鍍鋅兼容退火改造及退火工藝制度的確

1、鍍鋅兼容退火改造及退火工藝制度的確定鄭海燕 董學(xué)軍（唐鋼冷軋薄板廠）摘要：本文主要介紹了唐鋼3#冷軋熱鍍鋅生產(chǎn)線兼容退火改造情況，以及退火熱工制度的選擇、工藝參數(shù)的制定。關(guān)鍵詞：兼容退火 改造 熱工制度 產(chǎn)品質(zhì)量The alteration of anneal accompanying with galvanizing and the setup of anneal technicsZHENG Hai-yan, DONG Xue-jun(Cold-Rolling Sheet Plant,Tangsnan Iron and Steel Company,Tangshan,Hebei,063000)

2、Abstract: This article introduces the alteration of galvanizing and anneal of Hot Dip Galvanizing Line Nr.3. Moreover the selection of pyrology technics and its parameters is introduced as well. Key words: anneal accompanying with galvanizing, alteration, pyrology, product quality1 前言唐鋼3#鍍鋅線是一條引進意大利

3、達涅利公司技術(shù)，生產(chǎn)冷軋熱鍍鋅產(chǎn)品的生產(chǎn)線。采用的原料為厚度0.31.6mm，寬度8201650mm的冷軋基板，最高生產(chǎn)線速度為180m/min，設(shè)計年產(chǎn)量40萬噸。這條生產(chǎn)線除鋅鍋以外在2006年底全部建成并冷試成功。但由于種種原因，鋅鍋的施工進度沒有跟上整條線的進度。為了合理利用設(shè)備資源，減少由于等待造成的浪費，我們于2007年23月份對這條線進行了兼容退火的改造。2 兼容退火改造2.1 改造的原因帶鋼在冷軋后，由于晶粒被壓扁、拉長，晶格歪扭、畸變，晶粒破碎，使金屬的塑性降低、強度和硬度增加，也就是通常我們所說的產(chǎn)生了加工硬化。冷軋帶鋼加工硬化后提高了鋼的變形抗力，給帶鋼的繼續(xù)加工帶來困難

4、。同時，也使帶鋼的一些理化性能發(fā)上改變，如導(dǎo)電性降低、導(dǎo)熱性降低、耐蝕性降低等。因此，冷軋后未經(jīng)處理的帶鋼（冷硬卷）通常沒有市場，不能做為商品出售。退火是將帶鋼加熱到一定溫度并保溫一定時間后再緩慢冷卻的工藝過程。退火能起到以下作用：（1） 降低鋼硬度，消除冷加工硬化，改善鋼的機械性能，恢復(fù)鋼的塑性變形能力。（2） 消除鋼中殘存內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，防止變形。（3） 均勻鋼的組織和化學(xué)成分。退火是冷軋帶鋼生產(chǎn)中最主要的熱處理工序之一。對于連續(xù)鍍鋅線和連續(xù)退火線而言，這種退火基本上是再結(jié)晶退火，其主要作用是消除冷軋加工硬化。再結(jié)晶退火就是將帶鋼加熱到再結(jié)晶溫度（碳鋼一般為450500）以上150200

5、,保溫一定時間后再冷卻的過程。再結(jié)晶退火時鋼的內(nèi)部組織變化的過程，分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大等幾個階段。2.2 改造的內(nèi)容由于這條線將來還主要用于鍍鋅生產(chǎn)，因此，在做兼容改造時，沒有作大的改動，只是在以下幾方面略作改動：（1） 專門制作了一個固定爐鼻子代替原來的可伸縮爐鼻子。這個爐鼻子有兩套氮氣密封裝置，出口處是可調(diào)間隙的陶瓷纖維模塊，帶鋼運行時可與帶鋼緊密接觸，不留縫隙。因此，與原來的爐鼻子相比較，改造后的爐鼻子密封性更好。（2） 制作了一根與鋅鍋沉沒輥外形尺寸相同的轉(zhuǎn)向輥，安裝在鋅鍋沉沒輥架子上，保證帶鋼在輥子上的包角與在沉沒輥上相同。同時，這條鍍鋅線可以生產(chǎn)GI、GF、GL三種涂層的產(chǎn)品

