不锈钢冷带退火酸洗的工艺及设备的研究

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1、不锈钢冷带退火酸洗的工不锈钢冷带退火酸洗的工艺及设备的研究艺及设备的研究随着我国国民经济的高速增长，近年来我国不锈钢的市场需求呈快 速增长趋势。从产品表面质量和生产成本上看，由于国内生产技术在一 定程度上还落后于国外的一些生产厂，如新日铁、米塔尔、AK 公司、蒂 森克虏伯等，一些高、精、尖的产品仍旧需要进口。到目前为止，国内几家大型不锈钢生产厂所建设的近 10 条冷轧不锈 钢退火酸洗机组均从国外引进，仅有少部分设备是国内合作制造，我国 自主集成生产设备的能力是相当的薄弱。由此，掌握冷轧不锈钢带钢的退火和酸洗工艺，提高自主设计、集 成不锈钢冷带退火酸洗生产设备的能力，优化生产设备配置，对提高我

2、国生产高质量的冷轧不锈带钢产品，降低生产成本、节约能源，满足人 民对不锈钢产品日益增长的需求，甚至降低冷轧不锈带钢的进口量，提 高我国出口不锈钢产品的能力都有重要的意义。本文基于国内某一大型不锈钢冷轧厂的不锈钢冷带退火酸洗机组， 针对其生产工艺和设备选型，并结合多条其它酸洗机组的分析、比较和 研究，为今后我国自主集成不锈钢退火酸洗线提供条件。为了提高连续退火炉的生产效率和节能效果，采用较大的温度落差进行加热，以大大地缩短加热时间，减少带钢氧化，使带钢表面受热均匀一致，以保证带钢组织与性能的均匀一致。卧式退火炉将加热段炉膛 上部全部连通，使烟气全部流入预热段对带钢进行预热，充分利用烟气 余热，提

3、高炉子的热效率，节约能源。为使奥氏体不锈钢产品的耐腐蚀 性不受明显的影响，在 850500之间必须快冷，其冷却速度和含碳量 有着密切的关系，随着碳含量的增加，冷却速度越快。奥氏体不锈钢的酸洗工艺为Na2SO4(电解)酸洗混酸(HNO3+HF)酸 洗，铁素体和马氏体的酸洗工艺为Na2SO4(电解)酸洗HNO3(电解)酸 洗。 “V”型浅槽体的设计使酸液从槽体两侧顺着带钢直接喷射到带钢的 上下表面，增加酸液与带钢直接接触的时间，缩短酸洗时间，减少酸耗， 提高酸洗效果。为保护环境，在设计中对酸洗段的每段工艺槽配置了相应的废气处 理等系统，使废气处理达标后排放。为节约能源，清洗段采用漂洗水溢 流循环使

4、用的工艺，缩短清洗时间，降低水耗量。废酸处理系统采用 PYROMARS 处理工艺将废混酸和废 HNO3 统一收集后进行再生处理，并 重新利用。对于机组产生的有害的 NOx 废气，在设计时应用 NOx 氧化还原法将废气进行收集、过滤净化处理后达标排放，保护了大气环境。虽然，我国的不锈钢生产能力已经大幅度提高，但据统计，到 2010 年，我国 还存有 70 万 t 的冷轧不锈钢产品缺口量，而且从人均消费看，我国不锈钢人均消费 量为 4.8kg，世界平均水平为 5.1kg，发达国家水平为 10.6kg，刚达到世界平均水平。 另外，从产品表面质量和生产成本上看，由于国内生产技术在一定程度上还落后于 国

5、外的一些生产厂，如日本新日铁、韩国浦项、美国 AK 公司、德国蒂森克虏伯等， 一些高、精、尖的产品仍旧需要进口 。1.1 不锈钢产业概述1.1.1 前言随着我国国民经济的高速增长，近年来我国不锈钢的市场需求呈快速增长趋 势，据统计从 2001 年到 2003 年我国不锈钢材的表观消费量平均增长率为 34.4%，2003 年达到 420 万 t，我国的不锈钢消费总量已经步入世界不锈钢消费大国行列。近 年来我国的宁波宝新、太钢、青岛浦项、张家港浦项、酒钢、宝钢股份不锈钢分公 司、上海 SKS、广州 LISCO 相继建成投产或正在建设不锈钢热带连续退火、酸洗线 (HAPL)和不锈钢冷带连续退火、酸洗

6、线(CAPL)，这表明我国不锈钢带钢生产技术日 趋成熟。1.1.2 不锈钢应用领域目前我国不锈钢一般应用集中于家居和城市设施建设，今后发展将趋向建筑业、 汽车运输业、机械制造业和环保领域。近年来，不锈钢制品越来越多地进入中国家庭，如不锈钢餐具、厨具、各种不 锈钢器皿和太阳能热水器、高位水箱、热水器以及防盗门窗等。从目前的发展状况 看，中国不锈钢最大消费领域是家庭消费，这与 GDP 的增长和人们生活水平的提高 息息相关。 同时，随着我国城市化进程的加快，城市建设和城市美化过程中大量使用不锈钢。尤其是大城市和沿海城市，使用不锈钢的数量超过欧美国家，如不锈钢旗杆、 街道护栏、过街天桥、指示牌、垃圾桶

7、、广告牌、候车亭、交通指挥亭等基本实现 不锈钢化。中国特钢企业协会不锈钢分会常务会长李成表示，中国城市化的过程就 是扩大使用不锈钢的过程。当前我国不锈钢应用具有两方面特点：一是以板材为主，特别是冷轧板材。主 要为用不锈钢板材再加工成焊管和制成不锈钢制品，以适合家庭和城市使用。二是 从沿海地区向内地城市，从城市向农村扩展的发展路线。今后广大农村地区将是不 锈钢很大的潜在应用市场。 业内人士对未来我国不锈钢发展的应用领域有如下预测：建筑业、汽车运输业、 机械加工制造业、环保领域。1.2 我国不锈钢发展的回顾及展望1.2.1 我国不锈钢发展的回顾改革开放前的 30 年是低速发展阶段：这一时期国内只有

