冷軋帶鋼退火原理及連退爐內(nèi)露點(diǎn)測(cè)量與控制綜述

摘 要 結(jié)合首鋼京唐公司冷軋連退爐機(jī)組實(shí)例，分析了帶鋼退火原理，同時(shí)對(duì)連退爐露點(diǎn)進(jìn)行論述，并積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)連退爐內(nèi)露點(diǎn)的測(cè)量與控制提出方法和措施。經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)行，取得了一定的效果，有效控制了連退爐內(nèi)露點(diǎn)的分布量，提高了帶鋼表面質(zhì)量和退火后的機(jī)械性能。

關(guān)鍵詞 冷軋；帶鋼；連退爐；露點(diǎn)

前言

連續(xù)退火是連續(xù)地將帶鋼加熱到一定溫度保溫后再冷卻的工藝。退火目的是使熱軋帶鋼軟化、消除內(nèi)應(yīng)力、恢復(fù)塑性、改善帶鋼的金相組織[1]。

帶鋼經(jīng)冷軋變形后，金屬晶粒將沿著變形的方向被拉長(zhǎng)。冷變形會(huì)引起晶粒取向的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在多晶體內(nèi)形成一定類型的織構(gòu)[2]。其內(nèi)部組織產(chǎn)生大量位錯(cuò)，形成胞狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生加工硬化，使帶鋼的強(qiáng)度和硬度大大提高，而塑性、韌性、沖壓性能降低，給進(jìn)一步的冷加工帶來困難。金屬內(nèi)部組織發(fā)生晶粒拉長(zhǎng)，晶粒破碎和晶體缺陷而導(dǎo)致金屬內(nèi)部自由能升高，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，為了消除這種不穩(wěn)定狀態(tài)及所產(chǎn)生的缺陷，使其塑性、韌性提高，強(qiáng)度、硬度下降，所以需要對(duì)冷軋產(chǎn)品進(jìn)行退火處理。

1 冷軋板退火原理

形變金屬的退火又稱再結(jié)晶退火，是冷軋薄板生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，直接影響帶鋼最終的產(chǎn)品質(zhì)量。再結(jié)晶退火就是將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上、Ac1以下，保持適當(dāng)時(shí)間，使其具有較高的原子活動(dòng)能力，其晶粒的外形便開始發(fā)生變化，從破碎拉長(zhǎng)的晶粒重新結(jié)晶為均勻等軸晶粒后進(jìn)行冷卻從而消除加工硬化的熱處理工藝[3]。再結(jié)晶退火主要經(jīng)歷回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過程[1]。

2 首鋼京唐公司冷軋連退爐設(shè)備概況

首鋼京唐公司冷軋2230退火機(jī)組是主要生產(chǎn)機(jī)組，年處理量為000t，產(chǎn)品以高質(zhì)量表面的汽車板、家電板為主，生產(chǎn)的品種包括： CQ、DQ、DDQ、EDDQ、SEDDQ、CQ-HSS、DQ-HSS、DDQ-HSS、BH-HSS、DP-HSS、TRIP-HSS等[4]。2230連退機(jī)組采用德國 SMSD 的連續(xù)退火技術(shù)，可以生產(chǎn)0.40-2.5×1000-2080mm，產(chǎn)品品種涵蓋 CQ～SEDDQ各種級(jí)別的深沖冷軋板，以及抗張強(qiáng)度為 780Mpa高強(qiáng)度級(jí)別的鋼板（預(yù)留 980Mpa超高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)能力）。

焊機(jī)采用 Miebach 激光焊機(jī)，具有焊縫質(zhì)量檢測(cè)、焊接參數(shù)自動(dòng)監(jiān)控和記錄等功能。焊接速度2.5～12m/min，開口度120×2300mm。

采用立式連續(xù)退火爐。退火爐由預(yù)熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、一次冷卻段、過時(shí)效段、二次冷卻段以及水淬設(shè)備組成，總長(zhǎng)161730mm。退火爐一次冷卻爐采用法國STEIN 公司開發(fā)的 Flash cooling高氫、高速噴吹冷卻帶鋼技術(shù)，保護(hù)氣體氫含量為 5-50%，最高可提高到 82%。根據(jù)爐輥在爐內(nèi)所處位置的不同，采用不同的輥型和初始凸度，結(jié)合爐子自動(dòng)控制系統(tǒng)（FAS）防止帶鋼熱瓢曲及冷瓢曲的產(chǎn)生。

