CN105220101A - 由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，包括：获得精炼钢水；薄带连铸：在铸坯过程中用惰性气体与还原气体的混合气体保护；热轧：高温下对铸带坯进行平整改善板形、轧至合适厚度改变产品规格或对铸带坯表面氧化铁皮起到机械破碎作用；还原退火：在500-1000℃下用还原性气体与惰性气体的混合气体进行还原，以去除前工序中产生的氧化铁皮，时间是1-5min，还原气体浓度不低于5％；以及热镀锌：在保护气氛下冷却后，进入锌锅进行热镀锌及其它合金，然后冷却卷取。本发明实现了钢铁从液态钢水到热镀产品的高度连续化生产，并在不去除还原生成的单质铁，而直接进行热镀锌或合金，从而可省去中间环节的能耗，并且使得金属收得率接近100％。

Description

由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法

技术领域

本发明涉及一种连续生产热镀产品的方法，尤其涉及一种由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法。

背景技术

随着资源与能源危机的不断加剧，环境保护、可持续发展、绿色经济、低碳经济等话题得到人们越来越多的重视，国家“十二五”规划也明确了将节能减排作为一项重要的任务来完成，这对于传统工业，尤其是钢铁行业提出了严峻的考验。

19世纪中叶，英国的HenryBessemer首次提出用双辊连铸机浇注出金属薄带的方法，即一种将液态钢水直接浇铸成薄带坯的技术，从而省去了中间铸坯与热轧的环节。随着技术的不断进步，Bessemer的设想在最近的30年里得到了广泛的发展，世界各地的钢铁企业纷纷建立薄带连铸实验机组，其中一些还实现了产业化生产；这种由液态钢水直接浇铸成薄带坯的技术目前主要应用于不锈钢、高速钢以及有色金属的制造。在众多薄带连铸技术中，水平等径双辊式薄带连铸技术发展最为成熟，该方法可生产最终厚度为2-6mm的薄带坯。

与传统的板材生产工艺流程相比，薄带连铸技术具有流程短、基建投资少、实现“一火成材”等特点，大幅提高了钢材生产的能源效率，节约了生产成本。但薄带连铸产品表面质量不高，一般需要进行后续加工。

热镀锌包括热镀纯锌及其它合金的工艺是钢铁材料抗氧化、防止大气腐蚀的重要方法，热镀锌产品具有防护效果显著、表面质量好、成本低廉等特点，广泛应用于汽车、船舶、建筑等行业。目前市场上的热镀锌产品大部分是由连续热镀锌产线生产，这种工艺的生产周期较长，金属从液态钢水到进行连退热镀锌之间需经过铸坯、热轧、酸洗、冷轧等多工序，正是这些复杂的加工程序，导致薄带连铸与热镀锌工艺很难匹配，其中关键障碍即来自于酸洗工序，且酸洗工艺还会对环境造成严重的污染与破坏。

申请号为201310489332.6的中国专利公开了一种薄带连铸结合还原退火生产热轧免酸洗板的方法，其大致流程是将钢水铸轧成带坯、热平整后冷却卷取，为得到免酸洗产品，需将铸轧薄带卷重新开卷、还原退火，然后卷取成品或进行热镀锌，所得热镀锌产品仍是分线进行，工序较多，缺乏连续性。US6588491B2的美国专利公开了一种直接生产免酸洗带钢的方法，其关键步骤是钢水浇铸成薄带、还原退火(氧化铁皮被还原成多孔铁)、机械法刷去多孔铁，得到免酸洗带钢，以此为核心，通过前后增加热轧、冷轧、涂油、热镀锌、电镀锌等工序，实现多种产品生产。其不足是还原产生的金属铁被机械刷除，既增加生产工序，又降低了金属收得率，增加生产成本。

