爐卷軋機(jī)應(yīng)用于有色金屬板帶材生產(chǎn)工藝分析

韓晨, 孫付濤

(中色科技股份有限公司, 河南 洛陽471039)

摘要：利用爐卷軋機(jī)生產(chǎn)有色金屬板帶材具有易于在線控溫、投資及生產(chǎn)成本低等顯著特點(diǎn).通過對(duì)應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)爐卷軋機(jī)生產(chǎn)技術(shù)、工藝設(shè)備特點(diǎn)的分析總結(jié),結(jié)合有色金屬板帶材生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)和需求,重點(diǎn)對(duì)鈦、鎂、銅及其合金板帶材利用爐卷軋機(jī)熱溫軋制工藝技術(shù)和生產(chǎn)線配置進(jìn)行了分析.“1+1”雙機(jī)架形式的專用爐卷軋機(jī)是可以用來生產(chǎn)鈦、鎂及其合金板帶材的合適生產(chǎn)線.

關(guān)鍵詞：爐卷軋機(jī); 有色金屬; 板帶; 生產(chǎn)工藝; 設(shè)備配置

收稿日期：2015-02-13

作者簡(jiǎn)介：韓晨(1982—),男,工程師,主要從事有色金屬加工工程設(shè)計(jì). E-mail:hanchen02085@126.com

中圖分類號(hào)：TG 337.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract：In the steel industry nonferrous metal sheet and strip is usually produced by steckel mill because of the easy temperature control,low investment and production cost.The paper summarizes the characteristics of technology and processing equipment of steckel mill.In view of the technological characteristics and need of nonferrous metal sheet and strip,the technology and equipment layout are especially analyzed for sheet and strip of titanium,magnesium,copper and their alloy rolled by steckel mill.It is found that titanium,magnesium and their alloy strip can be produced by the double-stand steckel mill.

Keywords：steckel mill; nonferrous metal; sheet and strip; process technology; equipment layout

Technological Analysis of Nonferrous Metal Strip Produced by Steckel MillsHAN Chen, SUN Futao

(China Nonferrous Metals Processing Technology Co., Ltd., Luoyang 471039, China)

0引言

有色金屬板帶材的生產(chǎn)工藝技術(shù)及裝備大都源自于鋼鐵行業(yè),這尤其體現(xiàn)在軋制技術(shù)裝備方面.例如鋁及鋁合金板帶材單機(jī)架熱軋機(jī)、多機(jī)架熱連軋機(jī)、多機(jī)架冷連軋機(jī)等均借鑒了鋼鐵生產(chǎn)模式.以前主要應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)的帶式法熱軋和雙機(jī)架冷連軋技術(shù)裝備也開始普遍應(yīng)用在銅及銅合金板帶材的生產(chǎn)中.

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展以及冶金技術(shù)裝備的進(jìn)步,鈦、鎳、鎢、鉬、鈮、鉭和鎂等金屬及其合金板帶材的市場(chǎng)需求量不斷增加,過去利用“二人轉(zhuǎn)”軋機(jī)或鋼鐵行業(yè)二手軋機(jī)來生產(chǎn)上述金屬板帶材的模式已難以滿足市場(chǎng)需求.考慮到上述金屬在生產(chǎn)時(shí)存在熱加工范圍較窄、軋制容易開裂等問題,有色金屬行業(yè)開始考慮利用鋼鐵行業(yè)使用的爐卷軋機(jī)對(duì)鈦、鎳、鎂和銅等金屬及其合金板帶材進(jìn)行生產(chǎn).

1爐卷軋機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1　爐卷軋機(jī)特點(diǎn)

爐卷軋機(jī),又稱為斯特克爾軋機(jī)(Steckel Mill).爐卷軋機(jī)的出現(xiàn),主要是為了解決金屬軋制變形能力不強(qiáng)、變形抗力大、軋制易開裂、熱加工溫度范圍窄,以及溫降控制困難等問題.相比于傳統(tǒng)中厚板熱軋機(jī)和多機(jī)架熱連軋生產(chǎn)線,爐卷軋機(jī)最大的特點(diǎn)是在主機(jī)前后配有卷取加熱爐,卷取機(jī)設(shè)置在罩式加熱爐內(nèi),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)帶材的往復(fù)卷取軋制和在線加熱.尤其是通過對(duì)爐內(nèi)氣氛的加熱,使帶卷保持基本恒定的溫度以滿足軋制工藝溫度的要求.

