05棒线材节能减排降成本轧制技术

NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China1棒线材节能减排降成本轧制技术东北大学刘相华2015年6月25日湖北宜昌节能减排轧制新技术讲座NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China2内容提要1.技术背景和发展趋势2.全线温度制度优化—向轧件温度要效益--提高铸坯温度--降温轧制3.化学成分优化—向合金元素要效益4.棒线材免加热直接轧制技术5.结束语关键词：几粒芝麻（铸坯提温、低温轧制）一个西瓜（免加热直接轧制）NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China31技术背景和发展趋势钢铁产能已严重过剩，钢材价格一路下跌，竞争越来越激烈通过节能减排来降成本成为企业走出困境的必由之路现场调研发现：•钢厂节能降耗，就像海绵里的水，只要去挤，总是有的•从能耗物耗的重点部位入手，节能减排大有可为能耗--重点部位：耗能大户加热炉物耗--重点部位：减少合金元素添加量NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China4现有轧钢生产工艺存在的问题：•能量陷阱（高温坯料冷却下来再加热，带来能量损失）•解决问题的思路：利用好钢水、钢坯中的余热2全线温度制度优化—问题与解决方法温度时间铸坯的温度履历连铸机加热炉轧机能量陷阱NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China5用Ni表示各种工艺需要加热炉补充的热量，N1N2N3,N4=0N1：冷装炉需补热～40kg标煤/吨钢，N2：常规热送热装～20kg标煤/吨钢N3：高温热送降温轧～15kg标煤/吨钢，2全线温度制度优化—问题与解决方法温度时间N3N1∆T1N2∆T2余热利用示意图N413421冷装炉热轧2常规热送热装3高温热送降温轧4免加热直接轧制介绍二个值得关注的数据：∆T1：铸坯提温～100℃(3.3kg标煤/吨钢)∆T2：降温轧制～50℃(1.7kg标煤/吨钢)NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China62全线温度制度优化—加热炉节能NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China7提高铸坯温度技术措施—1提高热装炉温度现场经验表明，切断点处的温度可提高200℃由900℃提高到1100℃，不发生漏钢事故。NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China8提高连铸坯温度的三个措施：提高拉速（POSCO薄板坯拉速已达～7m/s以上）减少冷却水加保温罩前提：不能出现漏钢事故和裂纹等缺陷炼钢与轧钢产量匹配、距离适当技术支撑：对凝固过程的数值模拟凝固终点与坯壳厚度预报技术措施—1提高铸坯温度NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China9二冷区凝固壳厚度变化与切断处温度分布的数值模拟结果技术措施—1提高铸坯温度NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China10二冷区配水参数优化•建立二冷配水与坯壳厚度关系模型h(x)=2h0-〔αφ（Q0，x）+βψ（Qw，x）+γφ（Qa，x）〕φ（Q0）、ψ（x）和φ（x）分别为各区水冷强度和对坯壳厚度的影响项•按照数学模型调整二冷水阀门组态开关开口度技术措施—1提高铸坯温度NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China11连铸坯温度的反馈控制•为了保证切断点处的连铸坯温度，进行温度闭环控制•根据表面温度来控制二冷区冷却水阀门组态•表面温度的软测量：根据相关实测值预报，用实测温度矫正温度偏差上限值，增水温度偏差下限值，减水温度控制策略•设定温度控制上下限•温度高于上限--加水•温度低于下限--减水•温度在上下限之间，维持现有状态不变实测温度阀门组态控制量钢坯温度实测值2钢坯温度设定值冷却水阀门组态初始值控制算法43156789连铸坯温度闭环控制原理图1结晶器；2冷却1区；3冷却i区；4冷却n区；5坯壳；6液芯；7测温仪；8可编程控制器（PLC）；9工控机NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China12连铸坯温度的反馈控制二个漏钢危险点：1结晶器出口；2切断处防止漏钢的措施：•结晶器出口--根据数学模型控制坯壳厚度•切断点--设定安全距离L保证切断点之前已经完全凝固134562789L10连铸过程坯壳厚度与安全距离示意图1中间包；2钢水；3浇注水口；4保护渣；5结晶器；6二冷区；7坯壳；8液芯；9凝固终点；10切断点；11切断后铸坯防止漏钢的措施NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China13连铸坯温度的反馈控制根据上述技术思路，开发了嵌入式铸坯温度控制系统，其特点是：•构建基于工控机和控制箱的简易独立硬件结构•基于数值模拟的模型嵌入式软件固化在工控机•与现有铸机控制控制系统联网通讯•可设定安全距离、目标温度上下限等•目前有二个版本：为铸坯提温提供了一个简单实用的解决方案！嵌入式铸坯温度控制系统铸坯温度控制系统V.2.0（闭环）温度控制系统V.1.0（开环）操作指导系统屏幕控制器信号输出NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China14降低出炉温度，势必影响开轧温度，普碳钢现行的开轧温度：•中厚板和热连轧：1150-1200℃•热轧普通螺纹钢：1050-1100℃•低温轧高速线材：750-950℃思考和回答（4个不一定）：•现行的不一定都是合理的；习惯的不一定都是不变的；•学来的不一定都是先进的；可行的不一定都是优化的。