钢轧一体化生产暨热送热装调研报告.docx
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钢轧一体化生产暨热送热装调研报告
钢轧一体化生产暨热送热装调研报告
在钢铁生产流程中，炼钢、连铸、热轧都是不可缺少的三大关键工序。
它们之间呈现顺序加工关系，不仅存在物流平衡和资源平衡问题，而且由于高温作业，还存在着能量平衡和时间平衡问题。
钢水要保质保量并按一定节奏送交连铸工序，以实现更多炉次的连连铸；连铸高温坯的运送要与热轧的轧制计划有机结合，争取更高的装炉温度和热装比。
这就要求将这三道工序视为一个整体，实现一体化管理，做到前后工序计划同步化，物流运行准时化，充分利用高温坯的潜热，取消或减少再加热过程，降低能耗，减少烧损，缩短生产周期，减少在制品库存，增加企业效益和市场竞争力。
一、钢轧一体化生产组织的基本内容
1、钢轧一体化生产组织的涵义
所谓钢轧一体化生产组织，就是基于热送热装生产工艺的发展，把炼钢和轧制两大生产环节综合考虑，优化设定热轧带钢生产的模式，最终目的是实现企业效益最大化。
与传统的生产方式相比，一体化生产方式统一计划，统一调度，统一制定“列车时刻表”，使物流连续高效运作，缩短了生产流程，降低了能源消耗，减少了库存，提高了产品质量和成材率。
日本的Kawasaki钢铁公司采用一体化生产方式之后，板坯在炉的加热时间大大缩短，能耗大大降低；日本的Kobe钢厂采用一体化生产方式之后，板坯库存减少了10,000吨。
因而，一体化生产方式已经成为全世界钢铁企业的发展趋势。
2、钢轧生产工序的连接方式
就炼钢与连铸工序的衔接问题，其核心是如何提高连连铸的炉数。
由于连铸对钢水的成分、温度和到达时间有着严格的要求，因此局部的一体化管理早就引起人们的重视，各钢铁公司将炼钢车间与连铸车间放在同一厂内，就从生产指挥和过程控制上为一体化管理创造了良好的条件。
而连铸与热轧工序之间的连接问题，除包括物流的衔接外，还包括温度的衔接问题，一般有如下四种形式（见图1）：
图1：
连铸与热轧工序间的四种连接方式
（1）CC-CCR，连铸-冷坯装炉轧制，简称冷装。
连铸坯因种种原因无法在高温情况下送入热轧加热炉，只好送到板坯库堆放，根据轧制计划的需要，一定时间后再由库中吊至炉前辊道，装炉加热。
装炉温度低于400℃的板坯均属此种方式。
有些产品根据工艺要求只能放冷后再装炉也属于此种方式。
（2）CC-HCR，连铸-热坯装炉轧制，装炉温度一般为400～700℃，可称温装或热装。
当连铸生产计划与热轧轧制计划的衔接上存在一段时间差时，高温连铸坯也无法直接装入加热炉。
为了减少热能损失，可以将热坯放到保温坑中存放一段时间，需要时再吊出装炉，这样即使热能得到保存，又在时间上得以缓冲。
（3）CC-DHCR，连铸-直接热坯装炉轧制，简称直装。
由于是通过输送辊道将连铸过来的高温坯直接送入加热炉，装炉温度都在700℃以上。
无疑这是目前连铸与热轧间的最佳衔接方式。
（4）CC-HDR，连铸-直接热轧，简称直轧。
当连铸机可以实现高温铸造时，在板坯运输过程中采取必要的保温措施，针对板坯边角部温降大等问题采取边部加热等措施，就可将达到轧制温度（1150～1200℃）的铸坯不经加热炉而直接送上轧线。
显然这是最为理想的工艺路线，但它对各个环节都提出十分严格的要求，包括板带自由轧制工艺的实现。
因此这一方式的实现上需相当长一段时间。