相比于傳統(tǒng)中厚板軋機(jī)及熱連軋機(jī),爐卷軋機(jī)的顯著優(yōu)點(diǎn)如下[1-2]:

(1) 軋制過程中可大幅減少金屬板帶材的溫降;

(2) 與傳統(tǒng)熱連軋生產(chǎn)線相比所需設(shè)備數(shù)量少,投資低;

(3) 工藝道次較為靈活,適合生產(chǎn)批量不大而品種較多的金屬板帶材產(chǎn)品;

(4) 適合生產(chǎn)節(jié)奏不高、難加工的不銹鋼、特種合金和部分有色金屬.

由于爐卷軋機(jī)工藝裝備自身特點(diǎn)的限制,相比于熱連軋生產(chǎn)線,產(chǎn)品存在以下不足:

(1) 由于板帶縱向(特別是頭尾)和橫向溫度不均,使其最小軋制厚度受到限制.目前,1.5 mm以下的帶材生產(chǎn)難以在爐卷軋機(jī)上實(shí)現(xiàn);

(2) 薄規(guī)格板帶材的表面質(zhì)量不高.這是由于單機(jī)架多道次軋制和爐卷內(nèi)二次氧化皮所致.盡管采取了在線磨輥和二次除鱗等措施,但仍然難以取得理想效果.

爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線在鋼鐵行業(yè)的配置型式及特點(diǎn)如下[3]:

(1) 單機(jī)架爐卷軋機(jī),粗軋和精軋均在同一個(gè)機(jī)架內(nèi)完成;

(2) 1臺(tái)熱粗軋機(jī)加上1臺(tái)帶有左右卷取加熱爐的熱精軋機(jī)所組成的“1+1”式爐卷軋制生產(chǎn)線,鑄錠經(jīng)過熱粗軋機(jī)若干道次軋制后,進(jìn)入精軋機(jī),進(jìn)行爐卷狀態(tài)下的軋制;

(3) 1臺(tái)熱粗軋機(jī)、1臺(tái)帶有左右卷取加熱爐的中軋機(jī)以及后續(xù)3機(jī)架熱精軋機(jī)共同組成的“1+1+3”式爐卷軋制生產(chǎn)線;

(4) 1臺(tái)熱粗軋機(jī)、2臺(tái)熱精軋機(jī)、左右卷取加熱爐布置在兩臺(tái)熱精軋機(jī)的兩側(cè)所組成的“1+2”式爐卷軋制生產(chǎn)線.

圖1為單機(jī)架爐卷熱軋機(jī)生產(chǎn)線的典型配置型式.

以生產(chǎn)薄規(guī)格板材來舉例說明單機(jī)架爐卷軋機(jī)工藝流程:板坯→加熱→粗除鱗→立輥軋邊→多道次可逆熱軋→軋至25 mm厚左右進(jìn)入卷取爐→左右卷取加熱狀態(tài)下多道次軋制→飛剪剪切→預(yù)矯直→層流冷卻→矯直→分段剪切→冷床空冷→切邊→剪定尺→板材堆垛.

目前,作為爐卷軋機(jī)關(guān)鍵部件的卷取加熱爐已基本實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和系列化,其規(guī)格共有15種,可容納的最大卷重16～45 t;帶卷寬度800～3 200 mm;燃料消耗1 750～4 600 MJ/h;最大料卷外徑φ2 000～φ2 500 mm.為保證通用性,卷鼓直徑目前均為φ1 350 mm.

1.2　爐卷軋機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

自美國(guó)于1932年研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性爐卷軋機(jī)并于1949年正式應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)以來,至今已有80多年的歷史.目前,國(guó)內(nèi)外爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線已超過50臺(tái)套,主要應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)不銹鋼、管線鋼和船板鋼等.相比于普碳鋼,由于不銹鋼軋制時(shí)的變形抗力大、熱變形溫度范圍窄,爐卷軋機(jī)多用來生產(chǎn)不銹鋼.

國(guó)內(nèi)建成投產(chǎn)的爐卷軋機(jī)生產(chǎn)已線超過10條,也大都應(yīng)用在鋼鐵行業(yè).如泰山鋼鐵1 800 mm爐卷軋機(jī)、江陰興澄特鋼3 500 mm爐卷軋機(jī)、張家港浦項(xiàng)1 750 mm爐卷軋機(jī)、酒鋼1 750 mm爐卷軋機(jī)、昆鋼1 725 mm爐卷軋機(jī)、南京鋼鐵3 500 mm爐卷軋機(jī)、寶鋼特鋼2 000 mm爐卷軋機(jī)、東方特鋼1 750 mm爐卷軋機(jī)、廣東韶鋼3 450 mm爐卷軋機(jī)、安鋼3 500 mm爐卷軋機(jī)、中鋁沈加1 780 mm爐卷軋機(jī)、邯鄲紅日1 580 mm爐卷軋機(jī)以及福建吳航2 250 mm爐卷軋機(jī)等.

