CN105170665A - 高效去除带钢表面氧化铁皮的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效去除带钢表面氧化铁皮的方法，该方法通过加热炉加热、板坯传送、除鳞过程和粗轧处理四个阶段完成，所述板坯传送过程中，在加热炉和除磷机之间设置有辊道，所述辊道正上方安装有一组用于过冷的集管，板坯从加热炉到过冷集管过程中的温降△t＝△t₁+△t₂。本发明的方法能够有效的完全去除带钢表面氧化铁皮，明显减少了带钢表面氧化铁皮缺陷的发生率，提高了产品的表面质量，减少产品的质量异议，增强产品的竞争力。

Description

高效去除带钢表面氧化铁皮的方法

技术领域

本发明涉及热轧板带的生产领域，具体地指一种高效去除带钢表面氧化铁皮的方法。

背景技术

随着我国国民经济的迅猛发展，对高品质钢材的需求日益增加。为此，国内钢铁企业加大研发投入和技术改造的力度，生产装备条件和工艺技术水平取得了长足进步，开发生产出一大批高品质汽车板、家电板、耐候钢及工程机械用钢等，在汽车、家电、建筑及工程机械等行业发挥了重要的支撑作用。我国热轧板带产品生产近年来虽然在品种结构及质量上取得了很大的进展和成绩，部分产品性能质量已经达到或者接近国际先进水平。但是，在产品的表面质量方面，我国钢铁企业与国外先进企业相比存在明显的差距，尤其是热轧板带产品表面氧化铁皮缺陷发生率偏高，使产品的表面质量不稳定，无法满足用户对高品质钢材高表面质量的要求，降低了产品的竞争力，阻碍了钢材产品档次的提升。一般的，板坯在加热炉中加热，会在板坯表面形成1～3mm厚的氧化铁皮，在粗轧前采用高压水喷射来除鳞，但是氧化铁皮能否完全去除与板坯的化学成分、加热温度、高压水喷射压力、除鳞温度有密切的关系，这种水力除鳞机往往不能将氧化铁皮完全去除。因此，需要提供一种在热轧板带生产过程中能够高效去除氧化铁皮的方法及装置，避免在后续轧制过程中氧化铁皮未除尽而形成带钢表面氧化铁皮缺陷。

目前，对热轧过程中氧化铁皮的去除，国内外有高压水除鳞、机械法除鳞、化学法除鳞、轧制除鳞和气体除鳞等。较普遍的办法就是高压水除鳞，特殊情况下是高压水除鳞加上机械法、或化学法、或轧制法、或气体法并举。申请号为200810238776.1的中国发明专利公开了一种公开了一种去盘条表面氧化铁皮的方法，该方法通过机械方式除锈，用钢丝刷将表面一层绣打磨，使用高压水冲洗，再经过酸度在20％的酸洗，150℃烘干就可简便且准确的将盘条表面的氧化铁皮冲洗干净。

申请号为201010189410.7的中国发明专利公开了一种热轧带钢表面氧化铁皮柔性化控制方法，此发明针对不同氧化铁皮结构提出了热轧工艺调整方案，控制冷却速度和卷取温度，通过控制FeO的共析反应程度来达到氧化铁皮结构的合理控制，补偿产品因高温轧制而造成的力学性能损失，利用钢厂现有设备和工艺条件，提高了生产效率，在保证钢板的力学性能下提高表面质量，实现氧化铁皮控制的柔性化生产。此方法主要是利用带钢表面的氧化铁皮，根据后续不同的加工工艺要求，采取相应的冷却措施得到需要的氧化铁皮厚度及结构。

申请号为201020169660.X的中国发明专利公开了一种用于钢板矫直前的氧化铁皮清除装置，该装置应用在钢板的矫直区域，通过在矫直机前设置高压风嘴和冷却水喷淋头，使钢板出炉后，立即用冷却水冷却钢板，由于高温下的氧化铁皮在冷却水的急冷作用下使氧化铁皮产生裂纹，再通过高压风的作用下将氧化铁皮清除。此发明通过喷淋头来冷却钢板，仅仅只是依靠水的重力，并没有任何水量、水压的说明，钢板表面的急冷效果不好，且不能完全的去除带钢表面的氧化铁皮。

