不锈钢冷轧装备的发展趋势分析

董伟明，孟文华

中国的不锈钢生产规模在近十几年得到快速发展，不锈钢粗钢产量从2000 年的173 万t 上升至2019 年的3 185.1 万t，19 年间共增加3 012.1万t；不锈钢表观消费量从2000 年的60 万t 上升至2019 年的2 804.9 万t，19 年间共增加了2 744.9 万t，一直保持了高速增长的势头。其中不锈钢板带约占总量的70%左右（见图1）。

随着不锈钢产量的大幅增加，冷轧产品规格的薄化，相应的不锈钢冷轧生产工艺装备也随着向大型化、专业化、高效化方向发展。

1 传统不锈钢冷轧工艺过程

1.1 传统不锈钢冷轧工艺流程

传统不锈钢冷轧工艺流程：热轧黑卷→热线退火酸洗→单机架多辊轧机可逆轧制(以廿辊为代表，还包括十二辊、偏八辊等) →冷线退火酸洗→平整→拉矫→剪切→包装。

1.2 传统工艺及装备的特点

（1） 单卷卷重小，一般情况均在10 t 左右。

图1 中国不锈钢产量增长状况

（2） 装备产能低，热线产能在20～30 万t；单台轧机产能在10 万t 以下；冷线产能在20 万t 左右。

（3） 产品规格以1 219 mm 为主，装备配置一般最宽为1 320 mm；冷轧产品厚度一般为0.3～3.0 mm。

（4） 各工序均为独立的工艺过程，导致产能低、投资高、占地面积大、综合生产效率低、产品生产周期长、冷轧全工序生产成本高。

2 不锈钢冷轧工艺及装备的新发展

随着不锈钢需求量的快速增长，冷轧装备设计制造水平不断提高，电气传动及自动化控制能力不断增强，工艺技术与装备能力得到更快发展。

2.1 不锈钢热轧带钢退火酸洗线

冷轧前不锈钢板卷需要进行退火酸洗以调整材料性能，清除氧化铁皮以利于进行冷轧。

新建不锈钢热轧带钢退火酸洗线（以下简称：热线） 向规模更大、规格范围更广的方向发展，主要表现为：

（1） 产能100～150 万t。

（2） 厚度范围2.5～16.0 mm；宽度范围1 250～2 400 m。

（3） 关键工艺设备大型化，超长退火炉、超长酸洗设备、大型破鳞机、抛丸机得到成功应用。

（4） 厚度更薄、速度更快。机组工艺速度达到120 m/min 以上，年产量达到100 万t 以上。

新建热线向集成化方向发展（见图2），主要表现为：

（1） 热线入口集成多机架冷轧机，可提供更薄规格的热轧产品。

（2） 全线自动化、智能化水平不断提高，为工厂智能化提供基础自动化系统。

（3） 全线张力精度、速度精度的控制水平不断提高。

（4） 为了用单一生产线生产更多品种的产品，部分企业采用热/冷混合线的工艺方案，虽然设备投资相对较低，但设备利用率、机组总体效率均偏低，冷带产品质量较差。

图2 集成两机架冷轧机的热线

2.2 冷轧工艺及装备

随着产能大幅提高，不锈钢冷轧工艺技术由传统的单机架轧制向冷连轧发展，形成以冷连轧为主，专业化的单机架为辅助的轧制模式。随着不锈钢规模的不断扩大，冷轧装备发展出现明显趋势，主要表现为：

（1） 冷轧工艺的发展

由单机架多用途轧制向专业化轧制方向发展，即用单机架二十辊轧机生产精密薄带，而用多机架十八辊连轧生产宽规格的厚带，产量均有较大提高。多机架冷连轧机中，十八辊冷连轧机由四机架发展到五机架、六机架，六辊冷连轧机由五机架发展到六机架、七机架。

（2） 冷连轧机组主要特点和基本形式

根据品种的不同，不锈钢冷连轧机可以选择十八辊或六辊冷轧机为基本机型。目前，独立的不锈钢冷连轧生产线有四机架、五机架、六机架三种配置方案。冷轧厚度8.0 mm；宽度2 400 mm；轧制精度可达到±0.5%或更好；板形精度达到6～8 IU；轧制力和轧制速度的控制精度不断提高；轧机二级数学模型不断完善，设定精度明显提高。

由于二十辊轧机辊缝开口度小，难以实现快速换辊，用于冷连轧时会带来很大不便，所以目前全世界只有一套二十辊轧机冷连轧机组投入实际生产（见图3）。

图3 廿辊冷轧连轧机组

十八辊冷轧机克服了二十辊轧机的不足，又兼有小直径工作辊的优点，目前已成为不锈钢冷连轧机的首选机型，机架数量根据产品需求可选择4～6机架的配置方案（见图4）。

图4 不锈钢专用十八辊冷连轧

随着不锈钢冷轧生产规模不断扩大，装备设计制造水平不断提高，通过进一步提升设备自动化水平、信息化管理及设备运转可靠性，多流程、多工序集成的专业化冷轧生产线已成为未来的发展趋势。