爐卷軋機(jī)設(shè)備廠家包括達(dá)涅利、西門子、德馬格、奧鋼聯(lián)、鐵本公司、三星重工、中冶、一重、二重和鞍鋼重機(jī)等公司.卷取加熱爐為爐卷軋機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備,其功能、結(jié)構(gòu)形式、工藝特點(diǎn)等對(duì)帶材的生產(chǎn)非常重要,因而其設(shè)計(jì)制造大都集中在國(guó)外著名的工業(yè)爐生產(chǎn)廠家.如:德國(guó)LOI公司,日本NISSHO IWAI KUBOTA公司,加拿大MACMETALL CSF公司以及南非SCAW METAL LTD公司.國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家主要為中冶東方貝瑞工業(yè)爐公司.

2爐卷軋機(jī)生產(chǎn)有色金屬分析

2.1　鋁及鋁合金板帶材

鋁及鋁合金板帶材是市場(chǎng)消費(fèi)量最大的有色金屬板帶材.鋁板帶材具有質(zhì)軟、低強(qiáng)度、容易變形、軋制溫度和終軋溫度易于控制等特點(diǎn),因而其鑄錠經(jīng)過熱軋開坯后,可以進(jìn)行連續(xù)的左右卷取狀態(tài)下的帶式法熱軋或者是多機(jī)架熱連軋,最終成卷,中間過程不需要補(bǔ)熱.

因此,加工性能優(yōu)良的鋁板帶材沒有使用爐卷軋機(jī)來進(jìn)行生產(chǎn)的必要.一般鋁合金品種和產(chǎn)能不高的生產(chǎn)線使用帶左右卷取機(jī)的單機(jī)架熱軋機(jī)生產(chǎn);而產(chǎn)能較大(一般>200 kt/a)和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量尤其是表面質(zhì)量要求較高的生產(chǎn)線使用“1+3”、“1+4”等熱連軋機(jī)組進(jìn)行生產(chǎn)[4].目前,國(guó)內(nèi)鋁板帶材熱軋生產(chǎn)線超過了300條.

2.2　鉭鈮板帶

鉭和鈮金屬性質(zhì)相似,均屬高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)的稀有金屬.鉭和鈮板帶材可廣泛用于制造電光源、電極、電容器、發(fā)熱體、隔熱屏和濺射靶材等[5].

鉭和鈮容易高溫氧化,例如鉭板在300℃以上軋制時(shí)表面就會(huì)急劇氧化,同時(shí)考慮到鉭和鈮板帶材冷加工性能較好,因而其板帶材大都采用燒結(jié)圓錠坯料→鍛造→真空退火→冷軋→酸洗→真空退火→冷軋的生產(chǎn)工藝流程,不進(jìn)行熱軋.

另外,考慮到鉭和鈮板帶材大都屬于小批量(幾噸)和塊式法生產(chǎn),只有在厚度<2 mm時(shí)才利用焊接引帶的方式進(jìn)行卷式法軋制,因而無論從工藝技術(shù)還是生產(chǎn)要求角度考慮,爐卷軋機(jī)都無法用來對(duì)鉭、鈮板帶材進(jìn)行熱溫狀態(tài)下的卷式法軋制.目前,鉭和鈮金屬板帶材大都使用幅寬<1 000 mm的“二人轉(zhuǎn)”冷軋機(jī)和更窄規(guī)格的箔軋機(jī)來進(jìn)行生產(chǎn).

2.3　鎢鉬板帶

鎢和鉬的金屬性質(zhì)相似,均屬高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高穩(wěn)定性的稀有和難熔金屬.相比于鉭、鈮板帶材,鎢、鉬板帶材的應(yīng)用更為廣泛，市場(chǎng)消費(fèi)和生產(chǎn)量更高.鎢、鉬板帶材廣泛用于制作蒸發(fā)舟、隔熱屏、濺射靶材、散熱片、電極、電光源零件、電真空和電力半導(dǎo)體器件等[6].

