冷軋立式連續退火爐的探討與分析

新余鋼鐵股份有限公司 陳 軍 伏小燕 李 清

1.前言

新鋼公司1550冷軋薄板工程于2007年籌備建設，總投資22億元，是江西省單項投資最大、工藝裝備最復雜、技術含量最高的工程項目。該工程年設計能力120萬噸，產品厚度0.2-2mm，寬度700-1430mm，擁有一條酸軋聯合機組、一條連續退火機組、一條重卷機組、一條包裝包裝機組及輔助設施。產品定位以中高檔汽車結構板、家電板和建筑板為主，最高強度級別達到780Mpa。該工程于2011年8月全面建成投產，經過一年多的生產，連續退火機組也逐漸達成達標。連續退火機組集帶鋼的清洗、退火、平整、精整等工藝一體，具有生產效率高、產品品種多樣化、產品質量高、生產成本低等許多優勢，連退技術最核心的技術裝備為立式連續退火爐，它在冷軋上得到廣泛的應用。

2.冷軋過程的實質

冷軋工程實質上是一個加工硬化的過程，即金屬材料在冷塑性變形后所發生的強度和硬度升高，塑性、韌性下降的現象。冷軋不經加熱的室溫狀態鋼，經過軋制壓力加工，便產生不能自行恢復原形和尺寸的變化，即在軋制過程中，各個晶粒順著軋制方向伸長、壓扁、破碎，形成纖維狀。同時在晶粒內部將出現一些相互平行的滑移。

經過冷軋出來的成品冷軋卷一般不作為商品卷出售，其硬度、強度較高，塑性、韌性低，利用價值不高，使用范圍窄。在經過退火工藝處理后，可改善其組織性能，降低硬度，提高塑性，方可作為商品卷出售。

3.連續退火機理

鋼帶經過冷軋變形后，金屬內部組織產生晶粒拉長、晶粒破碎和晶粒缺大量存在位錯現象，導致金屬內部自由能升高，處于不穩定狀態，且有自發恢復到比較完整、規則和自由能低的穩定平衡狀態的趨勢。將其加熱到再結晶溫度以上，Ac1以下，使原子獲得足夠的擴散功能，消除晶格畸變，經保溫后冷卻，使組織和性能發生變化。

即：在結晶退火。

如圖1所示，加工硬化金屬材料在加熱時組織和性能的變化隨著加熱溫度的升高，組織和性能的變化經過三個階段，即回復、再結晶、晶粒長大。

4.連退爐的發展與爐型的比較

自從20世紀70年代初日本新日鐵公司成功地開發出CAPL以來，全世界鋼鐵對連續退火爐及退火工藝給于極大的關注，并迅速開發了適應各種產品要求的新工藝技術裝備。據不完全統計，目前全世界已建設60余條連續退火線，其中連續退火爐成為冷軋退火工藝發展主流。用連續退火爐既可以生產普通級別的沖壓成形冷軋薄板、深沖板、超深沖板，也可以生產烤漆硬化鋼、硬質與軟質的鍍錫原板、微合金鋼、雙相鋼等高強和超高強冷軋板。

連退爐爐型發展主要有臥式爐和立式爐兩種。而爐型的選擇與比較要從機組產量、產品品種、鋼板規格、建設場地、投資、操作、發展趨勢等各方面進行綜合考慮，選擇性價比高的爐型以適合機組的生產要求。

對于生產低端產品、年產量低于30萬噸、鋼板規格偏厚、產品質量要求不高的機組一般選用臥式爐。臥式爐對機組長度將會增長，鋼帶在爐內的板形控制、跑偏控制均很困難。而立式爐用于速度高、年產量在30萬噸以上、規格薄、產品質量高的機組上，鋼帶在立式爐內通過轉向輥輸送，并纏繞在轉向輥上，可以改善鋼帶的表面質量，防止鋼帶在加熱過程中熱變形。基于新鋼冷軋連續退火機組生產規模、投資、產品質量、產品規格的定位較高，經綜合分析，其選擇立式爐爐型。

5.連退爐的關鍵技術

連續退火爐由爐子機械、介質系統、隔熱材料等組成。爐段可分為：預熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段、過時效段、終冷段和水淬。其常采用的關鍵技術如下：