例如：RPA 生产线，热轧“白卷”上线后，通过全连续冷连轧+退火+酸洗+平整+拉矫+切边的联合机组模式（RPA 线） 生产出可直接包装出厂的2B 不锈钢冷轧卷，节省投资、减少占地面积、提高生产效率与成材率、降低生产成本（见图5）。

图5 高集成度RPA 线

RPA 线主要特点：

①根据产品品种不同，可选择不同机型的冷连轧机，配置适应的退火酸洗段。如400 系铁素体不锈钢可选择六辊轧机，而300 系奥氏体不锈钢选择十八辊轧机；连轧机可采用5～6 机架六辊或Z-Hi、X-Hi、S-6 等机型。

②按产品定位，可选择乳化液或矿物油为轧机润滑介质。通常为了避免轧机区失火的风险，更多选择乳化液作为轧机润滑介质。实践证明，合理配置乳化液系统，选择合适的乳化液品种，完全可以生产出高质量的不锈钢冷轧产品。

③充分考虑未轧制段或半轧制段各自的处理方法，如炉内增加垂度、平整、拉矫不可直接处理、切边超厚等，取得良好的应用效果。

④焊接质量要求高。由于焊接时间紧、焊缝质量要满足连轧机轧制及其后通过多次反复弯曲，顺利通过退火酸洗等环节的要求，为此通常配置激光焊机。

⑤为实现冷连轧机区域内的板形控制与跑偏控制，配置有自动检测系统及控制模型。

⑥在超长的炉子区和酸洗区实现高精度带钢张力与速度控制，具有较快的响应性能。

⑦平整与拉矫在线集成，并合理分区配置。

⑧高故障率设备连续切边剪能够在线可靠运行，解决在线切边不能稳定使用的难题。

对于中宽带及窄带冷轧也可以采用6 架六辊UCM 轧机或7 架四辊强力轧机连轧模式，设备制造相对容易，维护相对简单，产品质量可以满足一般需求，但能耗相对较高，带钢表面质量、板形、厚差难以提高。

（3） 单机架可逆冷轧机组特点和形式

单机架冷轧组由传统的四辊、六辊、偏八辊、十八辊逐渐演变成以二十辊轧机为主，极少数宽规格厚板采用S6 十八辊轧机的模式（见图6）。

2.3 冷轧主机的主要机型

由于不锈钢板带生产中轧制变形抗力大，产品厚差及板形精度要求高，表面质量要求严格，所以对设备选型有较高的要求，各种机型经过几十年的应用和发展，主流机型逐渐演变成二十辊和十八辊轧机。

（1） 二十辊轧机

二十辊机型也由牌坊式、整体式、四立柱式等逐渐演变成整体式和四立柱式(见图7)，其中整体式因精度高、刚度好、操控容易、备件资源丰富而得到极大地发展。

（2） 十八辊轧机

十八辊轧机主流机型主要有Z-Hi、X-Hi 和S-6 三种（见图8～10），Z-Hi 和X-Hi 轧机由于制造精度要求高，机型稳定性好，控制环节相对少，生产出的产品精度更高，已成为首选机型。

图7 常用二十辊冷轧机机型

图8 Z-Hi 十八辊冷轧机

图9 X-Hi 十八辊冷轧机

图10 S-6 十八辊冷轧机

2.4 不锈钢冷轧带钢退火酸洗线

为适应不锈钢冷轧产量的提高与规格范围的扩大，不锈钢冷轧退火酸洗线（以下简称：冷线） 有了较快发展（见图11）。

（1） 规格范围更大，产能更高

不锈钢冷线单线产能已达到70 万t/年，产品厚度范围达到0.4～8.0 mm，宽度最大2 100 mm。

（2） 工艺速度更高

目前，不锈钢冷线的工艺速度已达到200 m/min，产品厚度范围为0.2～2.0 mm，宽度最大为1 320 mm，产能达到60 万t/年以上。

（3） 功能集成更多

为了提高效率，将平整机、拉矫机集成在冷线上，也成为当前发展的趋势。平整+拉矫的在线配置也出现了不同的设置方法，一是按出口段配置的方法，二是按工艺段配置的方法。其中，前者应用较多，但在高速冷线时，酸洗出口活套大幅增加，同时，由于平整与拉矫最高速度需要跟随卷取速度，既增加平整与拉矫的功率，也增加了加减速的操作频次；而后者则将活套分开，减小了单活套的长度，相对减小了平整与拉矫的功率，减少加减速的操作频次，所以后者的工艺与配置更加合理。

（4） 控制水平要求更高

由于产能更高，工艺速度更快，导致冷线炉区与酸洗段的长度也大幅增长，对工艺段张力与速度控制，炉区与酸洗段对应的带钢垂度稳定控制等要求也相应提高，而为了保证产品性能与表面质量，在线检测、控制等方面采用高精度稳定控制技术。

3 结 语

随着不锈钢冷轧产品的需求量快速增长，产品规格、品种需求的多样化，装备水平与控制水平的不断提高，为了增强产品在市场上的竟争力，不锈钢冷轧工艺技术近年来得到长足的发展，大型化、专业化、集成化成为越来越多不锈钢生产企业的追求目标，笔者建议企业应该根据各自的特点与发展目标，确定最适合自己企业的工艺方案。