申请号为201020506365.9的中国实用新型专利公开了一种拉矫式机械破鳞机氧化铁皮去除装置，该装置主要是应用于冷轧联合机组拉矫式机械破鳞机，通过拉矫机使带钢表面氧化铁皮脱落，吹扫喷嘴将脱落的氧化铁皮吹落到与设备本体相连接的除尘管道中。申请号为85108549的中国发明专利公开一种“水爆”除热轧钢坯表面氧化铁皮工艺，该工艺应用于热轧产线上，以水作介质，热轧钢坯的温度在600～1000℃，水的调节温度在50～100℃。由于热轧钢坯及其表面氧化铁皮在高温状态下，遇水急冷而产生很强的冷缩应力，从而产生爆裂，并随之冲掉了氧化铁皮。此发明仅仅通过较高温度的水与高温板坯接触，没有水压要求，是不能完全去除带钢表面氧化铁皮。

综上所述，在现有的热连轧产线上，板坯进入粗轧之前，仅仅通过高压水方式除磷，但是，这种方式往往不能完全清除带钢表面氧化铁皮，在带钢表面产生氧化铁皮缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种高效去除带钢表面氧化铁皮的方法。该方法解决现有技术中不能完全清除带钢表面氧化铁皮，在带钢表面产生氧化铁皮的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的一种高效去除带钢表面氧化铁皮的方法，该方法通过加热炉加热、板坯传送、除鳞过程和粗轧处理四个阶段完成，所述板坯传送过程中，在加热炉和除磷机之间设置有辊道，所述辊道正上方安装有一组用于过冷的集管，板坯从加热炉到过冷集管过程中的温降△t＝△t₁+△t₂，

上述集管所喷射的水流能量密度E＝P*Q*N^0.7/(2tan(θ₁/2)*cos(θ₂)*h*ν)，

其中，P为喷射水流压力、Q为每个喷嘴的流量、N为喷嘴个数、h为喷嘴到板坯表面的间距、ν为板坯的速度、θ₁为喷嘴的喷射角、θ₂为喷嘴的倾角；

板坯在辊道传递过程中的温降：

△t₁＝-2*ε*σ*(t+273/100)⁴*(△τ)/(γ*C*h)，△t₁为板坯从加热炉到集管过程的温降，ε为板坯表面的辐射系数，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，t为带钢温度，△τ＝△L/ν，△L为板坯运动的距离，ν为板坯速度，γ为板坯的比重，C为板坯的比热容，h为板坯厚度；

板坯在过冷过程中的温降：

△t₂＝-2*α*L*(t-t_水)/(γ*C*h*ν)，其中△t_2：板坯通过过冷集管的温降，α为强迫对流热交换系数，L为板坯运动的距离，t为板坯温度，t_水为冷却水的温度，γ为板坯的比重，C为板坯的比热容，h为板坯厚度，ν为板坯速度；

进一步地，所述板坯温降△t＝30～80℃，△t为板坯从加热炉到过冷集管过程中的温降。

再进一步地，所述喷射水流压力P为8～12MPa，喷嘴个数N为10～15个，喷嘴到板坯表面的间距h为0.8～1.0m；喷嘴的喷射角θ₁为控制在20～40°，喷嘴的倾角θ₂控制在8～15°，板坯速度ν为0.5～1.0m/s。

再进一步地，所述除鳞箱上安装有两组集管，每组集管上的喷嘴数量为40～44个，每个集管的水压控制在20～25MPa，板坯速度控制在0.5～1.0m/s。本发明的原理

本发明通过在常规热连轧产线上，加热炉与除鳞机之间增加布置一组集管，急速快冷板坯表面，高温的表层氧化铁皮遇冷产生收缩，由于高温下氧化铁皮没有延展性，由水冷引起的热应力使氧化铁皮表面产生裂纹，冷却水渗入裂纹中，使裂纹沿板坯厚度放下扩展，直至在氧化铁皮内部产生贯穿性的裂纹。后续喷射高压水，在氧化铁皮裂纹的底部，产生巨大的剪切力，使氧化铁皮从基体上剥离掉并冲刷掉向上浮起的氧化铁皮。由于在加热炉与高压水除鳞之间增加了一组集管，降低了板坯的温度，因此在保证板坯的除磷温度、粗轧入口温度不下降的情况下，需要综合考虑不同钢种的温降过程，合理的布置集管的位置、集管的喷嘴数量、集管的流量、冷却的时间及板坯的速度，使热轧板坯表面的氧化铁皮产生贯穿性的裂纹，板坯再经过除鳞机高压水冲刷后完全去除掉表面氧化铁皮，减少带钢表面氧化铁皮缺陷的发生率，提高产品的表面质量。