清洗段的二次堿洗和電解清洗采用立式槽，漂洗段采用四級(jí)漂洗，利用爐子段產(chǎn)生的廢氣余熱加熱過熱水，用于清洗段加熱。

平整機(jī)選用 SMSD六輥 CVC 濕式平整機(jī)，平整機(jī)出口設(shè)置板形儀，帶鋼表面質(zhì)量檢查及粗糙度儀、在線機(jī)械性能檢測(cè)設(shè)備，能嚴(yán)格保證帶鋼平整后高級(jí)汽車外板所需要的板形、粗糙度和機(jī)械性能。最大軋機(jī)速度820m/min，最大軋制力13000kN，最大延伸率3%。

出口段采用回轉(zhuǎn)式雙頭圓盤剪，并設(shè)置檢查小活套，可減少平整機(jī)的停機(jī)輥印和增加帶鋼表面檢查的時(shí)間[2]。

工藝流程簡(jiǎn)介：鋼卷接受→原料檢驗(yàn)→連退原料準(zhǔn)備→焊接→清洗→退火→平整切邊→表面檢查→涂油→力學(xué)性能檢驗(yàn)→卷取→稱重→包裝→入庫。

3 冷軋連退爐露點(diǎn)及露點(diǎn)對(duì)帶鋼退火質(zhì)量影響

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，連續(xù)退火機(jī)組各工序關(guān)鍵設(shè)備也在不斷發(fā)展和完善[5]，連退爐內(nèi)露點(diǎn)控制技術(shù)就是其中之一。所謂露點(diǎn)就是自由水面上的空氣與水蒸氣飽和時(shí)的空氣溫度。爐內(nèi)氣氛的露點(diǎn)是保護(hù)氣體中含水量的標(biāo)志。露點(diǎn)的高低會(huì)影響帶鋼表面氧化鐵皮的還原。帶鋼暴露在空氣中會(huì)與空氣中的氧氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使帶鋼表面附著一層氧化鐵皮，如下式：

4Fe + 2H2O + 3O2 = 2Fe2O3 + 2H2O （1）

連退爐在對(duì)冷軋帶鋼退火提高其機(jī)械性能的同時(shí)，爐內(nèi)保護(hù)氣體會(huì)與帶鋼表面氧化鐵皮產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使其表面的氧化鐵皮還原為鐵。如下式：

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O （2）

正常生產(chǎn)時(shí)，爐內(nèi)保護(hù)氣體成分的變化情況和帶鋼表面被氫氣還原的狀態(tài)無法直接得到，而通過爐內(nèi)露點(diǎn)的測(cè)試和分析就可以間接地推斷出爐內(nèi)的這些變化狀態(tài)。因此，如何對(duì)退火爐內(nèi)的露點(diǎn)溫度進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)及時(shí)采取方法控制好爐內(nèi)帶鋼各種化學(xué)變化，成為我們亟待解決的問題[3]。

4 露點(diǎn)發(fā)生突然變化的原因分析

爐內(nèi)露點(diǎn)發(fā)生突然變化的原因是多種多樣的， 根據(jù)首鋼京唐公司冷軋連退爐以往經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生露點(diǎn)變化的原因有以下幾種：①儀表本身的失常；②爐子漏氣的緣故；③生產(chǎn)保護(hù)氣體的脫水系統(tǒng)發(fā)生異常，促成保護(hù)器本身的水分含量突然增高。如果是爐子漏氣，就有氧氣滲入爐內(nèi)，盡管爐內(nèi)屬于正壓操作系統(tǒng)（爐內(nèi)壓力一般是20 mm水柱），但是在爐壁漏洞的邊沿上仍然會(huì)發(fā)生氧氣的對(duì)流滲透。氧氣所以能逆著氣流穿過漏洞滲入爐內(nèi)，主要有兩個(gè)原因： ①爐內(nèi)爐外極大的氧氣濃度差，例如爐內(nèi)氣氛的氧氣分壓幾乎等于零，而爐外在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，空氣中的氧氣含量為21%，這是氧氣滲入爐內(nèi)的主要?jiǎng)恿?；②爐壁的漏洞往往是非常不規(guī)則的。像孔道彎曲、孔壁粗糙等。這樣，保護(hù)氣體從爐內(nèi)流出時(shí)就遭受很大的阻力，而使流速大大減慢。特別是在流體和爐壁接觸的界面上，由于存在極大的摩擦力，使流速下降得很低，造成氧氣滲入爐內(nèi)的有利條件。在上述條件下，氧氣就可以滲入正壓系統(tǒng)的爐內(nèi)。