從軋制性能來說,鎢和鉬屬于高變形抗力、熱軋溫度范圍窄、軋制容易開裂以及溫降較難控制的金屬,從這個(gè)角度來說,可以考慮利用爐卷軋機(jī)進(jìn)行生產(chǎn).

但鎢和鉬的熱軋來料為粉末冶金制備的燒結(jié)坯料,熱軋容易開裂,在熱軋過程中需要若干次的中間補(bǔ)熱,或者軋制難以繼續(xù).同時(shí),鎢、鉬板材在1～3 mm厚度以上時(shí),難以進(jìn)行卷取,薄規(guī)格的鎢、鉬箔材卷式法軋制的前提一般是其厚度在0.2 mm以下,而且為冷軋.因而,利用爐卷軋機(jī)對(duì)鎢、鉬板帶材進(jìn)行左右卷取狀態(tài)下的熱溫軋制難以實(shí)現(xiàn).

目前,國(guó)內(nèi)10多條鎢板和鉬板專業(yè)化熱軋生產(chǎn)線均使用塊片式軋機(jī).金堆城鉬業(yè)股份有限公司鉬板項(xiàng)目采用的1 780 mm四輥熱軋機(jī)為國(guó)內(nèi)幅面最寬、配置最為完善的機(jī)組,其加熱、補(bǔ)熱、矯直和剪切均實(shí)現(xiàn)了在線進(jìn)行,機(jī)組也配置了完善的轉(zhuǎn)料、對(duì)中、自動(dòng)卸料和垛板裝置,主要用來生產(chǎn)大規(guī)格的濺射靶材.

2.4　銅及銅合金板帶

銅及銅合金具有強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好、耐腐蝕的顯著特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于電力、電子、通訊、建筑、交通和裝飾行業(yè).在有色金屬中,銅板帶的用途和市場(chǎng)消費(fèi)量?jī)H次于鋁板帶.

目前,銅板帶的生產(chǎn)主要以熱軋開坯方式進(jìn)行.幅寬一般在1 500 mm以下的二輥熱軋機(jī),通過對(duì)來料厚度為150～250 mm的鑄錠進(jìn)行5～13道次的軋制,最終帶坯厚度為6～18 mm.

從金屬性質(zhì)來說,銅與鋼鐵較為接近,其塑性和變形性能良好.銅板帶材在600～950℃的范圍內(nèi)均可以進(jìn)行熱軋生產(chǎn),熱軋道次壓下率可達(dá)40%以上,軋制溫度易于控制,軋件也不易開裂.目前，國(guó)內(nèi)外以熱軋開坯方式進(jìn)行銅板帶生產(chǎn)的企業(yè)，在熱軋過程中均沒有采用補(bǔ)熱或保溫手段.國(guó)內(nèi)以現(xiàn)代化二輥可逆熱軋機(jī)進(jìn)行銅板帶生產(chǎn)的企業(yè)超過了10家,如中鋁華中銅業(yè)φ950 mm×1 300 mm熱軋機(jī)、中鋁洛陽銅業(yè)φ950 mm×1 000 mm熱軋機(jī)、中色(寧夏)東方φ850 mm×800 mm熱軋機(jī)、安徽精誠(chéng)銅業(yè)φ700 mm×700 mm熱軋機(jī)、太原晉西春雷銅業(yè)φ850 mm×800 mm熱軋機(jī)、中色奧博特φ950 mm×1 000 mm熱軋機(jī)、安徽鑫科φ950 mm×1 000 mm熱軋機(jī)、山東天信φ950 mm×1 000 mm熱軋機(jī)、寧波金田銅業(yè)φ700 mm×700 mm熱軋機(jī)、中山天乙銅業(yè)φ700 mm×700 mm熱軋機(jī)以及天行集團(tuán)φ900 mm×1 350 mm熱軋機(jī)等.

由以上分析可知,目前銅板帶材都是利用普通二輥可逆軋機(jī)進(jìn)行熱軋開坯生產(chǎn).由于軋制過程中不需要補(bǔ)熱,鋼鐵行業(yè)使用的爐卷軋機(jī)并不適用于普通紫銅、黃銅板帶材的生產(chǎn).

但在銅板帶材中,有兩大類合金品種需要單獨(dú)分析.其一為錫磷青銅、鋅白銅等合金板帶材,由于其熱軋容易開裂,因而主要采用水平連鑄的方式進(jìn)行;另外一種為高微合金化的銅合金,如Cu-Fe-P系的引線框架材料、Cu-Ni-Si系的高鐵接觸網(wǎng)材料等.這類合金在熱軋后需要進(jìn)行高溫固溶處理,因而對(duì)終軋溫度要求比較高.