(1)鋼帶加熱及冷卻技術

預熱段利用加熱段均熱段排出的廢氣中的熱量將鋼帶預熱，可以充分利用煙氣余熱達到節能目的，降低燃氣消耗，減少加熱段第一根導向輥所受的熱沖擊。預熱段采用保護氣體循環噴吹預熱鋼帶，從而保證帶鋼表面的清潔，可以在無任何氧化危險的條件下預熱帶鋼，即使在停爐時也不必擔心帶鋼被氧化。

加熱段均熱段采用交替布置的B型、U型或W型輻射管加熱，既保證帶鋼表面無氧化物，又可以加熱平穩控制爐溫，避免帶鋼在停爐或產品轉換時產生影響。輻射管燒嘴采用抽鼓式低Nox燒嘴，與空氣熱交換器預熱助燃空氣、比例調節燃燒方式。

冷卻方式的選擇取決于冷卻速度的大小。冷卻技術有氣體噴射冷卻、氣—水加速冷卻、水淬冷卻、輥式冷卻及高速氣體噴射冷卻。緩冷段選擇冷卻速度為5~30℃/s的氣體噴射冷卻，生產的產品品種多，設備簡單，操作穩定。在快冷段選擇輥式冷卻，其冷卻速度可達100~400℃/s，可以生產深沖板和高強度鋼。

(2)爐輥熱凸度控制技術

爐輥輥型單錐、雙錐度優化設計能保證帶鋼可以自行對中，也可以減少熱瓢曲的產生。在加熱段內帶鋼與輻射管溫度有很大溫差，爐輥兩端被輻射管輻射加熱，而爐輥中央被相對溫度較低的帶鋼冷卻，這樣爐輥產生凸度，導致帶鋼跑偏和斷帶。要充分考慮帶鋼尺寸和帶鋼溫度后設計爐輥初始凸度，同時為了減少輻射管的熱輻射影響，在加熱段頂輥下部與頂輥之間以及底輥上部各設置有隔熱板。

在冷卻段冷的保護氣體易進入頂輥和底輥通道，減少保護氣體溫度。頂輥和底輥中央被帶鋼加熱，頂輥和底輥兩側被冷保護氣體冷卻，使爐輥產生正凸度導致帶鋼瓢曲。通常在頂輥和底輥通道設置相關設備阻止冷保護氣體進入輥室，同時設有電加熱器維護該區域正常爐溫。

圖1 連續退火機理

(3)帶鋼穩定運行技術

在爐內合理設置糾偏輥，配合輥型產生良好的帶鋼運行控制，且在爐內有的配置有熱張緊輥，實現熱區和冷區分段張力控制，保證穩定通板的同時，防止帶鋼熱瓢曲。在爐子各段設置張力測量輥，保證高精度張力控制，對爐輥凸度其表面粗糙度采用優化技術，避免帶鋼在爐內跑偏和瓢曲，達到穩定運行和良好板形的作用。同時爐子分成各獨立的爐室，每個爐室頂部裝有工業電視，操作人員可以觀察帶鋼在爐內的運行及跑偏情況，根據觀察結果及時調整。

(4)節能技術

在輻射管段燃燒廢氣的熱能利用上，將三級使用廢氣的熱能直接利用到連退爐上：輻射管燒嘴將助燃空氣預熱至~400℃左右；其煙氣經過與預熱段的煙氣/保護氣換熱器內的保護氣的熱交換，加熱要噴吹到帶鋼上的保護氣；其煙氣經過余熱回收系統的煙氣/過熱水交換器內的過熱水的熱交換，可用于機組清洗段堿液加熱。

6.結束語

新鋼冷軋連退爐配置有國際上先進的技術和設備，擁有許多優點，但其同樣兼用冷軋連退爐的不足，需要在生產實踐過程中不斷的完善和發展。

(1)技術復雜，連續化生產難度大，一次投資費用較高，要求生產人員素質高。在冷軋生產技術力量薄弱的企業建設連退爐，相對達產時間較長。

(2)生產厚規格產品有困難。盡管連退爐發展迅速，但還不能完全取代罩式爐，在生產厚度大于2mm的帶鋼較困難。

(3)生產規模范圍不宜太寬，規格變化靈活性較差。

[1]傅作金.冷軋薄鋼板生產[M].北京:冶金工業出版社,2006.

[2]金屬材料學[M].