冷轧薄板连续退火技术的发展

1、冷轧薄板连续退火技术的发展宋加【摘要】 简要介绍了冷轧板带钢连续退火技术的进步，以及世界 连续退火生产的发展。【关键词】 连续退火 一次冷却 过时效 回火DEVELOPMENT OF CONTINUOUS ANNEALINGTECHNOLOGYFOR COLD ROLLED STEEL SHEETSong Jia(Central lron & Steel Research lnstitute)【Abstract】 The advancement and development of continuous annealing technology for cold rolled steel sheet and strip in the world have been briefly introduced【Key Words】 Continuous Annealing，First Cooling，Over Ageing， Tempering1前言日本钢铁界经过多年努力，在 70年代解决了连续退火技术生产深 冲、重深冲、超深冲钢板的难题，经过20 多年的努力，连续退火的生产 能力不断扩大，该

2、技术也得到进一步发展。2 连续退火的概况2.1 发展简史1972年10月新日铁在君津厂建成了NqI连续退火机组，首先开发了 连续退火生产冷轧深冲碳钢薄板的技术，简称NSC CAPL。1976年7月 日本钢管在福山厂建成了N2连续退火机组，这是继新日铁后开发的另 一种连续退火生产冷轧深冲碳钢薄板的技术，简称NKK CAL。1980年7 月川崎制铁也在千叶厂开发建成了N2连续退火机组，简称KMCAL。进入80年代，世界各大钢铁厂相继建设连续退火机组，到80年代 末共建成34套机组。 90年代进一步发展，到1996年底，全世界约建设 了 54套连续退火机组，总处理能力达3300万t/a以上。其中NSC CAPL 型 26 套，NKK CAL 型 15 套，KM CAL 型 13 套。2.2 各类连续退火技术的特点3 种连续退火冶金原理相同，机组设备组成相似，都是将电解清洗、 退火，脱湿冷却、平整轧制，检查分卷5道工序合并在连续退火机组线 中一次完成。 3 种技术的共同点是通过控制一次冷却速度，一次冷却终 了温度和过时效温度，使钢中固溶碳充分析出。但在一次冷却，张力控 制及温度控制方面各有特色

3、，连续退火技术的发展即是上述具体技术的 进步。新日铁的 NSCCAPL 技术开发最早，产品质量好，操作经验丰富。 世界上建成的该型机数量最多；日本钢管的 NKKCAL 型机组尤其擅长处 理高强度钢板；川崎制铁的 KMCAL 型机组一次冷却控制手段灵活，能 适应多品种生产要求，以处理薄规格产品见长。3 连续退火技术的发展3.1 一次冷却技术一次冷却技术最为关键，其优劣直接影响产品机械性能，退火周期 及机组所适应的品种。各种一次冷却技术发展情况如下2：(1) 气体喷射冷却(GJC)由新日铁 70年代开发，采用喷射循环保护气体进行冷却，冷却速度 慢，约530C/s，使过时效时间变长。(2) 冷水淬冷却(WQ)由日本钢管开发，将炉内带钢由700850C冷却到560C，再水淬 冷却至65C左右，冷却速度为5002000C/ s，为去除带钢表面氧化膜, 带钢要经酸洗、中和、漂洗、烘干，再重新加热过时效或回火。由于冷却速度极快，仅1min过时效就能析出过饱和固溶碳，生产深 冲板。另外钢中加入适量合金元素，能经水淬一次冷却形成双相钢、BH 钢等。这种方法冷却速度过快，冷却终点温度难以控制，并且能耗高。

