CN104451723A - 提高热轧带钢酸洗效率和质量的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种提高热轧带钢酸洗效率和质量的方法，包括以下步骤：1)测量不同钢种的氧化激活能；2)计算或实测带钢的初始厚度、温度、氧化时间、压下率；3)根据公式计算精轧每道次带钢上任一点的氧化铁皮厚度以及层流冷却后、卷取后带钢上该点的氧化铁皮厚度；4)建立热轧和酸洗工序的实时通讯，将计算得到的热轧带钢的氧化铁皮厚度传输给酸洗工序；5)根据氧化铁皮厚度数据确定整个钢卷的平均氧化铁皮厚度，确定酸洗的平均速度；6)根据热轧带钢氧化铁皮厚度在全长方向的变化按如下公式调节各段带钢的酸洗速度。本发明方法有针对性的调节带钢各段的酸洗速度，提高了带钢的酸洗效率和表面质量；具有方便、快捷、及时、准确的特点。

Description

提高热轧带钢酸洗效率和质量的方法

技术领域

本发明涉及一种提高热轧带钢酸洗效率和质量的方法，属于热轧、冷轧技术领域。

背景技术

热轧带钢进行冷轧之前或在其它无需表面氧化铁皮的应用中，需要先将热轧带钢表面的氧化铁皮去除，然后进行下一步的深加工。在氧化铁皮的去除方式中，一般采用酸洗的方式进行。酸洗的效率受钢材表面氧化铁皮厚度、结构、酸液类型、浓度以及酸液温度、酸洗时间等因素影响。一般情况下，酸洗时所使用酸液的类型、浓度和温度相对固定，因此影响酸洗效率的主要因素为钢材表面氧化铁皮的厚度、结构和酸洗的时间。热轧钢材表面氧化铁皮厚度和结构受钢材热轧工艺的影响，如热轧过程的轧制温度、冷却速度以及卷取温度等，但在热轧过程中，这些轧制参数在钢卷的头尾并非均匀一直，经常产生波动，因此热轧带钢表面的氧化铁皮在带材长度方向上的分布产生明显差异。专利文献一种热轧卷板酸洗方法，公开号CN102400156A，公开了一种提高酸洗速度和质量的方法，主要对酸液类型、浓度和温度进行了阐述，但对板卷的原始表面状态，尤其表面氧化铁皮的状态没有考虑，因此不能较为精确的控制各段的酸洗速度和酸洗后的质量。专利文献一种在冷轧酸洗工艺中判定酸洗速度的方法，公开号为CN102286751A，依据自由酸浓度和总酸浓度判定酸洗速度的方法，但在确定酸洗速度时，采用的是依据卷取温度变化范围和钢材的厚度范围进行，对于同一卷钢，由于其卷取温度一定，因此依据现有技术，整卷钢的酸洗速率也基本一致。这样造成的结果是不能及时调节各段的酸洗速度，事实上存在的氧化铁皮厚度变化，很容易造成钢卷部分地方的过酸洗或欠酸洗，一方面降低了钢材的表面质量，另一方面也严重影响了钢材的酸洗效率。

近年来，随着计算机技术和通讯技术的飞速发展，对带钢表面氧化铁皮的厚度进行实时计算和传输成为可能，鉴于此，本发明提供了一种提高热轧带钢酸洗效率和酸洗质量的控制方法，其主要思想是采用数学模型对热轧带钢全长方向的氧化铁皮厚度进行计算，并建立热轧和下游酸洗工序的实时通讯，然后将热轧带钢表面氧化铁皮的分布数据传输给酸洗工序，酸洗工序根据此数据，在带钢全长方向上根据计算的氧化铁皮厚度实时调节和控制酸洗速度，从而提高带钢的酸洗效率和表面质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高热轧带钢酸洗效率和质量的方法，通过对热轧带钢全长方向的氧化铁皮厚度进行计算，并根据此计算结果实时调整酸洗过程中的酸洗参数，以提高带钢的酸洗效率和表面质量，减轻酸洗过程中的酸耗，降低对环境的污染。

