 mm 為主，裝備配置一般最寬為1 320 mm；冷軋產(chǎn)品厚度一般為0.3～3.0 mm。

（4） 各工序均為獨(dú)立的工藝過程，導(dǎo)致產(chǎn)能低、投資高、占地面積大、綜合生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品生產(chǎn)周期長(zhǎng)、冷軋全工序生產(chǎn)成本高。

2 不銹鋼冷軋工藝及裝備的新發(fā)展

隨著不銹鋼需求量的快速增長(zhǎng)，冷軋裝備設(shè)計(jì)制造水平不斷提高，電氣傳動(dòng)及自動(dòng)化控制能力不斷增強(qiáng)，工藝技術(shù)與裝備能力得到更快發(fā)展。

2.1 不銹鋼熱軋帶鋼退火酸洗線

冷軋前不銹鋼板卷需要進(jìn)行退火酸洗以調(diào)整材料性能，清除氧化鐵皮以利于進(jìn)行冷軋。

新建不銹鋼熱軋帶鋼退火酸洗線（以下簡(jiǎn)稱：熱線） 向規(guī)模更大、規(guī)格范圍更廣的方向發(fā)展，主要表現(xiàn)為：

（1） 產(chǎn)能100～150 萬t。

（2） 厚度范圍2.5～16.0 mm；寬度范圍1 250～2 400 m。

（3） 關(guān)鍵工藝設(shè)備大型化，超長(zhǎng)退火爐、超長(zhǎng)酸洗設(shè)備、大型破鱗機(jī)、拋丸機(jī)得到成功應(yīng)用。

（4） 厚度更薄、速度更快。機(jī)組工藝速度達(dá)到120 m/min 以上，年產(chǎn)量達(dá)到100 萬t 以上。

新建熱線向集成化方向發(fā)展（見圖2），主要表現(xiàn)為：

（1） 熱線入口集成多機(jī)架冷軋機(jī)，可提供更薄規(guī)格的熱軋產(chǎn)品。

（2） 全線自動(dòng)化、智能化水平不斷提高，為工廠智能化提供基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)。

（3） 全線張力精度、速度精度的控制水平不斷提高。

（4） 為了用單一生產(chǎn)線生產(chǎn)更多品種的產(chǎn)品，部分企業(yè)采用熱/冷混合線的工藝方案，雖然設(shè)備投資相對(duì)較低，但設(shè)備利用率、機(jī)組總體效率均偏低，冷帶產(chǎn)品質(zhì)量較差。

圖2 集成兩機(jī)架冷軋機(jī)的熱線

2.2 冷軋工藝及裝備

隨著產(chǎn)能大幅提高，不銹鋼冷軋工藝技術(shù)由傳統(tǒng)的單機(jī)架軋制向冷連軋發(fā)展，形成以冷連軋為主，專業(yè)化的單機(jī)架為輔助的軋制模式。隨著不銹鋼規(guī)模的不斷擴(kuò)大，冷軋裝備發(fā)展出現(xiàn)明顯趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為：

（1） 冷軋工藝的發(fā)展

由單機(jī)架多用途軋制向?qū)I(yè)化軋制方向發(fā)展，即用單機(jī)架二十輥軋機(jī)生產(chǎn)精密薄帶，而用多機(jī)架十八輥連軋生產(chǎn)寬規(guī)格的厚帶，產(chǎn)量均有較大提高。多機(jī)架冷連軋機(jī)中，十八輥冷連軋機(jī)由四機(jī)架發(fā)展到五機(jī)架、六機(jī)架，六輥冷連軋機(jī)由五機(jī)架發(fā)展到六機(jī)架、七機(jī)架。

（2） 冷連軋機(jī)組主要特點(diǎn)和基本形式

根據(jù)品種的不同，不銹鋼冷連軋機(jī)可以選擇十八輥或六輥冷軋機(jī)為基本機(jī)型。目前，獨(dú)立的不銹鋼冷連軋生產(chǎn)線有四機(jī)架、五機(jī)架、六機(jī)架三種配置方案。冷軋厚度8.0 mm；寬度2 400 mm；軋制精度可達(dá)到±0.5%或更好；板形精度達(dá)到6～8 IU；軋制力和軋制速度的控制精度不斷提高；軋機(jī)二級(jí)數(shù)學(xué)模型不斷完善，設(shè)定精度明顯提高。

