建龙北满特殊钢有限责任公司 黑龙江省齐齐哈尔市 161041
摘要：钢铁工业快速发展，生产活动中运用的冶金设备数量和规模不断扩大，尽管在一定程度上促进了我国钢铁工业的发展，提升冶金效率和质量，但是我国的冶金设备无论是色彩、外观设计还是人机工程学方面，都要远远落后于国外的综合水平。尤其是冶金设备自身特殊性，很多国内的工程设计人员忽视了工业设计重要性，自主品牌意识薄弱，无法对后续的冶金设备设计工作提供支持。如何能够有效提升冶金设备设计合理性，成为当前首要待解决的问题之一。
关键词：冶金工艺；冶金设备；设备设计；
冶金工艺模拟系统对于现代钢铁行业的重要性，结合国内外模拟系统的开发情况，介绍了现代冶金全流程工艺模拟系统的主要构成及其各个工艺阶段的应用，针对钢铁企业目前所面临的问题对冶金全流程工艺模拟系统的发展进行了展望。
一、融入现代化工业设计理念
在冶金设备设计中，应该协调美学设计和功能设计之间的关系。传统冶金设备设计中，可以对已经淘汰的数据进行深入分析，寻求优秀的设计理念，为后续的设计提供支持。诸如，在高速线材设计中，线材卷取机逐渐被淘汰，但是为了满足大棒材卷取需要，原本卷取机造型和结构逐渐被淘汰，具有一定的借鉴和促进作用。在上个世纪中期，板材矫直机体积较大，设备整体较为笨重，主要是借鉴苏联产品的结构造型，致使后续机械化设备的检修和维护难度较大，而使用闭式机架后，可以借助换辊装置更加便捷地开展工作，降低维护难度。
二、加强冶金设备的质量和外观设计
在冶金设备设计中，在综合考量设备性能、外观和结构等内容的同时，还要注重塑造良好的品牌意识和创新意识，努力降低国内外冶金设备设计方面存在的差距。尽管冶金设备产量小且单一，但是冶金设备的服役时间较长，需要设计者不断提升自身的设计水平，努力将更多前沿的冶金工艺和技术应用其中，优化工业设计，促使冶金设备可以得到不断的完善和改进，具备更强的品牌形象，在市场上占据更大的优势。通过长期的创新和完善，冶金设备设计得到了有效的改进，设备整体结构和布局得到进一步地优化，基本上实现了系列化生产，促使冶金设备的色彩、外观和人机工程学水平大大提升。
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三、现代冶金模拟系统
1.炼铁中试设备。目前铁前成本的高低对钢铁行业制造成本起着非常重要的作用，而烧结矿的的好坏对生铁的生产又有着直接影响，因此烧结矿的研究越来越受到钢铁企业的重视，不同的铁矿石品种在化学成分、粒度组成以及矿物组成及结构等方面也各不相同，这就决定了其不同的烧结性能，从而影响到烧结矿的产量及质量，继而影响高炉的各项技术经济指标。因此对新的铁矿品种进行烧结性能的研究，确定其烧结性能的好坏，不但可以有效地指导烧结生产而且为公司购矿提供相应的参考依据。
2.炼钢中试设备。随着科技发展，对钢材性能及质量要求不断提高，面对全球化的钢铁竞争环境，只有不断地开发出新的钢铁产品满足各行业需求，才能在行业竞争中立于不败之地，为满足发展的需要，中试炼钢装备的功能应满足以下几个方面需求：(1)炼钢新工艺的开发，主要有超纯净钢冶炼技术的开发、铁水脱磷技术、高品质钢种冶炼技术的开发等；(2)为新产品的开发提供钢锭，由于是用于中试试验轧机，则要求钢锭杂质元素含量低、夹杂物满足材料性能要求，表面无缺陷且内部缺陷可控；(3)炼钢工艺热模拟，主要包括铁水脱磷脱硫预处理、二次精炼和转炉顶底复吹技术等。
