炉卷轧机原料在冷轧后的退火工艺研究应用

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炉卷轧机原料在冷轧后的退火工艺研究应用

昆钢股份公司史亚鸣刘昆

摘要:2003—2008年昆钢用炉卷轧机原料生产冷轧板卷，由于炉卷轧机轧制工艺的特殊性，加之冷轧工序未配套脱脂机组，带来冷轧产品表面质量的诸多问题，更多地要在退火消化解决，经过对退火工艺的分析研究，通过不断的创新改进，使用炉卷轧机原料的冷轧产品表面质量问题逐步解决，使产品满足市场要求。

关键词：炉卷轧机；热卷；退火；挥发性；表面清洁度

炉卷轧机生产线虽然具有流程短，投资省，建设、调试快，产品灵活，产量规模适中等特点，但热轧后钢卷二次氧化，表面质量差，板形调控手段不足，板形控制能力较弱。炉卷轧机生产的热轧卷作为冷轧原料，由于炉卷轧制工艺的特殊性，给冷轧产品的表面质量控制带来诸多问题。

1 昆钢板带生产线主要工艺装备

昆钢2000年引进美国TIPPINS双机架紧凑式炉卷轧机和配套的冷轧生产线。于2002年9月30日投入试生产。其中双机架炉卷轧机为中国第1套现代炉卷轧机。后续配套的冷轧主要工艺设备为：l条奥地利ANDRITZ公司设计制造，能力55万t的推拉式酸洗机组和酸再生站；2套美国TIPPINS公司设计能力40万t的单机架可逆四辊冷轧机组；36个炉台的奥地利EBNER全氢罩式退火炉；l套美国TIPPINS单机架四辊平整机。其中冷轧工序至今未配套脱脂机组。

2 炉卷轧机生产的冷轧原料在冷轧产生的问题及分析

炉卷轧机的特点决定了它所生产的热轧带钢具有氧化铁皮较厚、氧化铁皮压入较多、带钢表面较粗糙的特点。

在冷轧过程中通过吹扫不能吹净的残余乳化液随运行卷入钢卷内部，造成轧后带钢表面残留乳化液过多，并含有较多的氧化铁，加之冷轧后无脱脂机组清理，至使退火时难以全部挥发，在退火高温下与带钢基体发生氧化反应，产生氧化黑斑、黑带。

在投产初期按此工艺生产的冷轧卷在平整机开卷后钢卷尾部约1／3的带钢表面发黑，虽然经过几次工艺调整后，但尾部发黑的现象一直无法消除。这些表面发黑的冷轧板卷作为试制品进入市场后，因外观质量达不到用户要求，难于被用户接受。

因此，必须根据炉卷轧机原料的特点，结合冷轧生产的实际情况，在现有设备条件下，不断优化控制工艺改善冷轧表面质量。

2．1 退火工艺的不断改进

退火工艺的改变对退火后黑带有明显影响，不同的温度制度和气氛制度都会对黑带的产生有影响。因此，要尽可能让残留乳化液中可挥发的成分在退火温度较低时挥发，防止高温时碳化或与带钢基体反应。

由典型的H₂退火过程中保护气体成分随时间和温度的变化曲线可以看出，炉内气氛中CH₄两次达到最大值，第1个峰值在加热过程中钢卷内温度(实际控制温度)在400℃左右时出现，此时炉内的烟气浓度最大，CH₄中的C来源于轧制油中，应被吹掉。根据已确定的乳化液挥发特性(390℃挥发性最好)，为了让乳化液充分挥发并被吹扫介质带走，特意在退火工艺的温度制度中设置了390℃的乳化液挥发保温平台，在气氛吹扫制度中设置了约120 m³／h起始段大流量氮气吹扫和升温段16～24m³／h的氢气吹扫。

