不銹鋼冷帶退火酸洗的工藝及設(shè)備研究

1、不銹鋼冷帶退火酸洗的工藝及設(shè)備的研究 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，近年來我國(guó)不銹鋼的市場(chǎng)需求呈快 速增長(zhǎng)趨勢(shì)。從產(chǎn)品表面質(zhì)量和生產(chǎn)成本上看，由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)在一 定程度上還落后于國(guó)外的一些生產(chǎn)廠，如新日鐵、米塔爾、AK 公司、蒂 森克虜伯等，一些高、精、尖的產(chǎn)品仍舊需要進(jìn)口。 到目前為止，國(guó)內(nèi)幾家大型不銹鋼生產(chǎn)廠所建設(shè)的近 10 條冷軋不銹 鋼退火酸洗機(jī)組均從國(guó)外引進(jìn)，僅有少部分設(shè)備是國(guó)內(nèi)合作制造，我國(guó) 自主集成生產(chǎn)設(shè)備的能力是相當(dāng)?shù)谋∪酢?由此，掌握冷軋不銹鋼帶鋼的退火和酸洗工藝，提高自主設(shè)計(jì)、集 成不銹鋼冷帶退火酸洗生產(chǎn)設(shè)備的能力，優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備配置，對(duì)提高我 國(guó)生產(chǎn)高質(zhì)量的冷軋不銹帶鋼產(chǎn)品

2、，降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源，滿足人 民對(duì)不銹鋼產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求，甚至降低冷軋不銹帶鋼的進(jìn)口量，提 高我國(guó)出口不銹鋼產(chǎn)品的能力都有重要的意義。 本文基于國(guó)內(nèi)某一大型不銹鋼冷軋廠的不銹鋼冷帶退火酸洗機(jī)組， 針對(duì)其生產(chǎn)工藝和設(shè)備選型，并結(jié)合多條其它酸洗機(jī)組的分析、比較和 研究，為今后我國(guó)自主集成不銹鋼退火酸洗線提供條件。 為了提高連續(xù)退火爐的生產(chǎn)效率和節(jié)能效果，采用較大的溫度落差進(jìn)行加熱，以大大地縮短加熱時(shí)間，減少帶鋼氧化，使帶鋼表面受熱均勻一致，以保證帶鋼組織與性能的均勻一致。臥式退火爐將加熱段爐膛 上部全部連通，使煙氣全部流入預(yù)熱段對(duì)帶鋼進(jìn)行預(yù)熱，充分利用煙氣 余熱，提高爐子的熱效率，節(jié)約能源。

3、為使奧氏體不銹鋼產(chǎn)品的耐腐蝕 性不受明顯的影響，在 850500之間必須快冷，其冷卻速度和含碳量 有著密切的關(guān)系，隨著碳含量的增加，冷卻速度越快。 奧氏體不銹鋼的酸洗工藝為Na2SO4(電解)酸洗混酸(HNO3+HF)酸 洗，鐵素體和馬氏體的酸洗工藝為Na2SO4(電解)酸洗HNO3(電解)酸 洗。 “V”型淺槽體的設(shè)計(jì)使酸液從槽體兩側(cè)順著帶鋼直接噴射到帶鋼的 上下表面，增加酸液與帶鋼直接接觸的時(shí)間，縮短酸洗時(shí)間，減少酸耗， 提高酸洗效果。 為保護(hù)環(huán)境，在設(shè)計(jì)中對(duì)酸洗段的每段工藝槽配置了相應(yīng)的廢氣處 理等系統(tǒng)，使廢氣處理達(dá)標(biāo)后排放。為節(jié)約能源，清洗段采用漂洗水溢 流循環(huán)使用的工藝，縮短清洗時(shí)間

4、，降低水耗量。廢酸處理系統(tǒng)采用 PYROMARS 處理工藝將廢混酸和廢 HNO3 統(tǒng)一收集后進(jìn)行再生處理，并 重新利用。對(duì)于機(jī)組產(chǎn)生的有害的 NOx 廢氣，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用 NOx 氧化還原法將廢氣進(jìn)行收集、過濾凈化處理后達(dá)標(biāo)排放，保護(hù)了大氣環(huán)境。 雖然，我國(guó)的不銹鋼生產(chǎn)能力已經(jīng)大幅度提高，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，到 2010 年，我國(guó) 還存有 70 萬 t 的冷軋不銹鋼產(chǎn)品缺口量，而且從人均消費(fèi)看，我國(guó)不銹鋼人均消費(fèi) 量為 4.8kg，世界平均水平為 5.1kg，發(fā)達(dá)國(guó)家水平為 10.6kg，剛達(dá)到世界平均水平。 另外，從產(chǎn)品表面質(zhì)量和生產(chǎn)成本上看，由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)在一定程度上還落后于 國(guó)外的一些生產(chǎn)廠，如日

5、本新日鐵、韓國(guó)浦項(xiàng)、美國(guó) AK 公司、德國(guó)蒂森克虜伯等， 一些高、精、尖的產(chǎn)品仍舊需要進(jìn)口 。1.1 不銹鋼產(chǎn)業(yè)概述 1.1.1 前言 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，近年來我國(guó)不銹鋼的市場(chǎng)需求呈快速增長(zhǎng)趨 勢(shì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)從 2001 年到 2003 年我國(guó)不銹鋼材的表觀消費(fèi)量平均增長(zhǎng)率為 34.4%，2003 年達(dá)到 420 萬 t，我國(guó)的不銹鋼消費(fèi)總量已經(jīng)步入世界不銹鋼消費(fèi)大國(guó)行列。近 年來我國(guó)的寧波寶新、太鋼、青島浦項(xiàng)、張家港浦項(xiàng)、酒鋼、寶鋼股份不銹鋼分公 司、上海 SKS、廣州 LISCO 相繼建成投產(chǎn)或正在建設(shè)不銹鋼熱帶連續(xù)退火、酸洗線 (HAPL)和不銹鋼冷帶連續(xù)退火、酸洗線(CAPL)，

6、這表明我國(guó)不銹鋼帶鋼生產(chǎn)技術(shù)日 趨成熟。 1.1.2 不銹鋼應(yīng)用領(lǐng)域 目前我國(guó)不銹鋼一般應(yīng)用集中于家居和城市設(shè)施建設(shè)，今后發(fā)展將趨向建筑業(yè)、 汽車運(yùn)輸業(yè)、機(jī)械制造業(yè)和環(huán)保領(lǐng)域。 近年來，不銹鋼制品越來越多地進(jìn)入中國(guó)家庭，如不銹鋼餐具、廚具、各種不 銹鋼器皿和太陽能熱水器、高位水箱、熱水器以及防盜門窗等。從目前的發(fā)展?fàn)顩r 看，中國(guó)不銹鋼最大消費(fèi)領(lǐng)域是家庭消費(fèi)，這與 GDP 的增長(zhǎng)和人們生活水平的提高 息息相關(guān)。 同時(shí)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市建設(shè)和城市美化過程中大量使用不銹鋼。尤其是大城市和沿海城市，使用不銹鋼的數(shù)量超過歐美國(guó)家，如不銹鋼旗桿、 街道護(hù)欄、過街天橋、指示牌、垃圾桶、廣告牌、

7、候車亭、交通指揮亭等基本實(shí)現(xiàn) 不銹鋼化。中國(guó)特鋼企業(yè)協(xié)會(huì)不銹鋼分會(huì)常務(wù)會(huì)長(zhǎng)李成表示，中國(guó)城市化的過程就 是擴(kuò)大使用不銹鋼的過程。 當(dāng)前我國(guó)不銹鋼應(yīng)用具有兩方面特點(diǎn)：一是以板材為主，特別是冷軋板材。主 要為用不銹鋼板材再加工成焊管和制成不銹鋼制品，以適合家庭和城市使用。二是 從沿海地區(qū)向內(nèi)地城市，從城市向農(nóng)村擴(kuò)展的發(fā)展路線。今后廣大農(nóng)村地區(qū)將是不 銹鋼很大的潛在應(yīng)用市場(chǎng)。 業(yè)內(nèi)人士對(duì)未來我國(guó)不銹鋼發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域有如下預(yù)測(cè)：建筑業(yè)、汽車運(yùn)輸業(yè)、 機(jī)械加工制造業(yè)、環(huán)保領(lǐng)域。1.2 我國(guó)不銹鋼發(fā)展的回顧及展望 1.2.1 我國(guó)不銹鋼發(fā)展的回顧 改革開放前的 30 年是低速發(fā)展階段：這一時(shí)期國(guó)內(nèi)只有幾家