8、几家骨干特钢厂生产不 锈钢，产量低，每年产量约 15 万吨。不锈钢市场以工业和国防尖端部门需要为主， 基本上靠国产，生产能力与需求基本平衡。钢种基本上仿前苏联标准，产品以长材 为主。 上世纪 80 年代初至 90 年代初期进入发展期：我国不锈钢消费开始进入家庭和 城市建设，民用需求快速上升，但国内不锈钢产量每年俳徊在 30 万吨左右，国产不 锈钢在数量、质量、品种上满足不了市场需求，特别是板材的需求缺口很大，每年 不得不大量进口。近十年来中国不锈钢得到飞速发展：进入 90 年代中期，我国国民经济的快速发 展拉动不锈钢消费的增长，消费量连年提高，从 1995 年的 75 万吨发展到 2005 年

9、的522 万吨，十年增长六倍，2001 年我国已成为世界第一大不锈钢消费国。国内生产 跟不上消费增长，进口量逐年上升，2003 年达 300 万吨。由于市场消费的拉动及政府的关注和支持，我国不锈钢产业进入快速发展阶段，国家重点不锈钢企业形成“南宝北太”的局面，中外合资不锈钢企业纷纷落户中国，民营不锈钢厂像雨后春笋遍地 开花。国内不锈钢生产技术也不断提高，引进了国外 90 年代末先进的工艺技术和设 备。近四年来国内消费增势开始减缓，加上国内产量逐年提高，因此进口量出现下 降趋势。我国十年来不锈钢消费量、产量、进口量如图 1-1 所示。1.2.2 我国不锈钢产业的现状2005 年国内不锈钢粗钢、钢

10、材产量急剧增长；2005 年不锈钢粗钢产量达到 522 万吨，比 2004 年增加 214 万吨，涨幅为 68。其中 Ni-Cr 系（300 系列）330.4 万吨， 占 62.36%，Cr 系（400 系列）81.1 万吨，占 22.34%；Cr-Mn 系（200 系列）81.1 万 吨，占 15.3%。2005 年不锈钢材产量 450.8 万吨，比 2004 年增加 184 万吨。其中板材 347.6 万 吨；长材 68.5 万吨；无缝管 31.6 万吨；其它 3.1 万吨。板材中，宽板卷 244 万吨， 增加 124 万吨，涨幅为 103.33%；窄带 103.6 万吨，增加 43.5

11、万吨，涨幅为 72.38%15。冷轧板卷（宽度600mm）203 万吨，比 2004 年增加 52 万吨，涨幅为 34.44%。进口减少，出口增加，自给率进一步提高；2005 年不锈钢进口量仍居高位，达250 万吨，但同比降低 20.13，出口 90.4 万吨，同比增加 122.64%。国产不锈钢材 自给率达到 60，比 2004 年提高 10；冷轧宽板自给率达到 85，比 2004 年提高141415。我国近年冷轧不锈带钢主要消费结构如图 1-2 所示。1.2.3 我国不锈钢发展的展望 根据不锈钢占钢铁总量的比例关系进行预测：中国上世纪 90 年代初至 2003 年的不锈钢消费量占全国粗钢产

12、量的比例逐步上 升，随着近几年国内粗钢产量的迅速增加，其比例有所回落，目前国内不锈钢消费 量占全国粗钢产量比例在 1.4%1.5%左右。 预计到 2010 年国内粗钢产量在 5.55.8 亿吨左右，届时不锈钢的表观需求量为810870 万吨左右。目前发达国家的不锈钢消费量占粗钢消费总量的比例一般在 2%以上，高于国内消费比例。如果参考发达国家的水平，以 2%的消费比例计算，我国 2010 年的不锈 钢消费量在 11001200 万吨左右。根据不锈钢人均表观消费量进行预测： 目前世界不锈钢人均消费量的平均水平为 5 公斤左右，发达国家平均在 10 公斤左右。过去我国不锈钢人均消费水平远远低于国际

13、平均水平，在经历了 20012003 年这一具有明显的“补课式追赶”阶段后，目前国内不锈钢人均消费量已达到世界平 均水平，为 4.8 公斤左右。随着不锈钢消费领域的多样化和消费升级以及中国经济的迅速发展，国内不锈 钢的人均消费将会持续增加，若按照年增幅 10%的速度平稳发展，2010 人均消费量 达到 7.0 接近发达国家消费水平，以届时 14 亿左右人口计算，消费总量为 980 万吨， 假定 2010 年后以 7%的速度增加，则 2012 年人均消费量为 8.01，费总量达 1121.4 万吨。通过上述三种方法的预测，预计 2010 年表观消费量在 8101200 万吨左右，消 费增幅基本保

14、持与国民经济同比的增速。下表为世界及中国不锈钢产量、消费量及 预测情况。1.3 国内外不锈钢带的生产工艺流程目前世界上冷轧不锈钢带的生产工艺主要有 3 种：传统冷轧不锈钢带生产工艺； 直接轧制退火酸洗不锈钢带生产工艺；全连续式 5 机架冷连轧生产工艺。1.3.1 传统冷轧不锈钢带生产工艺 传统冷轧不锈钢带生产工艺具有较悠久的历史，目前世界上大多数冷轧不锈钢 带生产厂家基本上都采用该生产工艺，国内生产厂家，如太钢、张家港浦项、宁波 宝新、上海 SKS 也均采用该生产方式。其工艺特点是采用单机可逆的多辊轧机进行 一个或多个轧程的冷轧轧制，然后进行退火、酸洗、平整等工序。该工艺成熟可靠、应用广泛，较

