冷軋薄板連續退火技術的發展宋加【摘要】簡要介紹了冷軋板帶鋼連續退火技術的進步，以及世界連續退火生產的發展。【關鍵詞】連續退火一次冷卻過時效回火DEVELOPMENTOFCONTINUOUSANNEALING

TECHNOLOGYFORCOLDROLLEDSTEELSHEETSongJia(Centrallron&SteelResearchlnstitute)【Abstract】Theadvancementanddevelopmentofcontinuousannealingtechnologyforcoldrolledsteelsheetandstripintheworldhavebeenbrieflyintroduced．【KeyWords】ContinuousAnnealing，FirstCooling，OverAgeing，Tempering1前言日本鋼鐵界經過多年努力，在70年代解決了連續退火技術生產深沖、重深沖、超深沖鋼板的難題，經過20多年的努力，連續退火的生產能力不斷擴大，該技術也得到進一步發展。連續退火的概況發展簡史1972年10月新日鐵在君津廠建成了NqI連續退火機組，首先開發了連續退火生產冷軋深沖碳鋼薄板的技術，簡稱NSC—CAPL。1976年7月日本鋼管在福山廠建成了N2連續退火機組，這是繼新日鐵后開發的另一種連續退火生產冷軋深沖碳鋼薄板的技術，簡稱NKK—CAL。1980年7月川崎制鐵也在千葉廠開發建成了N2連續退火機組，簡稱KM—CAL。進入80年代，世界各大鋼鐵廠相繼建設連續退火機組，到80年代末共建成34套機組。90年代進一步發展，到1996年底，全世界約建設了54套連續退火機組，總處理能力達3300萬t/a以上。其中NSC—CAPL型26套，NKK—CAL型15套，KM—CAL型13套⑴。各類連續退火技術的特點3種連續退火冶金原理相同，機組設備組成相似，都是將電解清洗、退火，脫濕冷卻、平整軋制，檢查分卷5道工序合并在連續退火機組線中一次完成。3種技術的共同點是通過控制一次冷卻速度，一次冷卻終了溫度和過時效溫度，使鋼中固溶碳充分析出。但在一次冷卻，張力控制及溫度控制方面各有特色，連續退火技術的發展即是上述具體技術的進步。新日鐵的NSC－CAPL技術開發最早，產品質量好，操作經驗豐富。世界上建成的該型機數量最多；日本鋼管的NKK－CAL型機組尤其擅長處理高強度鋼板；川崎制鐵的KM－CAL型機組一次冷卻控制手段靈活，能適應多品種生產要求，以處理薄規格產品見長。連續退火技術的發展一次冷卻技術一次冷卻技術最為關鍵，其優劣直接影響產品機械性能，退火周期及機組所適應的品種。各種一次冷卻技術發展情況如下［2］：氣體噴射冷卻(GJC)由新日鐵70年代開發，采用噴射循環保護氣體進行冷卻，冷卻速度慢，約5?30°C/s，使過時效時間變長。冷水淬冷卻(WQ)由日本鋼管開發，將爐內帶鋼由700?850C冷卻到560C，再水淬冷卻至65C左右，冷卻速度為500?2000C/s，為去除帶鋼表面氧化膜,帶鋼要經酸洗、中和、漂洗、烘干，再重新加熱過時效或回火。由于冷卻速度極快，僅1min過時效就能析出過飽和固溶碳，生產深沖板。另外鋼中加入適量合金元素，能經水淬一次冷卻形成雙相鋼、BH鋼等。這種方法冷卻速度過快，冷卻終點溫度難以控制，并且能耗高。輥式冷卻日本鋼管1982年研制成功這種技術，并用于神戶制鋼的連續退火機組上。輥式冷卻是使帶鋼與內部通水冷卻的輥子接觸，通過熱傳導對帶鋼冷卻，冷卻速度為100?300C/S，改變帶鋼與水冷輥的接觸時間可調節冷卻速度。這種方法冷卻速度快，并可準確控制冷卻終點溫度，但冷卻均勻性差，冷卻輥工作條件惡劣，壽命低。日本鋼管還開發了水淬和輥冷聯合冷卻(WQ+RC)技術，兼有2種冷卻的特點。