8、骨干特鋼廠生產(chǎn)不 銹鋼，產(chǎn)量低，每年產(chǎn)量約 15 萬噸。不銹鋼市場(chǎng)以工業(yè)和國(guó)防尖端部門需要為主， 基本上靠國(guó)產(chǎn)，生產(chǎn)能力與需求基本平衡。鋼種基本上仿前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品以長(zhǎng)材 為主。 上世紀(jì) 80 年代初至 90 年代初期進(jìn)入發(fā)展期：我國(guó)不銹鋼消費(fèi)開始進(jìn)入家庭和 城市建設(shè)，民用需求快速上升，但國(guó)內(nèi)不銹鋼產(chǎn)量每年俳徊在 30 萬噸左右，國(guó)產(chǎn)不 銹鋼在數(shù)量、質(zhì)量、品種上滿足不了市場(chǎng)需求，特別是板材的需求缺口很大，每年 不得不大量進(jìn)口。 近十年來中國(guó)不銹鋼得到飛速發(fā)展：進(jìn)入 90 年代中期，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā) 展拉動(dòng)不銹鋼消費(fèi)的增長(zhǎng)，消費(fèi)量連年提高，從 1995 年的 75 萬噸發(fā)展到 2005 年的

9、522 萬噸，十年增長(zhǎng)六倍，2001 年我國(guó)已成為世界第一大不銹鋼消費(fèi)國(guó)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn) 跟不上消費(fèi)增長(zhǎng)，進(jìn)口量逐年上升，2003 年達(dá) 300 萬噸。由于市場(chǎng)消費(fèi)的拉動(dòng)及政府的關(guān)注和支持，我國(guó)不銹鋼產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，國(guó)家重點(diǎn)不銹鋼企業(yè)形成“南寶北太”的局面，中外合資不銹鋼企業(yè)紛紛落戶中國(guó)，民營(yíng)不銹鋼廠像雨后春筍遍地 開花。國(guó)內(nèi)不銹鋼生產(chǎn)技術(shù)也不斷提高，引進(jìn)了國(guó)外 90 年代末先進(jìn)的工藝技術(shù)和設(shè) 備。近四年來國(guó)內(nèi)消費(fèi)增勢(shì)開始減緩，加上國(guó)內(nèi)產(chǎn)量逐年提高，因此進(jìn)口量出現(xiàn)下 降趨勢(shì)。我國(guó)十年來不銹鋼消費(fèi)量、產(chǎn)量、進(jìn)口量如圖 1-1 所示。1.2.2 我國(guó)不銹鋼產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀 2005 年國(guó)內(nèi)不銹鋼粗鋼、鋼

10、材產(chǎn)量急劇增長(zhǎng)；2005 年不銹鋼粗鋼產(chǎn)量達(dá)到 522 萬噸，比 2004 年增加 214 萬噸，漲幅為 68。其中 Ni-Cr 系（300 系列）330.4 萬噸， 占 62.36%，Cr 系（400 系列）81.1 萬噸，占 22.34%；Cr-Mn 系（200 系列）81.1 萬 噸，占 15.3%。 2005 年不銹鋼材產(chǎn)量 450.8 萬噸，比 2004 年增加 184 萬噸。其中板材 347.6 萬 噸；長(zhǎng)材 68.5 萬噸；無縫管 31.6 萬噸；其它 3.1 萬噸。板材中，寬板卷 244 萬噸， 增加 124 萬噸，漲幅為 103.33%；窄帶 103.6 萬噸，增加 43.5

11、 萬噸，漲幅為 72.38%15。冷軋板卷（寬度600mm）203 萬噸，比 2004 年增加 52 萬噸，漲幅為 34.44%。進(jìn)口減少，出口增加，自給率進(jìn)一步提高；2005 年不銹鋼進(jìn)口量仍居高位，達(dá)250 萬噸，但同比降低 20.13，出口 90.4 萬噸，同比增加 122.64%。國(guó)產(chǎn)不銹鋼材 自給率達(dá)到 60，比 2004 年提高 10；冷軋寬板自給率達(dá)到 85，比 2004 年提高141415。我國(guó)近年冷軋不銹帶鋼主要消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。1.2.3 我國(guó)不銹鋼發(fā)展的展望 根據(jù)不銹鋼占鋼鐵總量的比例關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè)：中國(guó)上世紀(jì) 90 年代初至 2003 年的不銹鋼消費(fèi)量占全國(guó)粗鋼

12、產(chǎn)量的比例逐步上 升，隨著近幾年國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)量的迅速增加，其比例有所回落，目前國(guó)內(nèi)不銹鋼消費(fèi) 量占全國(guó)粗鋼產(chǎn)量比例在 1.4%1.5%左右。 預(yù)計(jì)到 2010 年國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)量在 5.55.8 億噸左右，屆時(shí)不銹鋼的表觀需求量為810870 萬噸左右。 目前發(fā)達(dá)國(guó)家的不銹鋼消費(fèi)量占粗鋼消費(fèi)總量的比例一般在 2%以上，高于國(guó)內(nèi)消費(fèi)比例。如果參考發(fā)達(dá)國(guó)家的水平，以 2%的消費(fèi)比例計(jì)算，我國(guó) 2010 年的不銹 鋼消費(fèi)量在 11001200 萬噸左右。 根據(jù)不銹鋼人均表觀消費(fèi)量進(jìn)行預(yù)測(cè)： 目前世界不銹鋼人均消費(fèi)量的平均水平為 5 公斤左右，發(fā)達(dá)國(guó)家平均在 10 公斤左右。過去我國(guó)不銹鋼人均消費(fèi)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低

13、于國(guó)際平均水平，在經(jīng)歷了 20012003 年這一具有明顯的“補(bǔ)課式追趕”階段后，目前國(guó)內(nèi)不銹鋼人均消費(fèi)量已達(dá)到世界平 均水平，為 4.8 公斤左右。 隨著不銹鋼消費(fèi)領(lǐng)域的多樣化和消費(fèi)升級(jí)以及中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)不銹 鋼的人均消費(fèi)將會(huì)持續(xù)增加，若按照年增幅 10%的速度平穩(wěn)發(fā)展，2010 人均消費(fèi)量 達(dá)到 7.0 接近發(fā)達(dá)國(guó)家消費(fèi)水平，以屆時(shí) 14 億左右人口計(jì)算，消費(fèi)總量為 980 萬噸， 假定 2010 年后以 7%的速度增加，則 2012 年人均消費(fèi)量為 8.01，費(fèi)總量達(dá) 1121.4 萬噸。 通過上述三種方法的預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì) 2010 年表觀消費(fèi)量在 8101200 萬噸左右，消 費(fèi)

14、增幅基本保持與國(guó)民經(jīng)濟(jì)同比的增速。下表為世界及中國(guó)不銹鋼產(chǎn)量、消費(fèi)量及 預(yù)測(cè)情況。1.3 國(guó)內(nèi)外不銹鋼帶的生產(chǎn)工藝流程 目前世界上冷軋不銹鋼帶的生產(chǎn)工藝主要有 3 種：傳統(tǒng)冷軋不銹鋼帶生產(chǎn)工藝； 直接軋制退火酸洗不銹鋼帶生產(chǎn)工藝；全連續(xù)式 5 機(jī)架冷連軋生產(chǎn)工藝。 1.3.1 傳統(tǒng)冷軋不銹鋼帶生產(chǎn)工藝 傳統(tǒng)冷軋不銹鋼帶生產(chǎn)工藝具有較悠久的歷史，目前世界上大多數(shù)冷軋不銹鋼 帶生產(chǎn)廠家基本上都采用該生產(chǎn)工藝，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家，如太鋼、張家港浦項(xiàng)、寧波 寶新、上海 SKS 也均采用該生產(chǎn)方式。其工藝特點(diǎn)是采用單機(jī)可逆的多輥軋機(jī)進(jìn)行 一個(gè)或多個(gè)軋程的冷軋軋制，然后進(jìn)行退火、酸洗、平整等工序。該工藝成熟可靠

15、、應(yīng)用廣泛，較適宜表面質(zhì)量要求高及品種多而規(guī)模不大的生產(chǎn)。主要工藝機(jī)組有罩式退火爐、熱帶退火酸洗機(jī)組、多輥冷軋機(jī)組、冷帶退火酸洗機(jī)組、平整機(jī)組等獨(dú) 立機(jī)組。 1.3.2 直接軋制退火酸洗不銹鋼帶生產(chǎn)工藝 該工藝是 20 世紀(jì) 90 年代初國(guó)際上新開發(fā)的冷軋不銹鋼生產(chǎn)方式，即熱軋不銹 鋼原料卷直接經(jīng)過軋制、退火、酸洗連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)冷軋不銹鋼帶。為降低生產(chǎn) 成本，順應(yīng)不銹鋼市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，該生產(chǎn)工藝應(yīng)運(yùn)而生。即使在冷軋不銹鋼產(chǎn)品價(jià) 格處于低谷時(shí)，該工藝方式仍能在市場(chǎng)中占有一定的優(yōu)勢(shì)。但該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī) 格偏厚，最薄規(guī)格為 1mm，適應(yīng)市場(chǎng)所需產(chǎn)品規(guī)格范圍較窄，適宜于大規(guī)模生產(chǎn)較 單一的產(chǎn)品，產(chǎn)品