15、适宜表面质量要求高及品种多而规模不大的生产。主要工艺机组有罩式退火炉、热带退火酸洗机组、多辊冷轧机组、冷带退火酸洗机组、平整机组等独 立机组。1.3.2 直接轧制退火酸洗不锈钢带生产工艺 该工艺是 20 世纪 90 年代初国际上新开发的冷轧不锈钢生产方式，即热轧不锈 钢原料卷直接经过轧制、退火、酸洗连续生产设备生产冷轧不锈钢带。为降低生产 成本，顺应不锈钢市场激烈竞争，该生产工艺应运而生。即使在冷轧不锈钢产品价 格处于低谷时，该工艺方式仍能在市场中占有一定的优势。但该工艺生产的产品规 格偏厚，最薄规格为 1mm，适应市场所需产品规格范围较窄，适宜于大规模生产较 单一的产品，产品表面质量相对略低

16、。1.3.3 全连续式 5 机架冷连轧生产工艺 全连续式 5 机架冷连轧生产工艺是目前世界上冷轧不锈钢带生产新兴发展方向。 该生产工艺与传统生产工艺的区别在于其核心生产机组采用了与碳钢轧机相类似的 最先进 4 辊、6 辊组合或全 6 辊连轧机，替代了传统的多辊单机可逆式轧机，具有生 产产量高，轧制成材率高等特点。 同时该工艺还能用来生产碳钢、硅钢等多品种， 适应市场变化能力强，可充分发挥规模经济效益，降低单位生产成本，且其占地面 积较传统工艺也有所减少。该生产工艺与直接轧制退火酸洗不锈钢带生产工艺相比， 生产的灵活性大，并且设备间相互牵制的因素大大减小。目前世界上已有多个生产 厂家采用该生产工

17、艺生产不锈钢，主要有美国的 AK 钢铁公司 Rockport 厂、韩国浦 项钢铁公司第二冷轧厂、日本新日铁八幡厂、宝钢股份不锈钢分公司等。1.3.4 不锈钢带退火酸洗工艺及设备研究现状不管是中间退火酸洗还是成品退火酸洗均需在冷带退火酸洗机组上进行处 理。冷带退火酸洗工艺和设备在冷轧不锈钢产品生产中所占的比重是相当大的。但 是，到目前为止，国内几家大型不锈钢生产厂所建设的 10 多条冷轧不锈钢退火酸洗机组均从国外引进，仅有少部分设备是国内合作制造的，我国自主集成生产设备的能力是相当的薄弱。下表为国内几家主要不锈钢生产厂的设备引进情况。 从上表可以看出，到目前为止，这些生产设备中部分设备可以由国内

18、制造厂进行合作制造外，国内在生产设备的设计、制造方面还是相当的薄弱，我国尚且没有 一整套退火酸洗设备是自主设计、集成的。根据测算，从国外引进一套退火酸洗设 备，需投资成本约 3.54.5 亿人民币，而国内自主集成一套退火酸洗设备仅需 2.02.5 亿人民币。 如果，我国掌握了不锈钢冷带的退火和酸洗工艺及设备配置，就可以 根据具体的产品工艺要求，对设备配置进行有所侧重的选择和配置，或在场地上预 留空间，节约投资降低能耗，而不象引进机组，大部分外商为节约设计修改成本， 在设备配置上进行标准配置，在很多情况下造成投资和能源的浪费。自主集成退火 和酸洗设备在大大节省投资成本的同时还会带动国内的制造业、

19、加工业，推动国内 的经济发展。由此可见，掌握冷轧不锈钢带钢的退火和酸洗工艺，提高自主设计、集成不锈 钢冷带退火酸洗生产设备的能力，优化生产设备配置，对提高我国生产高质量的冷 轧不锈带钢产品，降低生产成本、节约能源，满足人民对不锈钢产品日益增长的需 求，降低冷轧不锈带钢的进口量，提高我国出口不锈钢产品的能力都有重要的意义。 不锈钢产品的生产确实相当的重要，但是，我们不能忽略其对环境带来的负面影响。现代化大型钢铁生产厂是我国的能源消耗大户，同时也是各种废气、废水的 排放大户。所以，不断研究其生产工艺，降低能耗，降低排放量也是至关重要的。1.4 本课题研究意义及内容1.4.1 研究意义 掌握冷轧不锈

20、钢带钢的退火和酸洗工艺，提高自主设计、集成不锈钢冷带退火 酸洗生产设备的能力，优化生产设备配置，对提高我国生产高质量的冷轧不锈带钢 产品，降低生产成本、节约能源，满足人民对不锈钢产品日益增长的需求，降低冷 轧不锈带钢的进口量，提高我国出口不锈钢产品的能力都有重要的意义。1.4.2 研究内容 本课题的研究内容是根据某一冷轧不锈钢生产厂的冷带退火酸洗机组的生产工 艺和生产设备，对其进行分析研究，并对该生产线的工艺和设备配置与其它现有的 退火酸洗线的工艺和设备配置进行比较，主要内容如下：1、不锈钢冷带退火和酸洗工艺及设备的研究 根据设计产量要求、产品的表面质量等级、现有场地的情况，进行如下研究： 1

