冷轧立式连续退火炉的探讨与分析

新余钢铁股份有限公司 陈 军 伏小燕 李 清

1.前言

新钢公司1550冷轧薄板工程于2007年筹备建设，总投资22亿元，是江西省单项投资最大、工艺装备最复杂、技术含量最高的工程项目。该工程年设计能力120万吨，产品厚度0.2-2mm，宽度700-1430mm，拥有一条酸轧联合机组、一条连续退火机组、一条重卷机组、一条包装包装机组及辅助设施。产品定位以中高档汽车结构板、家电板和建筑板为主，最高强度级别达到780Mpa。该工程于2011年8月全面建成投产，经过一年多的生产，连续退火机组也逐渐达成达标。连续退火机组集带钢的清洗、退火、平整、精整等工艺一体，具有生产效率高、产品品种多样化、产品质量高、生产成本低等许多优势，连退技术最核心的技术装备为立式连续退火炉，它在冷轧上得到广泛的应用。

2.冷轧过程的实质

冷轧工程实质上是一个加工硬化的过程，即金属材料在冷塑性变形后所发生的强度和硬度升高，塑性、韧性下降的现象。冷轧不经加热的室温状态钢，经过轧制压力加工，便产生不能自行恢复原形和尺寸的变化，即在轧制过程中，各个晶粒顺着轧制方向伸长、压扁、破碎，形成纤维状。同时在晶粒内部将出现一些相互平行的滑移。

经过冷轧出来的成品冷轧卷一般不作为商品卷出售，其硬度、强度较高，塑性、韧性低，利用价值不高，使用范围窄。在经过退火工艺处理后，可改善其组织性能，降低硬度，提高塑性，方可作为商品卷出售。

3.连续退火机理

钢带经过冷轧变形后，金属内部组织产生晶粒拉长、晶粒破碎和晶粒缺大量存在位错现象，导致金属内部自由能升高，处于不稳定状态，且有自发恢复到比较完整、规则和自由能低的稳定平衡状态的趋势。将其加热到再结晶温度以上，Ac1以下，使原子获得足够的扩散功能，消除晶格畸变，经保温后冷却，使组织和性能发生变化。

即：在结晶退火。

如图1所示，加工硬化金属材料在加热时组织和性能的变化随着加热温度的升高，组织和性能的变化经过三个阶段，即回复、再结晶、晶粒长大。

4.连退炉的发展与炉型的比较

自从20世纪70年代初日本新日铁公司成功地开发出CAPL以来，全世界钢铁对连续退火炉及退火工艺给于极大的关注，并迅速开发了适应各种产品要求的新工艺技术装备。据不完全统计，目前全世界已建设60余条连续退火线，其中连续退火炉成为冷轧退火工艺发展主流。用连续退火炉既可以生产普通级别的冲压成形冷轧薄板、深冲板、超深冲板，也可以生产烤漆硬化钢、硬质与软质的镀锡原板、微合金钢、双相钢等高强和超高强冷轧板。

连退炉炉型发展主要有卧式炉和立式炉两种。而炉型的选择与比较要从机组产量、产品品种、钢板规格、建设场地、投资、操作、发展趋势等各方面进行综合考虑，选择性价比高的炉型以适合机组的生产要求。

对于生产低端产品、年产量低于30万吨、钢板规格偏厚、产品质量要求不高的机组一般选用卧式炉。卧式炉对机组长度将会增长，钢带在炉内的板形控制、跑偏控制均很困难。而立式炉用于速度高、年产量在30万吨以上、规格薄、产品质量高的机组上，钢带在立式炉内通过转向辊输送，并缠绕在转向辊上，可以改善钢带的表面质量，防止钢带在加热过程中热变形。基于新钢冷轧连续退火机组生产规模、投资、产品质量、产品规格的定位较高，经综合分析，其选择立式炉炉型。