6、，因此，在鋅鍋布置上是兩鍋三位。為了退火生產(chǎn)與鋅鍋施工不發(fā)生沖突，兩個鋅鍋都開到準備位置，改造后的轉(zhuǎn)向輥安裝在鋅鍋工作位置，模擬鋅鍋沉沒輥的工作狀態(tài)。（3） 更換了爐子出口的高溫計。原來爐子出口的高溫計量程是300700，生產(chǎn)退火產(chǎn)品帶鋼到爐子出口溫度要降到150以下，為了準確測量帶鋼出爐子溫度，更換了一只量程0600的高溫計。2.3 改造結(jié)果改造后這條線與一般的連續(xù)退火線相似。但在一般的連續(xù)退火線中通常有兩段爐內(nèi)保護氣體氣氛下的冷卻，首先要把帶鋼控制冷卻到450500，均熱一段時間，然后再將帶鋼快速冷卻到150以下。而在我們這條線上只有一段爐內(nèi)保護氣體氣氛下的冷卻，直接將帶鋼冷卻到150以下

7、。這個差異對產(chǎn)品的質(zhì)量會有一定的負面影響。3 生產(chǎn)退火產(chǎn)品時退火爐的工藝制度3.1 帶鋼再結(jié)晶溫度的影響因素在退火過程中，形變的金屬開始進行再結(jié)晶時的溫度，稱為再結(jié)晶溫度。根據(jù)大量的實驗，金屬的再結(jié)晶溫度與該金屬的熔點存在著下列關(guān)系： T再（0.350.4）T熔式中：T再金屬的再結(jié)晶絕對溫度 T熔金屬熔點的絕對溫度除此之外，實踐證明，金屬的再結(jié)晶溫度還與下列因素有關(guān)：（1） 冷軋時的形變程度。形變程度越大，則內(nèi)應(yīng)力越大，金屬微觀結(jié)構(gòu)越處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此再結(jié)晶溫度也就越低。（2） 帶鋼的化學(xué)成分。在多數(shù)情況下，合金的再結(jié)晶溫度高于純金屬的再結(jié)晶溫度。當(dāng)合金元素含量較低時，這種效應(yīng)較為顯著。但當(dāng)

8、合金元素含量較高時，產(chǎn)生的影響就會很復(fù)雜，再結(jié)晶溫度有可能升高，也有可能降低。（3） 退火時的加熱速度。對冷硬板而言，退火時加熱速度越快，再結(jié)晶溫度越高，反之，再結(jié)晶溫度則越低。（4） 原始組織。由于金屬在晶粒晶界上容易形成再結(jié)晶核心，因此原始形變時晶粒越大，其再結(jié)晶溫度就越高。3.2 退火熱工制度的制定3.2.1 兩種不同的典型熱工制度目前的退火生產(chǎn)有兩種不同的典型熱工制度，一種是將帶鋼加熱到超過再結(jié)晶溫度較高的溫度，然后經(jīng)過短時間的均熱后冷卻，如美國的BRICMONT ,使用的就是這種加熱方法，其典型的加熱曲線見圖表1。 圖表1 BRICMONT 典型加熱曲線在上面的加熱曲線中，均熱時間僅

9、為10秒。另一種是將帶鋼加熱到超過再結(jié)晶溫度較低的溫度，然后經(jīng)過較長時間的均熱后冷卻。從圖表2中可以明顯地看出這兩種方法的區(qū)別：圖表2 兩種加熱曲線的對比3.2.2 退火熱工制度的選擇實踐證明，以上兩種方法都可以生產(chǎn)出合格的退火產(chǎn)品。但兩者相比較，第二種加熱方法有著顯而易見的優(yōu)點：（1） 加熱溫度低，熱量消耗低，更節(jié)約能源；（2） 加熱溫度低，對耐材的要求低，延長了耐材的使用壽命。（3） 帶鋼溫度低，能夠減少事故停車造成的爐內(nèi)過燒斷帶。（4） 帶鋼溫度低，對冷卻的要求不嚴格。但是，第二種方法要求有較長的均熱時間，對于爐長較短的臥式爐，不適合選擇這種加熱方式。唐鋼三鍍鋅線的退火爐是意大利達涅利爐

10、子公司（DANIELI CENTRO COMBUSTION）設(shè)計的全輻射管立式爐，爐內(nèi)帶鋼全長約500米，可以有較充足的均熱時間，因此，我們選擇了第二種熱工制度。3.2.3 退火工藝參數(shù)的確定如下面的圖片所示，唐鋼三鍍鋅線的退火爐由預(yù)熱段、輻射管加熱段、輻射管均熱段、噴冷段、均衡段（熱張緊輥室）、出口爐鼻子組成，所有爐段內(nèi)均充滿了氮氫保護氣體。 圖表3 唐鋼三鍍鋅線的退火爐示意圖帶鋼在預(yù)熱段內(nèi)利用廢氣/NHx氣體換熱器加熱的NHx氣體循環(huán)加熱到一定溫度后，進入輻射管加熱段加熱到退火溫度，在均熱段保溫一段時間，然后經(jīng)噴冷風(fēng)機冷卻后，最終從爐鼻子離開退火爐。爐子的中心部位是全煤氣輻射管加熱段和均熱