由于二十輥軋機(jī)輥縫開口度小，難以實(shí)現(xiàn)快速換輥，用于冷連軋時(shí)會(huì)帶來很大不便，所以目前全世界只有一套二十輥軋機(jī)冷連軋機(jī)組投入實(shí)際生產(chǎn)（見圖3）。

圖3 廿輥冷軋連軋機(jī)組

十八輥冷軋機(jī)克服了二十輥軋機(jī)的不足，又兼有小直徑工作輥的優(yōu)點(diǎn)，目前已成為不銹鋼冷連軋機(jī)的首選機(jī)型，機(jī)架數(shù)量根據(jù)產(chǎn)品需求可選擇4～6機(jī)架的配置方案（見圖4）。

圖4 不銹鋼專用十八輥冷連軋

隨著不銹鋼冷軋生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，裝備設(shè)計(jì)制造水平不斷提高，通過進(jìn)一步提升設(shè)備自動(dòng)化水平、信息化管理及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性，多流程、多工序集成的專業(yè)化冷軋生產(chǎn)線已成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。

例如：RPA 生產(chǎn)線，熱軋“白卷”上線后，通過全連續(xù)冷連軋+退火+酸洗+平整+拉矯+切邊的聯(lián)合機(jī)組模式（RPA 線） 生產(chǎn)出可直接包裝出廠的2B 不銹鋼冷軋卷，節(jié)省投資、減少占地面積、提高生產(chǎn)效率與成材率、降低生產(chǎn)成本（見圖5）。

圖5 高集成度RPA 線

RPA 線主要特點(diǎn)：

①根據(jù)產(chǎn)品品種不同，可選擇不同機(jī)型的冷連軋機(jī)，配置適應(yīng)的退火酸洗段。如400 系鐵素體不銹鋼可選擇六輥軋機(jī)，而300 系奧氏體不銹鋼選擇十八輥軋機(jī)；連軋機(jī)可采用5～6 機(jī)架六輥或Z-Hi、X-Hi、S-6 等機(jī)型。

②按產(chǎn)品定位，可選擇乳化液或礦物油為軋機(jī)潤(rùn)滑介質(zhì)。通常為了避免軋機(jī)區(qū)失火的風(fēng)險(xiǎn)，更多選擇乳化液作為軋機(jī)潤(rùn)滑介質(zhì)。實(shí)踐證明，合理配置乳化液系統(tǒng)，選擇合適的乳化液品種，完全可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的不銹鋼冷軋產(chǎn)品。

③充分考慮未軋制段或半軋制段各自的處理方法，如爐內(nèi)增加垂度、平整、拉矯不可直接處理、切邊超厚等，取得良好的應(yīng)用效果。

④焊接質(zhì)量要求高。由于焊接時(shí)間緊、焊縫質(zhì)量要滿足連軋機(jī)軋制及其后通過多次反復(fù)彎曲，順利通過退火酸洗等環(huán)節(jié)的要求，為此通常配置激光焊機(jī)。

⑤為實(shí)現(xiàn)冷連軋機(jī)區(qū)域內(nèi)的板形控制與跑偏控制，配置有自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及控制模型。

⑥在超長(zhǎng)的爐子區(qū)和酸洗區(qū)實(shí)現(xiàn)高精度帶鋼張力與速度控制，具有較快的響應(yīng)性能。

⑦平整與拉矯在線集成，并合理分區(qū)配置。

⑧高故障率設(shè)備連續(xù)切邊剪能夠在線可靠運(yùn)行，解決在線切邊不能穩(wěn)定使用的難題。

對(duì)于中寬帶及窄帶冷軋也可以采用6 架六輥UCM 軋機(jī)或7 架四輥強(qiáng)力軋機(jī)連軋模式，設(shè)備制造相對(duì)容易，維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量可以滿足一般需求，但能耗相對(duì)較高，帶鋼表面質(zhì)量、板形、厚差難以提高。

（3） 單機(jī)架可逆冷軋機(jī)組特點(diǎn)和形式

單機(jī)架冷軋組由傳統(tǒng)的四輥、六輥、偏八輥、十八輥逐漸演變成以二十輥軋機(jī)為主，極少數(shù)寬規(guī)格厚板采用S6 十八輥軋機(jī)的模式（見圖6）。