21、）针对炉子的选型、TV值的确定、炉膛温度、退火炉的组成、炉段的长度计算 以及冷却介质和冷却方式的选用进行分析研究，以掌握各种退火工艺的优缺点以及 所选用的退火工艺的适用性和合理性，以及在保证产品质量的同时研究如何提高产 量和缩短炉子长度等，为今后自主设计奠定基础；2）针对酸洗工艺的选型、酸槽型式的选择、酸洗段的组成、酸洗段的长度计算 以及酸洗介质、酸洗温度和最终清洗方式进行分析研究，以掌握各种酸洗工艺优缺 点和设备配置的合理性，以及在保证酸洗质量的同时分析研究如何节约各种化学物 质的消耗和场地的占用，为今后自主设计集成创造条件。2、环保及节能措施 不锈钢冷带在退火和酸洗过程中不仅消耗大量的燃料

22、和化学介质，还会有大量 各种废气和废液的产生。为节约能源，保护环境，对机组产生的废气、废酸、废中 性盐的回收处理工艺进行研究，选用最适合机组生产需要的回收处理方式，以最大 程度降低排放浓度和排放量；同时根据实际生产工艺的需要，对各段产生的废热气 或漂洗水采用不同的循环利用，比如，炉子预热段采用后续加热段的废热气进行预 热，漂洗段的预冲洗段采用逐级逆流方式循环利用漂洗水的工艺进行分析，以降低 能耗，减少排放，保护环境。第二章第二章 不锈钢冷带退火工艺和设不锈钢冷带退火工艺和设备备2.1 引言 不锈钢的退火、酸洗工艺可以分为热带退火、酸洗工艺和冷带退火、酸洗工艺 两种。热带退火、酸洗工艺，又称原料

23、退火、酸洗工艺，是冷轧不锈钢产品生产的首 道工序。热轧不锈钢卷（俗称黑卷）在进入冷轧机进行轧制之前一般都要进行退火、 酸洗，其目的主要是通过退火使热轧卷软化、调整晶粒度或提高塑性，再经酸洗后 除去在热轧或退火过程中生成的氧化铁皮等杂质。冷带退火、酸洗工艺又可分中间退火、酸洗和成品退火、酸洗，主要是使经冷 轧后的不锈钢通过退火软化，得到要求的性能，并通过酸洗消除退火过程中生成的 氧化铁皮等杂质，进一步提高带钢的表面质量。冷轧不锈钢退火工艺的主要目的是通过带钢的加热再结晶来消除加工硬化，从 而达到软化、改善带钢机械性能的目的。不锈钢冷带退火酸洗机组的退火炉一般采 用卧式连续炉，其特点是退火时间短；

24、表面氧化铁皮少；带钢受热均匀；带钢冷却 均匀 。2.2 不锈钢冷带退火工艺不锈钢冷带退火不管是其工艺的选择还是机组设备的配置，都直接影响着不锈 钢产品的质量，同时还很大程度上影响着机组的产量。为此，先进成熟、经济可靠 的生产工艺和合理的设备配置是保证产品质量，满足产量要求关键所在。目前世界上不锈钢带连续退火炉的一些发展趋势及所采用的新技术如下：(1)采 用交流调速变频电机传动，冷带退火酸洗机组工艺段最高速度 80130m/min，TV 值 130 m/min 左右。(2)采用 carousels 型圆盘支撑辊技术，实现在线换辊，缩短换辊 时间。(3)采用换热器对助燃空气进行预热至 400以上，

25、供低 NOx 烧嘴使用。(4)采 用 PLC 控制，实现炉温、带温、炉压及空燃比、钢带空气冷却等自动控制。(5)采用先进的炉内钢带张力控制技术、纠偏技术等。(6)在加热段炉顶安装悬垂度测量仪，进行实时检测。(7)采用数学模型对生产进行控制，对不同厚度、宽度的钢卷跟踪控 制，不同厚度、宽度的钢卷采用不同的机组速度。2.2.1 不锈钢冷带退火的目的和退火炉型的选择不锈钢的退火工艺根据钢种和来料的不同而不同，其所采用的退火设备也不相 同。退火设备主要有周期式退火炉（室状炉和罩氏炉）和连续式退火炉（卧式炉和 立式炉）。周期式退火炉的特点： 1)退火时间长； 2)温度高； 3)生成的表面氧化铁皮多。连续

26、退火炉特点： 1)退火时间短； 2)表面氧化铁皮少； 3)带钢受热均匀； 4)带钢冷却均匀。对奥氏体不锈钢来说，不管是热带退火还是冷带退火，一般都使用连续退火炉进行退火。这主要是因为热轧后的奥氏体钢需通过退火使碳化物溶解并快速冷却防 止碳化物再析出，而冷轧后的奥氏体钢通过加热再结晶消除加工硬化，从而达到软 化目的。对铁素体不锈钢来说，一般热带退火采用周期式退火炉，冷带退火采用连续退 火炉。当然，对单相铁素体来说，因热轧后不存在马氏体，所以采用连续退火炉更 合理。对马氏体不锈钢来说，热带退火采用周期式退火炉，冷带退火采用连续退火炉。 这主要是因为热轧后的马氏体钢通过退火使马氏体分解为铁素体和球状

27、碳化物，而 球状碳化物的析出，聚集，球化需要很长的时间，所以采用周期式退火炉比较合适。2.2.2 不锈钢连续退火和冷却工艺特点不锈钢连续退火和冷却工艺特点 连续退火炉内带钢加热工艺的基本特征是，在连续炉内各段炉温保持恒定的环 境下，带钢在匀速运行中加热。这种炉子在以往的温度设定时，一般不取太大的温 度落差（即炉温与板材之温差），如带钢加热温度在 10101150，炉膛温度控制 在 11001200。但是，根据近几年来的生产、分析和比较表明，为了提高生产效率和节能，对奥氏体钢采用较大的温度落差进行加热，如果加热段炉膛温度从 1200提高到 1250可减少 24%的加热时间。从而较大程度地缩短加热