16、表面質(zhì)量相對(duì)略低。 1.3.3 全連續(xù)式 5 機(jī)架冷連軋生產(chǎn)工藝 全連續(xù)式 5 機(jī)架冷連軋生產(chǎn)工藝是目前世界上冷軋不銹鋼帶生產(chǎn)新興發(fā)展方向。 該生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的區(qū)別在于其核心生產(chǎn)機(jī)組采用了與碳鋼軋機(jī)相類似的 最先進(jìn) 4 輥、6 輥組合或全 6 輥連軋機(jī)，替代了傳統(tǒng)的多輥單機(jī)可逆式軋機(jī)，具有生 產(chǎn)產(chǎn)量高，軋制成材率高等特點(diǎn)。 同時(shí)該工藝還能用來生產(chǎn)碳鋼、硅鋼等多品種， 適應(yīng)市場(chǎng)變化能力強(qiáng)，可充分發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，降低單位生產(chǎn)成本，且其占地面 積較傳統(tǒng)工藝也有所減少。該生產(chǎn)工藝與直接軋制退火酸洗不銹鋼帶生產(chǎn)工藝相比， 生產(chǎn)的靈活性大，并且設(shè)備間相互牽制的因素大大減小。目前世界上已有多個(gè)生產(chǎn)

17、 廠家采用該生產(chǎn)工藝生產(chǎn)不銹鋼，主要有美國(guó)的 AK 鋼鐵公司 Rockport 廠、韓國(guó)浦 項(xiàng)鋼鐵公司第二冷軋廠、日本新日鐵八幡廠、寶鋼股份不銹鋼分公司等。 1.3.4 不銹鋼帶退火酸洗工藝及設(shè)備研究現(xiàn)狀 不管是中間退火酸洗還是成品退火酸洗均需在冷帶退火酸洗機(jī)組上進(jìn)行處 理。冷帶退火酸洗工藝和設(shè)備在冷軋不銹鋼產(chǎn)品生產(chǎn)中所占的比重是相當(dāng)大的。但 是，到目前為止，國(guó)內(nèi)幾家大型不銹鋼生產(chǎn)廠所建設(shè)的 10 多條冷軋不銹鋼退火酸洗機(jī)組均從國(guó)外引進(jìn)，僅有少部分設(shè)備是國(guó)內(nèi)合作制造的，我國(guó)自主集成生產(chǎn)設(shè)備的能力是相當(dāng)?shù)谋∪?。下表為?guó)內(nèi)幾家主要不銹鋼生產(chǎn)廠的設(shè)備引進(jìn)情況。 從上表可以看出，到目前為止，這些生產(chǎn)設(shè)

18、備中部分設(shè)備可以由國(guó)內(nèi)制造廠進(jìn)行合作制造外，國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造方面還是相當(dāng)?shù)谋∪?，我?guó)尚且沒有 一整套退火酸洗設(shè)備是自主設(shè)計(jì)、集成的。根據(jù)測(cè)算，從國(guó)外引進(jìn)一套退火酸洗設(shè) 備，需投資成本約 3.54.5 億人民幣，而國(guó)內(nèi)自主集成一套退火酸洗設(shè)備僅需 2.02.5 億人民幣。 如果，我國(guó)掌握了不銹鋼冷帶的退火和酸洗工藝及設(shè)備配置，就可以 根據(jù)具體的產(chǎn)品工藝要求，對(duì)設(shè)備配置進(jìn)行有所側(cè)重的選擇和配置，或在場(chǎng)地上預(yù) 留空間，節(jié)約投資降低能耗，而不象引進(jìn)機(jī)組，大部分外商為節(jié)約設(shè)計(jì)修改成本， 在設(shè)備配置上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)配置，在很多情況下造成投資和能源的浪費(fèi)。自主集成退火 和酸洗設(shè)備在大大節(jié)省投資成本的同時(shí)

19、還會(huì)帶動(dòng)國(guó)內(nèi)的制造業(yè)、加工業(yè)，推動(dòng)國(guó)內(nèi) 的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。 由此可見，掌握冷軋不銹鋼帶鋼的退火和酸洗工藝，提高自主設(shè)計(jì)、集成不銹 鋼冷帶退火酸洗生產(chǎn)設(shè)備的能力，優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備配置，對(duì)提高我國(guó)生產(chǎn)高質(zhì)量的冷 軋不銹帶鋼產(chǎn)品，降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源，滿足人民對(duì)不銹鋼產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需 求，降低冷軋不銹帶鋼的進(jìn)口量，提高我國(guó)出口不銹鋼產(chǎn)品的能力都有重要的意義。 不銹鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)確實(shí)相當(dāng)?shù)闹匾?，但是，我們不能忽略其?duì)環(huán)境帶來的負(fù)面影響?，F(xiàn)代化大型鋼鐵生產(chǎn)廠是我國(guó)的能源消耗大戶，同時(shí)也是各種廢氣、廢水的 排放大戶。所以，不斷研究其生產(chǎn)工藝，降低能耗，降低排放量也是至關(guān)重要的。1.4 本課題研究意義及內(nèi)容 1.4.

20、1 研究意義 掌握冷軋不銹鋼帶鋼的退火和酸洗工藝，提高自主設(shè)計(jì)、集成不銹鋼冷帶退火 酸洗生產(chǎn)設(shè)備的能力，優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備配置，對(duì)提高我國(guó)生產(chǎn)高質(zhì)量的冷軋不銹帶鋼 產(chǎn)品，降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能源，滿足人民對(duì)不銹鋼產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求，降低冷 軋不銹帶鋼的進(jìn)口量，提高我國(guó)出口不銹鋼產(chǎn)品的能力都有重要的意義。 1.4.2 研究?jī)?nèi)容 本課題的研究?jī)?nèi)容是根據(jù)某一冷軋不銹鋼生產(chǎn)廠的冷帶退火酸洗機(jī)組的生產(chǎn)工 藝和生產(chǎn)設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行分析研究，并對(duì)該生產(chǎn)線的工藝和設(shè)備配置與其它現(xiàn)有的 退火酸洗線的工藝和設(shè)備配置進(jìn)行比較，主要內(nèi)容如下： 1、不銹鋼冷帶退火和酸洗工藝及設(shè)備的研究 根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)量要求、產(chǎn)品的表面質(zhì)量等級(jí)、現(xiàn)有

21、場(chǎng)地的情況，進(jìn)行如下研究： 1）針對(duì)爐子的選型、TV值的確定、爐膛溫度、退火爐的組成、爐段的長(zhǎng)度計(jì)算 以及冷卻介質(zhì)和冷卻方式的選用進(jìn)行分析研究，以掌握各種退火工藝的優(yōu)缺點(diǎn)以及 所選用的退火工藝的適用性和合理性，以及在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)研究如何提高產(chǎn) 量和縮短爐子長(zhǎng)度等，為今后自主設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)； 2）針對(duì)酸洗工藝的選型、酸槽型式的選擇、酸洗段的組成、酸洗段的長(zhǎng)度計(jì)算 以及酸洗介質(zhì)、酸洗溫度和最終清洗方式進(jìn)行分析研究，以掌握各種酸洗工藝優(yōu)缺 點(diǎn)和設(shè)備配置的合理性，以及在保證酸洗質(zhì)量的同時(shí)分析研究如何節(jié)約各種化學(xué)物 質(zhì)的消耗和場(chǎng)地的占用，為今后自主設(shè)計(jì)集成創(chuàng)造條件。 2、環(huán)保及節(jié)能措施 不銹鋼冷帶在

22、退火和酸洗過程中不僅消耗大量的燃料和化學(xué)介質(zhì)，還會(huì)有大量 各種廢氣和廢液的產(chǎn)生。為節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，對(duì)機(jī)組產(chǎn)生的廢氣、廢酸、廢中 性鹽的回收處理工藝進(jìn)行研究，選用最適合機(jī)組生產(chǎn)需要的回收處理方式，以最大 程度降低排放濃度和排放量；同時(shí)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝的需要，對(duì)各段產(chǎn)生的廢熱氣 或漂洗水采用不同的循環(huán)利用，比如，爐子預(yù)熱段采用后續(xù)加熱段的廢熱氣進(jìn)行預(yù) 熱，漂洗段的預(yù)沖洗段采用逐級(jí)逆流方式循環(huán)利用漂洗水的工藝進(jìn)行分析，以降低 能耗，減少排放，保護(hù)環(huán)境。第二章第二章 不銹鋼冷帶退火工藝和設(shè)不銹鋼冷帶退火工藝和設(shè)備備 2.1 引言 不銹鋼的退火、酸洗工藝可以分為熱帶退火、酸洗工藝和冷帶退火、酸洗工藝