本发明的有益效果在于：

本发明的方法能够有效的完全去除带钢表面氧化铁皮，明显减少了带钢表面氧化铁皮缺陷的发生率，提高了产品的表面质量，减少产品的质量异议，增强产品的竞争力。

附图说明

图1为热轧产线加热炉与除鳞机常规布置示意图；

图2为本发明布置示意图；

图3为常规除鳞原理示意图；

图4为本发明过冷除鳞原理示意图；

图5本发明的喷射集管布置示意图；

图中，加热炉1、板坯2、辊道3、除鳞机4、粗轧机5、喷射集管6。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

高效去除带钢表面氧化铁皮的方法，该方法通过加热炉加热、板坯传送、除鳞过程和粗轧处理四个阶段完成，在加热炉1和除磷机之间设置有辊道3，离加热炉1有5m的辊道3正上方布置一组喷射集管6，用来急冷带钢表面，使表面氧化铁皮产生贯穿性裂纹。其急冷和除磷的工艺参数如下：

1、为了确保超低碳软M2A1系列钢种的除磷温度与粗轧出口温度不变，其使带钢表面氧化铁皮产生贯穿性裂纹，需要准确的计算出增加一组喷射集管6后，带钢在辊道3传递过程中与高压喷射过程中的温降：

(1)根据温降模型计算板坯2在辊道3传递过程中的温降：

△t₁＝-2*ε*σ*(t+273/100)⁴*(△τ)/(γ*C*h)，其中ε辐射率，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，t为带钢温度，△τ＝△L/ν,△L为距离，ν为板坯速度，γ为比重，C为比热容，h为板坯厚度。

(2)根据温降模型来计算板坯2通过一组喷射集管6高压喷水冷却过程的温降：

△t₂＝-2*α*L*(t-t_水)/(γ*C*h*ν)，其中α为强迫对流热交换系数，L为距离，t为板坯温度，t_水为冷却水的温度，γ为比重，C为比热容，h为板坯厚度，ν为板坯速度。

通过以上公式的计算，高温板坯2从加热炉1到除鳞机，整个温度过程温降△t₁+△t₂应为30℃。

2、根据从加热炉1到除磷机过程的温降，对布置的一组喷射集管6所喷射的水流能量密度E按照以下公式计算：

E＝P*Q*N^0.7/(2tan(θ₁/2)*cos(θ₂)*h*ν)，其中，P为喷射水流压力，Q为每根喷嘴的流量Q，N为喷嘴个数，h为喷嘴到板坯表面的间距，ν为钢板的速度，θ₁为喷嘴的喷射角，θ₂为喷嘴的倾角。为了使板坯2表面氧化铁皮产生贯穿性的裂纹，一组喷射集管6的喷嘴数量为10个，每个喷射集管6的水压为8MPa，喷射集管6喷嘴距离板坯2的高度为0.8m，喷嘴的喷射角θ₁为20°，喷嘴的倾角θ₂为8°，板坯速度为1.0m/s。一组喷射集管6所喷射的水流能量密度E为2000(KJ/m²)。

3、除鳞箱4上安装有两组喷射集管，每根喷射集管上的喷嘴数量为40个，每个喷射集管的水压为20MPa，板坯速度为0.5m/s。

上述方法得到的超低碳软M2A1系列钢种的力学性能及表面氧化铁皮改判率见下表1所示。

表1组织、力学性能及表面氧化铁皮改判率对比

如表1所示，可以看出采用本发明方法进行高效除鳞，超低碳软M2A1系列钢种的力学性能满足于标准的要求，且带钢表面氧化铁皮的改判率下降到0.11％。因而，根据上述方法制造出表面质量更好的钢板，提高产品竞争力。