28、时间，减少带钢氧 化，并使整个带钢受热均匀一致，使带钢组织与性能均匀一致。带钢的冷却工艺对不锈钢性能和板形有很大的影响，而且不同的钢种和板厚冷 却要求各不相同，因此在制定冷却工艺时必须慎重，关键的是要控制冷却速度和冷 却均匀性。对于奥氏体不锈钢当其在 850500之间冷却速度过慢时，材料将因碳 化物在晶界析出而产生敏化，对其产品的耐腐蚀性有明显的影响，所以在该温度范 围必须快冷。奥氏体不锈钢的冷却速度和含碳量有着密切的关系，随着碳含量的增 加冷却速度越快。而铁素体不锈钢不宜急冷，在设备允许的情况下尽量以较小的温度梯度进行冷却。下图是不锈钢的冷却速率与碳含量关系曲线。从图中可以看出随着钢中的碳含

29、量的增加必须提从图中可以看出随着钢中的碳含量的增加必须提高冷却速度，以防止碳化物析出。高冷却速度，以防止碳化物析出。2.3 连续退火炉的退火冷却工艺研究连续退火炉的退火冷却工艺研究本文所基于的 A 厂不锈钢生产厂的退火炉，其采用的退火和冷却工艺和设备 就是基于上述的原理进行的。该退火炉所生产的不锈钢冷带产品品种为奥氏体和铁素体不锈钢，表面等级为 2D、2B 等的普通表面板，其厚度为 0.35.0mm，宽度为9001600mm，年处理量为 35 万 t。 本文根据其所生产的冷轧不锈钢的产量、规格、表面等级要求对其退火和冷却工艺选择以及炉子设备的配置进行研究分析。2.3.1 炉型的选择炉型的选择

30、根据所需生产的产品的产量和表面等级可以确定所选用的炉型。 根据退火工艺要求，目前世界上成熟的炉型有周期式退火炉和连续式退火炉。 因周期式退火炉具有退火时间比较长，温度高的特点，所以主要用于热轧后的马氏 体不锈钢的退火，使马氏体分解为铁素体和球状碳化物，其产量相对较低。 而连续 退火炉具有退火时间短，带钢受热均匀而且带钢表面产生的氧化铁皮少、产量高的 特点，主要适用于冷轧后的不锈钢的退火，通过加热再结晶消除加工硬化以达到软 化目的，所以根据该机组的所生产的产品要求，其退火炉选用连续式退火炉更合适。同时，目前连续炉主要有卧式炉和立式炉两种。立式炉(俗称光亮炉)主要用于生 产厚度为 0.22mm 的

31、表面等级为 BA 的镜面板，且受现有马弗炉长度的限制，且其 产量很低。而该机组所生产的产量高达 35 万 t，且其产品为 0.35mm 厚的表面等级 为的 2B 或 2D 普通冷轧产品，故选择卧式连续炉比较合适。2.3.2 TV 值的确定TV 值中 T 代表带钢的厚度，单位为 mm，V 代表带钢的运行速度，单位为 m/min， 即 TV 值的含义是带钢厚度与速度的乘积，其单位是 mm.m/min。该数值是进行退火 炉设计的首要参数。TV 值的选取十分关键，其主要根据产量、钢种、产品的规格、产品所占的比例、 年可作业的时间来确定的。本文所基于的 A 生产厂，其年产量为 35 万 t，产品的平 均

32、厚度为 1.0mm，产品的平均宽度为 1250mm，年可作业时间为 7000h，机组负荷率 为 90。其 TV 值的选取如下：年作业时间(日历时间检修时间非计划停机时间)有效率8760(h)700(h)700(h)957000h小时产量年产量/年作业时间350000(t)/7000(h)9055.6(t/h)带钢运行速度小时产量/(带钢断面积带钢密度)55.6 (t/h)/1.250(m)0.0010(m)7.8(t/m3)/60(min/h) 94m/minTV=厚度速度1.0(mm)94(m/min)94(mm.m/min) 上述计算中的检修时间和非计划停工时间以及作业时间的有效率是经验值

33、，主 要是根据目前国内各条机组的实际生产运行情况进行分析统计后所选取的。在设计 过程中，年作业时间可依据实际情况进行适当调整。计算中所选取的带钢规格是产品的平均规格，其速度也是平均速度，但在实际 生产过程中，根据产品的厚度不同，其生产速度会不同，而且产品的规格和产量可 能会根据市场的情况进行调整，为此，在设计过程中不能完全按照上述计算得出的 TV 值进行设计，需将 TV 值和机组速度适当提高 1025。根据统计分析，目前国 内所建设的不锈钢冷带退火炉的 TV 值基本在 80130 mm.m/min 之间，带钢运行速 度控制在 80160 m/min 之间。 根据上述计算结果和目前实际产线的应用

34、情况，将退火炉的最大 TV 值定为 110mm.m/min，最大运行速度为 120 m/min 是比较合适的。 从 TV 值的含义可知，一旦确定退火炉的 TV 值，带钢的运行速度就会随带钢厚 度的减小而提高。但当带钢厚度很薄时，其带钢运行速度会很大，可能会超过机组 机械设备所设计的速度范围，此时，带钢的运行速度就不能纯粹按照 TV 值的计算公 式进行选取，只能选取机组所设定的最高的运行速度。2.3.3 炉内氧含量的选取炉内氧含量的选取 退火炉在正常燃烧的情况下，要以理论空气量使燃料完全燃烧是很困难的。在 实际生产中，需要用比理论值高的空气量。空燃比：实际用空气量/理论所需空气量， 是燃烧管理的