4、(3) 辊式冷却日本钢管1982年研制成功这种技术，并用于神户制钢的连续退火机 组上。辊式冷却是使带钢与内部通水冷却的辊子接触，通过热传导对带 钢冷却，冷却速度为100300C/S，改变带钢与水冷辊的接触时间可 调节冷却速度。这种方法冷却速度快，并可准确控制冷却终点温度，但 冷却均匀性差，冷却辊工作条件恶劣，寿命低。日本钢管还开发了水淬和辊冷联合冷却(WQ+RC)技术，兼有2种冷 却的特点。(4) 高速气体喷射冷却(HGJC，H-GJC)HGJC 是由川崎制铁与三菱重工共同开发，采用窄缝喷嘴向带钢两面 喷射气体，调节风机出口的阀板改变冷却速度，冷却装置分成多个区段， 以使带钢宽度方向冷却均匀。喷嘴喷射的气体中含氢，这能增加导热性， 从而可加速一次冷却，冷却速度可达 10100C/ s。HGJC技术与日本钢管的RQ技术结合可以扩大冷却速度范围达50 150C/ s，板形与表面质量比单独RQ要好。新日铁1987年成功地在八幡厂Nq2机组上使用了 H-GJC技术，其 与 HGJC 不同之处是采用圆柱状喷嘴及挡板，可有效地减轻气体回流，保 证带钢宽度方向的均匀冷却，所需电机功率小。(5) 气水

5、双相冷却(ACC)这是新日铁开发的口琴式气流雾化水冷却喷嘴，并采用了参照模式 自适应控制法及卡尔曼过滤法的控制系统，能精确控制冷却终点温度4005C及冷却速度。ACC 的喷嘴有气体侧向喷射窄槽，带宽方向冷却均匀，改变供水流 量来调节冷却能力，可保持不同厚度带钢有同一冷却速度。一次冷却起 始温度700C，气水比0.13Nm3/l, ACC需要后续表面处理。(6) 热水淬冷却(HOWAC)是新日铁与比利时考柯尔桑布尔钢铁公司联合开发的冷却技术，通 过沉没辊的上下移动，使一次冷却的终点温度控制十分简单，并在热水 淬系统后设有水雾冷却(一步冷却)用于生产高强度板或镀锡原板，采用 HOWAC 需要后续表面处理。各种一次冷却技术特点比较见表1。表 1 一次冷却技术特性比较冷却方法冷却速 度(C/ s)后续 表面处 理过时效 或回火时 间(min)适用品种设备维护带 钢 板 形表面质量带钢性能气冷(GJC)530不需 要35镀锡原板简 单优优差高速喷气冷却(HGJC, H10 100不需24镀锡原板，冷简优优良-GJC)要轧板单气水双相冷却(ACC)50 200需要23冷轧板复 杂良良优冷水淬冷却(

6、WQ)5002000需要1冷轧板、高强 度板复 杂中良优辊冷冷却(RC)100300不需 要23冷轧板简 单良差优热水淬冷却(HOWAC)25 150需要24冷轧板、高强 度板复 杂中良良喷气与辊淬联合(GJC +RQ)50 200不需 要2 3.5冷轧板简 单优良良水淬+辊冷联合(WQ +160需要1.5 3冷轧板、高强复中中优RC)1000度板杂3.2 过时效及回火技术带钢经一次冷却后要经过时效处理，过时效温度控制有3种，多数 炉子为400C等温时效；也有斜坡时效，即逐步降温时效，以加快固溶 碳的析出；还有一种为先等温再斜坡过时效。过时效的时间与一次冷却 速度有关，一次冷却速度愈快，过时效时间愈短。根据一次冷却速度不 同，过时效时间约需1.55min。当生产高强度钢板时，一次快冷后，则采用300C回火12.5min。3.3 张力及板温控制技术80 年代中期以来，新建连续退火机组趋向高速高产，开发出一系列 张力及板温控制技术，也称高速通板技术。新日铁开发采用的技术有：炉子段高精度张力控制器，炉后设分段 张紧辊装置，设中心位置控制器，一次冷却段横向冷却模型控制系统， 炉子段张力监测控制