实施例2

高效去除带钢表面氧化铁皮的方法，该方法通过加热炉加热、板坯传送、除鳞过程和粗轧处理四个阶段完成，所述板坯传送过程中，在加热炉1和除磷机之间设置有辊道3，离加热炉有5m的辊道3正上方布置一组喷射集管6，用来急冷带钢表面，使表面氧化铁皮产生贯穿性裂纹。其急冷和除磷的工艺参数如下：

1、为了确保低合金钢(Q345B)的除磷温度与粗轧出口温度不变，其使带钢表面氧化铁皮产生贯穿性裂纹，需要准确的计算出增加一组喷射集管6后，带钢在辊道3传递过程中与高压喷射过程中的温降：

(1)根据温降模型计算板坯2在辊道3传递过程中的温降：

Δt₁＝-2*ε*σ*(t+273/100)⁴*(Δτ)/(γ*C*h)，其中ε辐射率，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，t为带钢温度，Δτ＝ΔL/ν,ΔL为距离，ν为板坯速度，γ为比重，C为比热容，h为板坯厚度。

(2)根据温降模型来计算板坯2通过一组喷射集管6高压喷水冷却过程的温降：

Δt₂＝-2*α*L*(t-t_水)/(γ*C*h*ν)，其中α为强迫对流热交换系数，L为距离，t为板坯温度，t_水为冷却水的温度，γ为比重，C为比热容，h为板坯厚度，ν为板坯速度。

通过以上公式的计算，高温板坯2从加热炉1到除鳞机，整个温度过程温降Δt₁+Δt₂应为50℃。

2、根据从加热炉1到除磷机过程的温降，对布置的一组喷射集管6所喷射的水流能量密度E按照以下公式计算：

E＝P*Q*N^0.7/(2tan(θ₁/2)*cos(θ₂)*h*ν)，其中，P为喷射水流压力，Q为每根喷嘴的流量Q，N为喷嘴个数，h为喷嘴到板坯表面的间距，ν为钢板的速度，θ₁为喷嘴的喷射角，θ₂为喷嘴的倾角。为了使板坯2表面氧化铁皮产生贯穿性的裂纹，一组喷射集管6的喷嘴数量在10个，每个喷射集管6的水压为8MPa，喷射集管6喷嘴距离板坯2的高度为0.8m，喷嘴的喷射角θ₁为30°，喷嘴的倾角θ₂为12°，板坯速度为0.8m/s。一组喷射集管6所喷射的水流能量密度E为3000(KJ/m²)。

3、除鳞箱4安装有两组喷射集管，每根喷射集管上的喷嘴数量为42个，每个喷射集管的水压为23MPa，板坯速度为0.8m/s。

上述方法制备得到的低合金钢(Q345B)的力学性能及表面氧化铁皮改判率见下表2所示。

表2组织、力学性能及表面氧化铁皮改判率对比

如表2所示，可以看出采用本发明方法进行高效除鳞，Q345B的力学性能满足于标准的要求，且带钢表面氧化铁皮的改判率下降到0.71％。因而，根据上述方法制造出表面质量更好的钢板，提高产品竞争力。

实施例3

高效去除带钢表面氧化铁皮的方法，该方法通过加热炉加热、板坯传送、除鳞过程和粗轧处理四个阶段完成，所述板坯传送过程中，在加热炉1和除磷机之间设置有辊道3，离加热炉有10m的辊道3正上方布置一组喷射集管6，用来急冷带钢表面，使表面氧化铁皮产生贯穿性裂纹。其急冷和除磷的工艺参数如下：

1、为了确保C-Mn系列钢种的除磷温度与粗轧出口温度不变，其使带钢表面氧化铁皮产生贯穿性裂纹，需要准确的计算出增加一组喷射集管6后，带钢在辊道3传递过程中与高压喷射过程中的温降：

(1)根据温降模型计算板坯2在辊道3传递过程中的温降：

Δt₁＝-2*ε*σ*(t+273/100)⁴*(Δτ)/(γ*C*h)，其中ε辐射率，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，t为带钢温度，Δτ＝ΔL/ν,ΔL为距离，ν为板坯速度，γ为比重，C为比热容，h为板坯厚度。

(2)根据温降模型来计算板坯2通过一组喷射集管6高压喷水冷却过程的温降：

Δt₂＝-2*α*L*(t-t_水)/(γ*C*h*ν)，其中α为强迫对流热交换系数，L为距离，t为板坯温度，t_水为冷却水的温度，γ为比重，C为比热容，h为板坯厚度，ν为板坯速度。