35、重要指标。空燃比越高，燃料越容易完全燃烧，但是排气和热损失也 相应增加。在带钢加热过程中，控制好空燃比将是既保证燃料充分燃烧，又尽可能 减少热损失的关键。退火炉各炉段的空燃比设定是不同的，在接近炉子入口的区段 设定为 1.0，朝向炉出口的区段提高到 1.2 或 1.3。空燃比的控制是通过炉内氧含量 的控制来实现的，两者关系见下图。根据空燃比的设定原则和根据空燃比的设定原则和上上图所显示的氧含量与空图所显示的氧含量与空燃比的关系，连续退火燃比的关系，连续退火 炉的加热段氧含量应控制炉的加热段氧含量应控制在在 26之间。之间。2.3.4 退火炉温度的设定退火炉温度的设定不锈钢的热处理的目的是改变其

36、物理性能、机械性能，消除残余应力及恢复由 于加工和加热而受到严重影响的最大抗腐蚀能力。通常情况下，同一热处理工艺既 要得到满意的抗腐蚀能力又要得到最佳的机械性能。冷轧后的不锈钢退火主要目的是加热再结晶退火，退火炉的退火温度设定必需能使钢充分软化，再结晶完全。奥氏体钢的再结晶一般从 900开始，在 10501200之间完成，铁素体不锈钢的再结晶一般从 600开始，在 900950之间完成。随 着温度的升高，晶粒粗化，硬度降低，如果晶粒过于粗大，不仅使带钢表面粗糙， 而且会影响加工性能，对耐晶间腐蚀也有影响。所以，根据钢种的退火特性，奥氏 体的退火温度控制在 10501150之间，铁素体的退火温度

37、控制在 850900之间。本文根据 A 厂实际生产的厚度为 1.0mm，宽度为 1250mm 的奥氏体 304 不锈钢， TV 值为 110mm.m/min 以及厚度为 1.0mm，宽度为 1250mm 的铁素体 430 不锈钢， TV 值为 90mm.m/min 时的退火和冷却工艺的要求，进行分析研究其退火炉段的组成 和长度的设定。奥氏体 304 不锈钢的退火冷却曲线见下图。图中上面一条曲线为炉膛的温度曲线，下面一条曲线为带图中上面一条曲线为炉膛的温度曲线，下面一条曲线为带钢的退火和冷却温度曲线。钢的退火和冷却温度曲线。铁素体 430 不锈钢的退 火冷却曲线见下图。 从上述退火冷却曲线可以看

38、出，带钢在退火炉内的温度随加热时间而逐渐升高，加热到所需的热处理温度后进行快速冷却。炉膛的温度是根据所退火的带钢的温度 要求设定的，同时，为采用较大的温度落差进行加热，缩短加热时间的要求以及保 护炉体设备，炉膛温度的设定比带钢退火温度要略高 100150，由此选定该退火 炉的炉膛最高温度为 1250是比较合适的。2.3.5 冷却工艺和冷却介质的选取冷却工艺和冷却介质的选取 不锈钢退火后的冷却工艺有各种不同的型式。目前，世界上实际应用比较成功 的冷却方式有两种： 一种是常规支撑辊冷却方式，其冷却段内有带钢支撑辊，适合厚度0.25mm 带钢；由于有支撑辊托住带钢，不会因带钢的重力影响而出现垂带现

39、象，但因带钢表面和辊子表面直接接触，一旦辊子表面有杂质或发生变形，就容易 在带钢表面产生辊印。另外一种是气垫式冷却方式：其冷却段内没有带钢支撑辊， 采用气流来托住带钢，以减少带钢和辊子的接触，提高带钢表面质量。但是，气垫式冷却一般只适用于薄规格的带钢（厚度0.25mm），而且控制比较困难，如果带钢过厚，采用气垫式冷却时容易形成垂带现象，影响带钢表面质量。 除冷却方式外，冷却介质的选用也很重要，从不锈钢冷却速率与碳含量的关系可以看出，含碳量越高要求其冷却速率越大，而冷却速率的高低与所选取 的冷却介质密切相关。各种冷却介质的比较见下表。 本文根据 A 厂实际生产的厚度为 1.0mm，宽度为 125

40、0mm 的奥氏体 304 不锈钢的要求，进行分析研究其冷却工艺和冷却介质的选择。 冷却方式的选择：带钢的厚度为 1.0mm，远大于气垫式冷却工艺的适用范围，而且其产品表面等级为普通的 2B 或 2D 产品，表面质量要求相对较低，所以选用常 规支撑辊冷却工艺比较合适。冷却介质的选择：奥氏体不锈钢，为避免其碳化物在晶界析出而产生敏化，对 其产品的耐腐蚀性有明显的影响，带钢温度在 850500之间必须快冷，从退火曲线可以看出，退火后的温度高达 9001150，远远超出快速冷却的 温度范围，但如果在该范围内对带钢进行强制冷却，带钢容易产生变形，为控制板 形，在设计时一般先采用冷却效果差的空气作为冷却介

41、质，将带钢以 14/s 左右的 冷却速率从 1150冷却到 900左右。当带钢冷却到 900以下时，选用冷却效果最好的水作为冷却介质，以大于 50/s 速率从将带钢从 850快速冷却到 500。此后带钢的性能和组织已经比较稳定，可以采用水喷淋冷却方式将带钢从 500冷却到80以下，以避免带钢温度过高而损坏后续的设备。但在实际生产时，因冷带退火 酸洗后的带钢是最终成品，选用水冷对带钢表面质量会有一定的影响，所以，通常 不采用水冷而采用雾冷的冷却方式。铁素体不锈钢根据其材料特性，不宜急冷，在设备允许的条件下尽量以较小的 温度梯度进行冷却。 根据实验结果，奥氏体 304 不锈钢的冷却速率与带钢的厚度