因此，迫切需要通过合理设计和优化出一种能够实现直接由钢水生产出免酸洗热镀锌薄板带产品的新方法，使得流程更短，金属收得率更高。

发明内容

本发明的目的是提供一种由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法，可通过免酸洗技术将薄带连铸生产与热镀生产相结合，实现钢铁从液态钢水到热镀产品的高度连续化生产，并减少工序，提高了金属收得率。

为达到上述目的，本发明所提供的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法，包括以下步骤：

熔炼、精炼，获得精炼钢水；

薄带连铸：精炼钢水经钢水包和中间包的调整，在密闭熔池内经双辊铸带机的冷却作用凝固成带坯，且在铸坯过程中用惰性气体与还原气体的混合气体进行保护；

还原退火：带坯入还原退火炉内，用还原气体与惰性气体的混合气体进行还原，以去除前工序中产生的氧化铁皮；

热镀：在保护气氛下冷却后，进入锌锅进行热镀锌或热镀其他合金，然后冷却卷取。

在薄带连铸之后还包括热轧步骤：在高温下对带坯进行平整改善板形、轧至合适厚度以改变产品规格，或对带坯表面氧化铁皮进行机械破碎，变形率在1％-30％。

所述的变形率为5％、10％或20％。

4.根据权利要求1所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，在薄带连铸中，混合气体中的还原气体浓度为1％-10％。

在还原退火步骤中，还原温度为500-1000℃，还原时间为1-5min，混合气体中的还原气体浓度不低于5％。

所述的还原气体浓度为5-30％。

所述的还原气体浓度为5％、10％或15％。

所述惰性气体是氮气或氩气，所述还原气体是氢气或一氧化碳。

在热轧步骤中，采用单机架，并设置送风设备，用以间断或不间断向热轧区域通入惰性气体，以减少钢板与空气接触机会，从而降低钢板表面氧化。

在还原退火步骤中，所述的混合气体在炉内以湍流方式流通，混合气体中水分、氢气含量与温度有关，在500℃时，氢水比最小为4.1；在1000℃时，氢水比最小为0.9。

在650℃时，氢水比高于100。

在进入还原退火炉之前，带坯表面的氧化铁皮的平均厚度控制为1-5μm。

在热镀步骤中，当热镀锌时需冷却至450-460℃；当热镀铝锌时需冷却至590-610℃；当热镀铝硅时需冷却至680-670℃。

在热镀步骤中，镀层为Zn、Zn-Al、Zn-Al-Mg、Zn-Al-Mg-Si、或Al-Si合金。

在热镀步骤后，可进行合金化、涂油、压花、涂膜或直接进行成型工序。

本发明的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法是采用结合双辊薄带连铸技术与免酸洗热镀技术直接由钢水变成热镀产品的工艺，主要包括：精炼钢水、连铸薄带坯、热轧、还原退火、热镀及其它合金、冷却卷取；与同传统热镀产品生产流程相比具有以下优点：

1.产品生产流程短

该工艺直接利用钢水生产热镀产品，将传统的铸坯、热轧、酸洗、冷轧、连退热镀多条产线集成为一条，使得加工流程大幅缩短，生产效率大幅提升，设备投资大大降低。

2.经济、节能、环保

由于省去了大量中间加工、运输、存储及管理成本，且生产效率高，因此产品成本大大降低；不需要对热轧板进行表面除磷，也省去了原有的热轧后的冷却卷取再开卷、机械法刷去单质铁等步骤，金属收得率接近100％，并且获得产品的性能不变；省去中间环节的能耗，使得产品能耗大幅降低；生产过程中不使用任何污染性物质，也无有害废气、废液排放，环保优势突出。

因此，本发明具有工艺简单、设备投资低、能耗低、成材率高、环保等诸多优势。

附图说明

图1为本发明一个实施例的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法的工艺路线示意图。

图1中标号：钢水包1、中间包2、双辊铸带机3、出带托板4、薄带坯5、支撑辊6、夹送辊7、热轧机8、还原退火炉9、冷却段11、入锌锅保温段12、锌锅13、镀后冷却段14、卷取机15。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。在附图中相同的附图标记表示相同的部分。

