世界轧机之王——鞍钢5500mm特宽厚板轧机

扫街 · 发表于 2009-12-2 14:08:02

“每一块钢铁里，都隐藏着一个国家兴衰的秘密。” ——Peter Krass，美国钢铁大王卡内基的传记作者。

钢铁工业是重要的基础产业，被誉为工业的脊梁。轧钢机是钢铁工业核心装备之一。无论是决定战争胜负的航空母舰、核潜艇等尖端武器；还是关乎社会安危的核电站、巨型桥梁、水库闸门等基础设施；又或是人们日常生活中的汽车、冰箱、洗衣机等消费品；都离不开大型轧钢机生产的优质钢材。
鞍钢是我国最早的钢铁生产基地，始建于1916年，前身为日伪时期的鞍山制铁所和昭和制钢所。1936年鞍钢第一中板厂建成我国第一台2300mm三辊劳特式中板轧机。1945年8月苏联红军出兵东北后，将鞍钢7万多吨设备物资拆运回国，使鞍钢生产完全瘫痪，偌大厂区陷入破败境地。1949年7月9日，新成立的鞍钢公司在一片废墟上恢复建设。到1957年生铁产量达到336.1万吨，钢291.07万吨，钢材192.39万吨，成为中国第一大钢铁基地，向全国输送了大量专业人才，被誉为共和国钢铁工业的摇篮。然而同大多数国有企业一样，在上世纪90年代市场大潮的冲击下，积弊严重的鞍钢曾濒临绝境，历经转轨阵痛，通过投巨资对生产线进行技术改造才重获生机。
走过60年风雨历程的鞍钢，目前是我国四大钢铁集团之一，拥有职工十余万人，2008年生产铁1608万吨，钢1604万吨，钢材1499万吨，实现收入796亿元。形成了以汽车板、家电板、集装箱板、造船板、重轨、无缝钢管、冷轧硅钢为主的完整产品系列，是全球最大的集装箱钢板供货企业和国内主要的船用钢板、汽车钢板供货商；能够生产128个钢种的船用钢板，最大厚度100mm，强度级别从235MPa到550MPa，全部通过9国船级社认证；是世界第3家具备生产高档船体结构板和海洋工程结构钢板的企业。

鞍钢西部基地
2008年9月10日，鞍钢举行新闻发布会，宣布辽宁营口鞍钢鲅鱼圈钢铁基地正式竣工投产。这是我国首个自主设计、技术总负责的现代化全流程钢铁厂，拥有世界最大规格的5500mm宽厚板轧机等一批先进装备。项目于2006年5月17日经发改委审批立项，规划年产1000万吨钢铁，主要用于制造高技术、高附加值板材。
新基地选址辽宁营口市南端52公里的鲅鱼圈区，北距沈阳190公里，南距大连160公里，紧邻营口港20万吨级铁矿石码头和华能电厂，地理位置极其优越。厂区占地8.32平方公里，南北长2.75公里，东西宽3.05公里，其中陆地面积5.05平方公里，挖山填海3.27平方公里，累计使用炸药21018吨，挖运填海土石方达5547万立方米（相当于三峡工程的1/2）。
项目分两期建设，一期总投资226亿元，涵盖原料、烧结、化工、炼铁、炼钢、轧钢等钢铁生产的全流程，具备年产493万吨铁、500万吨钢、200万吨宽厚板和296万吨热轧板的能力。主要生产高技术含量的船用宽厚板、舰艇板、高级别管线钢板、桥梁板、工程机械板、及高端热轧薄板等精品板材。
营口鲅鱼圈一期主体设备包括：
1、供料系统建设1座1470万吨的现代化综合原料场。
2、焦化系统建设4座国产k法脱硫52孔复热式7米焦炉，年产焦炭255万吨。
3、烧结系统建设2台405平方米烧结机，年产烧结矿933.8万吨。
4、炼铁系统建设2座4038立方米大型高炉，设计产能650万吨。
5、炼钢系统建设3座260吨顶底复吹转炉、2套RH-TB真空精炼装置、1座LF钢包精炼炉、1座ANS-OB钢水精炼装置，设计产能500万吨。
6、连铸系统建设2台230mm厚度常规板坯连铸机、1台300mm厚度板坯连铸机。年产板坯500万吨，其中200万吨供给宽厚板生产线，300万吨供给热连轧生产线。
7、轧钢系统建设1台5500mm四辊双机架宽厚板轧机，年产200万吨宽厚板；1条1580mm热连轧生产线年产296万吨热轧板，1条1450mm冷轧生产线年产96万吨冷轧板。
2008年9月9日15时38分，鞍钢鲅鱼圈新厂炼钢系统的扒渣机、三号转炉、LF炉外精炼和厚板坯连铸机一次通过热负荷联合试车，成功冶炼出了鞍钢鲅鱼圈钢铁项目的第一块钢坯。2009年7月10日上午11时08分，鞍钢鲅鱼圈新厂的核心设备——5500mm宽厚板粗轧机热负荷试车成功。

