镀锌兼容退火改造及退火工艺制度的确.doc

镀锌兼容退火改造及退火工艺制度的确定
郑海燕 董学军
（唐钢冷轧薄板厂）
摘　要：本文主要介绍了唐钢3#冷轧热镀锌生产线兼容退火改造情况，以及退火热工制度的选择、工艺参数的制定。
关键词：兼容退火 改造 热工制度 产品质量
The alteration of anneal accompanying with galvanizing and the setup of anneal technics
ZHENG Hai-yan, DONG Xue-jun
(Cold-Rolling Sheet Plant,Tangsnan Iron and Steel Company,Tangshan,Hebei,063000)
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 quality
1 前言
唐钢3#镀锌线是一条引进意大利达涅利公司技术，生产冷轧热镀锌产品的生产线。采用的原料为厚度0.3~1.6mm，宽度820~1650mm的冷轧基板，最高生产线速度为180m/min，设计年产量40万吨。这条生产线除锌锅以外在2006年底全部建成并冷试成功。但由于种种原因，锌锅的施工进度没有跟上整条线的进度。为了合理利用设备资源，减少由于等待造成的浪费，我们于2007年2~3月份对这条线进行了兼容退火的改造。
2 兼容退火改造
2.1 改造的原因
带钢在冷轧后，由于晶粒被压扁、拉长，晶格歪扭、畸变，晶粒破碎，使金属的塑性降低、强度和硬度增加，也就是通常我们所说的产生了加工硬化。冷轧带钢加工硬化后提高了钢的变形抗力，给带钢的继续加工带来困难。同时，也使带钢的一些理化性能发上改变，如导电性降低、导热性降低、耐蚀性降低等。因此，冷轧后未经处理的带钢（冷硬卷）通常没有市场，不能做为商品出售。
退火是将带钢加热到一定温度并保温一定时间后再缓慢冷却的工艺过程。退火能起到以下作用：
（1） 降低钢硬度，消除冷加工硬化，改善钢的机械性能，恢复钢的塑性变形能力。
（2） 消除钢中残存内应力，稳定组织，防止变形。
（3） 均匀钢的组织和化学成分。
退火是冷轧带钢生产中最主要的热处理工序之一。对于连续镀锌线和连续退火线而言，这种退火基本上是再结晶退火，其主要作用是消除冷轧加工硬化。再结晶退火就是将带钢加热到再结晶温度（碳钢一般为450~500℃）以上150~200℃,保温一定时间后再冷却的过程。再结晶退火时钢的内部组织变化的过程，分为回复、再结晶和晶粒长大等几个阶段。
2.2 改造的内容
由于这条线将来还主要用于镀锌生产，因此，在做兼容改造时，没有作大的改动，只是在以下几方面略作改动：
（1） 专门制作了一个固定炉鼻子代替原来的可伸缩炉鼻子。这个炉鼻子有两套氮气密封装置，出口处是可调间隙的陶瓷纤维模块，带钢运行时可与带钢紧密接触，不留缝隙。因此，与原来的炉鼻子相比较，改造后的炉鼻子密封性更好。
（2） 制作了一根与锌锅沉没辊外形尺寸相同的转向辊，安装在锌锅沉没辊架子上，保证带钢在辊子上的包角与在沉没辊上相同。同时，这条镀锌线可以生产GI、GF、GL三种涂层的产品，因此，在锌锅布置上是两锅三位。为了退火生产与锌锅施工不发生冲突，两个锌锅都开到准备位置，改造后的转向辊安装在锌锅工作位置，模拟锌锅沉没辊的工作状态。
（3） 更换了炉子出口的高温计。原来炉子出口的高温计量程是300~700℃，生产退火产品带钢到炉子出口温度要降到150℃以下，为了准确测量带钢出炉子温度，更换了一只量程0~600℃的高温计。
2.3 改造结果
改造后这条线与一般的连续退火线相似。但在一般的连续退火线中通常有两段炉内保护气体气氛下的冷却，首先要把带钢控制冷却到450~500℃，均热一段时间，然后再将带钢快速冷却到150℃以下。而在我们这条线上只有一段炉内保护气体气氛下的冷却，直接将带钢冷却到150℃以下。这个差异对产品的质量会有一定的负面影响。
3 生产退火产品时退火炉的工艺制度
3.1 带钢再结晶温度的影响因素
在退火过程中，形变的金属开始进行再结晶时的温度，称为再结晶温度。根据大量的实验，金属的再结晶温度与该金属的熔点存在着下列关系：
T再≈（0.35~0.4）T熔
式中：T再——金属的再结晶绝对温度
T熔——金属熔点的绝对温度
除此之外，实践证明，金属的再结晶温度还与下列因素有关：
（1） 冷轧时的形变程度。形变程度越大，则内应力越大，金属微观结构越处于不稳定状态，因此再结晶温度也就越低。
（2） 带钢的化学成分。在多数情况下，合金的再结晶温度高于纯金属的再结晶温度。当合金元素含量较低时，这种效应较为显著。但当合金元素含量较高时，产生的影响就会很复杂，再结晶温度有可能升高，也有可能降低。
（3） 退火时的加热速度。对冷硬板而言，退火时加热速度越快，再结晶温度越高，反之，再结晶温度则越低。
（4） 原始组织。由于金属在晶粒晶界上容易形成再结晶核心，因此原始形变时晶粒越大，其再结晶温度就越高。
3.2 退火热工制度的制定
3.2.1 两种不同的典型热工制度
目前的退火生产有两种不同的典型热工制度，一种是将带钢加热到超过再结晶温度较高的温度，然后经过短时间的均热后冷却，如美国的BRICMONT ,使用的就是这种加热方法，其典型的加热曲线见图表1。
图表1 BRICMONT 典型加热曲线