對(duì)于以水平連鑄方式進(jìn)行生產(chǎn)的錫磷青銅、鋅白銅,以C52100銅合金為例,其為高錫磷青銅合金,其Sn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在7%～8%.由于組織中易形成Cu3P與δ相(Cu31Sn8)共存的三元共晶結(jié)構(gòu),再加上硬質(zhì)顆粒P、Ni、Pb的含量也比較高,導(dǎo)致其熱脆性較大,以鑄錠熱軋開坯的方式進(jìn)行生產(chǎn),存在一定的困難.目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)錫磷青銅板帶材主要采用水平連鑄的方式[7].錫磷青銅、鋅白銅之所以熱軋容易開裂,并非溫降的問題,主要是其硬質(zhì)顆粒含量偏高所致.此類銅合金板帶材采用熱軋中間過程的加熱或保溫并不能從根本上解決問題,從這個(gè)角度來說,爐卷軋機(jī)并不適合錫磷青銅、鋅白銅等合金板帶材的生產(chǎn).

對(duì)終軋溫度要求比較高的Cu-Fe-P系的引線框架材料和Cu-Ni-Si系的高鐵接觸網(wǎng)材料等合金板帶材,以C19400銅合金和CuNi2Si合金為例.

C19400銅合金為Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.1%～2.6%的引線框架材料,同時(shí)含有Zn、P等低固溶度元素,屬典型的析出強(qiáng)化型合金.在生產(chǎn)中,一般利用熱軋終了溫度進(jìn)行高溫固溶處理,在隨后的變形過程中將消除加工硬化退火和時(shí)效析出處理結(jié)合起來,使第二相盡可能得以充分的析出,進(jìn)而提高合金的強(qiáng)度與導(dǎo)電率.C19400銅合金板帶材熱軋開坯溫度在900℃以上,其終軋溫度即高溫固溶溫度要求不低于700℃.對(duì)于CuNi2Si合金來說,其要求的終軋溫度更高,需要不低于800℃.因而,此類合金存在熱軋過程中的溫降控制難題.

在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),厚度為210～230 mm的C19400銅合金鑄錠在開坯溫度為920℃時(shí),經(jīng)過9個(gè)道次的軋制,其終軋溫度大約在650℃.如果只進(jìn)行7個(gè)道次的軋制,其終軋溫度即可滿足不低于700℃的要求.而厚度在140～160 mm的CuNi2Si合金鑄錠,開坯溫度為910℃,經(jīng)過7個(gè)道次的軋制,其終軋溫度大約在750℃.如果只進(jìn)行5個(gè)道次的生產(chǎn),其終軋溫度即可滿足不低于800℃的要求.目前,生產(chǎn)企業(yè)對(duì)C19400銅合金已實(shí)現(xiàn)了7道次生產(chǎn),道次規(guī)程為:210→195→155→115→75→44→25→15 mm;對(duì)CuNi2Si合金已實(shí)現(xiàn)了5道次生產(chǎn),道次規(guī)程為:150→110→60→32→19→16 mm,均能夠滿足終軋溫度的要求.

結(jié)合以上分析,并考慮到爐卷軋機(jī)主要生產(chǎn)3～6 mm厚度的薄規(guī)格成品帶材(厚度一般在25 mm才進(jìn)入卷取爐內(nèi)軋制),而熱軋銅帶坯考慮到軋制壓縮比的關(guān)系,其厚度大都在15 mm左右(進(jìn)入卷取爐內(nèi)只能軋制1～2個(gè)道次),因而利用爐卷軋機(jī)來生產(chǎn)目前厚度規(guī)格的鑄錠和帶坯，或者是以C19400銅合金、CuNi2Si合金為代表的高微合金化銅合金板帶材沒有必要.

當(dāng)然,隨著銅及銅合金鑄錠規(guī)格,尤其是其厚度的增加,節(jié)能降耗及降低生產(chǎn)成本要求而帶來的熱軋銅帶坯厚度的降低,新的微合金化銅合金產(chǎn)品的出現(xiàn)所帶來的更高終軋溫度要求等需求,利用爐卷軋機(jī)來進(jìn)行銅合金板帶材的生產(chǎn)存在較大可能.