23、 兩種。 熱帶退火、酸洗工藝，又稱原料退火、酸洗工藝，是冷軋不銹鋼產(chǎn)品生產(chǎn)的首 道工序。熱軋不銹鋼卷（俗稱黑卷）在進(jìn)入冷軋機(jī)進(jìn)行軋制之前一般都要進(jìn)行退火、 酸洗，其目的主要是通過退火使熱軋卷軟化、調(diào)整晶粒度或提高塑性，再經(jīng)酸洗后 除去在熱軋或退火過程中生成的氧化鐵皮等雜質(zhì)。 冷帶退火、酸洗工藝又可分中間退火、酸洗和成品退火、酸洗，主要是使經(jīng)冷 軋后的不銹鋼通過退火軟化，得到要求的性能，并通過酸洗消除退火過程中生成的 氧化鐵皮等雜質(zhì)，進(jìn)一步提高帶鋼的表面質(zhì)量。 冷軋不銹鋼退火工藝的主要目的是通過帶鋼的加熱再結(jié)晶來消除加工硬化，從 而達(dá)到軟化、改善帶鋼機(jī)械性能的目的。不銹鋼冷帶退火酸洗機(jī)組的退火爐

24、一般采 用臥式連續(xù)爐，其特點(diǎn)是退火時(shí)間短；表面氧化鐵皮少；帶鋼受熱均勻；帶鋼冷卻 均勻 。2.2 不銹鋼冷帶退火工藝 不銹鋼冷帶退火不管是其工藝的選擇還是機(jī)組設(shè)備的配置，都直接影響著不銹 鋼產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)還很大程度上影響著機(jī)組的產(chǎn)量。為此，先進(jìn)成熟、經(jīng)濟(jì)可靠 的生產(chǎn)工藝和合理的設(shè)備配置是保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足產(chǎn)量要求關(guān)鍵所在。 目前世界上不銹鋼帶連續(xù)退火爐的一些發(fā)展趨勢(shì)及所采用的新技術(shù)如下： (1)采 用交流調(diào)速變頻電機(jī)傳動(dòng)，冷帶退火酸洗機(jī)組工藝段最高速度 80130m/min，TV 值 130 m/min 左右。 (2)采用 carousels 型圓盤支撐輥技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在線換輥，縮短換輥 時(shí)間。

25、 (3)采用換熱器對(duì)助燃空氣進(jìn)行預(yù)熱至 400以上，供低 NOx 燒嘴使用。 (4)采 用 PLC 控制，實(shí)現(xiàn)爐溫、帶溫、爐壓及空燃比、鋼帶空氣冷卻等自動(dòng)控制。 (5)采用先進(jìn)的爐內(nèi)鋼帶張力控制技術(shù)、糾偏技術(shù)等。 (6)在加熱段爐頂安裝懸垂度測(cè)量?jī)x，進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。 (7)采用數(shù)學(xué)模型對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行控制，對(duì)不同厚度、寬度的鋼卷跟蹤控 制，不同厚度、寬度的鋼卷采用不同的機(jī)組速度。 2.2.1 不銹鋼冷帶退火的目的和退火爐型的選擇 不銹鋼的退火工藝根據(jù)鋼種和來料的不同而不同，其所采用的退火設(shè)備也不相 同。退火設(shè)備主要有周期式退火爐（室狀爐和罩氏爐）和連續(xù)式退火爐（臥式爐和 立式爐）。 周期式退火爐的特點(diǎn)

26、： 1)退火時(shí)間長(zhǎng)； 2)溫度高； 3)生成的表面氧化鐵皮多。 連續(xù)退火爐特點(diǎn)： 1)退火時(shí)間短； 2)表面氧化鐵皮少； 3)帶鋼受熱均勻； 4)帶鋼冷卻均勻。 對(duì)奧氏體不銹鋼來說，不管是熱帶退火還是冷帶退火，一般都使用連續(xù)退火爐進(jìn)行退火。這主要是因?yàn)闊彳埡蟮膴W氏體鋼需通過退火使碳化物溶解并快速冷卻防 止碳化物再析出，而冷軋后的奧氏體鋼通過加熱再結(jié)晶消除加工硬化，從而達(dá)到軟 化目的。 對(duì)鐵素體不銹鋼來說，一般熱帶退火采用周期式退火爐，冷帶退火采用連續(xù)退 火爐。當(dāng)然，對(duì)單相鐵素體來說，因熱軋后不存在馬氏體，所以采用連續(xù)退火爐更 合理。 對(duì)馬氏體不銹鋼來說，熱帶退火采用周期式退火爐，冷帶退火采用連

27、續(xù)退火爐。 這主要是因?yàn)闊彳埡蟮鸟R氏體鋼通過退火使馬氏體分解為鐵素體和球狀碳化物，而 球狀碳化物的析出，聚集，球化需要很長(zhǎng)的時(shí)間，所以采用周期式退火爐比較合適。 2.2.2 不銹鋼連續(xù)退火和冷卻工藝特點(diǎn)不銹鋼連續(xù)退火和冷卻工藝特點(diǎn) 連續(xù)退火爐內(nèi)帶鋼加熱工藝的基本特征是，在連續(xù)爐內(nèi)各段爐溫保持恒定的環(huán) 境下，帶鋼在勻速運(yùn)行中加熱。 這種爐子在以往的溫度設(shè)定時(shí)，一般不取太大的溫 度落差（即爐溫與板材之溫差），如帶鋼加熱溫度在 10101150，爐膛溫度控制 在 11001200。但是，根據(jù)近幾年來的生產(chǎn)、分析和比較表明，為了提高生產(chǎn)效率和節(jié)能，對(duì)奧氏體鋼采用較大的溫度落差進(jìn)行加熱，如果加熱段爐膛溫

28、度從 1200提高到 1250可減少 24%的加熱時(shí)間。從而較大程度地縮短加熱時(shí)間，減少帶鋼氧 化，并使整個(gè)帶鋼受熱均勻一致，使帶鋼組織與性能均勻一致。 帶鋼的冷卻工藝對(duì)不銹鋼性能和板形有很大的影響，而且不同的鋼種和板厚冷 卻要求各不相同，因此在制定冷卻工藝時(shí)必須慎重，關(guān)鍵的是要控制冷卻速度和冷 卻均勻性。對(duì)于奧氏體不銹鋼當(dāng)其在 850500之間冷卻速度過慢時(shí)，材料將因碳 化物在晶界析出而產(chǎn)生敏化，對(duì)其產(chǎn)品的耐腐蝕性有明顯的影響，所以在該溫度范 圍必須快冷。奧氏體不銹鋼的冷卻速度和含碳量有著密切的關(guān)系，隨著碳含量的增 加冷卻速度越快。而鐵素體不銹鋼不宜急冷，在設(shè)備允許的情況下盡量以較小的溫度梯

29、度進(jìn)行冷卻。下圖是不銹鋼的冷卻速率與碳含量關(guān)系曲線。從圖中可以看出隨著鋼中的碳含量的增加必須提從圖中可以看出隨著鋼中的碳含量的增加必須提高冷卻速度，以防止碳化物析出。高冷卻速度，以防止碳化物析出。2.3 連續(xù)退火爐的退火冷卻工藝研究連續(xù)退火爐的退火冷卻工藝研究 本文所基于的 A 廠不銹鋼生產(chǎn)廠的退火爐，其采用的退火和冷卻工藝和設(shè)備 就是基于上述的原理進(jìn)行的。該退火爐所生產(chǎn)的不銹鋼冷帶產(chǎn)品品種為奧氏體和鐵素體不銹鋼，表面等級(jí)為 2D、2B 等的普通表面板，其厚度為 0.35.0mm，寬度為9001600mm，年處理量為 35 萬 t。 本文根據(jù)其所生產(chǎn)的冷軋不銹鋼的產(chǎn)量、規(guī)格、表面等級(jí)要求對(duì)其退

30、火和冷卻工藝選擇以及爐子設(shè)備的配置進(jìn)行研究分析。 2.3.1 爐型的選擇爐型的選擇 根據(jù)所需生產(chǎn)的產(chǎn)品的產(chǎn)量和表面等級(jí)可以確定所選用的爐型。 根據(jù)退火工藝要求，目前世界上成熟的爐型有周期式退火爐和連續(xù)式退火爐。 因周期式退火爐具有退火時(shí)間比較長(zhǎng)，溫度高的特點(diǎn)，所以主要用于熱軋后的馬氏 體不銹鋼的退火，使馬氏體分解為鐵素體和球狀碳化物，其產(chǎn)量相對(duì)較低。 而連續(xù) 退火爐具有退火時(shí)間短，帶鋼受熱均勻而且?guī)т摫砻娈a(chǎn)生的氧化鐵皮少、產(chǎn)量高的 特點(diǎn)，主要適用于冷軋后的不銹鋼的退火，通過加熱再結(jié)晶消除加工硬化以達(dá)到軟 化目的，所以根據(jù)該機(jī)組的所生產(chǎn)的產(chǎn)品要求，其退火爐選用連續(xù)式退火爐更合適。 同時(shí)，目前連續(xù)

