CN102828195A

CN102828195A - 热轧带钢连续还原除鳞方法及其装置

Info

Publication number: CN102828195A
Application number: CN2011101587298A
Authority: CN
Inventors: 井玉安; 李胜利; 董海雪; 韩跃; 贾品峰
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-12-19

Abstract

本发明公开了一种热轧带钢连续还原除鳞方法及其装置，方法包括：加热前的扫炉；充还原气体；加热；上料；还原；表面处理；平整轧制；冷却。装置包括：入口导向辊、入口剪切机、焊接机、夹送辊、入口导嘴、惰性气体密封段炉体、保温层、还原段炉体、加热器、表面清理段炉体、钢丝刷、轧机入口导卫、轧机出口导卫、冷却段箱体、冷却水箱、冷却水出口、出口导嘴、导出辊、出口剪切机、出口导向辊、还原后的带钢卷、测温仪、氮气充入管道、冷却水入口、平整轧机、铁屑收集槽、还原气体充入管道、炉内支撑辊道、氧气探头、密封气体充入管道、连接螺栓。利用该方法及装置，可以无污染、低成本、高效率、高质量地连续生产表面光亮的无氧化热轧带钢卷板。

Description

热轧带钢连续还原除鳞方法及其装置

技术领域

本发明涉及金属表面氧化物还原技术领域，特别是一种热轧带钢连续还原除鳞方法及其装置。

背景技术

带钢在冷轧前都要采用化学酸洗的方法将热轧来料表面的氧化铁皮清除干净，然后再进行冷轧变形。某些厚度大于2mm的涂镀层用带钢在涂镀之前也必须采用化学酸洗的方法将热轧卷板表面的氧化铁皮清除干净。但采用酸洗除鳞存在很多缺点：消耗大量的酸液、带来一系列环境污染问题、清洗残酸浪费大量的循环水、废酸和铁盐的处理消耗企业大量资金、过酸洗和欠酸洗都会造成表面质量缺陷、酸液与钢基体过分反应造成铁损增加等。为此，轧钢界多年来一直在探索其它除鳞方式，如喷丸除鳞、水流喷砂除鳞、电解除鳞等工艺，但均未取得大规模工业化经济应用。

还原除鳞作为一种无酸除鳞技术，是利用还原性气氛将带钢表面氧化铁皮还原成金属铁以替代传统的盐酸或硫酸酸洗除鳞技术。相对于传统的除鳞方法，还原除鳞具有以下优点：①减少环境污染。采用氢与铁氧化物反应，生成物是水，因此绝对环保。②可节省大量的无机酸，降低生产成本。以氢还原代替酸洗，可节约大量的盐酸和漂洗用清水，节省废酸处理费用，降低设备投资费用。③提高成材率，将氧化铁皮还原成金属铁可以提高成材率0.5％左右。④采用氢还原代替酸洗，可避免因酸洗造成的质量缺陷，提高冷轧产品的质量。因此，还原除鳞技术存在巨大的节能环保潜力。

专利文献CN101558173A公开了一种不锈钢退火和酸洗工艺，该方法主要针对冷轧不锈钢进行表面处理。由于热轧带钢基体厚度较厚，表面氧化铁皮厚度在5～300μm，相对冷轧带钢来说都比较厚，故采用冷轧带钢连续退火炉很难在规定时间内还原干净。专利文献US6217666B1公开了一种带钢表面氧化铁皮去除方法，但该方法也只是单纯地对带钢表面的氧化铁皮进行了还原，对还原过程中出现的缺陷如表面裂纹、脱碳等现象没有提出解决方案。试验研究发现，利用还原性气体将热轧带钢表面的氧化铁皮还原后，带钢表面会出现大量的裂纹、孔洞、分层以及脱碳等缺陷。这些缺陷在随后的冷轧加工过程中可能很难被轧合，从而遗传给成品，造成冷轧成品表面缺陷和性能下降。在随后的涂镀过程中也会造成产品表面质量缺陷。