通常将CC-DHCR和CC-HDR这两种模式统称为钢轧一体化生产方式，在热轧带钢生产中，主要应用的是CC-DHCR模式。
CC-DHCR模式与非直装模式（CC-HCR,CC-CCR）的区别在于：
HCR（CCR）工艺中铸轧之间设有缓冲装置（如库存或保温坑），可缓冲铸轧间不平衡、不协调的影响，连铸向热轧的供料采用批量提交的方式，板坯的连铸顺序与入炉顺序可以不同，连铸和热轧计划的编制可独立进行；DHCR工艺下，铸轧之间没有缓冲装置，连铸向轧线提交板坯的方式由批量提交变为块块提交，因而要求连铸坯的连铸出坯顺序与入炉顺序一样，连铸和热轧衔接要求高。
由于DHCR/DR工艺将炼钢轧钢变成一个紧密相连的一体化生产系统，因此从节能降耗、缩短生产周期、减少氧化铁皮损耗、改进产品质量、降低成本等方面都显出无比的优越性。
在这种一体化生产方式下，连铸工序与热轧工序是紧藕合关系，两者的生产计划相互影响、相互依赖。
二、钢轧一体化生产组织的最终目标和重要意义
1、钢轧一体化生产组织的最终目标
从长远观点看，钢轧一体化生产组织的最终目标是实现直接热轧（HDR）。
但在相当长的一段时间内，我国面临的问题还是如何提高热送热装水平，即在冷装、温装、热装3种装炉方式中如何增加温装与热装的比重，特别是热装的比重，从而提高热装比和热装温度，即提高热装热送比例。
在连铸-热轧工序的四种连接工艺中，第二种温装（HCR）和第三种热装（DHCR）被称为热送热装（钢轧一体化生产与热装热送的关系见附图2）。
近年来，随着连铸技术的不断进步及全连铸工艺的实施，推动了连铸坯热送热装工艺的发展，连铸坯热送热装工艺被冶金行业确立为重点推广的18个节能增效的新技术之一。
热送热装工艺技术的应用已经成为衡量钢铁企业生产技术管理水平的重要指标,它推动了转炉（或电炉）-炉外精炼-连铸-轧机生产的一体化管理,使钢的生产向连续化、低成本、高质量、高效益的方向发展。
在国内，由于直接装炉轧制涉及钢材的品种、规格、连续化生产、交货期等一系列因素，生产组织难度较大，现阶段我国连铸坯热送热装主要以热送装炉轧制为主，只有少数大型钢厂能够实现直接装炉。
CC-CCR冷装
热送CC-HCR热装
热装CC-DHCR直接装炉一体化
CC-DCR直接轧制生产方式
图2：
一体化生产与热送热装的关系
2、钢轧一体化生产的重要意义
下表给出了4种方式各自的效果，从中也不难看出实现一体化生产管理的重要意义。
4种方式的效果比较
（1）提高装炉温度，减少板坯在炉时间、燃料消耗、氧化烧损及物流周期，这对于降低能耗与成本、提高成材率和经济效益是十分明显和直接的。
（2）炼纯净钢，拉无缺陷坯，自动化作业导致生产工艺的稳定，减少人为的误操作与随机性，这些均有利于产品的稳定和提高。
（3）面向合同组织生产，统一编制计划与控制生产，并有很强的动态调整功能，这就显著增强了企业的应变能力和竞争能力。
（4）简化工艺流程，缩短生产周期，减少再制品数量与流动资金，加速企业资金周转，也会给企业带来可观的经济效益。
总之，钢轧一体化生产组织是企业在市场经济下提高应变能力与竞争能力的重要技术保证，是使企业由粗放型增长转向集约型增长的重要建设内容之一。
对于这一点，企业决策者认识得越早，行动得越早，就会使企业在市场经济大潮中尽早出于更有利的地位。
二、国内外钢轧一体化生产状况
1、国外钢轧一体化热送热装生产状况
连铸坯热送热装工艺始于美国麦克劳斯钢铁公司，1968年该公司实现连铸坯热送热装入感应炉生产。
1973年日本钢管鹤见厂在日本首先实现了连铸坯热送热装技术。