鞍钢鲅鱼圈上图为焦化车间厂房，下图为鞍钢鲅鱼圈基地全景
鞍钢5500mm四辊可逆式双机架宽厚板轧机正在轧制钢板。
世界轧机之王
鞍钢5500mm四辊可逆式双机架宽厚板轧机，是目前世界最大规格的宽厚板轧机。由一台5500mm四辊式粗轧机和一台5000mm四辊式精轧机及2台步进式加热炉、除磷箱、热矫直机、3台冷床、切头剪、定尺剪、火焰切割机、4200吨压平机、淬火机等40余台配套设备组成，零部件总数达10万多个。生产厂房由加热炉跨、主轧跨、剪切跨、中转跨、冷床跨、磨辊间、成品库等部分组成，长1116米，宽近100米，面积达11万平方米，当于15个足球场。两台轧机占地长200米、宽35米，高近20米，重达近7000吨。整个工程浇灌混凝土16万立方米、吊装钢结构32400吨，设备重达18000吨。由于体系复杂、精度要求高、制造难度极大，许多部件的重量尺寸都达到了机械加工及运输的极限，被誉为世界“轧机之王”。
目前全世界已建成的5500mm轧机仅有6台，分别位于日本新日铁大分钢厂、JEF京滨厂（原日本钢管扇岛厂）、JEF仓敷厂（原川崎制铁水岛厂）、住友金属鹿岛厂、德国迪林根钢厂和中国鞍钢鲅鱼圈新厂。从设备来看，5500mm宽厚板轧机仅一片轧机机架牌坊就重达400吨以上，轧机支承辊最大直径达到2400mm，重达250吨，整台轧机总重超过3000吨。主电机总功率达20000kW以上，原料板坯重达250吨，车间用桥式起重机最大吨位达400吨。其生产的钢板厚度最大可达400mm，是普通轧机的4倍以上，可用做航母、战列舰、坦克等武器装甲钢板。钢板宽度达5300mm，是普通轧机的2倍以上；单块钢板重达200吨，是普通轧机的5倍以上，这些规格都远远大于中小型轧机。
鞍钢5米轧机生产线由中国一重集团与德国西马克·德马格（SMS-Demag）公司联合设计，粗轧机、精轧机等核心设备由一重制造，冷床、翻板机、辊道由中冶长城重机制造。采用了热装热送、板型控制等13项先进技术，轧制力为1万吨，生产钢板尺寸宽度为900-5300mm，厚度为5-150mm，最厚可达450mm,长度为3-25米。主要生产宽度4米以上军民用高强度宽厚船用钢板、舰艇板、核电用特种钢板、耐大气腐蚀板、大口径油气焊管和模具板等高技术含量、高附加值产品。该轧机的成功制造，有助于打破国外特种钢材对我国的封锁，将对推动我国石油、天然气运输、造船及国防建设等领域起到重要作用。

