CN111979402B - 退火炉炉内气氛控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种退火炉炉内气氛控制方法，包括氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制；以及氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制，其中：在新鲜氢气、加热段、缓冷段、一级冷却段、二级冷却段、冷却出口这6个控制点进行氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制，在置换氮气、密封氮气、保护氮气这3个控制点进行氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制。本发明的退火炉炉内气氛控制方法通过严格控制退火炉内各控制点氢气和氮气的露点、氧含量和含尘量等参数的指标，实现极薄精密不锈钢带的微张力光亮退火，解决了表面氧化、性能不良等质量缺陷，满足极薄精密不锈钢带的高品质要求。
Description
技术领域
本发明属于精密不锈钢带生产工艺技术领域，特别涉及一种退火炉炉内气氛控制方法。
背景技术
厚度0.05mm以下极薄精密不锈钢带的光亮热处理对退火后钢带表面光亮度、平整度、微观组织结构均匀性有着极高的要求，而退火炉内气氛是精密不锈钢带退火最重要的工艺参数之一，退火炉内气氛的控制对精密不锈钢带的退火性能有着决定性的影响。退火炉内气氛参数包含氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力、氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量。在现有技术中的常规退火工艺下，精密不锈钢带的生产常出现表面氧化、性能不均、钢带变形等质量缺陷。
因此，开发一种适用于厚度≤0.05mm的极薄精密不锈钢带的退火炉炉内气氛控制方法，以保证精密不锈钢带退火后性能稳定、表面色泽均匀，无褶皱和色差等质量缺陷，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在解决极薄精密不锈钢带在光亮退火中的瓶颈问题，即：因退火炉内气氛参数配置不合理造成的钢带表面氧化、性能不良等质量问题。为解决上述现有退火技术中存在的瓶颈问题，本发明提供了一种退火炉炉内气氛控制方法，适用于厚度≤0.05mm的极薄精密不锈钢带在光亮退火炉内的退火，该控制方法对退火炉炉内气氛各种参数进行最优化配置，提出了最适宜极薄精密不锈钢带退火的数据调整范围，在此基础上，配合工艺速度、脱脂效率、退火温度和冷却速率等工艺参数，实现极薄精密不锈钢带的光亮退火，有效地解决了极薄精密不锈钢带在退火后产生的表面氧化、性能不良、组织不均匀等问题。
本发明的退火炉炉内气氛控制方法包括：氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制；以及氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制，其中：
在氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制中，在6个控制点进行氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制，所述6个控制点为新鲜氢气、加热段、缓冷段、一级冷却段、二级冷却段、冷却出口，各个控制点的氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制范围为：
在氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制中，在3个控制点进行氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制，所述3个控制点为：置换氮气、密封氮气、保护氮气，各个控制点的氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制范围为：
| 控制点 | 置换氮气 | 密封氮气 | 保护氮气 |
| 露点范围℃ | -101～-95 | -101～-95 | <-85 |
| 氧含量范围ppm | 2～4 | <0.5 | <0.5 |
| 含尘量μg/Nm<sup>3</sup> | <15 | <15 | <15 |
作为一种具体实施方式，在本发明的退火炉炉内气氛控制方法中，各个控制点的氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制范围为：
各个控制点的氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的的控制范围为：
| 控制点 | 置换氮气 | 密封氮气 | 保护氮气 |
| 露点℃ | -101 | -101 | -90 |
| 氧含量ppm | 3.0 | 0.1 | 0.1 |
| 含尘量μg/Nm<sup>3</sup> | 10 | 10 | 10 |