在上面的加热曲线中，均热时间仅为10秒。
另一种是将带钢加热到超过再结晶温度较低的温度，然后经过较长时间的均热后冷却。
从图表2中可以明显地看出这两种方法的区别：
图表2 两种加热曲线的对比
3.2.2 退火热工制度的选择
实践证明，以上两种方法都可以生产出合格的退火产品。但两者相比较，第二种加热方法有着显而易见的优点：
（1） 加热温度低，热量消耗低，更节约能源；
（2） 加热温度低，对耐材的要求低，延长了耐材的使用寿命。
（3） 带钢温度低，能够减少事故停车造成的炉内过烧断带。
（4） 带钢温度低，对冷却的要求不严格。
但是，第二种方法要求有较长的均热时间，对于炉长较短的卧式炉，不适合选择这种加热方式。
唐钢三镀锌线的退火炉是意大利达涅利炉子公司（DANIELI CENTRO COMBUSTION）设计的全辐射管立式炉，炉内带钢全长约500米，可以有较充足的均热时间，因此，我们选择了第二种热工制度。
3.2.3 退火工艺参数的确定
如下面的图片所示，唐钢三镀锌线的退火炉由预热段、辐射管加热段、辐射管均热段、喷冷段、均衡段（热张紧辊室）、出口炉鼻子组成，所有炉段内均充满了氮氢保护气体。
图表3 唐钢三镀锌线的退火炉示意图