发明内容

本发明提供了一种热轧带钢连续还原除鳞方法及其装置，利用该方法及装置，可以无污染、低成本、高效率、高质量地连续生产出表面光亮的无氧化热轧带钢卷板。

本发明提供的热轧带钢连续还原除鳞方法通过以下技术方案实现。

热轧带钢连续还原除鳞方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a.加热前的扫炉：在开始加热还原段炉体之前，先向炉膛内充入惰性气体将炉膛内的空气排空；

b.充还原气体：确认炉膛内的空气全部排空之后，向炉膛内充入还原性气体；

c.加热：将炉膛温度升高到650℃～1100℃范围的还原温度；

d.上料：还原用原料为热轧之后的成品板卷，将钢卷直接吊装到开卷机上，开卷后利用剪切机将头部切齐，并与前一根带钢切齐的尾部对焊连接；

e.还原：将带钢引入炉膛，利用还原性气体对带钢表面的氧化铁皮进行还原，还原过程中要向炉膛内不间断地充入还原性气体，确保将还原后产生的H₂O和CO₂及时带出还原区；

f.表面处理：当带钢表面氧化铁皮被还原成金属铁之后，利用高速旋转的钢丝刷对带钢表层进行清刷，确保表面均匀光滑；

g.平整轧制：将经过表面清刷的带钢引入平整轧机进行轧制，通过平整轧制减轻或消除带钢表面存在的缺陷；

h.冷却：将轧制之后的带钢引入冷却段炉体，在冷却段炉体中充有惰性气体，利用循环冷却的惰性气体将带钢冷却到出炉温度150℃以下，然后导出炉膛，卷曲后成为表面光洁的带钢卷；

上述步骤a中所述的惰性气体为氮气或氩气。

上述步骤d中所述的板卷为热轧后冷却到室温的成品板卷，或是未冷却到室温的中温或高温板卷。

上述步骤h中所述的在冷却段炉体中充有的惰性气体为氮气或氩气。

上述步骤e中所述的加还原性气体是氨分解后产生的氮气和氢气中加入0.5～10％一氧化碳的混合气体或纯净的氢气中加入0.5～10％一氧化碳的混合气体或纯净的氢气。

上述步骤g中所述的平整轧制是在带钢还原后的中高温下的平整轧制，轧制温度范围在400℃～1000℃。

热轧带钢连续还原除鳞方法采用的装置，其特征在于该装置包括：入口导向辊、入口剪切机、焊接机、夹送辊、入口导嘴、惰性气体密封段炉体、保温层、还原段炉体、加热器、表面清理段炉体、钢丝刷、轧机入口导卫、轧机出口导卫、冷却段箱体、冷却水箱、冷却水出口、出口导嘴、导出辊、出口剪切机、出口导向辊、还原后的带钢卷、测温仪、氮气充入管道、冷却水入口、平整轧机、密封气体充入管道、铁屑收集槽、还原气体充入管道、炉内支撑辊道、还原气体导出管道、氧气探头、密封气体充入管道、连接螺栓。

前述的热轧带钢连续还原除鳞装置，其中的入口导嘴、惰性气体密封段炉体、还原段炉体、表面清理段炉体、轧机入口导卫均采用耐热钢焊接制成，它们之间采用耐热钢螺栓整体密封连接；惰性气体密封段炉体长度为1～10米，外部包有耐火材料保温层；还原段炉体长度为20～80米，外部为燃料燃烧或电阻发热的加热空间，最外层是保温隔热层，在加热空间里利用燃料燃烧产生的热量对炉体进行加热；表面清理段炉体长度为0.5～4米，内部装设1～4套表面清理用辊刷，辊刷用耐热钢丝制成，丝的直径为0.01～0.2mm，辊轴中心通水冷却，辊刷的旋转速度为200～3000rpm；表面清理段炉体的下部设有铁屑收集槽，槽中盛满水，以便对炉体进行密封；其中的平整轧机为四辊轧机，其工作辊是中空的，内部通水冷却；其中的冷却段箱体用普通不锈钢焊接制成，箱体总长度为5～30米，箱体内部充惰性气体，箱体外层焊接有冷却水箱，冷却水箱内充入循环冷却水冷却；其中的入口导嘴和出口导嘴与相应的导向辊紧密接触；其中的轧机入口导卫和轧机出口导卫与轧机工作辊有1～10mm的间隙；其中的各段箱体内均有支撑钢带运行的辊道，辊道采用耐热钢制作。

所述的表面清理段炉体布置在还原段炉体的后面，并与还原段炉体紧密连接，表面清理段炉体内部布置有旋转的辊刷对带钢表面进行清刷，辊轴中心通水冷却。

所述的平整轧机布置在表面清理段炉体和冷却段炉体之间，并采用轧机入口导卫和轧机出口导卫分别与表面清理段炉体和冷却段炉体相连，入口导卫和出口导卫都对准轧机工作辊辊缝，并与辊缝之间有1～10mm的间隙。