高速氣體噴射冷卻(HGJC，H-GJC)HGJC是由川崎制鐵與三菱重工共同開發，采用窄縫噴嘴向帶鋼兩面噴射氣體，調節風機出口的閥板改變冷卻速度，冷卻裝置分成多個區段，以使帶鋼寬度方向冷卻均勻。噴嘴噴射的氣體中含氫，這能增加導熱性，從而可加速一次冷卻，冷卻速度可達10?100C/s。HGJC技術與日本鋼管的RQ技術結合可以擴大冷卻速度范圍達50?150C/s，板形與表面質量比單獨RQ要好。新日鐵1987年成功地在八幡廠Nq2機組上使用了H-GJC技術，其與HGJC不同之處是采用圓柱狀噴嘴及擋板，可有效地減輕氣體回流，保證帶鋼寬度方向的均勻冷卻，所需電機功率小。氣水雙相冷卻(ACC)這是新日鐵開發的口琴式氣流霧化水冷卻噴嘴，并采用了參照模式自適應控制法及卡爾曼過濾法的控制系統，能精確控制冷卻終點溫度400±5°C及冷卻速度。ACC的噴嘴有氣體側向噴射窄槽，帶寬方向冷卻均勻，改變供水流量來調節冷卻能力，可保持不同厚度帶鋼有同一冷卻速度。一次冷卻起始溫度700C，氣水比〉0.13Nm3/l,ACC需要后續表面處理。熱水淬冷卻(HOWAC)是新日鐵與比利時考柯爾桑布爾鋼鐵公司聯合開發的冷卻技術，通過沉沒輥的上下移動，使一次冷卻的終點溫度控制十分簡單，并在熱水淬系統后設有水霧冷卻(一步冷卻)用于生產高強度板或鍍錫原板，采用HOWAC需要后續表面處理。各種一次冷卻技術特點比較見表1。表1一次冷卻技術特性比較冷卻方法冷卻速度(C/s)后續表面處理過時效或回火時間(min)適用品種設備維護帶鋼板形表面質量帶鋼性能氣冷(GJC)5?30不需要3?5鍍錫原板簡單優優差高速噴氣冷卻(HGJC,H10?100不需2?4鍍錫原板，冷簡優優良-GJC)要軋板單氣水雙相冷卻(ACC)50?200需要2?3冷軋板復雜良良優冷水淬冷卻(WQ)500?2000需要1冷軋板、高強度板復雜中良優輥冷冷卻(RC)100?300不需要2?3冷軋板簡單良差優熱水淬冷卻(HOWAC)25?150需要2?4冷軋板、高強度板復雜中良良噴氣與輥淬聯合(GJC+RQ)50?200不需要2?3.5冷軋板簡單優良良水淬+輥冷聯合(WQ+160?需要1.5?3冷軋板、高強復中中優RC)1000度板雜3.2過時效及回火技術帶鋼經一次冷卻后要經過時效處理，過時效溫度控制有3種，多數爐子為400C等溫時效；也有斜坡時效，即逐步降溫時效，以加快固溶碳的析出；還有一種為先等溫再斜坡過時效。過時效的時間與一次冷卻速度有關，一次冷卻速度愈快，過時效時間愈短。根據一次冷卻速度不同，過時效時間約需1.5?5min。當生產高強度鋼板時，一次快冷后，則采用300C回火1?2.5min。張力及板溫控制技術80年代中期以來，新建連續退火機組趨向高速高產，開發出一系列張力及板溫控制技術，也稱高速通板技術。新日鐵開發采用的技術有：爐子段高精度張力控制器，爐后設分段張緊輥裝置，設中心位置控制器，一次冷卻段橫向冷卻模型控制系統，爐子段張力監測控制系統，爐輥自動速度調節系統，低慣性高響應張力調節系統，以及在過時效段后設置張力輥等等；日本鋼管采用如下技術：交流矢量控制晶體管變換器，多重反射式溫度計和動態板溫控制模型；川崎制鐵開發的技術如下：高功能矢量變換器和低慣性高響應裝置，可使張力精度達±98N,利用有限元瓢曲模擬模型設計輥子形狀以防止寬帶鋼瓢曲。連續退火生產發展趨勢專業化生產近年建設的連續退火機組多將鍍錫厚板與冷軋薄板分開，不在同一套機組生產。這樣便于合理選擇機組設備，如合適的輥徑、爐子各段合理的加熱能力，最佳的一次冷卻形式等，使機組能更精細地控制全線各段張力，運行穩定，提高機組作業率。1987年?1995年間共建成了28套連續退火機組。鍍錫厚板與冷軋薄板混合處理機組僅有6套。其中1990年?1995年間建設了12套連續退火機組，處理鍍錫厚板機組4套，處理冷軋薄板機組8套，沒有1套是混合型的。