漏入爐內(nèi)的氧氣便和氫氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)（燃燒）生成水，因而可導(dǎo)致露點(diǎn)的急劇增高。當(dāng)采用手提式露點(diǎn)測(cè)量?jī)x校驗(yàn)露點(diǎn)時(shí)，如果和連續(xù)測(cè)定的數(shù)據(jù)一致，就證明是爐子漏氣或保護(hù)氣體本身有問題。反之，證明儀表失常[4]。

5 爐內(nèi)露點(diǎn)的測(cè)量與控制

5.1 爐內(nèi)露點(diǎn)的測(cè)量

①多區(qū)域多點(diǎn)采樣測(cè)試。在連續(xù)退火爐中，各個(gè)區(qū)段至少要有一個(gè)露點(diǎn)測(cè)試取樣孔，對(duì)于每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)采用紅外線氣體分析儀進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)測(cè)定，并且匯集成表，通過計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)分析、比對(duì)，從而形成對(duì)爐內(nèi)情況實(shí)時(shí)分析掌控。②利用紅外線氣體分析儀進(jìn)行爐內(nèi)氣體分析。紅外線氣體分析儀系利用紅外線輻射作為測(cè)量的基礎(chǔ)，其構(gòu)造由輻射器、測(cè)量室接收器、薄膜式薄片等元件組成。測(cè)量時(shí)輻射器發(fā)出均勻的紅外線射到測(cè)量室，接收器有兩個(gè)入口，其中之一通過測(cè)量氣體，另一個(gè)通過標(biāo)準(zhǔn)氣體。如測(cè)量氣體中含有水分，則紅外線通過的強(qiáng)度就弱了，從其減弱強(qiáng)度即可換算出其被測(cè)氣體的露點(diǎn)，并且可以自動(dòng)顯示出來。③建立各測(cè)量點(diǎn)的檢查、校驗(yàn)制度，加強(qiáng)巡視。為了檢查各測(cè)量點(diǎn)是否工作正常，我公司實(shí)行作業(yè)長(zhǎng)制，嚴(yán)格考核，要求當(dāng)班職工用手提式露點(diǎn)儀逐點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)，特別是當(dāng)測(cè)量出的露點(diǎn)突然失常時(shí)，及時(shí)進(jìn)行這種校驗(yàn)工作。

5.2 爐內(nèi)露點(diǎn)的控制

采用較大的保護(hù)氣體通入量，適當(dāng)提高爐壓可以提高爐子漏孔出口保護(hù)氣體的流速，這樣在一定程度上能防止?fàn)t外氧氣向爐內(nèi)滲透，從而可使氧含量保持在不影響帶鋼表面氧化鐵皮還原的限度之內(nèi)。為了使已經(jīng)滲進(jìn)爐內(nèi)的氧氣盡可能都與氫氣化合成水，可適當(dāng)提高保護(hù)氣體中的氫氣含量。隨著氫氣含量的增加，保護(hù)氣體中氫氣的分壓增大，而氧氣分壓、水蒸氣分壓都在縮小，這樣對(duì)氧化鐵皮的還原是有利的[5]。

6 結(jié)束語

結(jié)合首鋼京唐公司冷軋連退機(jī)組的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，剖析了冷軋帶鋼退火基本原理，并對(duì)連退爐露點(diǎn)起伏變化給出了原因分析，同時(shí)對(duì)連退爐內(nèi)露點(diǎn)測(cè)量與控制提出了方法，通過應(yīng)用在生產(chǎn)中起到了良好的效果，為同行業(yè)連退爐的露點(diǎn)控制提供了參考。

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作者簡(jiǎn)介

王冬冬（1989-），女；學(xué)歷：本科，現(xiàn)就職單位：首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，研究方向：連續(xù)退火產(chǎn)品訂單生產(chǎn)管理。