冶金工业时代的轧钢工艺技术探究

引言：

在全球工业化浪潮推动下，钢材作为工业制造的“骨骼”，其品质直接关乎下游产业发展。轧钢工艺作为钢材成型的核心工序，在冶金产业链中举足轻重。随着建筑、汽车、航空航天等领域对钢材性能要求不断提高，以及全球冶金市场竞争加剧，技术创新已成为行业发展的关键。当前，轧钢工艺正从传统粗放型向精细化、智能化转型，多学科技术融合催生了新型工艺，有效提升生产效率与产品质量。但能耗、环保及高端技术瓶颈等问题，也制约着行业的可持续发展。

一、轧钢工艺基本原理

轧钢工艺基于金属塑性变形理论，通过轧辊对钢坯施加压力，使其在受力状态下发生形状与尺寸的改变。依据轧制温度的差异，可将轧钢工艺分为热轧与冷轧两类。热轧过程中，钢坯被加热至再结晶温度以上，此时金属原子活动能力增强，变形抗力降低，便于实现大变形量加工，常用于生产大型型钢、中厚板材等产品。而冷轧是在室温或低于再结晶温度下进行，金属在加工过程中产生加工硬化，虽然变形难度增加，但能够获得高精度尺寸、优良表面质量与高强度性能，适用于生产薄板、带钢等对精度要求较高的钢材产品[1]。

二、先进轧钢工艺技术及应用

（一）高精度轧制技术

高精度轧制技术旨在满足现代工业对钢材产品高精度、高质量的需求，其核心在于自动化控制系统与高精度轧制设备的协同应用。自动化控制系统通过部署高精度传感器，实时监测轧制过程中的厚度、宽度、平直度等关键参数，并将数据反馈至控制系统。控制系统依据预设标准，通过液压伺服装置、电机驱动系统等对轧制设备进行实时调整，实现对轧制过程的精确控制。例如厚度自动控制系统（AGC），能够根据检测到的钢板厚度偏差，快速、精准地调节轧辊辊缝，将厚度误差控制在极小范围内。在设备层面，高精度轧机采用先进的辊系设计理念与制造工艺。优化的辊型曲线设计能够有效改善板材的板形质量，高硬度合金材料的应用提升了轧辊的刚度与耐磨性，减少了轧制过程中的变形与磨损，从而保障了钢材产品的高精度与稳定性，助力企业开拓高端市场。

（二）无头轧制技术

无头轧制技术打破了传统分段轧制的固有模式，通过专用焊接设备将多根钢坯首尾焊接，形成连续长坯进行轧制。这种工艺模式具有显著优势：在生产效率方面，减少了轧制过程中的启停次数，降低了设备空转能耗，大幅提升了轧机作业率与产量；在产品质量方面，避免了传统轧制中钢坯头部与尾部因受力不均导致的厚度偏差与表面缺陷，使钢材质量更加均匀稳定。同时，连续轧制减少了轧辊与钢材的频繁接触与摩擦，有效降低了轧辊磨损，延长了设备使用寿命，为企业带来可观的经济效益与质量效益[2]。

（三）热处理一体化技术

热处理一体化技术将钢材轧制与热处理过程紧密结合，实现了钢材组织与性能的在线调控。该技术涵盖在线常化、在线淬火、在线回火等工艺。在线常化通过快速冷却，促使钢材组织均匀化，提升其强度与韧性；在线淬火使轧制后的钢材迅速冷却至马氏体转变温度以下，获得高硬度与高强度；在线回火则通过加热消除淬火产生的内应力，改善钢材韧性与塑性。此技术充分利用钢材轧制后的余热进行热处理，减少了重复加热带来的能源消耗，缩短了生产周期，降低了生产成本。

三、轧钢工艺技术面临的挑战

（一）能源与环境压力

轧钢作为冶金工业的能耗大户，生产过程对电能、热能及水资源的需求极为庞大。全球能源供需矛盾加剧，价格频繁波动，直接推高企业生产成本。与此同时，环保法规日益严苛，对轧钢行业污染物排放管控愈发严格。生产过程中产生的废气、废水和废渣若处理不当，将对环境造成严重破坏，企业为满足超低排放等环保标准，需投入大量资金用于环保设施建设与污染物治理，承受着巨大的经济与技术压力。