本发明的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

(1)利用本发明所述的工艺方法可以连续、低成本、无污染地生产出表面呈银白色的无氧化铁皮的热轧带钢卷；

(2)本发明所用原料包括各种材质的热轧带钢板卷，板卷初始温度可以是室温的，也可是轧制后未经过冷却的中高温的，故可大量节约加热所需能量，降低能源消耗；

(3)本发明采用的还原性气体是氨分解后产生的氮气和氢气中加入0.5～10％一氧化碳的混合气体或纯净的氢气中加入0.5～10％一氧化碳的混合气体，在对氧化铁皮进行还原的同时，利用CO调节气氛中的[C]浓度，以此控制带钢表面的脱碳；

(4)本发明采用的平整轧制是在高温下进行的轧制，通过平整轧制可以提高钢板表面光洁度，提高厚度精度和板形质量；

附图说明

图1是热轧带钢连续还原除鳞工艺示意图。

图中各标记的含义如下：1开卷机；2入口导向辊；3入口剪切机；4焊接机；5夹送辊；6入口导嘴；7惰性气体密封段炉体；8保温层；9还原段炉体；10加热器；11表面清理段炉体；12钢丝刷；13轧机入口导卫；14轧机出口导卫；15冷却段箱体；16冷却水箱；17冷却水出口；18出口导嘴；19导出辊；20出口剪切机；21出口导向辊；22还原后的带钢卷取机；23测温仪；24氮气充入管道；25冷却水入口；26平整轧机；27密封气体充入管道；28铁屑收集槽；29还原气体充入管道；30炉内支撑辊道；31还原气体导出管道；32氧探头；33密封气体充入管道；34连接螺栓。

具体实施方式

如图1所示，本发明采用包括开卷机1、入口导向辊2、入口剪切机3、焊接机4、夹送辊5、入口导嘴6、惰性气体密封段炉体7、保温层8、还原段炉体9、加热器10、表面清理段炉体11、钢丝刷12、轧机入口导卫13、轧机出口导卫14、冷却段箱体15、冷却水箱16、冷却水出口17、出口导嘴18、导出辊19、出口剪切机20、出口导向辊21、还原后的带钢卷取机22、测温仪23、氮气充入管道24、冷却水入口25、平整轧机26、密封气体充入管道27、铁屑收集槽28、还原气体充入管道29、炉内支撑辊道30、还原气体导出管道31、氧探头32、密封气体充入管道33、连接螺栓34在内的一种热轧带钢连续还原除鳞生产装置。开卷机1为普通的带钢开卷机，将热轧之后的带钢卷展开；带钢经入口导向辊2后利用入口剪切机3进行切头，前一卷带钢尾部也入口剪切机3切齐，然后采用焊接机4将头尾对齐焊接牢固；焊接后的带钢被牵引进入夹送辊5，经过入口导嘴6进入惰性气体密封段炉体7中，在惰性气体密封段炉体7中利用密封气体充入管道33充入惰性气体氮或氩，密封气体的压力需大于还原段炉体9中还原气体的压力，密封段炉体7中的氧浓度由氧探头32测定；带钢然后被引入还原段炉体9中，在还原段炉体9中带钢被加热并被还原，加热温度由测温仪23测定，还原性气体氢气或氢气与氮气的混合气体或氢气与一氧化碳的混合气体或氢气与氮气及一氧化碳的混合气体通过还原气体充入管道29充入还原段炉体9中，气体在与带钢反向运行的过程中与带钢表面氧化铁皮发生还原反应，然后由还原气体导出管道31排出进入循环系统；经过还原后的带钢进入表面清理段炉体11，表面清理段炉体11中设置的1～4对钢丝刷12对带钢表面的缺陷进行清理，清理下来的铁屑落入铁屑收集槽28中；清理后的带钢经由轧机入口导卫13进入平整轧机26轧制，入口导卫13中仍需通过密封气体充入管道27充入惰性气体氮气以便对还原段炉体9进行密封，平整轧机26的压下率可控制在1％～25％之间；轧制后的带钢经由轧机出口导卫14进入冷却段箱体15中，惰性气体氮由氮气充入管道24充入冷却段箱体15中对带钢进行冷却，冷却水从入口25进入冷却水箱16中对冷却段箱体15进行冷却，然后由出口17排出；带钢经过冷却后由测温仪23测出温度，温度低于150℃时由导出辊19夹送并经过出口导向辊21由卷取机22进行卷曲。在惰性气体密封段炉体7、还原段炉体9、冷却段箱体15中带钢均由炉内支撑辊道30支撑运行；出口剪切机20可对带钢进行定尺分卷。