造船及海上采油平台用特厚钢板
什么是宽厚板轧机？
轧钢机是将钢坯钢锭轧制成钢材（管、板、型、丝）的成套设备，分为钢管轧机、板带轧机、型钢轧机、线材轧机、薄板坯连铸连轧等类型。钢板是钢材四大品种中用途最广泛的一种，按生产工艺分为热轧钢板和冷轧钢板，按厚度可分为薄板(厚度<4毫米)、中板(厚度4-20毫米)、厚板(厚度>20-60毫米)、特厚板(厚度>60毫米，最厚达700毫米)。在实际工作中，中板和厚板通称为“中厚板”。
中厚板生产属于热轧工艺，主要有中厚板轧机、热连轧机组和炉卷轧机等三种方式，中厚板轧机是普遍采用的生产设备，通过轧机中的上下轧辊咬合碾压经过加热的钢坯，最终轧制成钢板。轧机按照轧辊辊面宽度可分为1800mm、2300mm、2800mm、3300mm、3800mm、4300mm、4800mm 以及5300mm等8个级别，每个级别可上下调整200mm。宽厚板轧机主要是指辊面宽度达到2800mm以上的宽幅中厚板轧机。辊面宽度达到4800mm以上的轧机，又被称为特宽厚板轧机，最大规格可达5500mm。
宽厚板生产线由粗轧机和精轧机及配套设备组成，可采用单机架或双机架布置形式。轧机结构出现过二辊式、三辊劳特式、四辊可逆式、复合式和万能式，还曾经出现过单机架无牌坊预应力轧机，因适应性较低，未能广泛推广。传动主机由最初的水力驱动、蒸汽机驱动，发展到现在的电力驱动。单机架的二辊式和三辊劳特轧机由于自身结构的制约，生产效率低，产品质量差，西方在60年代就已经少有使用，但作为二手设备在我国存在了许多年，现已基本淘汰。四辊式轧机是目前使用最广泛的一种机型，具有刚度大、厚度控制精度高，轧制规格范围广等优点，使得中厚板的生产效率有了大幅度提高。

宽厚板轧制流程主要包括：铸坯→加热炉→高压水除鳞→机架辊除鳞→粗轧机→精轧机→控制冷却→压平机/热矫直机→冷床翻板→超声波探伤→激光划线→火焰切割机/横剪切头尾、滚切剪双边→定尺、取样→喷丸→加热淬火→表面检查→修磨→涂漆→烘干→打字喷号→垛板入库等步骤，在实际应用中可根据情况进行调整。
第1步是坯料准备：宽厚板轧制坯料主要为连铸坯和铸锭，加热炉将坯料加热至1100-1250℃，出炉后用高压水除鳞，吹除坯料加热过程中产生的表面氧化铁皮，以避免压入钢板表面形成麻点或凹坑。2、轧制工序：钢坯除磷后，将1000℃左右的热坯送入粗轧机进行1-4道次的整形轧制，消除坯料表面凹坑缺陷，接着把坯料旋转90度进行展宽轧制，再旋转90度进行延伸轧制。进入精轧机后继续延伸，控制板形、厚度、表面质量等性能。3、控冷剪切工序：完成轧制工序的钢板，进入控冷装置用水幕直接淬火，快速冷却至600℃左右，以提高板材的屈服强度。然后50mm以下钢板用辊式热矫直机消除板材弯曲等缺陷，进入宽冷床冷却至150℃左右，做超声波探伤；再进行激光划线、剪切钢板头尾和两边不规则部分、定尺、取样。50mm以上的钢板轧制后直接进入特厚板冷床冷却，用火焰切割机切割后，用压平机进行冷矫直，对裂纹敏感钢种要用等离子切割。4、精整工序：对成品钢板根据客户需要进行正火、调质、回火等热处理，对钢板表面进行检查并修磨；造船桥梁用板表面需抛丸处理，除去氧化铁皮后，再做防锈涂层并烘干，成品板材打字喷号后垛板入库。