7、系统，炉辊自动速度调节系统，低惯性高响应张力 调节系统，以及在过时效段后设置张力辊等等；日本钢管采用如下技术：交流矢量控制晶体管变换器，多重反射式 温度计和动态板温控制模型；川崎制铁开发的技术如下：高功能矢量变换器和低惯性高响应装置，可使张力精度达98N,利 用有限元瓢曲模拟模型设计辊子形状以防止宽带钢瓢曲。4 连续退火生产发展趋势4.1 专业化生产近年建设的连续退火机组多将镀锡厚板与冷轧薄板分开，不在同一 套机组生产。这样便于合理选择机组设备，如合适的辊径、炉子各段合 理的加热能力，最佳的一次冷却形式等，使机组能更精细地控制全线各 段张力，运行稳定，提高机组作业率。1987年1995年间共建成了 28套连续退火机组。镀锡厚板与冷轧 薄板混合处理机组仅有6套。其中1990年1995年间建设了 12套连续 退火机组，处理镀锡厚板机组4套，处理冷轧薄板机组8套，没有1套 是混合型的。为生产汽车板也建设了不少专用机组，机组处理板宽大(如君津Nq2NSC CAPL机组最大板宽1860mm；日本钢管福山厂NKK CAL机组， 最大板宽1880mm),机组的一次冷却系统、炉子加热段，均热段及过时

8、效段的能力配置均更适应汽车板及IF钢。4.2 高产能高速度机组新建的连续退火机组趋向高产能、高速度，生产冷轧薄板的连续退 火机组每套产能超过 90 万 ta 已不在少数。1987年以前共建生产冷轧薄板的NSC CAPL型机组12套，平均每 套产能64.4万t /a。1987年以来共建NSC CAPL型机组5套，平均每 套产能达 93.8 万 ta。生产冷轧薄板的NKKCAL型连续退火机组平均每套产能已从1987 年前的54.4万t / a提高至93万t / a。1987年以来共建生产冷轧板的KMCAL型连续退火机组6套，平均 每套产能达 101.7 万 ta。90 年代以来，生产镀锡原板的连续退火机组的产能、速度均趋向提 高。NSC CAPL型机组炉子段速度达880m / min，而KMCAL型炉子段速 度最高达 1000mmin。4.3 机组趋向多功能处理镀锡厚板的机组能生产T1T6级产品，处理冷轧薄板的机组可 以生产CQ、DQ、DDQ、EDDQ，还可以生产高强度板；KM CAL机组还可以 生产中低牌号电工钢H30H60等。4.4 连续炉更趋完善(1) 改进加热方式早期连续炉加热段有

9、些采用直火加热方式，因影响带钢表面质量已 不再采用。辐射管也有许多改进，如采用“鼓抽”型辐射管，助燃空气鼓入 后，空气和煤气的流量、比例可直接控制调整，温控精确，适应性强。 采用多次燃烧烧嘴(MCR)，使辐射管温度均匀，寿命长，降低了燃烧火 焰峰值，从而降低燃烧产物中有害环境的NO含量。x一次冷却后的再加热逐步采用感应加热，感应加热速度快、热效率 高，线路电能损失少。(2) 增加炉内张力控制系统炉内带钢保持有合适张力才能保证稳定运行，因此除在炉子入口张 紧辊设高精度张力稳定装置外，还在炉内设置数个热张紧辊，各炉段的 张力反馈信号参与控制。(3) 设置炉辊辊形控制机组开工通带升温或停车后重新启动，炉辊与带钢温度不同会影响 炉辊热凸度，近年采取在炉辊室设置冷却与加热器，以有效控制炉辊辊 形。4.5 提高自动化水平机组全面使用计算机进行过程控制与生产管理， 1 套机组每班仅需 56个操作工。5 连续退火的优点及问题5.1 连续退火的优点连续退火与全氢罩式退火生产相比，优点如下：(1) 产品质量好，板形平直，表面清洁，性能均匀。(2) 成材率高，不会产生罩式退火易出现的粘结、折边等缺陷，成材 率可提高 2%3%。(3) 品种多样化，除了能生产罩式退火炉的全部品种外，还可以生产 高强度板、电工板等。(4) 布置紧凑、占地面积小。(5) 生

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