本发明是一种由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法，可通过免酸洗技术将薄带连铸生产与热镀生产相结合，实现钢铁从液态钢水到热镀产品的高度连续化生产。

如图1所示，本发明的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法包括以下步骤：

(1)熔炼、精炼，获得精炼钢水；

(2)薄带连铸：液态钢水经钢水包1和中间包2的调整，在密闭熔池内经双辊铸带机3的冷却作用凝固成带坯，铸坯过程中用惰性气体与还原气体的混合气体保护，还原气体浓度是1％-10％；

(3)热轧：如图所示，铸轧带坯5经出带托板4、支撑辊6、夹送辊7进入热轧机8，对铸带坯进行平整改善板形；或轧至合适厚度改变产品规格；当采用大粗糙度轧辊时，还可对铸带坯表面氧化铁皮起到机械破碎作用，有利于后续氧化铁皮的还原，变形率在1％-30％，更佳的，所述的变形率为5％、10％或20％。该工序属于可选工序，也可不热轧直接进入还原退火阶段；

(4)还原退火：在还原退火炉9中，在500-1000℃下用还原性气体与惰性气体的混合气体进行还原，以去除前工序中产生的氧化铁皮，时间是1-5min，还原气体浓度不低于5％。较佳的，所述的还原气体浓度为5-30％。更佳的，所述的还原气体浓度为5％、10％或15％。

(5)热镀：在不进行机械法刷去单质铁的情况下，直接在保护气氛下经冷却段11冷却后，进入短暂保温段12，然后进入锌锅13、完成热镀锌及其它合金，经镀后冷却段14进行冷却后再经卷取机15进行卷取。上述冷却段11的冷却如下：当热镀锌时需冷却至450-460℃；当热镀铝锌时需冷却至590-610℃；当热镀铝硅时需冷却至680-670℃。

在热轧过程中，可采用单机架，并且为避免钢板表面发生氧化，可增加送风设备，间断或不间断向该区域通入惰性气体，尽量减少钢板与空气接触机会，从而降低钢板表面氧化。

而在还原退火步骤中，所述惰性气体是氮气或氩气，所述还原气体是氢气或一氧化碳。

并且，所述混合气体在还原退火炉9内采用湍流方式流通，混合气体中水分含量与氢气含量及温度有关，根据混合气体要求不同而不同,在500℃时，氢水比(PH₂/PH₂O)最小为4.1,在1000℃时，氢水比(PH₂/PH₂O)最小为0.9。较佳地，所述在650℃时，氢水比(PH₂/PH₂O)高于100。

在进入还原退火炉之前，带坯表面的氧化铁皮的平均厚度应控制在1-5μm(带坯表面氧化铁皮平均厚度指在带坯代表性位置如头部、中部、尾部和边部等，每个位置取至少三个点，并将各点所测氧化铁皮厚度的总和除以测量点的总个数，所得结果即为其平均厚度。)，如此，对保留有还原的多孔铁的热镀产品的性能不会产生任何影响。

在热镀步骤后，可进行合金化、涂油、压花、涂膜或直接成型等多种操作。另外，在热镀步骤中，镀层可以是纯Zn、Zn-Al、Zn-Al-Mg、Zn-Al-Mg-Si或Al-Si或其它合金。

由上述具体实施方式可知，本发明的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法是采用结合双辊薄带连铸技术与免酸洗热镀技术直接由钢水变成热镀产品的工艺，主要包括：精炼钢水、连铸薄带坯、热轧、还原退火、热镀锌及其它合金、冷却卷取；与同传统热镀锌产品生产流程相比具有以下优点：