为实现上述目的，本发明所设计的提高热轧带钢酸洗效率和质量的方法包括以下步骤：

1)采用热重试验仪测量不同钢种的氧化激活能Q；

2)采用计算方法或实测数据得到带钢的初始厚度、温度、氧化时间、压下率；

3)根据如下公式计算精轧每道次带钢上任一点的氧化铁皮厚度：

h(i)＝h(i-1)*(1-R_i-1)+A₁exp(-Q/RT_i)*t_i，i为1、2、3、4、5、6、7；

其中，h(i)为第i轧制道次带钢上任一点的氧化铁皮厚度，h(i-1)为i-1道次带钢上该点的氧化铁皮厚度；R_i-1为i-1道次带钢上该点的轧制压下率；T_i为第i道次带钢上该点表面温度；t_i为第i道次的道次间隙时间；R为气体常数；

h(0)为带钢上该点的初始氧化铁皮厚度，取值为0，i取1、2、3、4、5、6、7；

根据如下公式计算层流冷却后带钢上该点的氧化铁皮厚度：

h_c＝h(7)+A₂exp(-Q/RTc)*t_c

其中，h_c为层流冷却结束时带钢上该点的氧化铁皮厚度；T_c为层流冷却过程中的带钢上该点的温度；t_c为层流冷却的时间；

根据如下公式计算卷取后带钢上该点的氧化铁皮厚度：

h_J＝h_c+A₃exp(-Q/RT_J)*t_J

h_J为层流冷却结束时带钢上该点的氧化铁皮厚度；T_J为卷取后带钢冷却过程中的带钢上该点的温度；t_J为卷取后带钢冷却的时间；

4)建立热轧和酸洗工序的实时通讯，并将计算得到的热轧带钢的氧化铁皮厚度传输给酸洗工序；

5)根据氧化铁皮厚度数据确定整个钢卷的平均氧化铁皮厚度，并根据平均氧化铁皮厚度h_A确定酸洗的平均速度V_A；为方便计算，将整个钢卷分为n段，n≥10，这样可将每一段上任一点的氧化铁皮厚度近似作为该段带钢的氧化铁皮厚度，钢卷的平均氧化铁皮厚度h_A的计算可按如下公式进行：

$h_A=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j*L_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{L}_j{L}_j}$

其中，L_j为第j段的带钢长度，h_j为第j段带钢的氧化铁皮厚度；

6)根据热轧带钢氧化铁皮厚度在全长方向的变化按如下公式调节各段带钢的酸洗速度V_L：

$V_L=V_A\×(1-\frac{h_J-h_A}{h_A});$

其中，h_J为带钢的氧化铁皮厚度；

上述各公式中，A₁、A₂、A₃分别为调节系数，氧化激活能Q的单位为J/mol，厚度单位为μm，温度单位为℃；时间单位为s，R的单位为J/(mol.K)。

本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明采用计算方法得到带钢表面氧化铁皮厚度变化数据，具有方便、快捷、及时、准确的特点；

(2)采用本方法可避免酸洗过程参数调节的随意性，有针对性的调节带钢各段的酸洗速度，提高了带钢的酸洗效率，大大提高了钢材酸洗效率后的表面质量；

(3)本发明可实现热轧带钢酸洗的批量化、稳定性生产，并对减少酸耗起到明显作用，由此降低酸洗给环境造成的污染。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为流冷却过程带钢上某一点的温度变化图。

图3为卷取后带钢上某一点的温度变化图。

图4为计算得到的带钢在全长方向的氧化铁皮厚度变化图。

图5为酸洗速度与氧化铁皮厚度关系图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

从图1、2可知，对某一种化学成分为(重量百分比，％)，C，0.05，Si，0.05，Mn，0.45，P，0.010，S，0.003的带钢，首先，采用热重分析仪设备测量此钢在不同温度下的氧化增重，并对增重数据进行回归分析处理，获得此钢种的氧化激活能Q＝128KJ/mol＝128000J/mol。

实测得到带钢长度方向上某一点在精轧轧制过程中的压下率R_i、氧化时间t_i，氧化温度T_i，并依据公式：

h(i)＝h(i-1)*(1-R_i-1)+A₁exp(-Q/RT_i)*t_i

计算每道次该点的氧化铁皮厚度。

式中的调节系数A1可由实测氧化铁皮厚度、温度、时间、压下率等数据，通过线性回归方法获得，本具体实施方式中A₁＝0.5×10⁶。下面的调节系数A₂、A₃同样可通过上述方法确定得到。