作为另一种具体实施方式，在本发明的退火炉炉内气氛控制方法中，各个控制点的氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制范围为：
各个控制点的氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的的控制范围为：
| 控制点 | 置换氮气 | 密封氮气 | 保护氮气 |
| 露点℃ | -100 | -100 | -91 |
| 氧含量ppm | 2.9 | 0.13 | 0.13 |
| 含尘量μg/Nm<sup>3</sup> | 10 | 10 | 10 |
本发明的退火炉炉内气氛控制方法通过严格控制退火炉内各控制点氢气和氮气的露点、氧含量和含尘量等参数的指标，实现极薄精密不锈钢带的微张力光亮退火，解决了表面氧化、性能不良等质量缺陷，适用于工业化大生产，满足极薄精密不锈钢带的高品质要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为光亮退火炉的结构简图。
附图标记说明：1-退火炉入口、2-加热段、3-缓冷段、4-一级冷却段、5-二级冷却段、6-冷却出口、7-氢气管道。
具体实施方式
定义1：本文中，术语“SUS304”系指GB牌号为06Cr19Ni10的不锈钢。
定义2：本文中，术语“SUS316L”系指GB牌号为022Cr17Ni12Mo2的不锈钢。
定义3：本文中，术语“极薄精密不锈钢带”系指厚度0.05mm以下(含0.05mm)的精密不锈钢带材。
本发明的退火炉炉内气氛控制方法适用于厚度≤0.05mm的极薄精密不锈钢带在光亮退火炉内的退火。图1示出了光亮退火炉的结构简图，退火炉包括退火炉入口1、加热段2、缓冷段3、一级冷却段4、二级冷却段5、冷却出口6、氢气管道7。极薄精密不锈钢带自位于退火炉底部的退火炉入口1进入炉体，经过加热段2中高温区域进行去应力退火，再顺次经过缓冷段3、一级冷却段4和二级冷却段5进行冷却，最后经过冷却出口6完成退火过程。退火炉内气氛为纯氢气，并在退火炉入口1和冷却出口6由氮气进行保护，其中，新鲜氢气经氢气管道7输送至一级冷却段4和二级冷却段5进入退火炉内。
本发明的退火炉炉内气氛控制方法包括(1)氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制；(2)氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制，详细说明如下。
(1)氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制：
极薄精密不锈钢带的光亮退火对退火炉内氢气的露点有着极高的要求。在高温状态下，不锈钢表面产生一层氧化膜，退火炉内钢带处于纯氢气状态保护下，不锈钢表面的氧化物又发生还原反应，此反应式为Me+H2O<＝>MeO+H2。反应式的反应方向取决于氧化物的分解压和退火炉内气氛的含水量(用露点表示)。金属氧化物的分解压随温度的升高而增大，这就要求退火炉内氢气露点要保持在很低的状态，这样才能保证反应式向左，以达到还原的目的。
本发明的退火炉炉内气氛控制方法中的氢气露点的控制包含6个控制点的控制：新鲜氢气、加热段、缓冷段、一级冷却段、二级冷却段、冷却出口。在本发明中，上述6个控制点的氢气露点的控制范围如下表所示：
氢气露点高于上列范围，则不符合极薄精密不锈钢带的退火要求，会产生氧化、性能不良等质量缺陷；氢气露点低于上列范围，气源成本和过程控制成本会急剧加大。
极薄精密不锈钢带的光亮退火对退火炉内氢气的氧含量也要求很高。在高温状态下，退火炉内氢气与微量氧发生反应生成水，使退火炉内露点升高，而微量氧也会与合金进行反应，生成氧化物，造成钢带表面氧化，反应式如下：
H2+O2→H2O；
Me+O2→MeO。
本发明的退火炉炉内气氛控制方法中的氢气氧含量的控制同样包含6个控制点的控制：新鲜氢气、加热段、缓冷段、一级冷却段、二级冷却段、冷却出口。在本发明中，上述6个控制点的氢气氧含量的控制范围如下表所示：
氢气含尘量会造成不锈钢表面附着物的增加，灰尘状态的附着物在经过轧机轧制后会产生无法修复的白点，造成严重的质量缺陷。本发明的退火炉炉内气氛控制方法要求新鲜氢气含尘量低于15μg/Nm3；退火炉内气氛中的颗粒物主要来自钢带表面残留物燃烧后产生的硼尘，此类颗粒物需要定期手动清除，一般要保证退火炉内氢气含尘量低于2.5mg/Nm3。
退火炉内氢气压力目标值设定在4.2～4.5mbar，通过新鲜氢气流量和炉体放散阀门共同来控制退火炉内氢气压力。此外，优选地，新鲜氢气的压力控制为50～55mbar。
(2)氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制：
对退火炉入口和冷却出口进行保护的氮气的露点、氧含量、含尘量会间接影响退火炉内氢气的指标，对氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量进行控制，能够保证退火炉内氢气气氛质量的稳定性。本发明的退火炉炉内气氛控制方法中的氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制包含3个控制点的控制：置换氮气、密封氮气、保护氮气，控制范围如下表所示：