通过以上公式的计算，高温板坯2从加热炉1到除鳞机，整个温度过程温降Δt₁+Δt₂应为80℃。

2、根据从加热炉1到除磷机过程的温降，对布置的一组喷射集管6所喷射的水流能量密度E按照以下公式计算：

E＝P*Q*N^0.7/(2tan(θ₁/2)*cos(θ₂)*h*ν)，其中，P为喷射水流压力，Q为每根喷嘴的流量Q，N为喷嘴个数，h为喷嘴到板坯表面的间距，ν为钢板的速度，θ₁为喷嘴的喷射角，θ₂为喷嘴的倾角。为了使板坯2表面氧化铁皮产生贯穿性的裂纹，一组喷射集管6的喷嘴数量在15个，每个喷射集管6的水压为15MPa，喷射集管6喷嘴距离板坯2的高度为1m，喷嘴的喷射角θ1为40°，喷嘴的倾角θ₂为15°，板坯速度为1.0m/s。一组喷射集管6所喷射的水流能量密度E为4000(KJ/m²)。

3、除鳞箱4上安装有两组喷射集管，每根喷射集管上的喷嘴数量为44个，每个喷射集管的水压为25MPa，板坯速度为1.0m/s。

上述方法制备得到的C-Mn系列钢种的力学性能及表面氧化铁皮改判率见下表3所示。

表3组织、力学性能及表面氧化铁皮改判率对比

如表3所示，可以看出采用本发明方法进行高效除鳞，C-Mn系列钢种的力学性能满足于标准的要求，且带钢表面氧化铁皮的改判率下降到0.23％。因而，根据上述方法制造出表面质量更好的钢板，提高产品竞争力。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (4)

1.一种高效去除带钢表面氧化铁皮的方法，该方法通过加热炉加热、板坯传送、除鳞过程和粗轧处理四个阶段完成，所述板坯传送过程中，在加热炉和除磷机之间设置有辊道，其特征在于：所述辊道正上方安装有一组用于过冷的喷射集管，板坯从加热炉到过冷集管过程中的温降△t＝△t₁+△t₂，上述喷射集管所喷射的水流能量密度E＝P*Q*N^0.7/(2tan(θ₁/2)*cos(θ₂)*h*ν)，

其中，P为喷射水流压力、Q为每个喷嘴的流量、N为喷嘴个数、h为喷嘴到板坯表面的间距、ν为板坯的速度、θ₁为喷嘴的喷射角、θ₂为喷嘴的倾角；

板坯在从加热炉到过冷集管的温降Δt₁：

Δt₁＝-2*ε*σ*(t+273/100)⁴*(Δτ)/(γ*C*h)，ε为板坯表面的辐射系数，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，t为带钢温度，Δτ＝ΔL/ν，ΔL为板坯运动的距离，ν为板坯速度，γ为板坯的比重，C为板坯的比热容，h为板坯厚度；

板坯在过冷过程中的温降Δt₂：

Δt₂＝-2*α*L*(t-t_水)/(γ*C*h*ν)，其中α为强迫对流热交换系数，L为板坯运动的距离，t为板坯温度，t_水为冷却水的温度，γ为板坯的比重，C为板坯的比热容，h为板坯厚度，ν为板坯速度。

2.根据权利要求1所述高效去除带钢表面氧化铁皮的方法，其特征在于：所述板坯从加热炉到过冷集管过程中的温降Δt＝30～80℃。

3.根据权利要求1或2所述高效去除带钢表面氧化铁皮的方法，其特征在于：所述喷射水流压力P为8～12MPa，喷嘴个数N为10～15个，喷嘴到板坯表面的间距h为0.8～1.0m；喷嘴的喷射角θ₁为控制在20～40°，喷嘴的倾角θ₂控制在8～15°，板坯速度ν为0.5～1.0m/s。

4.根据权利要求1所述一种高效去除带钢表面氧化铁皮的方法，其特征在于，所述除鳞箱上安装有两组喷射集管，每组喷射集管上的喷嘴数量为40～44个，每个喷射集管的水压控制在20～25MPa，板坯速度控制在0.5～1.0m/s。