随后日本住友鹿岛厂、川崎水岛厂、神户加古川及新日铁大分、界厂等先后开发了连铸坯热送热装工艺。
其中新日铁界厂是世界上第一个实现直接轧制的钢厂（1981年7月）。
八十年代连铸坯热送热装技术在日本得以更迅速的发展，1983年，日本全国连铸热送热装比达到58%，平均热装温度达到了790℃，1995年热送热装比超过了70%。
自上世纪90年代以来，为支持推行热送热装工艺，日本五大钢铁公司（新日铁、住友、川崎、日本钢管、神钢）的各钢铁厂（如大分、鹿岛、和歌山、水岛、福山等）均建立了一体化计算机生产管理信息系统，并不断扩充其功能。
如日本京滨钢铁厂于1995年5月，利用AI技术实现了从高炉～炼钢～轧制的一体化管理。
新日铁公司的连铸—连轧生产情况
厂名
君津
名古屋
界厂
八幡
大分
生产方式
HCR
HCR
DR
HCR
HCR
铸机与加热炉之间距离m
4000
1600
140
600
800
铸坯运送方式
铁路
铁路
辊道
辊道
辊道
燃料单耗104Kcal/t
23.5
27.5
11.5
26.0
15.7
铸坯热装比%
71.2
46.5
69.5
70.3
74.6
平均热装温度℃
503
600
465
796
铸坯无清理率%
76
88
85
96
98
CC作业率%
97
85
85
96
98
热轧作业率%
91.3
86.5
87.8
84.1
88.1
铸坯在板坯库停留时间h
8.5
6.2
12.5
3.0
韩国浦项光阳钢铁厂，开发了从铁水处理到轧制成材的一体化管理计算机生产管理系统。
从系统的递阶结构和系统的分层计划来看，和日本的生产管理很相似。
芬兰RautaraukiOy公司Raahe钢铁厂，实现了从原材料处理到热轧产品发送的连续化生产，开发了计算机生产管理系统，大量板坯实现热装，取得了明显的经济效益。
部分企业炼钢—热轧一体化管理采用的技术和运行效果
厂名
采用技术
运行效果
京滨钢铁
实现直接轧制计划的设计，可设计高炉～炼钢～轧制的一体化计划，特点为：
1.需求模拟仿真和过程间负荷的调整的长期预测；2.关于生产量、交货期、合理化的最优性的评价。
增产、缩短工期、半成品库存减少、提高成材率、简化管理
新日铁八幡厂
开发了支持远距离CC—DHCR的物流控制技术，以冷、热铸坯合装炉为手段。
解决了连铸工序和轧钢工序的能力匹配问题
新日铁大分厂
开发了V组合直接连接工艺CC—DR方式的动态生产物流控制技术。
有效解决了炼钢、连铸工序和轧制工序的时间匹配问题。
浦项光阳钢铁厂
实行调度和控制系统，能根据主生产计划实时编制各工序的详细作业计划，通过在线跟踪系统，掌握实际生产动态，对生产异常及时调整。
70%的钢产量由HCR完成，炼钢—热轧完成需2～3小时
2、国内钢轧一体化热送热装生产状况
我国的连铸坯热送热装起步于80年代中期。
1984年，武钢一热轧开始实施连铸板坯热送热装热连轧，“八五”期间宝钢同北京科技大学合作，开展了连铸坯热送热装研究工作，取得较好的技术经济效果。
目前各大钢厂热装热送状况各有不同。
（1）鞍钢
鞍钢1700生产线（CSP薄板坯连铸连轧生产线）全年的平均热装率为95.5%,而直装又占其中的90%以上。
在正常条件下，4#连铸机和5#连铸机生产的热坯直接热装率可达100%。
当铸机出现事故，造成一台机生产或虽然是双机生产，但坯子断面较窄或钢水不足时，加热炉需补充部分冷坯，造成直接热装的比率下降。