11、段，其中加熱段共分8個加熱區(qū)，14區(qū)分布在第一個爐室內(nèi)，58區(qū)分布在第二個爐室內(nèi)，中間有隔墻。均熱段與加熱段中間也有隔墻，在操作界面上稱為第9區(qū)。這個退火爐是為鍍鋅設(shè)計的，其加熱設(shè)計理念為均勻加熱。也就是在加熱時18區(qū)開基本相同的燒嘴數(shù)量，使整個加熱段各區(qū)的爐溫趨于一致。但在退火生產(chǎn)中，因為改造后的兼容退火線與正規(guī)的連退線相比較，缺少了一段控制冷卻，對產(chǎn)品質(zhì)量會有不利的影響。為了解決這個問題，我們考慮適當(dāng)延長帶鋼的均熱時間，讓再結(jié)晶及晶粒長大過程充分完成。同時，由于我們選擇了第二種退火制度，加熱溫度較低，這也就允許把帶鋼的加熱功能集中在第一個爐室，也就是14區(qū)完成，而把59區(qū)都作為均熱區(qū)（其中

12、5、6區(qū)適當(dāng)開少量燒嘴補充熱量，保證帶鋼不被冷卻，其他幾區(qū)的燒嘴基本不用開）。經(jīng)過我們幾個月在生產(chǎn)中的摸索，基本確定了以下操作參數(shù)（圖表4）：圖表4 退火爐操作參數(shù) 溫 度（）厚度（mm） 14區(qū)溫度5、6區(qū)溫度預(yù)計帶鋼最高溫度8區(qū)出口帶鋼溫度爐子出口帶鋼溫度0.77506506806806106201200.87806806806206401200.97906906806206401201.08007006806206501201.28108207206806306601501.48308407506906506901501.5850750690650690150值得說明的是，由于退火再結(jié)晶

13、溫度與原料冷軋時的形變程度及原料的化學(xué)成分等因素有密切的關(guān)系，所以上述參數(shù)要根據(jù)原料的變化及時調(diào)整，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。例如，我們在5月底就曾出現(xiàn)了退火產(chǎn)品延伸率低的問題，后經(jīng)查實，那批原料的冷軋形變率只有57%，后來，我們提高了加熱溫度，產(chǎn)品質(zhì)量才合格。3.3 帶鋼的冷卻 鍍鋅線改造的兼容退火線，只有一段爐內(nèi)冷卻，在很短的冷卻段中要將帶鋼從退火溫度冷卻到不再發(fā)生二次氧化的溫度（150）以下，冷卻速度相當(dāng)快。為了保證退火產(chǎn)品質(zhì)量，必須控制冷卻速度。熱的帶鋼與噴冷風(fēng)機噴出的冷的NHx氣體之間的熱交換效率，與這兩者之間的溫差成正比，因此，前面的噴冷風(fēng)機的熱交換效率比后面的（接近出口的）要高，冷卻速

14、度要快。要控制一定的冷卻速度，前面的噴冷風(fēng)機速度必須要比后面的低。熱交換效率和各風(fēng)機速度要求的關(guān)系如圖表5所示 ，圖表中，風(fēng)機前（靠近爐子熱端）后（接近爐子出口）的順序是CC#1、CC#2、CC#3、CC#4。 圖表5 噴冷風(fēng)機速度分布規(guī)律從上面的圖表可以看出，要控制相同的冷卻速率，各噴冷風(fēng)機的速度應(yīng)該是從前向后依次遞加。4 退火產(chǎn)品的質(zhì)量圖表6是我們對不同規(guī)格帶鋼退火前后力學(xué)性能的抽樣檢查結(jié)果。 圖表6 帶鋼退火前后性能對比指標帶鋼厚度退火前機械性能退火后機械性能抗拉強度MPa抗拉強度MPa屈服強度MPa延伸率%0.8mm96036530044.50.9mm85538032541.51.0mm83039534540.51.2mm86039035542.51.4mm805365322441.5mm79535530540.5從上表可以看出，再結(jié)晶退火后的帶鋼，機械性能有了顯著的改善。5 結(jié)束語 鍍鋅線兼容退火改造的意義