2.5　鈦、鎳及其合金板帶材

鈦和鎳及其合金具有抗氧化性和耐腐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高和韌性好等特點(diǎn).同時(shí),鈦及其合金還具有質(zhì)輕、耐熱、無磁和耐超低溫等優(yōu)良性能,以及形狀記憶、超導(dǎo)、儲(chǔ)氫及生物相容性等4大獨(dú)特功能,被譽(yù)為“太空金屬”和“第三金屬”.鈦、鎳及其合金板帶材廣泛應(yīng)用于能源、化工、冶金、航空航天和海洋工程中[8].目前,國(guó)內(nèi)鈦及鈦合金板帶材市場(chǎng)消費(fèi)量超過了20 kt,鎳及鎳合金板帶材市場(chǎng)消費(fèi)量超過了15 kt.雖然鈦和鎳的密度差別較大,但其加工特性,尤其是熱軋生產(chǎn)非常類似,因而以應(yīng)用更為廣泛的鈦及鈦合金板帶材進(jìn)行舉例分析.

由于鈦板帶材存在變形抗力高、溫降較難控制、熱加工溫度范圍窄以及軋制容易開裂等原因,其生產(chǎn)主要以塊式法進(jìn)行,因而生產(chǎn)效率低、成本高、成品率低.也有企業(yè)對(duì)熱軋后的薄規(guī)格產(chǎn)品進(jìn)行焊接引帶后進(jìn)行卷式法冷軋和精整,但由于技術(shù)裝備的原因,我國(guó)焊管用鈦板帶主要依靠進(jìn)口.近年來,隨著工藝技術(shù)和裝備的發(fā)展,鈦板帶的熱軋生產(chǎn)逐漸開始以卷式法進(jìn)行.

從加工特性分析,鈦板帶材的生產(chǎn)與不銹鋼板帶材的生產(chǎn)較為接近.因而,目前鈦板帶材的帶式法生產(chǎn)除了利用熱連軋機(jī)組外,主要使用鋼鐵行業(yè)的爐卷軋機(jī).例如,昆鋼利用1 725 mm雙機(jī)架爐卷軋機(jī)、寶鋼特鋼利用2 000 mm單機(jī)架爐卷軋機(jī)均進(jìn)行了鈦帶卷的工業(yè)化生產(chǎn).

在新建專業(yè)化鈦板帶材生產(chǎn)線中,中鋁沈陽有色金屬加工有限公司板帶車間熱軋工序采用了單機(jī)架爐卷軋機(jī),主要用于鈦、鎳、銅及其合金板帶材的生產(chǎn).其生產(chǎn)線配置有開坯加熱爐、在線補(bǔ)熱爐、除磷裝置、立輥軋機(jī)、飛剪、矯直機(jī)、地下卷取機(jī)、層流冷卻裝置、定尺剪、冷床、下料及堆垛裝置等.表1為該公司1 780 mm爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線的相關(guān)技術(shù)參數(shù).

表1　1 780 mm爐卷軋機(jī)工藝及力能參數(shù)

相比于熱連軋機(jī),利用單機(jī)架爐卷軋機(jī)生產(chǎn)的投資成本較低、生產(chǎn)線的布置較為緊湊,但同時(shí)也存在以下問題:

(1) 熱粗軋和熱精整在同一個(gè)機(jī)架內(nèi)完成,產(chǎn)品的質(zhì)量尤其是表面質(zhì)量不高;

(2) 卷式法軋制時(shí)存在廢料頭和料尾較長(zhǎng).

相比于不銹鋼等鋼鐵產(chǎn)品,以上問題的存在對(duì)鈦及其合金板帶材的影響更大.因而,利用爐卷軋機(jī)生產(chǎn)鈦和鎳及其合金板帶材時(shí),優(yōu)選以下方式進(jìn)行:

(1) 利用“1+1”式的爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行熱軋;

(2) 熱軋生產(chǎn)盡量在鋼鐵企業(yè)進(jìn)行;

(3) 突破鋼鐵行業(yè)爐卷軋機(jī)的設(shè)備配置模式,研制開發(fā)出工藝針對(duì)性強(qiáng)、成本低的鈦、鎳板帶材專用爐卷軋機(jī).例如:照搬鋼鐵行業(yè)的除鱗、層流加速冷卻、飛剪和大范圍的冷床等設(shè)備配置均不太適宜.

2.6　鎂合金板帶材

鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能好、無磁性、屏蔽性好和無毒等特點(diǎn),同時(shí)也具有易于回收、可再生利用和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì),因而鎂合金材料被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色結(jié)構(gòu)材料”.