31、爐主要有臥式爐和立式爐兩種。立式爐(俗稱光亮爐)主要用于生 產(chǎn)厚度為 0.22mm 的表面等級(jí)為 BA 的鏡面板，且受現(xiàn)有馬弗爐長(zhǎng)度的限制，且其 產(chǎn)量很低。而該機(jī)組所生產(chǎn)的產(chǎn)量高達(dá) 35 萬 t，且其產(chǎn)品為 0.35mm 厚的表面等級(jí) 為的 2B 或 2D 普通冷軋產(chǎn)品，故選擇臥式連續(xù)爐比較合適。 2.3.2 TV 值的確定 TV 值中 T 代表帶鋼的厚度，單位為 mm，V 代表帶鋼的運(yùn)行速度，單位為 m/min， 即 TV 值的含義是帶鋼厚度與速度的乘積，其單位是 mm.m/min。該數(shù)值是進(jìn)行退火 爐設(shè)計(jì)的首要參數(shù)。 TV 值的選取十分關(guān)鍵，其主要根據(jù)產(chǎn)量、鋼種、產(chǎn)品的規(guī)格、產(chǎn)品所占的比例

32、、 年可作業(yè)的時(shí)間來確定的。本文所基于的 A 生產(chǎn)廠，其年產(chǎn)量為 35 萬 t，產(chǎn)品的平 均厚度為 1.0mm，產(chǎn)品的平均寬度為 1250mm，年可作業(yè)時(shí)間為 7000h，機(jī)組負(fù)荷率 為 90。 其 TV 值的選取如下： 年作業(yè)時(shí)間(日歷時(shí)間檢修時(shí)間非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間)有效率8760(h)700(h)700(h)957000h 小時(shí)產(chǎn)量年產(chǎn)量/年作業(yè)時(shí)間350000(t)/7000(h)9055.6(t/h) 帶鋼運(yùn)行速度小時(shí)產(chǎn)量/(帶鋼斷面積帶鋼密度)55.6 (t/h)/1.250(m)0.0010(m)7.8(t/m3)/60(min/h) 94m/min TV=厚度速度1.0(mm)94(

33、m/min)94(mm.m/min) 上述計(jì)算中的檢修時(shí)間和非計(jì)劃停工時(shí)間以及作業(yè)時(shí)間的有效率是經(jīng)驗(yàn)值，主 要是根據(jù)目前國(guó)內(nèi)各條機(jī)組的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)后所選取的。在設(shè)計(jì) 過程中，年作業(yè)時(shí)間可依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。 計(jì)算中所選取的帶鋼規(guī)格是產(chǎn)品的平均規(guī)格，其速度也是平均速度，但在實(shí)際 生產(chǎn)過程中，根據(jù)產(chǎn)品的厚度不同，其生產(chǎn)速度會(huì)不同，而且產(chǎn)品的規(guī)格和產(chǎn)量可 能會(huì)根據(jù)市場(chǎng)的情況進(jìn)行調(diào)整，為此，在設(shè)計(jì)過程中不能完全按照上述計(jì)算得出的 TV 值進(jìn)行設(shè)計(jì)，需將 TV 值和機(jī)組速度適當(dāng)提高 1025。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，目前國(guó) 內(nèi)所建設(shè)的不銹鋼冷帶退火爐的 TV 值基本在 80130 mm.m/

34、min 之間，帶鋼運(yùn)行速 度控制在 80160 m/min 之間。 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果和目前實(shí)際產(chǎn)線的應(yīng)用情況，將退火爐的最大 TV 值定為 110mm.m/min，最大運(yùn)行速度為 120 m/min 是比較合適的。 從 TV 值的含義可知，一旦確定退火爐的 TV 值，帶鋼的運(yùn)行速度就會(huì)隨帶鋼厚 度的減小而提高。但當(dāng)帶鋼厚度很薄時(shí)，其帶鋼運(yùn)行速度會(huì)很大，可能會(huì)超過機(jī)組 機(jī)械設(shè)備所設(shè)計(jì)的速度范圍，此時(shí)，帶鋼的運(yùn)行速度就不能純粹按照 TV 值的計(jì)算公 式進(jìn)行選取，只能選取機(jī)組所設(shè)定的最高的運(yùn)行速度。 2.3.3 爐內(nèi)氧含量的選取爐內(nèi)氧含量的選取 退火爐在正常燃燒的情況下，要以理論空氣量使燃料完全燃燒

35、是很困難的。在 實(shí)際生產(chǎn)中，需要用比理論值高的空氣量?？杖急龋簩?shí)際用空氣量/理論所需空氣量， 是燃燒管理的重要指標(biāo)。空燃比越高，燃料越容易完全燃燒，但是排氣和熱損失也 相應(yīng)增加。 在帶鋼加熱過程中，控制好空燃比將是既保證燃料充分燃燒，又盡可能 減少熱損失的關(guān)鍵。退火爐各爐段的空燃比設(shè)定是不同的，在接近爐子入口的區(qū)段 設(shè)定為 1.0，朝向爐出口的區(qū)段提高到 1.2 或 1.3。空燃比的控制是通過爐內(nèi)氧含量 的控制來實(shí)現(xiàn)的，兩者關(guān)系見下圖。根據(jù)空燃比的設(shè)定原則和根據(jù)空燃比的設(shè)定原則和上上圖所顯示的氧含量與空?qǐng)D所顯示的氧含量與空燃比的關(guān)系，連續(xù)退火燃比的關(guān)系，連續(xù)退火 爐的加熱段氧含量應(yīng)控制爐的加熱

36、段氧含量應(yīng)控制在在 26之間。之間。 2.3.4 退火爐溫度的設(shè)定退火爐溫度的設(shè)定 不銹鋼的熱處理的目的是改變其物理性能、機(jī)械性能，消除殘余應(yīng)力及恢復(fù)由 于加工和加熱而受到嚴(yán)重影響的最大抗腐蝕能力。通常情況下，同一熱處理工藝既 要得到滿意的抗腐蝕能力又要得到最佳的機(jī)械性能。 冷軋后的不銹鋼退火主要目的是加熱再結(jié)晶退火，退火爐的退火溫度設(shè)定必需能使鋼充分軟化，再結(jié)晶完全。奧氏體鋼的再結(jié)晶一般從 900開始，在 10501200之間完成，鐵素體不銹鋼的再結(jié)晶一般從 600開始，在 900950之間完成。隨 著溫度的升高，晶粒粗化，硬度降低，如果晶粒過于粗大，不僅使帶鋼表面粗糙， 而且會(huì)影響加工性能

37、，對(duì)耐晶間腐蝕也有影響。所以，根據(jù)鋼種的退火特性，奧氏 體的退火溫度控制在 10501150之間，鐵素體的退火溫度控制在 850900之間。 本文根據(jù) A 廠實(shí)際生產(chǎn)的厚度為 1.0mm，寬度為 1250mm 的奧氏體 304 不銹鋼， TV 值為 110mm.m/min 以及厚度為 1.0mm，寬度為 1250mm 的鐵素體 430 不銹鋼， TV 值為 90mm.m/min 時(shí)的退火和冷卻工藝的要求，進(jìn)行分析研究其退火爐段的組成 和長(zhǎng)度的設(shè)定。奧氏體 304 不銹鋼的退火冷卻曲線見下圖。圖中上面一條曲線為爐膛的溫度曲線，下面一條曲線為帶圖中上面一條曲線為爐膛的溫度曲線，下面一條曲線為帶鋼的

38、退火和冷卻溫度曲線。鋼的退火和冷卻溫度曲線。 鐵素體 430 不銹鋼的退 火冷卻曲線見下圖。 從上述退火冷卻曲線可以看出，帶鋼在退火爐內(nèi)的溫度隨加熱時(shí)間而逐漸升高，加熱到所需的熱處理溫度后進(jìn)行快速冷卻。爐膛的溫度是根據(jù)所退火的帶鋼的溫度 要求設(shè)定的，同時(shí)，為采用較大的溫度落差進(jìn)行加熱，縮短加熱時(shí)間的要求以及保 護(hù)爐體設(shè)備，爐膛溫度的設(shè)定比帶鋼退火溫度要略高 100150，由此選定該退火 爐的爐膛最高溫度為 1250是比較合適的。 2.3.5 冷卻工藝和冷卻介質(zhì)的選取冷卻工藝和冷卻介質(zhì)的選取 不銹鋼退火后的冷卻工藝有各種不同的型式。目前，世界上實(shí)際應(yīng)用比較成功 的冷卻方式有兩種： 一種是常規(guī)支撐