42、关系见下图。据冷却速率与带钢厚度的关系可以看出，带钢越厚，其所需的冷却时间越长， 所适应的冷却速率越低，对于厚度为 1.0mm 的奥氏体不锈钢其带钢运行速度为110m/min，带钢温度在 850500之间时的冷却速率选择为 6570/s 是比较合 适的。但实际所生产的钢种和规格不可能是单一的，其厚度范围大都在 0.33.0mm之内，带钢运行速度范围在 50120m/min 之间，针对该不同的钢种和不同规格带钢的冷却要求，冷却段内采用空冷水冷/高压雾冷的冷却方式是比较经济可行的。 从实际应用情况看，目前国内的几家大型生产厂，如宁波宝新、宝钢不锈钢分公司、上海克虏伯、太钢等均采用该冷却工艺，而且应

43、用情况良好。本文所针对的 A 厂的退火炉冷却段采用了空冷高压雾冷的冷却方式，其空冷段出口处带钢的实测 温度为 150180，雾冷段出口处带钢的实测温度为 7580，实践表明该冷却方 式的冷却效果是比较好的。2.4 连续退火炉的炉段尺寸的设定连续退火炉的炉段尺寸的设定本文所研究的不锈钢带卧式连续退火炉是目前广为使用的退火设备，其特点是 钢带在炉内呈水平状态，边加热边前进，退火炉主要由断带处理水冷却段、辐射预 热段、加热段、冷却段、干燥段等组成。退火炉的炉段尺寸和炉子的总长度主要根 据产量和带钢运行速度以及带钢的悬垂曲线而定，炉堂的宽度视所生产的带钢宽度 而定。炉膛的高度和烧嘴的布置是由带钢的悬垂

44、曲线进行设定的。2.4.1 带钢悬垂曲线带钢悬垂曲线 不锈钢在连续退火炉内进行退火时应考虑高温下带材的特性、炉体构造、前后 设备等因素来设定适当的炉内张力，根据以往的试验和实际的经验，卧式炉的炉内 带钢单位张力最小按照 3.54N/mm2 进行设计。但为了改善薄规格产品的对中，防止 带钢在炉内跑偏，在设计过程将带钢张力提高到 58 N/mm2。悬垂曲线是指一定长度的带在特定的张力控制下的悬垂度。悬垂曲线是根据试 验测试得出的。以厚度为 1.0mm，宽度为 1250mm 的奥氏体 304 不锈钢为例，经测 试得出其在不同张力下的悬垂曲线见下图。上图曲线只表明某种规格产品的悬垂度，在实际生产中不可

45、能对每种产品都进 行试验，而且炉子设计也不可能根据每种带钢的悬垂曲线进行设定长度。 在实际的生产过程种，退火炉的炉段长度是根据所生产的产品的平均规格和预 设定的最小炉内张力进行计算的。不同规格的带钢在炉内的张力和悬垂度控制要借 助计算机的数学模型，根据所输入的带钢的厚度，宽度，预设定长度和张力进行在 线实时自我学习和修正，使带钢以最佳的状态进行退火处理。2.4.2 炉膛宽度的设定炉膛宽度的设定 炉膛宽度主要根据所生产的最宽带钢的宽度进行设定。在炉膛宽度设计时，考 虑到带钢在卧式炉内运行时会出现跑偏现象，炉膛的宽度设计要比实际最宽带钢大， 其设计余量还需根据机组的带钢跑偏检测和纠偏装置的能力。以

46、最宽带钢宽度为1600mm，单侧最大纠偏范围为 200mm 为例，其炉膛宽度选取如下：炉膛宽度(最大带钢宽度纠偏范围2 侧)安全系数1600(mm)+200(mm)21.22400mm在实际炉膛宽度设定时，单侧最大带钢纠偏范围根据实际所选用的跑偏检测和纠 偏装置进行选取，其值在 150200mm 之间。安全系数的选择可以根据实际操作人 员的水平和今后生产过程中来料的板型的好坏程度进行选取。 本文所针对的 A 厂的最大产品宽度为 1600mm，其退火炉炉膛的宽度即设定为2300mm，根据长时间的运行情况看，该宽度能够满足生产的需求。2.4.3 炉膛高度和炉段长度的设定炉膛高度和炉段长度的设定炉膛

47、高度和炉段长度是根据生产带钢的规格和悬垂曲线进行设定的。其设定原 则是根据带钢加热的特性，带钢的最低悬垂点距烧嘴的距离必需大于 650mm，炉膛 的高度通常按照生产时带钢悬垂度的 1.52.0 倍进行选取。 炉段长度的设定：以上图的曲线为设定依据，根据图中的曲线，生产规格1.0mm，宽度为 1250mm 的不锈钢产品，炉内最小张力为 5N/mm2，炉膛高度为带钢 垂度的 2.0 倍时，其各炉段的长度和炉膛高度的设定见下表。 根据上表，退火炉的热预段高度为 2190mm，加热段高度为 1700mm。同时为了便于今后炉内设备的检修，根据人员通行的净空要求，炉膛高度净空需大于 2.0m， 所以退火炉

48、的炉膛高度在满足最大带钢悬垂高度的前提下需结合检修的净空要求进行选取，即选取炉膛高度为 2200mm 是比较合适的。2.4.4 加热段数量的选择加热段数量的选择 根据目前的市场情况，不锈钢的消耗量逐年递增，不锈钢的产量也在不断的扩 大。一条不锈钢退火酸洗线的产量主要取决于退火炉的 TV 值，在生产产品规格既定 的情况下，TV 值的大小决定了加热段的总长度。而加热段的长度与不锈钢产品的退 火曲线密切相关。以退火曲线和炉段长度设定表为基础，该退火炉加热段的数量的 计算如下： 1）带钢从 0加热到 1150带钢在炉内运行的长度为 120m，即加热段的总长 度为 120m。2）带钢进入加热段时经预热段