為生產汽車板也建設了不少專用機組，機組處理板寬大(如君津Nq2NSC—CAPL機組最大板寬1860mm；日本鋼管福山廠NKK—CAL機組，最大板寬1880mm),機組的一次冷卻系統、爐子加熱段，均熱段及過時效段的能力配置均更適應汽車板及IF鋼。高產能高速度機組新建的連續退火機組趨向高產能、高速度，生產冷軋薄板的連續退火機組每套產能超過90萬t／a已不在少數。1987年以前共建生產冷軋薄板的NSC—CAPL型機組12套，平均每套產能64.4萬t/a。1987年以來共建NSC—CAPL型機組5套，平均每套產能達93.8萬t／a。生產冷軋薄板的NKK—CAL型連續退火機組平均每套產能已從1987年前的54.4萬t/a提高至93萬t/a。1987年以來共建生產冷軋板的KM—CAL型連續退火機組6套，平均每套產能達101.7萬t／a。90年代以來，生產鍍錫原板的連續退火機組的產能、速度均趨向提高。NSC—CAPL型機組爐子段速度達880m/min，而KM—CAL型爐子段速度最高達1000m／min。機組趨向多功能處理鍍錫厚板的機組能生產T1?T6級產品，處理冷軋薄板的機組可以生產CQ、DQ、DDQ、EDDQ，還可以生產高強度板；KM—CAL機組還可以生產中低牌號電工鋼H30?H60等。連續爐更趨完善改進加熱方式早期連續爐加熱段有些采用直火加熱方式，因影響帶鋼表面質量已不再采用。輻射管也有許多改進，如采用“鼓—抽”型輻射管，助燃空氣鼓入后，空氣和煤氣的流量、比例可直接控制調整，溫控精確，適應性強。采用多次燃燒燒嘴(MCR)，使輻射管溫度均勻，壽命長，降低了燃燒火焰峰值，從而降低燃燒產物中有害環境的NO含量。x一次冷卻后的再加熱逐步采用感應加熱，感應加熱速度快、熱效率高，線路電能損失少。增加爐內張力控制系統爐內帶鋼保持有合適張力才能保證穩定運行，因此除在爐子入口張緊輥設高精度張力穩定裝置外，還在爐內設置數個熱張緊輥，各爐段的張力反饋信號參與控制。設置爐輥輥形控制機組開工通帶升溫或停車后重新啟動，爐輥與帶鋼溫度不同會影響爐輥熱凸度，近年采取在爐輥室設置冷卻與加熱器，以有效控制爐輥輥形。提高自動化水平機組全面使用計算機進行過程控制與生產管理，1套機組每班僅需5?6個操作工。連續退火的優點及問題連續退火的優點連續退火與全氫罩式退火生產相比，優點如下：產品質量好，板形平直，表面清潔，性能均勻。成材率高，不會產生罩式退火易出現的粘結、折邊等缺陷，成材率可提高2%?3%。品種多樣化，除了能生產罩式退火爐的全部品種外，還可以生產高強度板、電工板等。布置緊湊、占地面積小。生產周期短、交貨迅速。節能20%以上，節省勞動力，生產成本低。存在問題厚度〉2.0mm的產品生產較困難，厚度$2.5mm尚不能生產。規格范圍復蓋面不宜太寬。產品變化靈活性略差，年產量變化時，罩式退火爐增減開停十分靈活，連續退火爐難以這樣操作。因此盡管連續退火生產發展很快，但還不可能完全取代罩式退火爐。建設投資連續退火方案與罩式退火方案的建設投資相比不僅僅是機組與爐組相比，而是整個工藝方案相比，即罩式退火方案中要將電解清洗機組、平整機組、分卷機組、罩式爐、鋼卷倉庫及起重運輸設備等一并考慮［3］。以在日本建廠為例：產能4萬t/月連續退火方案與罩式全氫退火爐方案投資基本相同。當產能增加到8萬t/月時，連續退火方案的投資比全氫罩式爐方案低24%。與不需建造電解清洗機組的全氫罩式退火爐方案比較，產能為4萬t/月時，連續退火方案投資要高16%，但產能提高到8萬t/月，則建設投資低14%。結束語世界上連續退火技術發展很快，已有了很大進步，我國已經建成了3套連續退火機組，即寶鋼兩套NSC－CAPL型連續退火機組，臺灣省中鋼1套NKK-CAL型連續退火機