随着时间、地点、条件的变化需要重新审视，需要对开轧温度进行优化技术措施—2降低出炉温度引起思考的问题：钢种成分都差不多，温度差别怎么那么大呢？NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China15近30年轧制技术发生了哪些重大变化：•炼钢的手段大幅度提升，炉外精炼（LF、RH等）普遍采用--钢水质量明显改善，窄成分控制、有害杂质控制……•轧钢的能力大幅度提升--普遍采用大功率强力轧机（轧制力：～20kN/mm，功率：～2kW/mm)--普遍配备了大流量加速冷却装置，具备较强的控轧控冷能力--已经从根本上改变了设备落后面貌--多项指标达到了国际先进水平•加热炉的控制水平提高--轧件头中尾的温差减小--出炉温度的命中率提高技术措施—2降低出炉温度这就为降温轧制提供了良好的外部条件！NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China16对出炉温度进行优化的方向，从节能减排的角度来看，就是要降低出炉温度即使30年前开轧温度1150-1200℃是合理的，现在看来它不是最优的降温轧制需要考虑的几个主要因素：•降温幅度有多大？•变形抗力增加，轧机能力够不够？•轧机电耗增加，总账合不合算？•对产品性能有什么影响？能不能满足要求？•有没有在哪个现场应用的实践经验？技术措施—2降低出炉温度要往下降！12001100？NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China17降温幅度：•中厚板和热连轧：50-100℃（由1150-1200℃，降到1080-1150℃）•热轧普通螺纹钢：50-150℃（由1050-1100℃，降到900-1000℃）降温50-100℃将导致变形抗力增加15-30%，这将导致：•轧制力、力矩同比例增加•轧制电耗相应增加•需要进行校核-轧制力-传动系统（轧辊、接轴、齿轮箱）-电机过载情况（瞬时过载和发热校核）-必要时重新进行各个道次的负荷分配技术措施—2降低出炉温度温度影响函数与温度之间的函数关系NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China18技术背景：•人们的思维定势：宁可保守，绝不冒险•过渡安全：造成资源、能源、能力的浪费--举例：7000t轧制力，限幅在4000t--只有个别道次能接近，大多数达不到•目前轧机负荷分配不均匀是常态，有潜力可挖负荷裕量优化分配的学术思想：•减轻危险道次负荷，分配到低负荷道次•使各个道次的负荷裕量尽可能接近均匀•保证降温轧制后，仍能满足允许的过载条件•优化后强力轧机一般都能够满足降温轧制要求技术措施—2降温轧制0102030405060708090100K16K15K14K13K12K11K10K9K8K7K6K5K4K3K2K1开轧温度960℃、调辊缝开轧温度960℃、调辊缝、降速开轧温度940℃、调辊缝、降速开轧温度920℃、调辊缝、降速负荷率/%020406080100120140K16K15K14K13K12K11K10K9K8K7K6K5K4K3K2K1开轧温度1050℃开轧温度1000℃开轧温度980℃开轧温度960℃瞬时峰值电流占额定电流百分比/%咬入时瞬时峰值电流稳定轧制时的各个机架的电流NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China19•降温轧制氧化皮减少，钢材的表面质量好•有利于避免出现魏氏组织，影响产品性能•可提高产品强度10~30MPa，改善性能•有减少合金元素添加量的前景C-Mn钢产品强度与开轧温度的关系开轧温度，℃11501000提高幅度900提高幅度屈服强度MPa4204301044535抗拉强度MPa6056151063530降温轧制对产品质量的影响NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China20采用降温轧制时加热炉节能与轧机电耗增加的关系：•查到的统计数据表明：加热温度降低200℃，轧机电耗增加约20%•约为加热炉节能的四分之一•吨钢综合节能可达60kWh技术措施—2降温轧制项目加热温度，℃节能1150950加热炉能耗,kWh/t40032080轧机电耗，kWh/t90110-20综合节能，kWh/t60NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China212全线温度制度优化—效益核算看似蝇头小利，累计到年产量就非常可观！NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China22优化温度制度可产生的经济效益，万元2全线温度制度优化—效益核算方案技术措施年产量提高入炉温度，℃降低出炉温度，℃100万吨200万吨400万吨1500150300600210003006001200310050450900180041505060012002400515010075015003000620010090018003600NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China23年产100万吨轧钢厂优化温度制度可产生的环境效益：2全线温度制度优化—效益核算方案提高入炉温度，℃降低出炉温度，℃节省能源107GJ节省标煤万吨减排CO2万吨15004.80.160.43210009.60.330.8631005015.40.491.2941505019.20.661.72515010024.00.832.15620010028.80.992.58NEUNortheasternUniversity,Shenyang110004,China24连铸坯温度的反馈控制邯钢2250热连轧机组，产品：SS400等节能减排措施：•厚度规格大于6mm的加热炉出炉温度降低20℃•把热送热装（600℃）比例提高40%以上效果：•年生产140万吨6mm以上规格产品，经济效益700万元•吨钢经济效益5元应用实例（1）NEUNortheasternUniversity,Shenyang1