軋鋼生產工藝探討

田維利 畢德強 韓剛 高鑫渤

摘要：整體來看，軋鋼生產技術對我國工業發展的意義不僅限于其經濟效益，更多的是其關乎國家建設和可持續發展戰略的實施。軋鋼生產工藝與技術的發展會帶動整個工業生產領域的進步，從而促進國家發展與建設。綜上所述，對軋鋼生產工藝的提高與改良是很有必要的。基于此，本文主要對軋鋼生產工藝進行分析探討。

關鍵詞：軋鋼生產；熱軋帶肋鋼筋；工藝探討

1 前言

軋鋼工藝作為鋼鐵生產過程中的一個重要環節，將節能技術應用其中，能夠較大程度的減少鋼鐵生產過程中產生的廢物排放量，對我國鋼鐵產業的節能升級、產業組合優化升級都有重要意義，也是現階段鋼鐵產業實現節能發展的重要技術核心之一。介紹HRB400熱軋帶肋鋼筋的生產工藝流程、工藝特點。分別采用微合金化工藝、細晶粒技術和軋后快速冷卻技術進行HRB400熱軋帶肋鋼筋的研發實踐。結果表明：Nb在鋼中的韌化作用效果最大；Ti鋼容易在連鑄過程中產生套眼，影響生產；用V合金化比用Nb生產成本提高約50元/t；在保持強度基本相同條件下，采用VN微合金化比VFe合金可節約30%左右的V。確定批量生產Φ12～32mm系列的HRB400熱軋帶肋鋼筋采用VN微合金化工藝，加入V質量分數為0.025%～0.035%。細晶粒Φ8mmHRB400鋼筋盤條的鐵素體晶粒尺寸約5～7μm。采用軋后快速冷卻技術研制的HRB400高強鋼筋晶粒度提高了1～3級，屈服強度提高50～100MPa，生產成本降低約50元/t，成品鋼材表面二次氧化鐵皮明顯減少，提高產品表面質量。

2 生產工藝

2.1 工藝流程

Φ12～32mm熱軋帶肋鋼筋生產工藝流程：35t轉爐冶煉→120mm×120mm連鑄方坯→Φ260mm或Φ300mm半連軋棒材軋機軋制→冷卻→剪切、打捆、入庫。Φ6～10mm熱軋帶肋鋼筋生產工藝流程：100t轉爐冶煉→LF精煉→150mm×150mm連鑄方坯→30架高速線材連軋機組→斯太爾摩冷卻線冷卻→包裝、入庫。

2.2 工藝特點

2.2.1 35t轉爐—型棒材生產線

該生產線共2條，具有年產120萬t生產能力，采用傳統生產工藝模式，轉爐采用濺渣護爐、鋼包擋渣、鋼包底吹氬、喂硅鈣線等新技術。小方坯連鑄采用干式中包、快換水口、保護澆注、二冷配水模型等技術。軋制工藝采用分流軋制、軋后快速冷卻等技術，可確保提高HRB400鋼筋的綜合力學性能。

2.2.2 100t轉爐—高線生產線

該生產線年產高線盤條70萬t。工藝技術裝備方面，利用超高功率供電、鐵水熱裝、100%廢鋼預熱、輔助能源利用、自動化控制、鋼包精煉、真空處理等先進技術。高線采用8架精軋機，4架減定徑軋機，保證軋制速度達112m/s，具有較高的技術裝備水平。在工藝上采用平立交替全線高速無扭低溫控制軋制、溫度閉環控制、大風量高風壓強制冷卻、減徑與定徑技術等，為超細晶HRB400盤條研制生產提供必要的工藝技術基礎。

3 研發實踐

3.1 微合金化鋼筋工藝研究

鋼的微合金化是指在原有主要合金元素的基礎上添加微量的Nb，V，Ti等碳、氮化物形成元素。Nb，V，Ti具有形成氮化物和碳化物的能力，與Fe原子的半徑差很小，且氮、碳化物面心立方結構和鋼的面心立方、體心立方基體有共格性，一定條件下既可溶入基體又可從基體中析出。V，Nb，Ti的氮化物對奧氏體的釘扎作用可以細化奧氏體晶粒和最終的鐵素體晶粒，其氮化物和碳化物析出的先后順序取決于氮化物和碳化物在奧氏體中的溶解度，固溶的溶質原子對擴散控制的反應或相變有拖曳作用，從而使再結晶過程較長，氮化物的析出既促進相變的生核，又推遲二次晶粒的長大，具有較細的奧氏體晶粒。