39、輥冷卻方式，其冷卻段內(nèi)有帶鋼支撐輥，適合厚度0.25mm 帶鋼；由于有支撐輥托住帶鋼，不會(huì)因帶鋼的重力影響而出現(xiàn)垂帶現(xiàn) 象，但因帶鋼表面和輥?zhàn)颖砻嬷苯咏佑|，一旦輥?zhàn)颖砻嬗须s質(zhì)或發(fā)生變形，就容易 在帶鋼表面產(chǎn)生輥印。 另外一種是氣墊式冷卻方式：其冷卻段內(nèi)沒有帶鋼支撐輥， 采用氣流來托住帶鋼，以減少帶鋼和輥?zhàn)拥慕佑|，提高帶鋼表面質(zhì)量。但是，氣墊式冷卻一般只適用于薄規(guī)格的帶鋼（厚度0.25mm），而且控制比較困難，如果帶鋼過厚，采用氣墊式冷卻時(shí)容易形成垂帶現(xiàn)象，影響帶鋼表面質(zhì)量。 除冷卻方式外，冷卻介質(zhì)的選用也很重要，從不銹鋼冷卻速率與碳含量的關(guān)系可以看出，含碳量越高要求其冷卻速率越大，而冷卻速率的

40、高低與所選取 的冷卻介質(zhì)密切相關(guān)。各種冷卻介質(zhì)的比較見下表。 本文根據(jù) A 廠實(shí)際生產(chǎn)的厚度為 1.0mm，寬度為 1250mm 的奧氏體 304 不銹鋼的要求，進(jìn)行分析研究其冷卻工藝和冷卻介質(zhì)的選擇。 冷卻方式的選擇：帶鋼的厚度為 1.0mm，遠(yuǎn)大于氣墊式冷卻工藝的適用范圍，而且其產(chǎn)品表面等級(jí)為普通的 2B 或 2D 產(chǎn)品，表面質(zhì)量要求相對(duì)較低，所以選用常 規(guī)支撐輥冷卻工藝比較合適。 冷卻介質(zhì)的選擇：奧氏體不銹鋼，為避免其碳化物在晶界析出而產(chǎn)生敏化，對(duì) 其產(chǎn)品的耐腐蝕性有明顯的影響，帶鋼溫度在 850500之間必須快冷，從退火曲線可以看出，退火后的溫度高達(dá) 9001150，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出快速冷卻的

41、 溫度范圍，但如果在該范圍內(nèi)對(duì)帶鋼進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，帶鋼容易產(chǎn)生變形，為控制板 形，在設(shè)計(jì)時(shí)一般先采用冷卻效果差的空氣作為冷卻介質(zhì)，將帶鋼以 14/s 左右的 冷卻速率從 1150冷卻到 900左右。 當(dāng)帶鋼冷卻到 900以下時(shí)，選用冷卻效果最好的水作為冷卻介質(zhì)，以大于 50/s 速率從將帶鋼從 850快速冷卻到 500。此后帶鋼的性能和組織已經(jīng)比較穩(wěn)定，可以采用水噴淋冷卻方式將帶鋼從 500冷卻到80以下，以避免帶鋼溫度過高而損壞后續(xù)的設(shè)備。但在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，因冷帶退火 酸洗后的帶鋼是最終成品，選用水冷對(duì)帶鋼表面質(zhì)量會(huì)有一定的影響，所以，通常 不采用水冷而采用霧冷的冷卻方式。 鐵素體不銹鋼根據(jù)其材

42、料特性，不宜急冷，在設(shè)備允許的條件下盡量以較小的 溫度梯度進(jìn)行冷卻。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，奧氏體 304 不銹鋼的冷卻速率與帶鋼的厚度關(guān)系見下圖。 據(jù)冷卻速率與帶鋼厚度的關(guān)系可以看出，帶鋼越厚，其所需的冷卻時(shí)間越長(zhǎng)， 所適應(yīng)的冷卻速率越低，對(duì)于厚度為 1.0mm 的奧氏體不銹鋼其帶鋼運(yùn)行速度為110m/min，帶鋼溫度在 850500之間時(shí)的冷卻速率選擇為 6570/s 是比較合 適的。但實(shí)際所生產(chǎn)的鋼種和規(guī)格不可能是單一的，其厚度范圍大都在 0.33.0mm之內(nèi)，帶鋼運(yùn)行速度范圍在 50120m/min 之間，針對(duì)該不同的鋼種和不同規(guī)格帶鋼的冷卻要求，冷卻段內(nèi)采用空冷水冷/高壓霧冷的冷卻方式是比較

43、經(jīng)濟(jì)可行的。 從實(shí)際應(yīng)用情況看，目前國(guó)內(nèi)的幾家大型生產(chǎn)廠，如寧波寶新、寶鋼不銹鋼分公司、上?？颂敳?、太鋼等均采用該冷卻工藝，而且應(yīng)用情況良好。本文所針對(duì)的 A 廠的退火爐冷卻段采用了空冷高壓霧冷的冷卻方式，其空冷段出口處帶鋼的實(shí)測(cè) 溫度為 150180，霧冷段出口處帶鋼的實(shí)測(cè)溫度為 7580，實(shí)踐表明該冷卻方 式的冷卻效果是比較好的。2.4 連續(xù)退火爐的爐段尺寸的設(shè)定連續(xù)退火爐的爐段尺寸的設(shè)定 本文所研究的不銹鋼帶臥式連續(xù)退火爐是目前廣為使用的退火設(shè)備，其特點(diǎn)是 鋼帶在爐內(nèi)呈水平狀態(tài)，邊加熱邊前進(jìn)，退火爐主要由斷帶處理水冷卻段、輻射預(yù) 熱段、加熱段、冷卻段、干燥段等組成。退火爐的爐段尺寸和爐子

44、的總長(zhǎng)度主要根 據(jù)產(chǎn)量和帶鋼運(yùn)行速度以及帶鋼的懸垂曲線而定，爐堂的寬度視所生產(chǎn)的帶鋼寬度 而定。爐膛的高度和燒嘴的布置是由帶鋼的懸垂曲線進(jìn)行設(shè)定的。 2.4.1 帶鋼懸垂曲線帶鋼懸垂曲線 不銹鋼在連續(xù)退火爐內(nèi)進(jìn)行退火時(shí)應(yīng)考慮高溫下帶材的特性、爐體構(gòu)造、前后 設(shè)備等因素來設(shè)定適當(dāng)?shù)臓t內(nèi)張力，根據(jù)以往的試驗(yàn)和實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，臥式爐的爐內(nèi) 帶鋼單位張力最小按照 3.54N/mm2 進(jìn)行設(shè)計(jì)。但為了改善薄規(guī)格產(chǎn)品的對(duì)中，防止 帶鋼在爐內(nèi)跑偏，在設(shè)計(jì)過程將帶鋼張力提高到 58 N/mm2。 懸垂曲線是指一定長(zhǎng)度的帶在特定的張力控制下的懸垂度。懸垂曲線是根據(jù)試 驗(yàn)測(cè)試得出的。以厚度為 1.0mm，寬度為 12

45、50mm 的奧氏體 304 不銹鋼為例，經(jīng)測(cè) 試得出其在不同張力下的懸垂曲線見下圖。 上圖曲線只表明某種規(guī)格產(chǎn)品的懸垂度，在實(shí)際生產(chǎn)中不可能對(duì)每種產(chǎn)品都進(jìn) 行試驗(yàn)，而且爐子設(shè)計(jì)也不可能根據(jù)每種帶鋼的懸垂曲線進(jìn)行設(shè)定長(zhǎng)度。 在實(shí)際的生產(chǎn)過程種，退火爐的爐段長(zhǎng)度是根據(jù)所生產(chǎn)的產(chǎn)品的平均規(guī)格和預(yù) 設(shè)定的最小爐內(nèi)張力進(jìn)行計(jì)算的。不同規(guī)格的帶鋼在爐內(nèi)的張力和懸垂度控制要借 助計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所輸入的帶鋼的厚度，寬度，預(yù)設(shè)定長(zhǎng)度和張力進(jìn)行在 線實(shí)時(shí)自我學(xué)習(xí)和修正，使帶鋼以最佳的狀態(tài)進(jìn)行退火處理。 2.4.2 爐膛寬度的設(shè)定爐膛寬度的設(shè)定 爐膛寬度主要根據(jù)所生產(chǎn)的最寬帶鋼的寬度進(jìn)行設(shè)定。在爐膛寬度設(shè)計(jì)