3.轧钢中试设备。轧钢技术正处于一个快速发展的时代，轧钢中试设备不仅要完成硅钢、汽车板等薄板新产品的轧制工艺试验，型、线、棒材轧制开坯试验，中厚板新产品的控轧控冷模拟试验和单片热轧薄板新产品的控轧控冷试验并为单片冷轧薄板新产品试验提供原料等常规试验，还要为轻量化、高性能、超高强、细晶钢和超薄、超厚尺寸钢铁品种的研究提供设备支持。热轧试验轧机是根据相似原理设计的比生产实际小的热模拟装置，根据所需轧件终轧厚度的不同，可以选用不同的可逆式热轧轧机进行中试实验。热轧轧机设备主要用于模拟轧机加热、控轧和控冷工艺。以中试各种冶炼炉生产出来的钢锭或产线生出的连铸坯为原料，通过切割工艺，进行板材品种的控轧控冷，将试样通过检测验证设计方案的可行性。试验轧机要求体积小但适用性广，高强度大轧制力，以满足高强度钢、大压下和低温轧制等研究工作的要求，实现控制轧制。由于控制控冷技术的发展，以超快冷为代表的新一代TMCP技术逐渐应用到生产中，对轻量化、高强钢的生产开辟了新的路径，为了顺应研究的需要，中试冷却系统必不可少，目前冷却系统主要包括高密、层流、水幕和气雾等冷却方式，最大冷速可达480℃/s，要求冷却速度及开冷、终冷温度可根据工艺要求灵活调整，实现冷却路径控制和集约化轧制。由于冷轧及硅钢产品开发的需要，冷轧轧机应具备轧制成品厚度范围大，轧制高强度、薄规格的要求，这样才能满足硅钢、普碳钢及常用冷轧钢种等新产品冷轧试验的要求，目前先进的冷轧实验机组采用液压张力技术，对单张试样的最大张力可达10吨，采用轧机前后液压钢施加张力，使前后张力控制稳定，能适用于小炉冶炼提供的短轧件冷轧实验；采用水平稳定化技术有效满足轧制高强度、薄规格带钢的要求，获得了良好的轧制精度和板形；二/四辊工作模式满足中试阶段轧机既能轧制又能平整的要求。
4.其他设备。新产品的开发往往还需要进行后续的淬火、回火、调质、正火、退火等热处理工艺，因此中试设备还必须包括各类箱式和台车式电阻炉等等常规热处理设备，用来对各种规格、品种的试验钢坯板进行高温热处理模拟工艺试验。这些热处理设备主要包括渗氮炉、二次再结晶炉、连续脱碳退火炉、推杆式退火炉、多段型退火炉、间歇式SRA炉、高温退火炉等。为了更好的研究汽车板生产工艺、性能等，一些先进钢铁企业为汽车板研究引进了大量中试设备，如冷成型试验机，通过汽车板冷冲压工艺模拟手段，对汽车板材料性能精确评价技术和覆盖件冲压工艺优化方法进行研究，实现汽车板材料性能与成形工艺的稳定控制；热成型试验机，用于对高强轿车板的加热制度、热冲压工艺制度（冲压温度、冲压速度、冷却速度、冷却时间）以及热冲压工艺对材料组织和最终性能的影响进行研究；热浸镀试验机，用于对汽车板连续退火工艺模拟试验、汽车板热浸镀纯锌工艺模拟试验，热浸镀Zn-Al、Zn-Fe、Zn-Si合金工艺模拟试验、以及其它新型热浸镀层材料开发；激光拼焊机组，进行不同材质、不同厚度、不同表面状态的汽车板（薄板）拼焊，进行直线、曲线、折线的焊接；激光三维切割机组，主要用于对一些特殊和复杂形体的钢板进行切割性能试验研究，汽车板拼焊件冲压成型的再加工。
三、应用前景
创新是企业发展的根本，工艺创新、产品创新很大程度上依赖与装备水平，有效的数值模拟可以为研究工作指明方向，但必须依靠设备付诸于实践来验证模拟结果的正确性，因此只有将冶金全流程模拟平台的装备水平提升到了一定的高度，才能够给新工艺、技术及产品的创新创造空间。科学发展观促使人们从循环经济、环境友好、节能降耗等方面来评价制备技术和材料的先进性。因此利用冶金工艺模拟平台开发高强度、长寿命、耐腐蚀、环境友好的新一代钢铁材料和短流程、贴近用户需求的轧制技术、新工艺、新设备是未来发展的必然趋势。
总之：
冶金全流程工艺模拟生产系统的应用，为高端设备的研究提供了应用平台，并为装备的功能开发提供了技术平台，利用它可以缩短研究开发周期、降低研究开发成本，同时有利于对新产品、新工艺、新技术、新装备进行反复、深入、细致地研究，使其尽快的转化为生产力，对实际大生产有着重要的指导意义。
参考文献：
[1]张冬梅，探讨冶金轧钢工艺的创新及应用前景.2017.
[2]杨东方，浅议冶金设备设计的工业设计问题.2017.
论文作者:刘占东
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/28
标签：设备论文; 工艺论文; 轧机论文; 技术论文; 中试论文; 性能论文; 汽车论文; 《防护工程》2018年第29期论文;