1.产品生产流程短

该工艺直接利用钢水生产热镀产品，将传统的铸坯、热轧、酸洗、冷轧、连退热镀锌多条产线集成为一条，使得加工流程大幅缩短，生产效率大幅提升，设备投资大大降低。

2.经济、节能、环保

由于省去了大量中间加工、运输、存储及管理成本，且生产效率高，因此产品成本大大降低；不需要对热轧板进行表面除磷，也省去了原有的热轧后的冷却卷取再开卷、机械法刷去单质铁等步骤，金属收得率接近100％，亦不会对产品的性能产生任何影响；省去中间环节的能耗，使得产品能耗大幅降低；生产过程中不使用任何污染性物质，也无有害废气、废液排放，环保优势突出。

因此，本发明具有工艺简单、设备投资低、能耗低、成材率高、环保等诸多优势。

以下通过具体应用实施例进一步说明本发明的上述实施方式，以便更清楚理解本发明方法的特点、优点。

实施例1

本例实施工艺路线为：铸带凝固-热轧平整-还原退火-冷却-热镀锌-冷却-精整-卷曲。

精炼钢水经铸带机3冷却凝固后得到薄带坯5，经出带托板4、支撑辊6、夹送辊7进入热轧单元8，进行热平整，变形率3％，进入还原退火炉9，由于此时的氧化铁皮较薄，且炉内温度较高，表面氧化铁皮很快被完全还原单质铁；直接经过炉内冷却段11吹气冷却至入锌锅温度后，在均热段12保温一段时间，进锌锅13热镀，最后带钢被经镀后冷却段14终冷，精整后卷取。

本例适合普通低碳低合金钢热镀纯锌的生产，尤其适用于生产各种以碳素结构钢为代表的建筑用钢。具体的工艺参数示于表1：镀前的保温温度根据镀层种类而定。该实施工艺最为简单，过程易于控制，最终产品的表面质量优良。

表1碳素钢热镀锌的工艺参数

实施例2

本例实施工艺路线为：铸带凝固-热轧-还原退火-冷却-保温-热镀锌-冷却-精整-卷曲。

精炼钢水经铸带机3冷却凝固后得到薄带坯5，经出带托板4、支撑辊6、夹送辊7进入热轧单元8，进行热轧至合适厚度，变形率30％，热轧工位区域内增加鼓风和抽风设备，不断向该区域送入惰性气体氮气，再进入还原退火炉9，还原后经炉内冷却段11吹气冷却至入锌锅温度后，在均热段12保温一段时间，进锌锅13热镀，最后带钢被经镀后冷却段14终冷，精整后卷取。

本例适合更薄规格(1mm以下)热镀锌板带坯或铸带坯较厚需要进一步减薄后使用的情况，本例还原退火工序需适当加强，因热轧过程中会产生较厚氧化铁皮，因此增加了惰性气体保护措施。具体的工艺参数示于表2：

表2热镀锌产品的工艺参数

实施例3

本例实施工艺路线为：铸带凝固‐还原退火‐冷却-保温‐热镀锌铝镁‐冷却‐精整‐卷曲。

精炼钢水经铸带机3冷却凝固后得到铸带坯5，经出带托板4、支撑辊6、夹送辊7直接进入还原退火炉9，还原后经炉内冷却段11吹气冷却至入锌锅温度后，在均热段12保温一段时间，进锌锅13热镀锌铝镁，最后带钢被经镀后冷却段14终冷，精整后卷取。

本例中还原退火工序需加强，通过适当提高还原温度，延长还原时间，提升氢气浓度等措施。具体的工艺参数示于表3，

表3热镀锌铝镁产品的工艺参数

实施例4

本例实施工艺路线为：铸带凝固‐还原退火‐冷却-保温‐热镀铝锌‐冷却‐精整‐卷曲。

精炼钢水经铸带机3冷却凝固后得到铸带坯5，经出带托板4、支撑辊6、夹送辊7直接进入还原退火炉9，还原后经炉内冷却段11吹气冷却至入锌锅温度后，在均热段12保温一段时间，进锌锅13热镀铝锌，最后带钢被经镀后冷却段14终冷，精整后卷取。