另外，当加热炉或轧机出现事故时，会造成热坯下线，这部分下线热坯大部分会重新上线热装，但热装温度会因下线时间的不同而有不同程度的降低，少量下线坯还会完全变成冷坯，造成热装率下降，但总的直装率仍然可以达到95%以上。
（3）武钢
自2003年武钢二热轧（2250mm生产线）和三炼钢厂3#连铸机的相继投产，武钢连铸坯热送热装轧制技术从热送热装轧制过渡到直接热装轧制。
目前在武钢三炼钢厂这两种热装轧制工艺同时存在，由于三炼钢距离一热轧比较远，采取火车保温热送热装轧制工艺，而对于二热轧则采用了直接热装轧制。
目前二热轧平均直装轧制率为57%，平均热装温度为500℃，目标为直接热装轧制率达到75%，热装温度大于600℃。
目前，武钢除少数钢种如高强度结构钢、高级别管线钢以及一些批量少的钢种外，基本都实现了热装轧制，并在SAE1008、SAE1006、SPHC、WST12、ST13低碳钢、Q235-B、X46、X60、SAP-H等10几个钢种上进行了直接热装轧制，同时对一部分高级别管线钢如X70、L450等也进行了直接热装轧制试验。
（2）宝钢
06年一季度2050和1580热轧生产线一季度的热装热送率分别达到了72.3％和77.8％，为近年来的最好水平，其中1580热轧生产线（1996年12月投产）直轧达到了11%。
据钢之家回馈信息，宝钢2007年4月新上1880mm生产线，热送热装率已达到80%左右。
（4）包钢
连铸坯断面为240mm×240mm,钢坯入炉温度可达563℃,钢坯热送热装率可达66%。
总体上讲，国外先进的钢铁企业基本上已实现了冶、铸、轧一体化管理，正向着高炉铁水处理—炼钢—热轧—精整的一体化和销售—生产—物流一体化的方向发展。
而相比之下我国仍处于开发或待开发阶段，明显落后于国外。
四、热送热装技术的各项保证措施
1、全连铸生产组织制度
根据各工序节奏周期表，制定全连铸生产组织制度和全连铸生产时刻，是热送热装的生产组织方式实现的基础。
武钢公司随着二热轧的投产，为了能够很快实现铸坯直接热装轧制，与北京科技大学一起共同开发了适应热装轧制工艺的管理软件，同时配合公司整体畅销四级机的应用，为三炼钢的全连铸生产和铸坯热送热装提供了组织保证。
2、无缺陷铸坯生产技术
无缺陷连铸坯是连铸坯热装工艺顺行的必要条件。
提高连铸坯质量和提高铸坯无缺陷率，可采取以下技术措施:
1）合格钢水的冶炼。
包括钢水成分、温度、纯净度和可浇性四个方面，计算机控制吹炼，使出钢前的[[C][Ｏ]积控制在较合理的水平，为钢水的洁净创造了条件;通过二次精炼脱硫技术的开发，可大大降低[S]的含量；同时可以采用Ca处理技术，使钢中硫化物夹杂变性，进一步降低钢中硫磺的害处，保证铸坯的内部质量;钢水中包典型温度合格率控制在90%以上，保证拉速的恒定，确保生产的顺行;保证适宜稳定的钢水温度和脱氧程度，控制好钢水中A12Ｏ３含量，保证钢水的良好流动性。
2）采用结晶器液面自动控制系统，液面波动在士3mm以内:
采用带隔墙中包和合理的浸入式水口插入深度，促进夹杂物上浮，提高了钢水的纯净度:
采用多点矫直和连续弯曲、连续矫直技术，并保证矫直温度>900℃,避开了700-900℃钢的脆性区，减少了铸坯角部裂纹的产生。
3）动态轻压下技术的运用。
铸机具有动态轻压下功能，可以大大减轻铸坯中心偏析，消除A级中心偏析，大大提高中心偏析≤C1.0的比例。
4）结晶器液压振动技术，可以实现非正弦振动方式，减轻铸坯振痕深度。
采用以上技术后，生产的铸坯表面无清理率基本可以保证在95%以上。