46、時(shí)，考 慮到帶鋼在臥式爐內(nèi)運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，爐膛的寬度設(shè)計(jì)要比實(shí)際最寬帶鋼大， 其設(shè)計(jì)余量還需根據(jù)機(jī)組的帶鋼跑偏檢測(cè)和糾偏裝置的能力。 以最寬帶鋼寬度為1600mm，單側(cè)最大糾偏范圍為 200mm 為例，其爐膛寬度選取如下： 爐膛寬度(最大帶鋼寬度糾偏范圍2 側(cè))安全系數(shù) 1600(mm)+200(mm)21.2 2400mm 在實(shí)際爐膛寬度設(shè)定時(shí)，單側(cè)最大帶鋼糾偏范圍根據(jù)實(shí)際所選用的跑偏檢測(cè)和糾 偏裝置進(jìn)行選取，其值在 150200mm 之間。安全系數(shù)的選擇可以根據(jù)實(shí)際操作人 員的水平和今后生產(chǎn)過程中來料的板型的好壞程度進(jìn)行選取。 本文所針對(duì)的 A 廠的最大產(chǎn)品寬度為 1600mm，其退

47、火爐爐膛的寬度即設(shè)定為2300mm，根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行情況看，該寬度能夠滿足生產(chǎn)的需求。 2.4.3 爐膛高度和爐段長(zhǎng)度的設(shè)定爐膛高度和爐段長(zhǎng)度的設(shè)定 爐膛高度和爐段長(zhǎng)度是根據(jù)生產(chǎn)帶鋼的規(guī)格和懸垂曲線進(jìn)行設(shè)定的。其設(shè)定原 則是根據(jù)帶鋼加熱的特性，帶鋼的最低懸垂點(diǎn)距燒嘴的距離必需大于 650mm，爐膛 的高度通常按照生產(chǎn)時(shí)帶鋼懸垂度的 1.52.0 倍進(jìn)行選取。 爐段長(zhǎng)度的設(shè)定：以上圖的曲線為設(shè)定依據(jù)，根據(jù)圖中的曲線，生產(chǎn)規(guī)格1.0mm，寬度為 1250mm 的不銹鋼產(chǎn)品，爐內(nèi)最小張力為 5N/mm2，爐膛高度為帶鋼 垂度的 2.0 倍時(shí)，其各爐段的長(zhǎng)度和爐膛高度的設(shè)定見下表。 根據(jù)上表，退火爐的

48、熱預(yù)段高度為 2190mm，加熱段高度為 1700mm。同時(shí)為了便于今后爐內(nèi)設(shè)備的檢修，根據(jù)人員通行的凈空要求，爐膛高度凈空需大于 2.0m， 所以退火爐的爐膛高度在滿足最大帶鋼懸垂高度的前提下需結(jié)合檢修的凈空要求進(jìn)行選取，即選取爐膛高度為 2200mm 是比較合適的。 2.4.4 加熱段數(shù)量的選擇加熱段數(shù)量的選擇 根據(jù)目前的市場(chǎng)情況，不銹鋼的消耗量逐年遞增，不銹鋼的產(chǎn)量也在不斷的擴(kuò) 大。一條不銹鋼退火酸洗線的產(chǎn)量主要取決于退火爐的 TV 值，在生產(chǎn)產(chǎn)品規(guī)格既定 的情況下，TV 值的大小決定了加熱段的總長(zhǎng)度。而加熱段的長(zhǎng)度與不銹鋼產(chǎn)品的退 火曲線密切相關(guān)。 以退火曲線和爐段長(zhǎng)度設(shè)定表為基礎(chǔ)，該

49、退火爐加熱段的數(shù)量的 計(jì)算如下： 1）帶鋼從 0加熱到 1150帶鋼在爐內(nèi)運(yùn)行的長(zhǎng)度為 120m，即加熱段的總長(zhǎng) 度為 120m。 2）帶鋼進(jìn)入加熱段時(shí)經(jīng)預(yù)熱段預(yù)熱到 300350左右，則實(shí)際所需加熱段長(zhǎng)度 為加熱段總長(zhǎng)預(yù)熱段的長(zhǎng)度，即 120(m)30(m)=90m。 3）加熱段數(shù)量加熱段總長(zhǎng)度/每段長(zhǎng)度 90(m)/20.5(m)4.39 段 因爐段的選取只能是整數(shù)，故該退火爐的加熱段數(shù)選取 5 段是比較合適的。 A 廠的退火爐加熱段即分為 5 段，每段長(zhǎng) 20m，與上述設(shè)定原則是比較符合的。 2.4.5 冷卻段數(shù)量的選取冷卻段數(shù)量的選取 退火后的冷卻對(duì)材料的性能和板形都有很大的影響，而且

50、不同的鋼種和產(chǎn)品厚 度的冷卻條件不同，在設(shè)定冷卻條件時(shí)必需十分慎重，特別是冷卻速率和冷卻均勻 性的控制。冷卻方式和冷卻段的設(shè)置取決于產(chǎn)品的冷卻曲線。 以奧氏體 304 不銹鋼冷卻速率與帶鋼厚度、冷卻時(shí)間的關(guān)系和爐段 長(zhǎng)設(shè)定為基礎(chǔ)，該退火爐冷卻段的數(shù)量計(jì)算如下： 1）帶鋼從 1150冷卻到 100左右，所需的冷卻時(shí)間為 28130s。 2）根據(jù) 2.3.2 節(jié)所設(shè)定的退火爐的 TV 值和機(jī)組速度，可知， 1mm 厚的奧氏體 304 不銹鋼的速度 110(mm.m/min)/(1.0mm) 110m/min 5mm 厚的奧氏體 304 不銹鋼的速度 110(mm.m/min)/5(mm) 22m/

51、min 3) 冷卻段的總長(zhǎng)帶鋼運(yùn)行速度冷卻時(shí)間 (22m/min130s)(110m/min28s) =47.651.3m 4）冷卻段數(shù)量冷卻段總長(zhǎng)度/每段長(zhǎng)度 47.651.3(m)/10(m) 4.765.13 段 因冷卻段的選取只能是整數(shù)，故該退火爐的冷卻段數(shù)選取 6 段是比較合適的。 根據(jù)帶鋼冷卻到 100以下時(shí)，帶鋼的材料性能基本不會(huì)變化，為節(jié)約冷卻時(shí)間，最 后一段可以選取冷卻效果好的水或高壓水霧作為冷卻介質(zhì)，進(jìn)行快速冷卻，即冷卻 段的最終選取為 5 段空冷段1 段水冷卻段或高壓水霧冷卻段。 本文所針對(duì)的 A 廠連續(xù)退火爐的冷卻段就是按照上述原則選定的，其冷卻段 組成為 5 段空冷段

52、1 段高壓水霧冷卻段。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，這種冷卻段組合方式 的冷卻效果很好，設(shè)備運(yùn)行情況也很好。2.5 連續(xù)退火爐各爐段的組成及特點(diǎn)連續(xù)退火爐各爐段的組成及特點(diǎn) 2.5.1 斷帶處理水冷卻段斷帶處理水冷卻段 生產(chǎn)過程中如發(fā)生斷帶情況，機(jī)組停機(jī)后，鋼帶將反向回轉(zhuǎn)，并經(jīng)過處于爐頭 的水冷卻室冷卻。該冷卻段設(shè)置的目的主要是避免將帶鋼從退火爐中托出來時(shí)因帶 鋼的溫度過高而損壞機(jī)組的其它設(shè)備。該冷卻室內(nèi)設(shè)有一鋼輥，用于支撐回拽的鋼 帶，正常生產(chǎn)過程中，鋼輥不起支撐作用。 在生產(chǎn)初期，因生產(chǎn)設(shè)備和操作工均處于磨合期，斷帶事故時(shí)有發(fā)生的情況下， 與以往的無斷帶處理水冷段相比，該種設(shè)備配置可以大大縮短事故處理

53、時(shí)間，提高斷帶事故處理的安全性和可操作性。 該段長(zhǎng)度的設(shè)定主要以實(shí)際場(chǎng)地和操作角度出發(fā)來設(shè)定，并沒有特殊的要求， 在設(shè)計(jì)中其長(zhǎng)度通常設(shè)定為 35m。 2.5.2 熱輻射預(yù)熱段熱輻射預(yù)熱段 熱輻射預(yù)熱段位于加熱段入口，其熱源主要來自后續(xù)加熱段的熱廢氣，本身并 不設(shè)有燒嘴，經(jīng)過預(yù)熱段帶鋼一般可以升到 400左右，當(dāng)然，隨著帶鋼厚度的增加， 帶鋼達(dá)到的溫度會(huì)相應(yīng)降低。該方式可使加熱段的高溫?zé)煔馊苛魅腩A(yù)熱段，對(duì)帶 鋼進(jìn)行輻射預(yù)熱，這種配置不但縮短了帶鋼的加熱時(shí)間，提高爐子的熱效率，還減 少了近 810的熱源消耗和廢氣排放。本文所針對(duì)研究的 A 不銹鋼生產(chǎn)廠的連 續(xù)退火爐的熱輻射預(yù)熱段見下圖： 該預(yù)熱