（二）高端产品技术瓶颈

我国轧钢工艺虽发展迅速，但在高端钢材生产领域，与国际先进水平仍存在明显差距。在超高强度汽车用钢、核电用钢等关键领域，部分核心技术、工艺与设备依赖进口。这些高端钢材对质量稳定性和性能一致性要求极高，需在钢种开发、工艺优化、热处理创新及质量控制体系建设等方面实现突破。然而，当前我国在高端钢材领域研发投入不足、技术储备薄弱、专业人才短缺，严重制约了自主生产能力与市场竞争力。

（三）设备维护与升级难题

随着轧钢技术不断进步，轧制设备日趋复杂精密，设备维护与升级难度显著增加。高端设备价格高昂，维护成本居高不下，关键部件如轧辊更换频繁且费用不菲。设备升级不仅需要巨额资金，还面临技术壁垒，部分核心技术和控制算法被国外企业垄断，国内企业常受技术封锁限制。此外，新设备对操作人员技能要求大幅提升，现有人员培训体系难以快速适应，导致设备维护与升级困难重重。

四、轧钢工艺技术的发展趋势

（一）智能化与自动化发展

在人工智能、大数据、物联网等技术的推动下，轧钢工艺将向智能化、自动化方向深度发展。生产过程中，大量传感器实时采集数据，借助人工智能算法对数据进行深度分析与挖掘，实现轧制参数的自适应优化与调整，提升生产过程稳定性与产品质量一致性。设备管理方面，物联网技术实现设备远程监控与故障预警，通过预测性维护减少设备突发故障，降低维护成本。智能化技术还将渗透至生产计划制定、质量检测、物流运输等环节，构建全流程智能化管理体系，提高生产效率与企业管理水平。

（二）绿色低碳技术创新

面对能源与环境双重压力，绿色低碳技术将成为轧钢工艺发展的核心方向。在节能降耗领域，新型高效节能轧制设备与工艺将不断涌现，如高效加热炉技术、优化的轧制规程设计等，降低生产过程能源消耗。清洁生产技术方面，先进的废气净化、废水处理与废渣综合利用技术将得到广泛应用，实现污染物超低排放与废弃物资源化利用。循环经济模式将进一步深化，通过余热回收、水资源循环利用等技术，提高资源利用效率，推动轧钢行业绿色可持续发展[3]。

（三）高端产品技术突破

为满足高端制造业对特殊钢材的需求，轧钢行业将加大高端产品技术研发力度。企业与科研院校将加强产学研合作，联合攻关高端钢材生产的关键技术，包括新型钢种开发、先进轧制工艺研究、热处理技术创新等。同时，加快高端钢材生产设备的国产化进程，打破国外技术垄断。建立健全严格的质量控制体系，运用大数据、人工智能等技术实现产品全生命周期质量监控，提升高端钢材产品质量稳定性与国际竞争力。

结论

轧钢工艺技术的发展对冶金工业至关重要。先进轧钢工艺技术的应用，显著提升了钢材产品质量与生产效率，增强了企业市场竞争力。但当前行业仍面临能源环境约束、高端技术短板、设备维护升级困难等诸多挑战，而随着智能化、绿色化、高端化技术的不断创新与发展，轧钢工艺将朝着更加高效、环保、优质的方向演进，为冶金工业的可持续发展与我国从钢铁大国向钢铁强国的跨越提供坚实技术支撑。

参考文献：

[1] 耿 婷 . 冶 金 工 业 时 代 的 轧 钢 工 艺 技 术 分 析 [J]. 冶 金 与 材料,2024,44(09):94-96.

[2] 游 力 杰 . 冶 金 轧 钢 生 产 新 技 术 分 析 [J]. 中 国 战 略 新 兴 产业,2022,(15):163-165.

[3]龙应瑞,韩龙,李国亮.新时代冶金轧钢生产新技术研究[J].冶金管理,2023(11):22-24.