另一个峰值出现在加热结束的保温段，CH₄中的C主要来源于钢中，为了不使钢脱C，此时产生的CH₄不应被炉内吹扫介质带走。

化学反应方程C 2H₂=CH₄在600℃以下反应停止进行，因此冷却段CH₄含量大大降低，在CH₄达第二次峰值后，比体积分数接近100％。

采取的对策：在加热阶段即300～500℃时，保护气体中乳化液烟气含量迅速增加，该温度段为乳化液蒸发阶段，在设置氢气吹扫方式时，可采用大流量氢气吹扫；在CH₄的第2个峰值到来时，不应进行吹扫。

试验发现，390℃保温平台时间达到2 h以上时可以得到较好的乳化液挥发效果，能有效减少退火黑带出现的长度，随时间增加效果逐步提高，但保温平台时间超过6 h以上时，挥发效果不再有明显变化，由此确定退火挥发保温平台时间为2～6 h；起始段约120 m³／h的大流量氮气吹扫时间达到1h，可以观察出对乳化液挥发有明显作用，随时间增加效果逐步提高，但超过2．5 h后效果变化不明显，升温段16～24 m³／h氢气吹扫以升温结束时停止较为适宜。

2．2 适应外界变化的供辅条件的设备改进和维护

在退火过程中研究发现，在退火升温过程中发生停炉(是由于煤气、氮气等介质波动较大造成退火程序中断)再恢复运行后，出炉钢卷的黑带情况比正常完成退火时严重，因为中间停炉改变了预定的升温速度和气氛吹扫。

采取了以下措施：针对昆钢在实际生产中煤气、氮气等介质波动较大，经常造成退火程序中断的问题，对退火炉加热罩上的烧嘴进行了改装，使其可以稳定工作的煤气压力从9 000～11 000 Pa扩大到7 500～12 500 Pa，以适应外供辅能介供应条件，减少因外供辅能介不稳定而出现自动停炉的情况。

从设备上减少罩式炉加热罩故障的影响，一般的故障将使烧嘴燃烧中断，由于烧嘴关断影响加热外，还会影响氢气的吹扫，进而影响带钢表面质量。对策：对加热罩烧嘴的电磁阀进行清洗，并对回位弹簧和开度弹簧重新调整后，消除烧嘴故障；提高煤气的清洁度；加强检查维护烧嘴工况和加热罩控制系统；稳定煤气供给。

2．3减少冷轧后带钢表面残留物

在退火过程中，乳化液中除灰分与铁粉外的各种组成部分都要尽可能在加热后被挥发掉，但由于轧制油本身具有的轧制润滑性与退火清净性互为矛盾的特点，只能在首先考虑轧制润滑性的前提下来考虑尽可能好的退火挥发性。

由于原设计的低压力、大流量吹扫为压缩空气吹扫带来的供应量不足、压力不够问题，增设两台能力40 m³／h的螺杆式空压机，满足了轧机乳化液吹扫系统用气的要求；另外轧机专门设计了无间隙大压力、大流量吹扫，实现了带钢表面乳化液的最少残留。

针对轧制油的应用问题，主要通过技术性对比试验(试用了奎克、汉高、握垦、福斯4个品牌的轧制油)，根据轧制和带钢表面质量情况，调整乳化液应用参数，寻找最佳配比，以满足轧制需要和表面质量需要。确定了乳化液浓度与轧制规格对应。

2．4 冷轧后带钢的表面形貌的改善

生产初期，由于采用光面工作辊进行轧制，辊面粗糙度R_a为0．4μm左右，轧后钢卷层与层间基本无间隙，不利于退火炉中带钢基体与各种气体的接触，不利于板面残留物的挥发。经过不断研究、探索在轧机上运用激光毛化工作辊，粗糙度为1．2～2．0μm，比原来使用光辊时0．4μm左右明显提高，使钢卷层间有一定间隙，退火时带钢基体与退火炉中各种气体接触面积增大，钢卷内残留物挥发充分，表面质量有明显提高。