冷軋帶鋼退火原理及連退爐內露點測量與控制綜述

摘 要 結合首鋼京唐公司冷軋連退爐機組實例，分析了帶鋼退火原理，同時對連退爐露點進行論述，并積極總結經驗，對連退爐內露點的測量與控制提出方法和措施。經過一段時間的試運行，取得了一定的效果，有效控制了連退爐內露點的分布量，提高了帶鋼表面質量和退火后的機械性能。

關鍵詞 冷軋；帶鋼；連退爐；露點

前言

連續退火是連續地將帶鋼加熱到一定溫度保溫后再冷卻的工藝。退火目的是使熱軋帶鋼軟化、消除內應力、恢復塑性、改善帶鋼的金相組織[1]。

帶鋼經冷軋變形后，金屬晶粒將沿著變形的方向被拉長。冷變形會引起晶粒取向的轉動，從而在多晶體內形成一定類型的織構[2]。其內部組織產生大量位錯，形成胞狀結構，產生加工硬化，使帶鋼的強度和硬度大大提高，而塑性、韌性、沖壓性能降低，給進一步的冷加工帶來困難。金屬內部組織發生晶粒拉長，晶粒破碎和晶體缺陷而導致金屬內部自由能升高，處于不穩定狀態，為了消除這種不穩定狀態及所產生的缺陷，使其塑性、韌性提高，強度、硬度下降，所以需要對冷軋產品進行退火處理。

1 冷軋板退火原理

形變金屬的退火又稱再結晶退火，是冷軋薄板生產過程中的關鍵工藝環節，直接影響帶鋼最終的產品質量。再結晶退火就是將冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度以上、Ac1以下，保持適當時間，使其具有較高的原子活動能力，其晶粒的外形便開始發生變化，從破碎拉長的晶粒重新結晶為均勻等軸晶粒后進行冷卻從而消除加工硬化的熱處理工藝[3]。再結晶退火主要經歷回復、再結晶和晶粒長大三個過程[1]。

2 首鋼京唐公司冷軋連退爐設備概況

首鋼京唐公司冷軋2230退火機組是主要生產機組，年處理量為000t，產品以高質量表面的汽車板、家電板為主，生產的品種包括： CQ、DQ、DDQ、EDDQ、SEDDQ、CQ-HSS、DQ-HSS、DDQ-HSS、BH-HSS、DP-HSS、TRIP-HSS等[4]。2230連退機組采用德國 SMSD 的連續退火技術，可以生產0.40-2.5×1000-2080mm，產品品種涵蓋 CQ～SEDDQ各種級別的深沖冷軋板，以及抗張強度為 780Mpa高強度級別的鋼板（預留 980Mpa超高強鋼的生產能力）。

焊機采用 Miebach 激光焊機，具有焊縫質量檢測、焊接參數自動監控和記錄等功能。焊接速度2.5～12m/min，開口度120×2300mm。

采用立式連續退火爐。退火爐由預熱段、加熱段、均熱段、緩冷段、一次冷卻段、過時效段、二次冷卻段以及水淬設備組成，總長161730mm。退火爐一次冷卻爐采用法國STEIN 公司開發的 Flash cooling高氫、高速噴吹冷卻帶鋼技術，保護氣體氫含量為 5-50%，最高可提高到 82%。根據爐輥在爐內所處位置的不同，采用不同的輥型和初始凸度，結合爐子自動控制系統（FAS）防止帶鋼熱瓢曲及冷瓢曲的產生。

清洗段的二次堿洗和電解清洗采用立式槽，漂洗段采用四級漂洗，利用爐子段產生的廢氣余熱加熱過熱水，用于清洗段加熱。

平整機選用 SMSD六輥 CVC 濕式平整機，平整機出口設置板形儀，帶鋼表面質量檢查及粗糙度儀、在線機械性能檢測設備，能嚴格保證帶鋼平整后高級汽車外板所需要的板形、粗糙度和機械性能。最大軋機速度820m/min，最大軋制力13000kN，最大延伸率3%。

出口段采用回轉式雙頭圓盤剪，并設置檢查小活套，可減少平整機的停機輥印和增加帶鋼表面檢查的時間[2]。

工藝流程簡介：鋼卷接受→原料檢驗→連退原料準備→焊接→清洗→退火→平整切邊→表面檢查→涂油→力學性能檢驗→卷取→稱重→包裝→入庫。

3 冷軋連退爐露點及露點對帶鋼退火質量影響

隨著技術的不斷發展和進步，連續退火機組各工序關鍵設備也在不斷發展和完善[5]，連退爐內露點控制技術就是其中之一。所謂露點就是自由水面上的空氣與水蒸氣飽和時的空氣溫度。爐內氣氛的露點是保護氣體中含水量的標志。露點的高低會影響帶鋼表面氧化鐵皮的還原。帶鋼暴露在空氣中會與空氣中的氧氣和水發生化學反應使帶鋼表面附著一層氧化鐵皮，如下式：