54、段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是如下： 1.預(yù)熱段總長(zhǎng)為 30m； 2.爐體操作側(cè)設(shè)有一扇檢修門和二個(gè)窺視孔，用于操作人員在檢修期間進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn) 行設(shè)備維修和在生產(chǎn)過程中觀察爐內(nèi)帶鋼的運(yùn)行情況； 3.爐頂設(shè)有一個(gè)熱電偶探頭，一個(gè)帶鋼懸垂度傳感器和一個(gè)鋯材氧分析儀，分別用 以檢測(cè)爐內(nèi)的溫度、帶鋼的懸垂度和爐內(nèi)的氧含量； 4. 在預(yù)熱段入口處設(shè)有一密封裝置，采用氣刀進(jìn)行密封，氣刀的開閉由人工進(jìn)行操 作。為避免氣刀的損壞，還設(shè)有一保護(hù)輥用以保護(hù)氣刀，見左圖： 5. 熱廢氣通過設(shè)置在預(yù)熱段入口端部的風(fēng)管收集起來后排入廢氣處理裝置進(jìn)行統(tǒng) 一處理達(dá)標(biāo)后排放。2.5.3 加熱段加熱段 加熱段采用燃?xì)馊紵苯蛹訜幔箮т撨_(dá)到所需

55、的最終退火溫度。根據(jù)鋼種和帶鋼的規(guī)格來設(shè)定爐膛內(nèi)的加熱溫度和燒嘴的燃?xì)饬魉?。?jīng)過加熱后，帶鋼溫度可以達(dá)到 9501150，爐溫可以達(dá)到 1250左右。 該加熱段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是如下： 1.根據(jù)圖 2-4 和圖 2-5 奧氏體和鐵素體不銹鋼的退火冷卻曲線，該退火爐的加熱段 的最高爐膛溫度設(shè)定為 1250； 2.爐膛上下和左右兩側(cè)膛壁上襯有耐火材料或耐火磚，其耐熱溫度高達(dá) 1425； 3.根據(jù) 2.4.4 節(jié)和表 2-2 可知，該加熱段共分為 5 段，每段長(zhǎng)度為 20m。五段加熱 段連續(xù)相連形成一個(gè)連續(xù)均勻的加熱環(huán)境； 4.每段加熱段爐頂布置有 2 個(gè)熱電偶，一個(gè)用于爐內(nèi)溫度的控制，一個(gè)用于溫度過 高

56、時(shí)的檢測(cè)報(bào)警； 5.燒嘴布置在兩側(cè)墻上，每側(cè)墻上又分上、下兩排交叉布置，帶鋼在上、下兩排燒 嘴火焰中間均勻加熱；A 廠加熱段燒嘴的實(shí)例見圖 2-12；根據(jù)實(shí)測(cè)，燒嘴的交叉 布置方式，可以使燃燒廢氣中的 NOx 的含量降低 3050； 6.在兩段加熱段之間設(shè)有圓盤支撐輥，用于支撐帶鋼，圓盤輥換輥裝置示意圖見下圖，A 廠圓盤輥裝置實(shí)例見圖 2-14，A 廠圓盤輥換輥裝置的實(shí)例見 2-15。根據(jù) 實(shí)測(cè)，人工換輥時(shí)間約為 2530min，該種裝置所需時(shí)間為 1015min，大大縮短 了換輥時(shí)間，降低了工作強(qiáng)度； 說明：圓盤輥的工作原理是：生產(chǎn)過程中，上支撐輥與帶鋼表面接觸，支撐帶鋼，下工作輥處于離線狀

57、態(tài)。當(dāng)上面的工作輥需要更換時(shí)，帶鋼的速度下降到 50m/min，與圓盤輥的線速度一致，放開鎖緊裝置，旋轉(zhuǎn)圓盤輥將下輥?zhàn)優(yōu)樯陷?，?鎖緊圓盤輥，帶鋼升速到正常速度。 7.爐體兩側(cè)設(shè)有一扇檢修門和二排窺視孔。檢修門用于操作人員在檢修時(shí)進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行設(shè)備維修和；窺視孔用于操作人員實(shí)時(shí)觀察爐內(nèi)燒嘴的火焰形狀和帶鋼的運(yùn) 行情況，以判別燒嘴燃燒情況和帶鋼的垂直度； 8.每段加熱段都設(shè)有一套壓力開關(guān)和壓力計(jì)，用以檢測(cè)爐內(nèi)的壓力；當(dāng)爐內(nèi)壓力超 過設(shè)定值時(shí)，燃?xì)庵鞴艿郎系陌踩y將自動(dòng)切斷燃?xì)獾墓?yīng)； 9. 每段加熱段都設(shè)有一套鋯材氧含量分析儀，用于檢測(cè)爐內(nèi)的氧含量，以控制空燃 比； 10. 帶鋼在退火爐加熱段內(nèi)運(yùn)

58、行了近 100m 后，由于張力控制等原因會(huì)產(chǎn)生一定跑偏， 為確保帶鋼在后續(xù)冷卻段內(nèi)的正常運(yùn)行，此時(shí)在退火爐出口設(shè)置跑偏裝置，其糾 偏能力為1.3200mm，精度為5mm。 11. 加熱段內(nèi)設(shè)有兩套排氣系統(tǒng)，分別收集加熱段 IIII 和加熱段 IIIV 的廢燃燒氣體，統(tǒng)一收集后排入廢氣處理系統(tǒng)集中處理達(dá)標(biāo)后排放，A 廠加熱段排氣系統(tǒng)設(shè) 置見下圖： 12. 加熱段設(shè)有 N2 自動(dòng)吹掃裝置，在退火爐檢修或非計(jì)劃停機(jī)時(shí)，N2 自動(dòng)吹掃裝置 隨即啟動(dòng)，將爐內(nèi)和管道內(nèi)的燃燒氣體吹掃干凈，確保操作人員進(jìn)入爐內(nèi)檢修時(shí) 的安全性。 2.5.4 冷卻和干燥段 退火爐冷卻段的冷卻方式和冷卻介質(zhì)有多種，本文以 A 廠

59、退火爐的冷卻段為分 析對(duì)象，對(duì)其冷卻方式和冷卻段的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。本文所針對(duì)研究 A 廠的 冷卻干燥段的布置原理的見下圖。該冷卻段的冷卻方式和冷卻段的組成在 2.4.5 節(jié) 已經(jīng)論述，其設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是如下： 1.冷卻段采用空冷(5 段)高壓霧冷段(1 段)的組合冷卻方式； 2.每段空冷段內(nèi)設(shè)有 20 組不銹鋼空氣噴頭，均勻布置在冷卻段槽體內(nèi)，確?？諝?均勻的噴射到帶鋼的上下表面；每個(gè)噴頭都帶有一套手動(dòng)調(diào)節(jié)閥和鎖緊裝置，以 確保恒定的空氣流量和壓力； 3.冷卻段內(nèi)設(shè)有壓力測(cè)量?jī)x，一旦出現(xiàn)空氣斷流或壓力過低，將自動(dòng)將信號(hào)傳入控 制系統(tǒng)，使機(jī)組停止運(yùn)行； 4.冷卻段的底部成“V”型，以方便收集

60、從帶鋼表面落下的雜質(zhì)； 5. 高壓霧冷段用壓縮空氣將水霧化，與高速空氣一起噴射到帶鋼表面，霧冷段共設(shè) 有 10 個(gè)噴嘴，交叉均勻的布置在冷卻段槽體內(nèi)，確保帶鋼上下表面的均勻冷卻； 6. 干燥段出口側(cè)設(shè)有高溫計(jì)，以檢測(cè)帶鋼的溫度，并將其反饋至冷卻段的控制系統(tǒng)， 以調(diào)節(jié)高壓霧冷段噴嘴的開啟數(shù)量和流速；確保干燥段出口處的帶鋼溫度控制在80左右； 7. 干燥段采用熱空氣吹掃的干燥方式，去除帶鋼表面的水滴和雜質(zhì)；該段共一段， 約 5m；A 廠的干燥段布置見下圖 ； 8. 為確保干燥效果，降低熱空氣的消耗，在干燥段入口處設(shè)有一對(duì)擠干輥，用以去 除帶鋼表面過多的水分；A 廠的干燥段入口擠干輥見圖。 9. 入