本例中还原退火工序需加强，通过适当提高还原温度，延长还原时间，提升氢气浓度等措施。具体的工艺参数示于表4：

表4热镀铝锌产品的工艺参数

实施例5

本例实施工艺路线为：铸带凝固‐还原退火‐冷却-保温‐热镀铝硅‐冷却‐精整‐卷曲。

精炼钢水经铸带机3冷却凝固后得到铸带坯5，经出带托板4、支撑辊6、夹送辊7直接进入还原退火炉9，还原后经炉内冷却段11吹气冷却至入锌锅温度后，在均热段12保温一段时间，进锌锅13热镀铝硅，最后带钢被经镀后冷却段14终冷，精整后卷取。

本例中还原退火工序需加强，通过适当提高还原温度，延长还原时间，提升氢气浓度等措施。具体的工艺参数示于表5：

表5热镀铝硅产品的工艺参数

经实际验证，以上五个实施例均能实现本发明所期望目标，获得的热镀层产品均能达到产生期望及客户需求。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (15)

1.一种由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

熔炼、精炼，获得精炼钢水；

薄带连铸：精炼钢水经钢水包和中间包的调整，在密闭熔池内经双辊铸带机的冷却作用凝固成带坯，且在铸坯过程中用惰性气体与还原气体的混合气体进行保护；

还原退火：带坯入还原退火炉内，用还原气体与惰性气体的混合气体进行还原，以去除前工序中产生的氧化铁皮；

热镀：在保护气氛下冷却后，进入锌锅进行热镀锌或热镀其他合金，然后冷却卷取。

2.根据权利要求1所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，其特征在于，在薄带连铸之后还包括热轧步骤：在高温下对带坯进行平整改善板形、轧至合适厚度以改变产品规格，或对带坯表面氧化铁皮进行机械破碎，变形率在1％-30％。

3.根据权利要求2所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，其特征在于：所述的变形率为5％、10％或20％。

4.根据权利要求1所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，在薄带连铸中，混合气体中的还原气体浓度为1％-10％。

5.根据权利要求1所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，其特征在于：在还原退火步骤中，还原温度为500-1000℃，还原时间为1-5min，混合气体中的还原气体浓度不低于5％。

6.根据权利要求5所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，其特征在于：所述的还原气体浓度为5-30％。

7.根据权利要求5或6所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，其特征在于：所述的还原气体浓度为5％、10％或15％。

8.根据权利要求1所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，其特征在于：所述惰性气体是氮气或氩气，所述还原气体是氢气或一氧化碳。

9.根据权利要求2所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，其特征在于：在热轧步骤中，采用单机架，并设置送风设备，用以间断或不间断向热轧区域通入惰性气体，以减少钢板与空气接触机会，从而降低钢板表面氧化。

10.根据权利要求7所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的生产方法，其特征在于：在还原退火步骤中，所述的混合气体在炉内以湍流方式流通，混合气体中水分、氢气含量与温度有关，在500℃时，氢水比最小为4.1；在1000℃时，氢水比最小为0.9。

11.根据权利要求10所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法，其特征在于：在650℃时，氢水比高于100。

12.根据权利要求1所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法，其特征在于：在进入还原退火炉之前，带坯表面的氧化铁皮的平均厚度控制为1-5μm。

13.根据权利要求1所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法，其特征在于：在热镀步骤中，当热镀锌时需冷却至450-460℃；当热镀铝锌时需冷却至590-610℃；当热镀铝硅时需冷却至680-670℃。

14.根据权利要求1所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法，其特征在于：在热镀步骤中，镀层为Zn、Zn-Al、Zn-Al-Mg、Zn-Al-Mg-Si、或Al-Si合金。

15.根据权利要求1所述的由钢水直接生产免酸洗热镀薄板带产品的方法，其特征在于：在热镀步骤后，可进行合金化、涂油、压花、涂膜或直接进行成型工序。