不銹鋼冷軋裝備的發展趨勢分析

董偉明，孟文華

中國的不銹鋼生產規模在近十幾年得到快速發展，不銹鋼粗鋼產量從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的勢頭。其中不銹鋼板帶約占總量的70%左右（見圖1）。

隨著不銹鋼產量的大幅增加，冷軋產品規格的薄化，相應的不銹鋼冷軋生產工藝裝備也隨著向大型化、專業化、高效化方向發展。

1 傳統不銹鋼冷軋工藝過程

1.1 傳統不銹鋼冷軋工藝流程

傳統不銹鋼冷軋工藝流程：熱軋黑卷→熱線退火酸洗→單機架多輥軋機可逆軋制(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 傳統工藝及裝備的特點

（1） 單卷卷重小，一般情況均在10 t 左右。

圖1 中國不銹鋼產量增長狀況

（2） 裝備產能低，熱線產能在20～30 萬t；單臺軋機產能在10 萬t 以下；冷線產能在20 萬t 左右。

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

（4） 各工序均為獨立的工藝過程，導致產能低、投資高、占地面積大、綜合生產效率低、產品生產周期長、冷軋全工序生產成本高。

2 不銹鋼冷軋工藝及裝備的新發展

隨著不銹鋼需求量的快速增長，冷軋裝備設計制造水平不斷提高，電氣傳動及自動化控制能力不斷增強，工藝技術與裝備能力得到更快發展。

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行退火酸洗以調整材料性能，清除氧化鐵皮以利于進行冷軋。

新建不銹鋼熱軋帶鋼退火酸洗線（以下簡稱：熱線） 向規模更大、規格范圍更廣的方向發展，主要表現為：

（1） 產能100～150 萬t。

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

（3） 關鍵工藝設備大型化，超長退火爐、超長酸洗設備、大型破鱗機、拋丸機得到成功應用。

（4） 厚度更薄、速度更快。機組工藝速度達到120 m/min 以上，年產量達到100 萬t 以上。

新建熱線向集成化方向發展（見圖2），主要表現為：

（1） 熱線入口集成多機架冷軋機，可提供更薄規格的熱軋產品。

（2） 全線自動化、智能化水平不斷提高，為工廠智能化提供基礎自動化系統。

（3） 全線張力精度、速度精度的控制水平不斷提高。

（4） 為了用單一生產線生產更多品種的產品，部分企業采用熱/冷混合線的工藝方案，雖然設備投資相對較低，但設備利用率、機組總體效率均偏低，冷帶產品質量較差。

圖2 集成兩機架冷軋機的熱線

2.2 冷軋工藝及裝備

隨著產能大幅提高，不銹鋼冷軋工藝技術由傳統的單機架軋制向冷連軋發展，形成以冷連軋為主，專業化的單機架為輔助的軋制模式。隨著不銹鋼規模的不斷擴大，冷軋裝備發展出現明顯趨勢，主要表現為：

（1） 冷軋工藝的發展

由單機架多用途軋制向專業化軋制方向發展，即用單機架二十輥軋機生產精密薄帶，而用多機架十八輥連軋生產寬規格的厚帶，產量均有較大提高。多機架冷連軋機中，十八輥冷連軋機由四機架發展到五機架、六機架，六輥冷連軋機由五機架發展到六機架、七機架。

（2） 冷連軋機組主要特點和基本形式

根據品種的不同，不銹鋼冷連軋機可以選擇十八輥或六輥冷軋機為基本機型。目前，獨立的不銹鋼冷連軋生產線有四機架、五機架、六機架三種配置方案。冷軋厚度8.0 mm；寬度2 400 mm；軋制精度可達到±0.5%或更好；板形精度達到6～8 IU；軋制力和軋制速度的控制精度不斷提高；軋機二級數學模型不斷完善，設定精度明顯提高。

由于二十輥軋機輥縫開口度小，難以實現快速換輥，用于冷連軋時會帶來很大不便，所以目前全世界只有一套二十輥軋機冷連軋機組投入實際生產（見圖3）。

圖3 廿輥冷軋連軋機組

十八輥冷軋機克服了二十輥軋機的不足，又兼有小直徑工作輥的優點，目前已成為不銹鋼冷連軋機的首選機型，機架數量根據產品需求可選擇4～6機架的配置方案（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規模不斷擴大，裝備設計制造水平不斷提高，通過進一步提升設備自動化水平、信息化管理及設備運轉可靠性，多流程、多工序集成的專業化冷軋生產線已成為未來的發展趨勢。