带钢长度方向上该点在精轧各道次的温度、压下率、氧化时间以及计算的氧化铁皮厚度等数据如下表所示：

采用有限差分法或有限元法计算该点在层流冷却过程中的曲线如图2所示：

并计算该点在钢卷卷取后的温度变化曲线如图3所示，

根据该点在轧制过程中的温度和时间数据，按照公式h(i)＝h(i-1)*(1-R_i-1)+A₁exp(-Q/RT_i)*t_i计算终轧后的氧化铁皮厚度h(7)＝9.2um。根据终轧后的氧化铁皮厚度和层流冷却过程的温度数据和时间，按照公式h_c＝h(7)+A₂exp(-Q/RTc)*t_c计算氧化铁皮厚度为h_c＝10.0m,其中A₂＝0.5××10⁶。根据层流冷却后的氧化铁皮厚度和卷取后的温度数据和时间，按照公式h_J＝h_c+A₃exp(-Q/RT_J)*t_J计算氧化铁皮厚度为h_J＝13.2m，其中A₃＝0.5××10⁶。

由于层流冷却过程中和卷取后，温度为连续变化，氧化铁皮厚度计算采用公知的sheil叠加法则进行处理。

按照上述方法，计算带钢全长方向的氧化铁皮厚度分布如图4所示。

将此数据传输给酸洗工序。由于在本具体实施方式中，带钢全长为500m，在酸洗工序中，将带钢划分为50段，每段长度为10m，酸洗工序中首先根据以下公式：

$h_A=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j*L_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{L}_j{L}_j}$

确定平均氧化铁皮厚度为13μm(每段具体对应的长度和该段对应的氧化铁皮厚度在本实施方式中未具体说明，但并不影响本领域的技术人员进行理解)。在酸液类型、酸液浓度、酸洗温度一定时，确定其平均酸洗速度为150m/min。带钢整个长度方向上的酸洗速度以此为基础变化，按照如下公式实时调节酸洗速度：

$V_L=V_A\×(1-\frac{h_J-h_A}{h_A});$

酸洗速度与氧化铁皮厚度关系如图5所示。

通过这个方法可将带钢的酸洗效率提高10％以上，且表面质量明显提高。

Claims (1)

1.一种提高热轧带钢酸洗效率和质量的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)采用热重试验仪测量不同钢种的氧化激活能Q；

2)采用计算方法或实测数据得到带钢的初始厚度、温度、氧化时间、压下率；

3)根据如下公式计算精轧每道次带钢上任一点的氧化铁皮厚度：

h(i)＝h(i-1)*(1-R_i-1)+A₁ exp(-Q/RT_i)*t_i，i为1、2、3、4、5、6、7；

其中，h(i)为第i轧制道次带钢上任一点的氧化铁皮厚度，h(i-1)为i-1道次带钢上该点的氧化铁皮厚度；R_i-1为i-1道次带钢上该点的轧制压下率；T_i为第i道次带钢上该点表面温度；t_i为第i道次的道次间隙时间；R为气体常数；

h(0)为带钢上该点的初始氧化铁皮厚度，取值为0，i取1、2、3、4、5、6、7；

根据如下公式计算层流冷却后带钢上该点的氧化铁皮厚度：

h_c＝h(7)+A₂exp(-Q/RTc)*t_c

其中，h_c为层流冷却结束时带钢上该点的氧化铁皮厚度；T_c为层流冷却过程中的带钢上该点的温度；t_c为层流冷却的时间；

根据如下公式计算卷取后带钢上该点的氧化铁皮厚度：

h_J＝h_c+A₃exp(-Q/RT_J)*t_J

h_J为层流冷却结束时带钢上该点的氧化铁皮厚度；T_J为卷取后带钢冷却过程中的带钢上该点的温度；t_J为卷取后带钢冷却的时间；

4)建立热轧和酸洗工序的实时通讯，并将计算得到的热轧带钢的氧化铁皮厚度传输给酸洗工序；

5)根据氧化铁皮厚度数据确定整个钢卷的平均氧化铁皮厚度，并根据平均氧化铁皮厚度h_A确定酸洗的平均速度V_A；为方便计算，将整个钢卷分为n段，n≥10，这样可将每一段上任一点的氧化铁皮厚度近似作为该段带钢的氧化铁皮厚度，钢卷的平均氧化铁皮厚度h_A的计算可按如下公式进行：

$h_A=\frac{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j*L_j}{\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{L}_j{L}_j}$

其中，L_j为第j段的带钢长度，h_j为第j段带钢的氧化铁皮厚度；

6)根据热轧带钢氧化铁皮厚度在全长方向的变化按如下公式调节各段带钢的酸洗速度V_L：

$V_L=V_A\×(1-\frac{h_J-h_A}{h_A});$

其中，h_J为带钢的氧化铁皮厚度；

上述各公式中，A₁、A₂、A₃分别为调节系数，氧化激活能Q的单位为J/mol，厚度单位为μm，温度单位为℃；时间单位为s，R的单位为J/(mol.K)。