我国高速线材生产、装备、技术述评

我国高速线材生产、装备、技术述评

0•前言

线材是钢铁工业的重要产品之一，它广泛用于各项基础设施建设、建筑工程建设和金属制品行

业。从线材轧机的发展历史来看， 20世纪60年代以前，轧制速度达到

40m/S之后就很难再提高了。但是

人们追求更为高效的生产工艺以提高轧制速度和成品精度的目标却一直没有停止。在这一思想的指导下， 1966年世界上第一台由美国摩根公司研制成功的高速线材轧机正式生产， 变化，揭开了高速线材工业化生产的序幕。我国

给线材生产领域带来了革命性的

1987年开始生产高速线材，受消费结构不断升级的影响

和消费市场强劲拉动的作用，生产线越建越多，产量快速增长，呈现了在装备上追求高速、单线、无扭、 微张力组合，在产品上追求高精度、高品质、大盘重等特点。目前，我国已成为世界上拥有高速线材生产 线最多、产量最大的国家，

2003年全国线材总产量 4007万t，其中高速线材2704.75万t，占67.5 %;

75%左右。

2004年线材总产量4 940 • 98万t，其中高速线材预计将占

1 •概况

1） 至2004年底，我国已有60个高速线材生产厂共 77条生产线在生产。主要设备靠引进的有 32 条；引

进二手设备的有17条；我国自己设计制造的有 28条。这77条生产线中，20世纪80年代建成的有 20条；20世纪90年代建成的有36条；21世纪初建成的有 21条。

2） 按地域划分，东北地区有 8条；华北地区有19条；华东地区有28条；中南地区有13条；西

南地区有8条；西北地区有3条。按省市划分，河北省的高线产量最高， 22%，其次为江苏省、上海市。沙钢是我国目拥有高速线材生产线最多 产企业。

2004年产量约占全国高线产量的 （4条）产量最高（年260万t）的生

3） 1987年我国高速线材产量实现了零的突破，当年产量为 36.06万t。2004年产量约为3 705

万t，18年间高线产量增长了 100倍左右。从1997年开始，我国高速线材产量快速增长，每年平均递增 量超过200

万t。特别值得一提的是：2002年的产量比2001年增加了 725.39万t，其主要原因是2000年 至2001年，我国共有19条生产线投产，使高速线材的产能得以空前地释放。

4） 目前我国高速线材产品的主要品种有普碳钢、优碳钢、焊条钢、焊丝钢、弹簧钢、轴承钢、

碳结钢、不锈钢、高速工具钢、冷墩钢、低合金钢等。宝钢、武钢、马钢、酒钢等还可生产一部分钢帘线。 产品规格一般为 ①5.5〜①12mm的圆钢或螺纹钢。包钢、武钢、杭

钢、马钢等可生产 ①5mm- O 20mm的圆钢，邢钢还可生产大规格的盘卷。目前我国高速线材产 品大多数为

建筑用材，其次为金属制品焊丝、焊条和各类标准件用钢。

5） 75条生产线的平均成材率为 96.1 %，其中唐钢、酒钢的成材率最高达 98.35 %;平均单线年

产量为40万t左右，其中天钢、湘钢、宣钢、酒钢、昆钢、沙钢、萍钢的单线年产量均已达 的已接近70万t o

65万t，有

6） 目前各地正在筹划和正在建设中的高速线材生产线还有不少，预计

有26〜30条生产线陆续建成投产，新增产能将在 影响。

2 •当前生产中应用的主要新技术、新装备 2 • 1轧前工序

2005年至2007年期间将

1000万t以上，这对高速线材产品的市场将会产生较大

为了获得优质的钢水从而最终保证线材的质量，不少生产厂尽量扩大转炉容量，增加精炼，钢

坯在进加热炉前设置或预留“抛丸一超声波探伤”或“磁粉探伤一修磨”工序。一些采用超高功率电炉的 企业增加了 300m3级别的高炉，将热铁水兑人废钢中冶炼，不仅改善了钢质的纯净度，而且减少了电耗。