2.3 冷軋主機(jī)的主要機(jī)型

由于不銹鋼板帶生產(chǎn)中軋制變形抗力大，產(chǎn)品厚差及板形精度要求高，表面質(zhì)量要求嚴(yán)格，所以對(duì)設(shè)備選型有較高的要求，各種機(jī)型經(jīng)過幾十年的應(yīng)用和發(fā)展，主流機(jī)型逐漸演變成二十輥和十八輥軋機(jī)。

（1） 二十輥軋機(jī)

二十輥機(jī)型也由牌坊式、整體式、四立柱式等逐漸演變成整體式和四立柱式(見圖7)，其中整體式因精度高、剛度好、操控容易、備件資源豐富而得到極大地發(fā)展。

（2） 十八輥軋機(jī)

十八輥軋機(jī)主流機(jī)型主要有Z-Hi、X-Hi 和S-6 三種（見圖8～10），Z-Hi 和X-Hi 軋機(jī)由于制造精度要求高，機(jī)型穩(wěn)定性好，控制環(huán)節(jié)相對(duì)少，生產(chǎn)出的產(chǎn)品精度更高，已成為首選機(jī)型。

圖7 常用二十輥冷軋機(jī)機(jī)型

圖8 Z-Hi 十八輥冷軋機(jī)

圖9 X-Hi 十八輥冷軋機(jī)

圖10 S-6 十八輥冷軋機(jī)

2.4 不銹鋼冷軋帶鋼退火酸洗線

為適應(yīng)不銹鋼冷軋產(chǎn)量的提高與規(guī)格范圍的擴(kuò)大，不銹鋼冷軋退火酸洗線（以下簡(jiǎn)稱：冷線） 有了較快發(fā)展（見圖11）。

（1） 規(guī)格范圍更大，產(chǎn)能更高

不銹鋼冷線單線產(chǎn)能已達(dá)到70 萬t/年，產(chǎn)品厚度范圍達(dá)到0.4～8.0 mm，寬度最大2 100 mm。

（2） 工藝速度更高

目前，不銹鋼冷線的工藝速度已達(dá)到200 m/min，產(chǎn)品厚度范圍為0.2～2.0 mm，寬度最大為1 320 mm，產(chǎn)能達(dá)到60 萬t/年以上。

（3） 功能集成更多

為了提高效率，將平整機(jī)、拉矯機(jī)集成在冷線上，也成為當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)。平整+拉矯的在線配置也出現(xiàn)了不同的設(shè)置方法，一是按出口段配置的方法，二是按工藝段配置的方法。其中，前者應(yīng)用較多，但在高速冷線時(shí)，酸洗出口活套大幅增加，同時(shí)，由于平整與拉矯最高速度需要跟隨卷取速度，既增加平整與拉矯的功率，也增加了加減速的操作頻次；而后者則將活套分開，減小了單活套的長(zhǎng)度，相對(duì)減小了平整與拉矯的功率，減少加減速的操作頻次，所以后者的工藝與配置更加合理。

（4） 控制水平要求更高

由于產(chǎn)能更高，工藝速度更快，導(dǎo)致冷線爐區(qū)與酸洗段的長(zhǎng)度也大幅增長(zhǎng)，對(duì)工藝段張力與速度控制，爐區(qū)與酸洗段對(duì)應(yīng)的帶鋼垂度穩(wěn)定控制等要求也相應(yīng)提高，而為了保證產(chǎn)品性能與表面質(zhì)量，在線檢測(cè)、控制等方面采用高精度穩(wěn)定控制技術(shù)。

3 結(jié) 語

隨著不銹鋼冷軋產(chǎn)品的需求量快速增長(zhǎng)，產(chǎn)品規(guī)格、品種需求的多樣化，裝備水平與控制水平的不斷提高，為了增強(qiáng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的竟?fàn)幜Γ讳P鋼冷軋工藝技術(shù)近年來得到長(zhǎng)足的發(fā)展，大型化、專業(yè)化、集成化成為越來越多不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)的追求目標(biāo)，筆者建議企業(yè)應(yīng)該根據(jù)各自的特點(diǎn)與發(fā)展目標(biāo)，確定最適合自己企業(yè)的工藝方案。