3、提高铸坯出机温度
提高铸坯装炉温度可以大大降低能耗。
提高铸坯装炉温度最重要的是提高铸坯出机温度，为此可以采取以下措施:
1）提高铸机拉速。
铸机拉速的提高决定出结晶器的坯壳厚度和液相穴的长度，结晶器的长度一定，铸坯出结品器的坯壳厚度就由冷却强度决定，针对每个系列钢种的特性，合理确定结晶器闭路循环水的冷却强度，可以保证高拉速条件下出结晶器的坯壳厚度。
同时通过射钉实验可以测量液相穴长度，为提高铸机拉速作了充分地准备。
2）采用二次弱冷技术。
采用气雾冷却，减少二次冷却强度，更好地利用凝固潜热，可以提高铸坯温度。
4、减少浇铸中断和漏钢事故
造成浇次中断的原因很多，包括设备问题、钢水成分和温度问题、浇铸水口堵和水口断和各种人为操作失误等等因素。
为减少浇铸中断和漏钢事故，一般可采取以下措施:
1）设备维护人员必须保证所管辖的设备正常并对设备的日常维护负责;
2）生产人员必须在生产前、生产中和生产后对设备进行点检，发现问题及时向维护人员反映;
3）炼钢车间对铁水必须进行预脱硫和计算机炼钢，精确控制钢水成分和温度；
4）生产人员必须严格按冶炼标准执行;
5）加强对各种耐材质量的检查和确认，减少水口断、穿的次数;
6）提高岗位人员处理各类突发事故的能力，尽量避免事故的发生或避免事故的扩大;
7）加强信息传递;
8）安装漏钢预报系统，减少粘连漏钢和卷渣漏钢的机率。
为了提高铸坯温度而采取提高拉速的措施，必然会增加漏钢的机率，安装漏钢预报系统可以为提高拉速提供预警保证。
5、铸坯运输过程的保温
铸坯采用辊道输送直接送入加热炉，可以采取辊道保温措施,减少温度损失。
武钢公司3#铸机的出机温度大约在950℃左右，由于没有保温措施，直接热装时的入炉温度仅能达到600℃，将将能够满足其直接热装设计温度大于600℃的要求，辊道保温技术改进已纳入武钢的发展规划之中。
另外，在保证质量的前提下提高拉速和减少铸坯传搁时间也是切实可行的保温措施。
6、计算机系统对热送热装的支持
开发并应用专门的轧直接热装管理软件，是实现直接热装轧制必备的自动化支持。
武钢三炼钢厂与热轧厂共有四级计算机来确保生产、质量管理等工作，同时又开发出专门的管理软件来支持直接热装的顺利实现，其主要做法是：
1）四级机为公司管理计算机系统，它的主要功能是合同处理和计划编制。
2）三级机为厂管理计算机系统，它的主要作用是接受四级机的计划安排指令，实际编排厂的生产计划。
同时针对直接热装轧制开发的管理软件所在的级别也属于三级机范畴，但两者各自独立的系统，这套管理软件主要功能为板坯物流跟踪及信息管理，并将板坯信息反馈给四级机系统。
3）二级机为过程控制计算机，负责接受三级机的生产指令和过程参数的选取的控制。
4）一级机为基础自动化计算机系统，直接控制全厂设备运行。
通过上述技术的运用，三炼钢厂直热率逐年提高，由最初的16.1%提高到2003年68.2%,后来，随着二热轧的投产并产量提高，直装率又有所下降，目前平均直装率水平为57%，目标定为75%。
五、结语
钢铁企业采用连铸坯热送热装技术及钢轧一体化生产方式,不仅可以降低能耗,提高成材率,也可以大幅度地提高产量,这将为企业带来巨大的经济效益。
随着钢铁工业技术的不断进步以及节能降耗力度的增大,连铸坯热送热装技术将不断成熟和完善,它必将具有更加广阔、更加美好的发展前景。
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