带钢在预热段内利用废气/NHx气体换热器加热的NHx气体循环加热到一定温度后，进入辐射管加热段加热到退火温度，在均热段保温一段时间，然后经喷冷风机冷却后，最终从炉鼻子离开退火炉。炉子的中心部位是全煤气辐射管加热段和均热段，其中加热段共分8个加热区，1~4区分布在第一个炉室内，5~8区分布在第二个炉室内，中间有隔墙。均热段与加热段中间也有隔墙，在操作界面上称为第9区。这个退火炉是为镀锌设计的，其加热设计理念为均匀加热。也就是在加热时1~8区开基本相同的烧嘴数量，使整个加热段各区的炉温趋于一致。但在退火生产中，因为改造后的兼容退火线与正规的连退线相比较，缺少了一段控制冷却，对产品质量会有不利的影响。为了解决这个问题，我们考虑适当延长带钢的均热时间，让再结晶及晶粒长大过程充分完成。同时，由于我们选择了第二种退火制度，加热温度较低，这也就允许把带钢的加热功能集中在第一个炉室，也就是1~4区完成，而把5~9区都作为均热区（其中5、6区适当开少量烧嘴补充热量，保证带钢不被冷却，其他几区的烧嘴基本不用开）。经过我们几个月在生产中的摸索，基本确定了以下操作参数（图表4）：
图表4 退火炉操作参数

温 度（℃）
厚度（mm）
1~4区温度
5、6区温度
预计带钢最高温度
8区出口带钢温度
炉子出口带钢温度
≤0.7
750
650~680
680
610~620
≤120
0.8
780
680
680
620~640
≤120
0.9
790
690
680
620~640
≤120
1.0
800
700
680
620~650
≤120
1.2
810~820
720
680
630~660
≤150
1.4
830~840
750
690
650~690
≤150
1.5
850
750
690
650~690
≤150

值得说明的是，由于退火再结晶温度与原料冷轧时的形变程度及原料的化学成分等因素有密切的关系，所以上述参数要根据原料的变化及时调整，才能保证产品的质量。例如，我们在5月底就曾出现了退火产品延伸率低的问题，后经查实，那批原料的冷轧形变率只有57%，后来，我们提高了加热温度，产品质量才合格。
3.3 带钢的冷却
镀锌线改造的兼容退火线，只有一段炉内冷却，在很短的冷却段中要将带钢从退火温度冷却到不再发生二次氧化的温度（150℃）以下，冷却速度相当快。为了保证退火产品质量，必须控制冷却速度。热的带钢与喷冷风机喷出的冷的NHx气体之间的热交换效率，与这两者之间的温差成正比，因此，前面的喷冷风机的热交换效率比后面的（接近出口的）要高，冷却速度要快。要控制一定的冷却速度，前面的喷冷风机速度必须要比后面的低。热交换效率和各风机速度要求的关系如图表5所示 ，图表中，风机前（靠近炉子热端）后（接近炉子出口）的顺序是CC#1、CC#2、CC#3、CC#4。
图表5 喷冷风机速度分布规律

从上面的图表可以看出，要控制相同的冷却速率，各喷冷风机的速度应该是从前向后依次递加。
4 退火产品的质量
图表6是我们对不同规格带钢退火前后力学性能的抽样检查结果。

图表6 带钢退火前后性能对比
指标
带钢厚度
退火前机械性能
退火后机械性能
抗拉强度MPa
抗拉强度MPa
屈服强度MPa
延伸率%
0.8mm
960
365
300
44.5
0.9mm
855
380
325
41.5
1.0mm
830
395
345
40.5
1.2mm
860
390
355
42.5
1.4mm
805
365
322
44
1.5mm
795
355
305
40.5
从上表可以看出，再结晶退火后的带钢，机械性能有了显著的改善。
5 结束语
镀锌线兼容退火改造的意义在于使生产线从产品结构上多出了一个品种，增加了生产线的灵活性，使之更能适应市场的需求。镀锌线改造成兼容退火线在理论上是可行的，实际改造也不困难，投资也较少。关键问题是要根据镀锌线退火炉本身的特点，选择合适的退火热工制度，制定出适宜的工艺参数。再加上对冷却、炉内气氛等方面的合理控制，最终的退火产品质量可以达到正常连退线质量要求。
参考文献：
李九岭 •带钢连续热镀锌• 北京：冶金工业出版社，2001
张启富等 •现代钢带连续热镀锌• 北京：冶金工业出版社，2007