高线生产线采用连铸坯为原料后与采用初轧坯相比，炼钢到成材，能耗可降低

金属收得率提高10%。由于节能的需要，有条件自供坯料的生产线均力求采用热送钢坯。

80kg/1标煤，

2• 2蓄热式燃烧技术

我国20世纪90年代初期以前建的用于高线生产线的加热炉，大都采用步进底式加热炉，为了

使钢坯加热温度更均匀，90年代中期以后建设的加热炉大都采用侧进侧岀的全梁式步进炉。 是步距可调，采用新型的低 NOX型烧嘴，侧烧嘴则采用带中心风的调焰烧嘴，调节比可达

它的主要特点 I : 10。

20世纪90年代中期，日本工业炉公司在开发新技术时使蓄热体在单位体上的蓄热能力取得突破

性进展，研发的蓄热式燃烧技术在高线生产线钢坯加热过程中得到广泛的应用。目前，我国大部分全梁式 步进炉均运用了蓄热式燃烧技术。蓄热式燃烧系统由蓄热室和换向装置组成，可将空、煤气同时预热至 I000 'C左右，可使用高炉煤气等低热值燃料。采用此项技术的加热炉，不仅平均节能约 热时间，降低了烧损。

35%，且缩短了加

2• 3应用先进的轧机进行精密轧制

2• 3•1减定径轧机

为了提高线材的轧制精度，满足用户对产品尺寸精度、表面质量、机械性能等的需求，

90年代初，美国摩根公司和意大利达涅利公司相继开发了减定径机组。它由

20世纪

2台减径、2台定径机架与1

套组合变速箱传动系统组成成组更换机架。用减定径机进行精轧的主要优点在于：

1）

度，可达到土 采用小压下量轧制，保证了产品尺寸的高精0.1mm 的精度偏差；

2） 可以进行750C〜800C的低温轧制，改善了产品性能，达到细化晶粒的效果；

3） 采用了快速换辊装置，减小了换辊时间，可提高轧机利用率 I0 %〜15%;

4） 只需1套精轧机组孔型，即可生产中 © 5.0〜①20mm范围内的所有规格的产品；

5） 减定径机组轧制后，头尾可不切除，提高了收得率。

目前，我国引进的具备世界领先水平的生产线如宝钢、马钢、酒钢、安钢、杭钢等都采用了此

项装备和技术。

2• 3•2双模块轧机

该机是达涅利公司20世纪90年代中期开发的，它的主要特点是 4个精轧机架分成独立的 2组,

每组由单独的电机变速齿轮箱传动， 2台电机实现电气联锁， 设于无扭精轧机后的水冷装置与吐丝机之间， 通常将原有的10架无扭精轧机改为8架。双模块轧机与减定径轧机采用的结构不同，但两者的优越性基 本相同。目前，我国约有 5条生产线在精密轧制中采用

的是双模块轧机技术，如具有世界领先水平的新疆八一钢厂的高速线材生产线等。

2. 4低温轧制技术

低温轧制技术主要是指轧件在轧制时，将温度控制在常化温度或热机轧制温度范围内。低温轧 制技术一方

面可降低燃料消耗，减少脱碳，减少烧损；另一方面轧件在低温条件下轧制、变形、延伸使晶 粒产生细化，可获得更均匀、更细的微观组织，使产品的屈服强度，抗疲痨强度大大提高。

低温轧制通常在最后 2道次或4道次进行，采用2道次时，最后2道次累积压下率为24%〜31%; 采用4道

次时，最后4道次累积压下率为46 %〜57%。

由于低温轧制时对轧机的轧制速度、强度、电机功率等要求高，轧制负荷增大，所以低温轧制 技术需在

20世纪90年代中期开发的重型或超重型精轧机上进行。我国近几年引进美国摩根公司的几套 100m/s级精轧机均为重负荷型，适应了低温轧制技术对轧机的要求。

2. 5无头轧制技术

应用于高线生产的无头轧制技术是 20世纪90年代中期分别由当时日本的 NKK公司和意大利的

达涅利公司开发的。该技术的主要优点在于可提高成材率，降低消耗并使轧制过程中各项参数处于稳定状 态。其要点是将刚岀加热炉的钢坯头部与前一根在粗轧机第一架的钢坯的尾部焊接起来进行无头轧制，提 高了轧机生产效率，减少了切头和轧废，即使在盘条打捆时也不需要切去头尾，提高了成材率。