目前,鎂合金板帶材主要應(yīng)用于航空航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域,以及汽車和列車用板,筆記本電腦和智能手機(jī)等3C電子產(chǎn)品外殼,印刷基版用蝕刻板和雕刻板,振動(dòng)機(jī)械平臺(tái)用板,無紡針織機(jī)針板,以及建筑板、集裝箱板、工具用板等[9].

由于鎂合金塑性變形能力不高,板帶材難以進(jìn)行常溫狀態(tài)下的軋制,一般需要加熱到220℃以上進(jìn)行熱溫軋制.因而,鎂合金板帶材生產(chǎn)主要以塊式法進(jìn)行,生產(chǎn)連續(xù)化程度低、消耗能源、生產(chǎn)成本高并且成品率低,使得鎂合金板帶材的市場(chǎng)售價(jià)過高,產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用存在一定的困難.

以卷式法生產(chǎn)鎂合金板帶材的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的.例如,可高速和連續(xù)化生產(chǎn),產(chǎn)品尺寸公差小,表面質(zhì)量和成品率高、生產(chǎn)成本低等.鎂合金板帶材只有以卷式法生產(chǎn)才能有效降低成本,進(jìn)而推動(dòng)其市場(chǎng)應(yīng)用和大規(guī)模生產(chǎn).目前,國(guó)內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)都在利用爐卷軋機(jī)或“準(zhǔn)爐卷軋機(jī)”生產(chǎn)線來進(jìn)行鎂合金板帶材的試驗(yàn)、試制或工業(yè)化開發(fā).

前蘇聯(lián)輕合金研究院利用250 mm×850 mm×L mm的大規(guī)格鑄錠在2 800 mm四輥熱軋機(jī)上經(jīng)過11～15道次軋至6.0～7.5 mm厚,然后在1 200 mm四輥溫冷軋機(jī)上進(jìn)行了帶卷軋制試驗(yàn).帶卷加熱到380～400℃,將一些低合金化的鎂合金軋制到厚度1.2～2.0 mm.

法塔亨特公司設(shè)計(jì)制造了一套類似于鋼鐵行業(yè)使用的爐卷軋機(jī)中試生產(chǎn)線,該公司和橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、英國(guó)伊利可創(chuàng)鎂業(yè)公司進(jìn)行合作對(duì)鎂合金板帶材進(jìn)行熱溫軋卷式法生產(chǎn),并實(shí)現(xiàn)了來料厚度12.7 mm、寬度250 mm鑄軋卷的試驗(yàn)性軋制[10].

重慶應(yīng)用技術(shù)有限公司利用φ300 mm/φ650 mm×800 mm的四輥不可逆簡(jiǎn)易爐卷軋機(jī)進(jìn)行熱溫軋制生產(chǎn)鎂合金薄板卷.山西聞喜銀光利用在冷軋機(jī)組卷取機(jī)上加保溫罩的方式對(duì)該公司生產(chǎn)的600 mm寬度以下的鑄軋帶坯進(jìn)行加熱減薄軋制.中色科技股份有限公司研制開發(fā)了多功能φ400 mm/φ900 mm×1 600 mm爐卷軋機(jī),以期突破鎂合金板帶熱溫軋卷式法生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸[11].

針對(duì)鎂合金板帶材的生產(chǎn)特點(diǎn),其專用爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線的機(jī)組配置和技術(shù)特點(diǎn)、工藝參數(shù)等要求分析如下:

(1) 鎂合金燃點(diǎn)低、容易著火和爆燃,其坯料的加熱形式必須為電阻對(duì)空氣加熱后,熱空氣再進(jìn)入爐膛內(nèi)循環(huán),以實(shí)現(xiàn)安全加熱.在溫度>450℃時(shí),應(yīng)利用SF6氣體進(jìn)行保護(hù);

(2) 鑄錠在出爐和熱軋過程中,應(yīng)研制開發(fā)出合適的裝置,對(duì)其爐生一次氧化皮和軋制過程中形成的二次氧化皮進(jìn)行有效去除;

(3) 軋機(jī)輥系應(yīng)具備工藝潤(rùn)滑、加熱、清輥或在線磨輥、冷卻等系統(tǒng)和裝置.其工藝潤(rùn)滑和冷卻應(yīng)具備干、濕、噴淋和噴射4種形式;

(4) 卷取加熱爐應(yīng)具備整卷上、卸料功能,爐罩和卷取機(jī)可以實(shí)現(xiàn)分離和在線狀態(tài);