实施例1：

将室温下的带钢卷置于开卷机1上展开，经过入口导向辊2后利用入口剪切机3进行切头，然后采用焊接机4与前一卷带钢切齐的尾部对焊牢固；带钢被牵引进入夹送辊5，经过入口导嘴6进入惰性气体密封段炉体7中，在惰性气体密封段炉体7中通过密封气体充入管道33充入惰性气体氮气，密封气体的压力设定30～40Pa，密封段炉体7中的氧浓度由氧探头32测定，通过惰性气体密封段炉体后带钢被引入还原段炉体9中；在还原段炉体9中带钢被加热到800℃，还原性气体按照95％H₂+5％CO比例混合，通过管道29充入还原段炉体9中，混合气体的压力控制在15～20Pa范围，气体在与带钢反向运行的过程中与带钢表面氧化铁皮发生还原反应，反应时间控制在5～15分钟，然后由还原气体导出管道31排出进入循环系统；经过还原后的带钢进入表面清理段炉体11，转数为1000rpm的辊刷12对带钢表面的缺陷进行清理，清理下来的铁屑落入铁屑收集槽28中；清理后的带钢经由轧机入口导卫13进入平整轧机26轧制，轧制压下率控制在5％～10％；入口导卫13中需通过管道27充入惰性气体氮气对还原段炉体9进行密封；轧制后的带钢经由轧机出口导卫14进入冷却段箱体15中，惰性气体氮气通过充入管道24充入冷却段箱体15中对带钢进行冷却，温度不高于30℃的冷却水从入口25进入冷却水箱16中对冷却段箱体15进行冷却，然后由出口17排出；带钢经过冷却后由测温仪23测出温度，温度低于100℃时由导出辊19夹送并经过出口导向辊21由卷取机22进行卷曲；完成一卷带钢的还原后，由出口剪切机20对带钢进行定尺分卷。

实施例2：

将轧制后至少500℃的带钢卷置于开卷机1上展开，经过入口导向辊2后利用入口剪切机3进行切头，然后采用焊接机4与前一卷带钢切齐的尾部对焊牢固；带钢被牵引进入夹送辊5，经过入口导嘴6进入惰性气体密封段炉体7中，在惰性气体密封段炉体7中通过密封气体充入管道33充入惰性气体氮气，密封气体的压力设定20～30Pa，密封段炉体7中的氧浓度由氧探头32测定，通过惰性气体密封段炉体后带钢被引入还原段炉体9中；在还原段炉体9中带钢被加热到900℃，还原性气体按照75％H₂+20％N₂+5％CO比例混合，通过管道29充入还原段炉体9中，混合气体的压力控制在10～15Pa范围，气体在与带钢反向运行的过程中与带钢表面氧化铁皮发生还原反应，反应时间控制在3～15分钟，然后由还原气体导出管道31排出进入循环系统；经过还原后的带钢进入表面清理段炉体11，转数为1000rpm的辊刷12对带钢表面的缺陷进行清理，清理下来的铁屑落入铁屑收集槽28中；清理后的带钢经由轧机入口导卫13进入平整轧机26轧制，轧制压下率控制在3％～8％；入口导卫13中需通过管道27充入惰性气体氮气对还原段炉体9进行密封；轧制后的带钢经由轧机出口导卫14进入冷却段箱体15中，惰性气体氮气通过充入管道24充入冷却段箱体15中对带钢进行冷却，温度不高于30℃的冷却水从入口25进入冷却水箱16中对冷却段箱体15进行冷却，然后由出口17排出；带钢经过冷却后由测温仪23测出温度，温度低于100℃时由导出辊19夹送并经过出口导向辊21由卷取机22进行卷曲；完成一卷带钢的还原后，由出口剪切机20对带钢进行定尺分卷。

上述具体实施例表明，采用本工艺方法和装置连续还原的热轧带钢生产效率高，无污染，生产成本低，表面质量光洁，板形良好。需要说明的是，这些例子仅是本技术方法和装置的一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims

1.一种热轧带钢连续还原除鳞方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

c.加热：将炉膛温度升高到650℃～1100℃范围的还原温度；

e.还原：将带钢引入炉膛，利用还原性气体对带钢表面的氧化铁皮进行还原，还原过程中向炉膛内不间断地充入还原性气体，确保将还原后产生的H₂O和CO₂及时带出还原区；

h.冷却：将轧制之后的带钢引入冷却段炉体，在冷却段炉体中充有惰性气体，利用循环冷却的惰性气体将带钢冷却到出炉温度150℃以下，然后导出炉膛，卷曲后成为表面光洁的带钢卷。

2.根据权利要求1所述的热轧带钢连续还原除鳞方法，其特征在于上述骤a中所说的惰性气体为氮气或氩气。

3.根据权利要求1所述的热轧带钢连续还原除鳞方法，其特征在于上述步骤d中所说的板卷为热轧后冷却到室温的成品板卷，或是未冷却到室温的中温或高温板卷。

4.根据权利要求1所述的热轧带钢连续还原除鳞方法，其特征在于上述步骤h中所说的在冷却段炉体中充有的惰性气体为氮气或氩气。

5.根据权利要求1所述的热轧带钢连续还原除鳞方法，其特征在于上述步骤e中所说的加还原性气体是氨分解后产生的氮气和氢气中加入0.5～10％一氧化碳的混合气体或纯净的氢气中加入0.5～10％一氧化碳的混合气体或纯净的氢气。

6.根据权利要求1所述的热轧带钢连续还原除鳞方法，其特征在于上述步骤g中所说的平整轧制是在带钢还原后的中高温下的平整轧制，轧制温度范围在400℃～1000℃。

7.权利要求1所述的热轧带钢连续还原除鳞方法采用的装置，其特征在于该装置包括：入口导向辊、入口剪切机、焊接机、夹送辊、入口导嘴、惰性气体密封段炉体、保温层、还原段炉体、加热器、表面清理段炉体、钢丝刷、轧机入口导卫、轧机出口导卫、冷却段箱体、冷却水箱、冷却水出口、出口导嘴、导出辊、出口剪切机、出口导向辊、还原后的带钢卷、测温仪、氮气充入管道、冷却水入口、平整轧机、密封气体充入管道、铁屑收集槽、还原气体充入管道、炉内支撑辊道、还原气体导出管道、氧气探头、密封气体充入管道、连接螺栓，其中的入口导嘴、惰性气体密封段炉体、还原段炉体、表面清理段炉体、轧机入口导卫均采用耐热钢焊接制成，它们之间采用耐热钢螺栓整体密封连接；惰性气体密封段炉体长度为1～10米，外部包有耐火材料保温层；还原段炉体长度为20～80米，外部为燃料燃烧或电阻发热的加热空间，最外层是保温隔热层，在加热空间里利用燃料燃烧产生的热量对炉体进行加热；表面清理段炉体长度为0.5～4米，内部装设1～4套表面清理用辊刷，辊刷用耐热钢丝制成，丝的直径为0.01～0.2mm，辊轴中心通水冷却，辊刷的旋转速度为200～3000rpm；表面清理段炉体的下部设有铁屑收集槽，槽中盛满水；其中的平整轧机为四辊轧机，其工作辊是中空的，内部通水冷却；其中的冷却段箱体用普通不锈钢焊接制成，箱体总长度为5～30米，箱体内部充惰性气体，箱体外层焊接有冷却水箱，冷却水箱内充入循环冷却水冷却；其中的入口导嘴和出口导嘴与相应的导向辊紧密接触；其中的轧机入口导卫和轧机出口导卫与轧机工作辊有1～10mm的间隙；其中的各段箱体内均有支撑钢带运行的辊道，辊道采用耐热钢制作。

8.根据权利要求7所述的热轧带钢连续还原除鳞方法采用的装置，其特征在于所说的表面清理段炉体布置在还原段炉体的后面，并与还原段炉体紧密连接，表面清理段炉体内部布置有旋转的辊刷，辊轴中心通水冷却。

9.根据权利要求7所述的热轧带钢连续还原除鳞方法采用的装置，其特征在于所说的平整轧机布置在表面清理段炉体和冷却段炉体之间，并采用轧机入口导卫和轧机出口导卫分别与表面清理段炉体和冷却段炉体相连，入口导卫和出口导卫都对准轧机工作辊辊缝，并与辊缝之间有1～10mm的间隙。