2 . 6其他

1） 大部分生产线配置了辊道式大风量延迟型控冷线，辊道分段有加速与落差，使线圈冷却更均 匀。

2） 在精轧机后或定径机后设置了热态在线测径仪及涡流探伤装置，对线材产品从头到尾的尺寸 精度和表

面情况进行检测，可及时发现轧制配件的缺陷和不合格品。

3） 采用性能更好的夹送辊和吐丝机。夹送辊可进行自动调整夹送压力并提供全长、头部、尾部

的加减速夹送。吐丝机的吐丝管结构与形状较

20世纪90代年末时有了新的改进，主要表现为振动减小，

吐丝管寿命延长并能快速更换；在吐丝管人口设置了用压缩空气吹扫氧化铁皮装置，可及时对吐丝管进行 清理，在吐丝机前设置了可监视温度和振动状况的仪器，确保了吐丝机处于正常良好的工作状态。

4） 集卷装置增加了密实收集线圈系统。生产

收集线圈；生产 ①14mm以上产品时，采用吐丝机驱动的

①14mm以下产品时，集卷筒设置线圈分配器可密实 WO系统功能来密实集卷。

5） 近几年投产的不少生产线，采用了全交流传动，电机测速装置为无联轴器型，由全数字控制 系统对电

机速度进行闭环控制。

3 .现有生产线装备水平的四个等级

目前，我国正在生产的 77条高速线材生产线的装备水平大致可划为四个等级，即具有世界领先

水平的生产线，世界二流水平的生产线，一般水平的生产线，较落后水平的生产线。

3.1具有世界领先水平的生产线

这类生产线主要以宝钢、马钢、新疆八一、安钢、酒钢、杭钢、青钢等高速线材生产线为代表，

其主要特点是：

1）

西马克或意大利达涅利或美国摩根或奥钢联引进。或以点菜拼盘方式汇集了

90年代后期世界线材生产的最新装备而建成。大都在

21世纪初（2,001 — 2003年）正式投产。

均从德国20世纪

2） 坯料采用连铸坯短流程热装热送工艺，热装温度可达

术。

500〜750〜C，加热炉采用蓄热式燃烧技

3） 轧制的保证速度达 110〜120m/s。

4） 采用超重型精轧机组和减定径机组，实现了完全意义上的精密轧制。

5） 采用了温度闭环控制系统，实现了真正意义上的控轧控冷。

6） 采用了全数字控制及交流变频调速，并设有在线测径和在线探伤装置。

7） 生产效率和产品质量都能得到保障，完全具备了生产高品质产品的条件。

3. 2具有世界二流水平的生产线

这类生产线的主要特点是：

1） 大都是20世纪90年代中期建成，部分生产线全引进，部分生产线中的主要装备引进。

2） 部分生产线实现了热送，采用了先进的蓄热式加热炉。

3） 轧制的保证速度在 90〜105 m/s。

4） 精轧机前设有冷却水箱并采用延迟型风冷线，能实现控温轧制。

5） 精整装备较先进，自动化程度较高。

6） 生产线整体装备能满足高品质产品的工艺要求。

这类生产线主要以沙钢、包钢、湘钢、武钢、昆钢、天钢、北台、邢钢、鄂钢、萍乡等高速线

材生产线为代表。

3 . 3一般水平的生产线

这类生产线的主要特点是:

1） 大都是在20世纪80年代末期至90年代初期建成或由经过改造的二手设备组成。

2） 轧制速度一般在 70〜90 m/s左右。

3） 采用热装热送工艺的少。

4） 基本上没有采用20世纪90年代兴起的各种装备和技术。

5） 采用了延迟型或标准型风冷段，能生产一般等级的产品。

6） 由于投产时期都在15年以上，所以对这类生产线的设备使用，工艺应用等方面都很熟练，且 积累了一

套行之有效的生产经验，目前，这类生产线运行成本较低，生产效率较高。由于产品的市场是分 层次和等级的，在对应等级的市场中，这类生产线生产的产品销路仍然看好。

3 . 4较落后的生产线

这类生产线是对原有的复二重轧机改造而成，或是 20世纪80年代末至90年代初建成，由于当

50〜70m/s左右，只能生产

时的起点和市场定位就不高，所以装备水平和技术水平都低。轧制速度一般在 一般水平的建筑用钢。这类生产线目前约占

77条生产线中的1/6左右，随着产品结构调整步伐的加快和

市场竞争压力的增大，以及装备精良的新生产线在近几年将不断地投人使用，这类落后的生产线退岀舞台 将是必然的。

4. 存在的主要问题

我国的高速线生产虽然取得了较好的成绩，但仍然存在着一些问题，主要表现为：

1） 普碳钢线材品种中 Q215和Q235比重仍然较大，优质钢线材中合金钢线材的比例仍然偏低。

2） 部分产品的质量仍有较大问题，如钢的纯净度不高，线材通条性能不够稳定，含碳量的偏差 较大。

3） 虽然我国已有多条世界一流的生产线，但产品的品种质量还达不到世界一流水平。如钢帘线， 虽然宝

钢、武钢等已能生产，但产量偏低供应不足，尤其是产品质量还不能令用户十分满意，不能完全替 代进口。冷墩钢的冲废率还较高，高强度低松弛的绳索用钢产量远远不能满足市场的需求。

4） 一些高质量的合金钢线材，纯净钢线材，易切钢线材如合金弹簧钢、不锈钢等还存在着品种 和质量方

面的诸多问题，每年仍需进口。

5） 我国高线的日历作业率和机时产量与先进国家的生产线相比，普遍有较大的差距，造成日历 作业率和

机时产量低的原因除坯料供应不足外，主要是生产准备和更换尺寸所用的工时较长，设备备件寿 命低且储备不足，设备维护监测手段不够完善，从而造成故障停机和检修工时长。

6）生产中热装率、燃耗、电耗等方面与先进国家的生产线相比也同样存在着一定的差距。

7）产品表面质量方面的主要问题: a•由于自动检测装置的失准以及轧件温度不均，调整不及时或方法不当等原因造成产品尺寸超

差。

b •由于辊环破缺，轧槽磨损或是坯料表面缺陷等原因造成产品表面产生折叠。

c •由于连铸坯皮下气泡严重或是轧槽严重磨损致使轧件凸起部分被叠轧造成产品表面结疤。

d •由于轧辊质量差，表面硬度不一或吐丝温度过高，冷却速度过慢，盘条表面受到严重氧化或 钢坯加热

不当，局部或全局严重脱碳等原因造成产品表面麻面。

5 •结语

1） 我国的工业化进程尚未完成，钢铁工业从总体上说还有一定的发展空间。国家重点发展的各

类基础设施建设，建筑工程项目以及制造业，全属制品行业需求都会继续给线材产品提供广阔的市场。高

速线材产品由于其轧制速度高，生产效率高、产品精度高、生产成本低等特点，竞争优势明显高于普通线 材，2003年我们高线产量占总线材产量的 会提高。

67.50 %，2004年预计占75%左右，预计2005年所占的比例还

2） 目前，我国正在建设的高速线材生产线有 20多条（不包括筹划中的），新增的 1000万t左

右生产能力很快就会形成。这对高线产品的市场将直接产生影响，竞争将会更加激烈。那些

20世纪80年

代末期至90年代初期建成的生产厂应该尽早未雨绸缪，在加强技术改造力度和产品结构调整上多下功夫。

3） 市场本身具有多个层次共存的特点，从线材市场实际需求而言，并不需要每条生产线都去生

产最品质的产品，普通碳素钢线材这一层次的市场非但长期存在而且同样广阔。所以，我国高速线材生产 线的建设和改造时，应该更加注意产品需求多元化对装备水平多层次所产生的影响。装备水平的定位应更 加理性，以满足本企业产品市场定位的需求为根本岀发点，尽可能地减少过剩功能，降低成本。

4） 我国高速线材生产线的日历作业率普遍偏低，这将直接影响生产线的机时产量和总产量，继

而影响整体经济效益。如何提高日历作业率将是我国调整线材厂进一步发挥生产线能力的突破点。