(5) 卷取加熱爐盡量靠近軋機(jī),以防止產(chǎn)生過長(zhǎng)的廢料頭和料尾,同時(shí)避免因溫度不均勻而導(dǎo)致的斷帶和軋廢;

(6) 軋機(jī)前后配置轉(zhuǎn)料平臺(tái),實(shí)現(xiàn)坯料的旋轉(zhuǎn)和橫向軋制,以降低產(chǎn)品各向異性;

(7) 熱軋和溫軋兩個(gè)工藝流程,應(yīng)分別設(shè)置在不同的機(jī)架內(nèi)進(jìn)行.熱粗軋機(jī)和爐卷熱溫精軋機(jī)的中間輥道設(shè)置輥道式加熱爐或感應(yīng)式加熱爐,將前后軋機(jī)連接起來,形成“1+1”式的爐卷軋制生產(chǎn)線;

(8) 不同于鋼板帶材,厚度在25～30 mm以下即可實(shí)現(xiàn)熱狀態(tài)下卷取.鎂合金板帶在熱狀態(tài)下(溫度>350℃)的卷取最大厚度為12～13 mm,溫狀態(tài)下(220～350℃)的卷取最大厚度為6～8 mm,常溫狀態(tài)下的卷取最大厚度為2～2.2 mm.如果工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn),其相應(yīng)溫度下的最大卷取厚度會(huì)進(jìn)一步降低.因而,應(yīng)根據(jù)卷取溫度、卷取厚度、溫降情況等因素來制定鑄錠規(guī)格、帶坯及成品厚度,并在此基礎(chǔ)上確定爐卷軋機(jī)生產(chǎn)線的長(zhǎng)度和實(shí)際設(shè)備配置.

3結(jié)論

在鋼鐵行業(yè),尤其是不銹鋼生產(chǎn)領(lǐng)域,爐卷軋機(jī)應(yīng)用已非常普遍.利用爐卷軋機(jī)生產(chǎn)具有易于在線控溫、投資及生產(chǎn)成本低的顯著優(yōu)勢(shì).目前,有色金屬行業(yè)都在考慮借鑒爐卷軋機(jī)工藝裝備進(jìn)行銅、鈦、鎳、鎢、鉬、鎂和鈦等金屬及其合金板帶材的生產(chǎn).

本文對(duì)爐卷軋機(jī)的工藝設(shè)備特點(diǎn)進(jìn)行了分析總結(jié).在此基礎(chǔ)上,結(jié)合有色金屬板帶材生產(chǎn)工藝特點(diǎn)和需求,重點(diǎn)對(duì)鈦、鎂、銅等金屬及其合金板帶材利用爐卷軋機(jī)熱溫軋制的可能性、工藝技術(shù)和設(shè)備配置等進(jìn)行了分析和探討.結(jié)論如下:

(1) 鋁及鋁合金板帶材變形性能優(yōu)良,沒有必要使用爐卷軋機(jī)進(jìn)行生產(chǎn).

(2) 鉭和鈮及其合金板帶材由于熱軋容易氧化而主要以冷軋方式進(jìn)行生產(chǎn),因此無法采用爐卷熱軋機(jī)的生產(chǎn)模式.

(3) 鎢和鉬及其合金板帶熱軋坯料為粉末冶金燒結(jié)態(tài),在熱軋厚度范圍內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)卷取,因而其生產(chǎn)不適合采用爐卷軋機(jī).

(4) 紫銅、黃銅和目前高微合金化的銅板帶材在國(guó)產(chǎn)普通熱軋機(jī)上均可順利生產(chǎn).一些特殊規(guī)格、特殊工藝和特殊品種的銅合金板帶材在未來有可能使用爐卷軋機(jī)進(jìn)行生產(chǎn).

(5) 鈦和鎳及其合金板帶材適用于爐卷軋機(jī)進(jìn)行生產(chǎn),但應(yīng)根據(jù)其金屬特性研制開發(fā)出專用爐卷軋機(jī).目前,可采用鋼鐵行業(yè) “1+1”配置形式的爐卷軋機(jī)進(jìn)行生產(chǎn).

(6) 利用爐卷軋機(jī)生產(chǎn)鎂合金板帶材有利于其低成本開發(fā)、應(yīng)用和工業(yè)化生產(chǎn),但目前鋼鐵行業(yè)所使用的爐卷軋機(jī)配置形式不適用于其生產(chǎn),應(yīng)根據(jù)鎂合金板帶材的工藝特點(diǎn)和需求進(jìn)行專用爐卷軋機(jī)的研制開發(fā).

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