2005年8月11日，美国核动力航空母舰CVN-21建造切割第一块钢板，这块钢板重15吨，是CVN21的侧舷外板。

扫街 · 发表于 2009-12-2 14:09:04

宽厚板用途
宽幅中厚板是重要的战略物资，其用途非常广泛，主要用于10万吨以上大型船舶和大口径油气直缝焊管，以及武器装甲、巨型桥梁结构钢、海上钻井平台结构钢、核电站安全壳、大型水坝闸门、电站高压锅炉钢板、炼钢高炉炉壳、大型油气储罐、大型机械结构钢、模具钢、超高层建筑等领域。
　　当年建设九江大桥时，桥梁结构钢板要求厚50mm，长18米，单重11吨，由鞍钢2800mm轧机生产，因单重与尺寸满足不了，铁道部只好修改钢板尺寸，增加拼接焊缝。宝钢在建设炼钢高炉过程中，需要大单重宽厚钢板，因为舞钢无法生产，最后只好修改结构，由此可见宽厚钢板的重要性。
目前世界造船行业的发展趋势是，采用大分段造船工艺，及大尺寸船用钢板以减少焊缝，缩短造船周期，因此需要大量采购船用宽厚钢板。国外建造10万吨级以上船舶，多数采用宽度4000mm以上船用钢板。随着我国造船能力的提升，上海外高桥造船厂生产的30万吨级油轮，钢板最大宽度要求达到4500mm，这就需要由4.8米以上的轧机生产。尤其在军用造船领域，大单重宽厚板更是不可或缺。以美国“尼米兹”级航母为例，其飞行甲板面积达18200平方米，相当于3个足球场，由50毫米厚的HSLA-80钢板和复合装甲材料组成；既要承受战机起降时的强大冲击力和火焰灼烧，又要有足够的防弹能力；因此必须要用大尺寸钢板，以减少焊缝增加强度。整艘尼米兹级航母共采用各种特殊钢板达45000吨以上，仅铺设飞行甲板就需要特种钢板约8000吨。
特宽厚板还是石化建设领域的重要材料，长距离油气输送管道由钢板卷焊而成，管径分为18、24、30、36、42、48、54、60、64英寸等十个等级。56英寸（1422mm）以下的焊管钢板可以由4.8米轧机提供，而64英寸（1626mm）大口径直缝焊管所需钢板宽度达到5.11米，只能由5500mm轧机轧制。一条1000公里长的64英寸管道大约需要消耗25万吨钢板。矗立在深海的石油钻井平台需要抵御狂风巨浪的侵袭，每座消耗钢材数万吨，使用的钢板最大宽度为5200mm，显然只有5500mm轧机才能满足要求。大型油气储罐也需要板厚20-45mm的高强度宽厚钢板来建造罐体，以减少焊缝增加强度。
核电站建造中，圆柱形钢制安全壳是保障反应堆安全的重要屏障，直径40米左右、高达60多米，内层为50mm厚的钢板内衬，外层浇筑1米厚的钢筋混凝土，要求能够承受地震、飓风、坠落等各种冲击。钢板内衬由130多块宽厚钢板焊成十余个巨型钢环再叠套拼装，总重超过4000吨，所需钢板必须由5米以上轧机轧制。

2006年7月28日上午10时15分，鞍钢5.5米粗轧机机架在中国一重集团公司通过5个钢水包合浇成功。
巨型轧机研制过程
大型轧机属于极限制造领域，中国一重在承制鞍钢5.5米轧机过程中克服了诸多技术挑战。2005年11月28日，一重开动4台电炉、2台精炼炉，用5包合浇的方式，组织716吨钢水成功浇铸出鞍钢5米精轧机第一片机架牌坊，成品机架高15.2米、宽4.67米，厚2.3米，重412吨，居亚洲之最。机架是轧机上承载数百吨重的巨型合金钢轧辊的支撑部件，也是轧机上最大最重的部件。鞍钢的5500mm粗轧机和5000mm精轧机共需要浇铸2组4片机架，钢水总量近3000吨，成品机架重量超过1600吨，浇铸难度极大。
2006年7月28日，一重再次组织743吨钢水浇铸更为庞大的5500mm米粗轧机机架，他们在木模的制造过程中，采用螺栓把合槽钢的办法，顺利解决了超大模型强度难题。在浇注过程中牢牢控制钢水包上下滑板，有效防止了浇注中“跑、穿、漏（钢水）”现象的发生，准确地将5个钢水包中温度高达1500多度的743吨钢水顺畅注入机架型腔，拉滑板、烧氧等工作一气呵成，仅用时8分钟，一片整体机架浇注成功。经过机床加工后，成品机架长15.91米，宽4.671米，厚2.3米，重达425吨。
如此巨型的整体铸件，要从齐齐哈尔一重运到1400公里外的营口鲅鱼圈工地，用空运、海运、公路运输都不行，而用铁路运输又没有大型载重车辆。为此鞍钢技改部与齐齐哈尔车辆集团组织人员历时1年多时间，研制出载重450吨的D45型世界最大落下孔车，该车全长70米，自重202吨，共配有14个转向架、28轴56个车轮和液压制动系统，铁道部还专门配备了装载计算机轮压信息分析系统的测试车和两台牵引机车。2007年9月10日-27日，D45型落下孔车分2次将一重制造的2片5米精轧机机架，成功地从富拉尔基运至鲅鱼圈工地，创造了中国铁路运输单车载重最大纪录。11月16日，两片机架成功吊装到精轧机底座上，11月21日，轧机支撑横梁与机架成功拼合。