本发明的退火炉炉内气氛控制方法通过严格控制退火炉内各控制点氢气和氮气的露点、氧含量和含尘量等参数的指标，实现极薄精密不锈钢带的微张力光亮退火，解决了表面氧化、性能不良等质量缺陷，适用于工业化大生产，满足极薄精密不锈钢带的高品质要求。
以下结合本发明的具体实施例对本发明的退火炉炉内气氛控制方法进行详细说明。
实施例1
实施例1选择牌号为SUS304的精密不锈钢原料卷，厚度为0.035mm，宽度为610mm。钢带平整、光滑、无破损、无折皱，表面残油量3.5mg/m2。成品钢带要求：厚度为0.035mm，宽度为610mm，表面无折皱、无划伤、无氧化和色差、性能均匀。
实施例1的退火炉炉内气氛控制方法中的氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制参数如下表：
实施例1的退火炉炉内气氛控制方法中的氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制参数如下表：
| 控制点 | 置换氮气 | 密封氮气 | 保护氮气 |
| 露点℃ | -101 | -101 | -90 |
| 氧含量ppm | 3.0 | 0.1 | 0.1 |
| 含尘量μg/Nm<sup>3</sup> | 10 | 10 | 10 |
利用本发明实例1的退火炉炉内气氛控制方法，SUS304精密不锈钢退火后性能均匀，表面质量色泽良好，无氧化和色差等质量缺陷。
实施例2
实施例2选择牌号为SUS316L的精密不锈钢原料卷，厚度为0.04mm，宽度为600mm。钢带平整、光滑、无破损、无折皱，表面残油量4.5mg/m2。成品钢带要求：厚度为0.04mm，宽度为600mm，表面无折皱、无划伤、无氧化和色差、性能均匀。
实施例2的退火炉炉内气氛控制方法中的氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制参数如下表：
实施例2的退火炉炉内气氛控制方法中的氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制参数如下表：
| 控制点 | 置换氮气 | 密封氮气 | 保护氮气 |
| 露点℃ | -100 | -100 | -91 |
| 氧含量ppm | 2.9 | 0.13 | 0.13 |
| 含尘量μg/Nm<sup>3</sup> | 10 | 10 | 10 |
利用本发明实例2的退火炉炉内气氛控制方法，SUS316L精密不锈钢退火温度和速度符合工艺前提下，退火后性能均匀，表面质量色泽良好，无氧化和色差等质量缺陷。
需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的范围。
Claims (3)
1.一种退火炉炉内气氛控制方法，所述控制方法适用于开发一种厚度≤0.05mm的极薄精密不锈钢带，所述控制方法包括氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制；以及氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制，其中：
在所述氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制中，在6个控制点进行氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制，所述6个控制点为新鲜氢气、加热段、缓冷段、一级冷却段、二级冷却段、冷却出口，各个控制点的氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制按照：
中的控制范围进行；
在所述氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制中，在3个控制点进行氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制，所述3个控制点为：置换氮气、密封氮气、保护氮气，各个控制点的氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制按照：
中的控制范围进行。
2.根据权利要求1所述的退火炉炉内气氛控制方法，其中：
各个控制点的氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制按照：
中的控制范围进行；
各个控制点的氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制按照：
中的控制范围进行。
3.根据权利要求1所述的退火炉炉内气氛控制方法，其中：
各个控制点的氢气露点、氢气氧含量、氢气含尘量、氢气压力的控制按照：
中的控制范围进行；
各个控制点的氮气露点、氮气氧含量、氮气含尘量的控制按照：
中的控制范围进行。
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