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

圖5 高集成度RPA 線

RPA 線主要特點：

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

②按產品定位，可選擇乳化液或礦物油為軋機潤滑介質。通常為了避免軋機區失火的風險，更多選擇乳化液作為軋機潤滑介質。實踐證明，合理配置乳化液系統，選擇合適的乳化液品種，完全可以生產出高質量的不銹鋼冷軋產品。

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，取得良好的應用效果。

④焊接質量要求高。由于焊接時間緊、焊縫質量要滿足連軋機軋制及其后通過多次反復彎曲，順利通過退火酸洗等環節的要求，為此通常配置激光焊機。

⑤為實現冷連軋機區域內的板形控制與跑偏控制，配置有自動檢測系統及控制模型。

⑥在超長的爐子區和酸洗區實現高精度帶鋼張力與速度控制，具有較快的響應性能。

⑦平整與拉矯在線集成，并合理分區配置。

⑧高故障率設備連續切邊剪能夠在線可靠運行，解決在線切邊不能穩定使用的難題。

對于中寬帶及窄帶冷軋也可以采用6 架六輥UCM 軋機或7 架四輥強力軋機連軋模式，設備制造相對容易，維護相對簡單，產品質量可以滿足一般需求，但能耗相對較高，帶鋼表面質量、板形、厚差難以提高。

（3） 單機架可逆冷軋機組特點和形式

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

2.3 冷軋主機的主要機型

由于不銹鋼板帶生產中軋制變形抗力大，產品厚差及板形精度要求高，表面質量要求嚴格，所以對設備選型有較高的要求，各種機型經過幾十年的應用和發展，主流機型逐漸演變成二十輥和十八輥軋機。

（1） 二十輥軋機

二十輥機型也由牌坊式、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展。

（2） 十八輥軋機

十八輥軋機主流機型主要有Z-Hi、X-Hi 和S-6 三種（見圖8～10），Z-Hi 和X-Hi 軋機由于制造精度要求高，機型穩定性好，控制環節相對少，生產出的產品精度更高，已成為首選機型。

圖7 常用二十輥冷軋機機型

圖8 Z-Hi 十八輥冷軋機

圖9 X-Hi 十八輥冷軋機

圖10 S-6 十八輥冷軋機

2.4 不銹鋼冷軋帶鋼退火酸洗線

為適應不銹鋼冷軋產量的提高與規格范圍的擴大，不銹鋼冷軋退火酸洗線（以下簡稱：冷線） 有了較快發展（見圖11）。

（1） 規格范圍更大，產能更高

不銹鋼冷線單線產能已達到70 萬t/年，產品厚度范圍達到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到200 m/min，產品厚度范圍為0.2～2.0 mm，寬度最大為1 320 mm，產能達到60 萬t/年以上。

（3） 功能集成更多

為了提高效率，將平整機、拉矯機集成在冷線上，也成為當前發展的趨勢。平整+拉矯的在線配置也出現了不同的設置方法，一是按出口段配置的方法，二是按工藝段配置的方法。其中，前者應用較多，但在高速冷線時，酸洗出口活套大幅增加，同時，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，減小了單活套的長度，相對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

由于產能更高，工藝速度更快，導致冷線爐區與酸洗段的長度也大幅增長，對工藝段張力與速度控制，爐區與酸洗段對應的帶鋼垂度穩定控制等要求也相應提高，而為了保證產品性能與表面質量，在線檢測、控制等方面采用高精度穩定控制技術。

3 結 語

隨著不銹鋼冷軋產品的需求量快速增長，產品規格、品種需求的多樣化，裝備水平與控制水平的不斷提高，為了增強產品在市場上的竟爭力，不銹鋼冷軋工藝技術近年來得到長足的發展，大型化、專業化、集成化成為越來越多不銹鋼生產企業的追求目標，筆者建議企業應該根據各自的特點與發展目標，確定最適合自己企業的工藝方案。