2007年11月21日，鞍钢鲅鱼圈新厂举行5米精轧机机架安装仪式。
2008年7月16日和9月12日，5.5米粗轧机的两片机架在一重完成装配后，也分别通过铁路运至鲅鱼圈新厂进行轧辊安装。轧辊是轧制钢板的关键部件，四辊式轧机需要安装两根支承辊和两根工作辊。由于5米级轧机支承辊需要浇注450吨级真空钢锭，经万吨级水压机锻造成型，再经超重型车床进行精密加工，制造难度极大，世界上仅有德国、日本少数几家企业能生产，单根造价高达2000万元以上。我国重机企业经过近几年的升级改造，也逐步具备了生产能力，2009年6月12日，德阳二重为五矿集团营口中板厂的5米宽厚板轧机生产出首根支承辊，直径2302毫米、总长11226毫米，交货重量226.4吨，是目前国内最大的支承辊。鞍钢5.5米粗轧机的支承辊由德国GP公司制造，单根重达251.7吨，直径达到2.4米，加上两个轴承箱，每个支承辊总重约400吨，是目前世界最大的轧机支承辊。
2008年8月30日上午10点20分，宽厚板生产线的5米精轧机完成安装，正式投入试生产。共轧制出8块不同规格的合格宽厚板。这标志着鞍钢宽厚板工程初战告捷。到2009年6月，5.5米粗轧机支承辊成功装入轧机机架，整条生产线设备安装基本完成。
2009年7月10日上午11时08分，在鞍钢鲅鱼圈新区宽厚板生产线粗轧机试车现场，一块红彤彤的钢坯从加热炉里吐了出来，经过5500mm粗轧机9个道次的轧制，被轻松地展宽轧长，然后进入精轧工序，标志着这条世界最先进的宽厚板轧机生产线全线贯通。能够为鞍钢每年增加200万吨优质宽厚钢板产能。

qiangying · 发表于 2009-12-2 15:24:07

德国西马克公司实力非常雄厚，一重在国内热轧设备制造上也是老大啊

zhangying9903 · 发表于 2009-12-2 15:25:38

长见识了，想不到中国的轧钢有这么大的进步？？？？？？？

bluemoon_1970 · 发表于 2009-12-2 21:58:49

当你身处轧钢现场，伴随着震耳欲聋的轧机轰鸣声，看着火红的钢坯在轧机中往复穿梭的时候，你一定会被那种气势所感染，做为一位拥有世界顶级轧机的鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司厚板部的一名员工，我感到无比的骄傲和自豪！

zht_udb · 发表于 2009-12-12 14:41:18

中国的民族工业进步神速。

shaokuang2009 · 发表于 2009-12-28 15:50:38

船用板。老工业基地重新焕发光彩！

zzyly · 发表于 2010-1-30 15:51:18

挺长见识，轧机我见过不少，这么大的还真没见过。

气压机 · 发表于 2010-1-30 20:58:06

鞍钢，我见过的占地面积最大的企业，就是厂区的道路太糟糕，竟是弯，听说兰洲化工厂比它还大。
刚开始去进门都费劲，要各种证件，后来才知道门前进厂区的黑出租车和摩的多的是，只需5--10元，车主有各种证件，包括给你准备的，如果运气好上下班高峰的时候也可以混进去，唉！进戒备森严的鞍钢5元即可搞定，还要办证中心有什么用，真是不可思议。

李大海51 · 发表于 2010-2-24 15:17:48

非常向往到鞍钢去看一看，那里的大生产气势和鞍钢精神。
西马克是德国的跨国公司，下面两个子公司：德马格(SMS-Demag)和梅尔(SMS-MEER)，在国外有孙子公司，德马格主要生产大型的板材轧机，梅尔生产高线轧机、管材轧机、异型钢材轧机、连铸机等。

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