4Fe + 2H2O + 3O2 = 2Fe2O3 + 2H2O （1）

連退爐在對冷軋帶鋼退火提高其機械性能的同時，爐內保護氣體會與帶鋼表面氧化鐵皮產生化學反應，使其表面的氧化鐵皮還原為鐵。如下式：

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O （2）

正常生產時，爐內保護氣體成分的變化情況和帶鋼表面被氫氣還原的狀態無法直接得到，而通過爐內露點的測試和分析就可以間接地推斷出爐內的這些變化狀態。因此，如何對退火爐內的露點溫度進行測試，并根據測試數據及時采取方法控制好爐內帶鋼各種化學變化，成為我們亟待解決的問題[3]。

4 露點發生突然變化的原因分析

爐內露點發生突然變化的原因是多種多樣的， 根據首鋼京唐公司冷軋連退爐以往經驗產生露點變化的原因有以下幾種：①儀表本身的失常；②爐子漏氣的緣故；③生產保護氣體的脫水系統發生異常，促成保護器本身的水分含量突然增高。如果是爐子漏氣，就有氧氣滲入爐內，盡管爐內屬于正壓操作系統（爐內壓力一般是20 mm水柱），但是在爐壁漏洞的邊沿上仍然會發生氧氣的對流滲透。氧氣所以能逆著氣流穿過漏洞滲入爐內，主要有兩個原因： ①爐內爐外極大的氧氣濃度差，例如爐內氣氛的氧氣分壓幾乎等于零，而爐外在一個標準大氣壓下，空氣中的氧氣含量為21%，這是氧氣滲入爐內的主要動力；②爐壁的漏洞往往是非常不規則的。像孔道彎曲、孔壁粗糙等。這樣，保護氣體從爐內流出時就遭受很大的阻力，而使流速大大減慢。特別是在流體和爐壁接觸的界面上，由于存在極大的摩擦力，使流速下降得很低，造成氧氣滲入爐內的有利條件。在上述條件下，氧氣就可以滲入正壓系統的爐內。

漏入爐內的氧氣便和氫氣發生劇烈的化學反應（燃燒）生成水，因而可導致露點的急劇增高。當采用手提式露點測量儀校驗露點時，如果和連續測定的數據一致，就證明是爐子漏氣或保護氣體本身有問題。反之，證明儀表失常[4]。

5 爐內露點的測量與控制

5.1 爐內露點的測量

①多區域多點采樣測試。在連續退火爐中，各個區段至少要有一個露點測試取樣孔，對于每一個測量點采用紅外線氣體分析儀進行連續自動測定，并且匯集成表，通過計算機大數據分析、比對，從而形成對爐內情況實時分析掌控。②利用紅外線氣體分析儀進行爐內氣體分析。紅外線氣體分析儀系利用紅外線輻射作為測量的基礎，其構造由輻射器、測量室接收器、薄膜式薄片等元件組成。測量時輻射器發出均勻的紅外線射到測量室，接收器有兩個入口，其中之一通過測量氣體，另一個通過標準氣體。如測量氣體中含有水分，則紅外線通過的強度就弱了，從其減弱強度即可換算出其被測氣體的露點，并且可以自動顯示出來。③建立各測量點的檢查、校驗制度，加強巡視。為了檢查各測量點是否工作正常，我公司實行作業長制，嚴格考核，要求當班職工用手提式露點儀逐點進行校驗，特別是當測量出的露點突然失常時，及時進行這種校驗工作。

5.2 爐內露點的控制

采用較大的保護氣體通入量，適當提高爐壓可以提高爐子漏孔出口保護氣體的流速，這樣在一定程度上能防止爐外氧氣向爐內滲透，從而可使氧含量保持在不影響帶鋼表面氧化鐵皮還原的限度之內。為了使已經滲進爐內的氧氣盡可能都與氫氣化合成水，可適當提高保護氣體中的氫氣含量。隨著氫氣含量的增加，保護氣體中氫氣的分壓增大，而氧氣分壓、水蒸氣分壓都在縮小，這樣對氧化鐵皮的還原是有利的[5]。

6 結束語

結合首鋼京唐公司冷軋連退機組的實際經驗，剖析了冷軋帶鋼退火基本原理，并對連退爐露點起伏變化給出了原因分析，同時對連退爐內露點測量與控制提出了方法，通過應用在生產中起到了良好的效果，為同行業連退爐的露點控制提供了參考。

參考文獻

[1] 諶揚.不銹鋼熱帶連續退火爐綜述[J].工業爐，2011，（5）：13-15.

[2] 郁盛富，徐光，楊奕，等.冷軋薄板再結晶溫度研究[J].熱處理技術與裝備，2009，30（1）：35-37.

[3] 史美堂.金屬材料及熱處理[M].上海：上海科學技術出版社，2003： 29.

[4] 莊權華，崔勇.1850 連續退火機組生產工藝及產品概述[J].鞍鋼技術，2008，（3）：46-48.

[5] 張貴春，張寧峰.冷軋帶鋼連續退火機組的技術特點及 應用[J].江西冶金，2009，（10）：39-42.

作者簡介

王冬冬（1989-），女；學歷：本科，現就職單位：首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，研究方向：連續退火產品訂單生產管理。