5.连退炉的关键技术

连续退火炉由炉子机械、介质系统、隔热材料等组成。炉段可分为：预热段、加热段、均热段、缓冷段、快冷段、过时效段、终冷段和水淬。其常采用的关键技术如下：

(1)钢带加热及冷却技术

预热段利用加热段均热段排出的废气中的热量将钢带预热，可以充分利用烟气余热达到节能目的，降低燃气消耗，减少加热段第一根导向辊所受的热冲击。预热段采用保护气体循环喷吹预热钢带，从而保证带钢表面的清洁，可以在无任何氧化危险的条件下预热带钢，即使在停炉时也不必担心带钢被氧化。

加热段均热段采用交替布置的B型、U型或W型辐射管加热，既保证带钢表面无氧化物，又可以加热平稳控制炉温，避免带钢在停炉或产品转换时产生影响。辐射管烧嘴采用抽鼓式低Nox烧嘴，与空气热交换器预热助燃空气、比例调节燃烧方式。

冷却方式的选择取决于冷却速度的大小。冷却技术有气体喷射冷却、气—水加速冷却、水淬冷却、辊式冷却及高速气体喷射冷却。缓冷段选择冷却速度为5~30℃/s的气体喷射冷却，生产的产品品种多，设备简单，操作稳定。在快冷段选择辊式冷却，其冷却速度可达100~400℃/s，可以生产深冲板和高强度钢。

(2)炉辊热凸度控制技术

炉辊辊型单锥、双锥度优化设计能保证带钢可以自行对中，也可以减少热瓢曲的产生。在加热段内带钢与辐射管温度有很大温差，炉辊两端被辐射管辐射加热，而炉辊中央被相对温度较低的带钢冷却，这样炉辊产生凸度，导致带钢跑偏和断带。要充分考虑带钢尺寸和带钢温度后设计炉辊初始凸度，同时为了减少辐射管的热辐射影响，在加热段顶辊下部与顶辊之间以及底辊上部各设置有隔热板。

在冷却段冷的保护气体易进入顶辊和底辊通道，减少保护气体温度。顶辊和底辊中央被带钢加热，顶辊和底辊两侧被冷保护气体冷却，使炉辊产生正凸度导致带钢瓢曲。通常在顶辊和底辊通道设置相关设备阻止冷保护气体进入辊室，同时设有电加热器维护该区域正常炉温。

图1 连续退火机理

(3)带钢稳定运行技术

在炉内合理设置纠偏辊，配合辊型产生良好的带钢运行控制，且在炉内有的配置有热张紧辊，实现热区和冷区分段张力控制，保证稳定通板的同时，防止带钢热瓢曲。在炉子各段设置张力测量辊，保证高精度张力控制，对炉辊凸度其表面粗糙度采用优化技术，避免带钢在炉内跑偏和瓢曲，达到稳定运行和良好板形的作用。同时炉子分成各独立的炉室，每个炉室顶部装有工业电视，操作人员可以观察带钢在炉内的运行及跑偏情况，根据观察结果及时调整。

(4)节能技术

在辐射管段燃烧废气的热能利用上，将三级使用废气的热能直接利用到连退炉上：辐射管烧嘴将助燃空气预热至~400℃左右；其烟气经过与预热段的烟气/保护气换热器内的保护气的热交换，加热要喷吹到带钢上的保护气；其烟气经过余热回收系统的烟气/过热水交换器内的过热水的热交换，可用于机组清洗段碱液加热。

6.结束语

新钢冷轧连退炉配置有国际上先进的技术和设备，拥有许多优点，但其同样兼用冷轧连退炉的不足，需要在生产实践过程中不断的完善和发展。

(1)技术复杂，连续化生产难度大，一次投资费用较高，要求生产人员素质高。在冷轧生产技术力量薄弱的企业建设连退炉，相对达产时间较长。

(2)生产厚规格产品有困难。尽管连退炉发展迅速，但还不能完全取代罩式炉，在生产厚度大于2mm的带钢较困难。

(3)生产规模范围不宜太宽，规格变化灵活性较差。

[1]傅作金.冷轧薄钢板生产[M].北京:冶金工业出版社,2006.

[2]金属材料学[M].