國標自GB1499—1998開始，對微合金化元素提出“根據需要，鋼中還可以加入V，Nb，Ti等元素”，這給生產帶來了更大的調整空間，在保證性能合格的前提下，充分發揮自身技術優勢，微合金化鋼中控制V，Nb，Ti的質量分數以滿足性能要求為前提，盡量降低生產成本。對比Nb，VN，VFe，Ti等微合金化工藝在生產穩定性、產品質量、成本等方面的優缺點，從而合理選擇不同的微合金化工藝。

（1）在強韌化效果上，Nb在鋼中的韌化作用效果最大，它既可提高強度，又可降低韌性轉變溫度，這是V，Ti所不及的。

（2）在生產條件上，Ti鋼不適應連鑄，容易在連鑄過程中產生套眼，影響生產。

（3）在生產成本上，為獲得一定強度的增量，采用w（Nb）∶w（V）=1∶2，用V合金化比用Nb生產成本要提高約50元/t。

綜合考慮工藝裝備條件及市場原料情況，HRB400鋼筋試制初期，首選Nb進行微合金化試驗，其強化效果良好。但是考慮在滿足鋼筋綜合性能的基礎上，為了批量生產的穩定性，隨后又分別采用VFe和VN合金2種微合金化工藝進行對比試驗。結果表明：由于VN合金中氮的加入改變了V在相間的分布，促進了V從固溶狀態向VC，VN析出相中轉移，從而使V起到了更好的沉淀強化作用，在保持強度基本相同的條件下，采用VN微合金化較VFe合金可節約30%左右的V。最終根據各微合金元素在現有生產工藝裝備條件下對HRB400熱軋帶肋鋼筋的強化效果及性價比，確定了安鋼批量生產Φ12～32mm系列的HRB400熱軋帶肋鋼筋采用VN微合金化工藝，其VN微合金化鋼中V質量分數為0.025%～0.035%。

3.2 細晶粒鋼筋盤條的研究

2001年隨著安鋼高速線材機組的順利投產，通過采取微合金化處理技術優化產品成分設計，低溫加熱控制原始奧氏體晶粒長大、未再結晶區控制軋制及控制鋼的冷卻速度等超細晶粒控制技術，開展細晶粒HRB400鋼筋盤條的研究。成功實現了Φ6，8，10mmHRB400細晶粒鋼筋盤條的批量生產。Φ8mmHRB400鋼筋盤條的鐵素體晶粒尺寸約5～7μm，如圖1所示。

HRB400細晶粒鋼筋盤條的產品質量不僅滿足GB1499—1998的要求，與傳統的低合金鋼筋相比，HRB400細晶粒鋼筋盤條既能夠滿足鋼筋的焊接性能和抗震性能（塑、韌性增加），又使得平均噸鋼生產成本較原工藝降低160元左右，具有顯著的經濟效益和市場競爭能力。截止到2011年底，安鋼研制開發的400MPa級細晶粒鋼筋盤條已批量生產20多萬t，并在多個重點工程上使用。該鋼筋盤條主要用于樓板縱向受力鋼筋及梁柱箍筋，用戶使用后反映其彎曲、焊接性能良好，施工方便。

4 結語

軋鋼生產技術目前來說還不夠成熟，相關技術與工藝還有很大的提升空間。可以說，軋鋼技術的發展與國家的建設和提高有著直接關聯。對于軋鋼技術發展的研究有著重要的現實意義，針對目前存在的技術水平限制，要著重從生產工藝和加工技術進行改良，盡快使我國的軋鋼技術水平達到世界化標準，從而推動中國的工業化發展進程。

參考文獻

[1] 董人菘.鋼鐵生產過程能耗預測與調度優化研究[D].昆明理工大學，2014.

[2] 張曉林.基于改進遺傳算法的熱軋鋼作業調度系統的研究[D].河北工業大學，2012.

（作者單位：山東鋼鐵集團永鋒淄博有限公司）