49、预热到 300350左右，则实际所需加热段长度 为加热段总长预热段的长度，即 120(m)30(m)=90m。 3）加热段数量加热段总长度/每段长度90(m)/20.5(m)4.39 段 因炉段的选取只能是整数，故该退火炉的加热段数选取 5 段是比较合适的。 A 厂的退火炉加热段即分为 5 段，每段长 20m，与上述设定原则是比较符合的。2.4.5 冷却段数量的选取冷却段数量的选取退火后的冷却对材料的性能和板形都有很大的影响，而且不同的钢种和产品厚 度的冷却条件不同，在设定冷却条件时必需十分慎重，特别是冷却速率和冷却均匀 性的控制。冷却方式和冷却段的设置取决于产品的冷却曲线。以奥氏体 304

50、不锈钢冷却速率与带钢厚度、冷却时间的关系和炉段 长设定为基础，该退火炉冷却段的数量计算如下： 1）带钢从 1150冷却到 100左右，所需的冷却时间为 28130s。 2）根据 2.3.2 节所设定的退火炉的 TV 值和机组速度，可知，1mm 厚的奥氏体 304 不锈钢的速度 110(mm.m/min)/(1.0mm) 110m/min5mm 厚的奥氏体 304 不锈钢的速度 110(mm.m/min)/5(mm) 22m/min 3) 冷却段的总长带钢运行速度冷却时间 (22m/min130s)(110m/min28s) =47.651.3m 4）冷却段数量冷却段总长度/每段长度 47.65

51、1.3(m)/10(m) 4.765.13 段 因冷却段的选取只能是整数，故该退火炉的冷却段数选取 6 段是比较合适的。 根据带钢冷却到 100以下时，带钢的材料性能基本不会变化，为节约冷却时间，最 后一段可以选取冷却效果好的水或高压水雾作为冷却介质，进行快速冷却，即冷却 段的最终选取为 5 段空冷段1 段水冷却段或高压水雾冷却段。 本文所针对的 A 厂连续退火炉的冷却段就是按照上述原则选定的，其冷却段 组成为 5 段空冷段1 段高压水雾冷却段。在实际生产过程中，这种冷却段组合方式 的冷却效果很好，设备运行情况也很好。2.5 连续退火炉各炉段的组成及特点连续退火炉各炉段的组成及特点2.5.1

52、断带处理水冷却段断带处理水冷却段 生产过程中如发生断带情况，机组停机后，钢带将反向回转，并经过处于炉头 的水冷却室冷却。该冷却段设置的目的主要是避免将带钢从退火炉中托出来时因带 钢的温度过高而损坏机组的其它设备。该冷却室内设有一钢辊，用于支撑回拽的钢 带，正常生产过程中，钢辊不起支撑作用。在生产初期，因生产设备和操作工均处于磨合期，断带事故时有发生的情况下， 与以往的无断带处理水冷段相比，该种设备配置可以大大缩短事故处理时间，提高断带事故处理的安全性和可操作性。 该段长度的设定主要以实际场地和操作角度出发来设定，并没有特殊的要求， 在设计中其长度通常设定为 35m。2.5.2 热辐射预热段热辐

53、射预热段热辐射预热段位于加热段入口，其热源主要来自后续加热段的热废气，本身并 不设有烧嘴，经过预热段带钢一般可以升到 400左右，当然，随着带钢厚度的增加， 带钢达到的温度会相应降低。该方式可使加热段的高温烟气全部流入预热段，对带 钢进行辐射预热，这种配置不但缩短了带钢的加热时间，提高炉子的热效率，还减 少了近 810的热源消耗和废气排放。本文所针对研究的 A 不锈钢生产厂的连 续退火炉的热辐射预热段见下图：该预热段的结构特点是如下： 1.预热段总长为 30m； 2.炉体操作侧设有一扇检修门和二个窥视孔，用于操作人员在检修期间进入炉内进 行设备维修和在生产过程中观察炉内带钢的运行情况； 3.炉

54、顶设有一个热电偶探头，一个带钢悬垂度传感器和一个锆材氧分析仪，分别用 以检测炉内的温度、带钢的悬垂度和炉内的氧含量；4. 在预热段入口处设有一密封装置，采用气刀进行密封，气刀的开闭由人工进行操 作。为避免气刀的损坏，还设有一保护辊用以保护气刀，见左图： 5. 热废气通过设置在预热段入口端部的风管收集起来后排入废气处理装置进行统 一处理达标后排放。2.5.3 加热段加热段 加热段采用燃气燃烧直接加热，使带钢达到所需的最终退火温度。根据钢种和带钢的规格来设定炉膛内的加热温度和烧嘴的燃气流速。经过加热后，带钢温度可以达到 9501150，炉温可以达到 1250左右。该加热段的结构特点是如下：1.根据

55、图 2-4 和图 2-5 奥氏体和铁素体不锈钢的退火冷却曲线，该退火炉的加热段 的最高炉膛温度设定为 1250；2.炉膛上下和左右两侧膛壁上衬有耐火材料或耐火砖，其耐热温度高达 1425；3.根据 2.4.4 节和表 2-2 可知，该加热段共分为 5 段，每段长度为 20m。五段加热 段连续相连形成一个连续均匀的加热环境；4.每段加热段炉顶布置有 2 个热电偶，一个用于炉内温度的控制，一个用于温度过 高时的检测报警；5.烧嘴布置在两侧墙上，每侧墙上又分上、下两排交叉布置，带钢在上、下两排烧 嘴火焰中间均匀加热；A 厂加热段烧嘴的实例见图 2-12；根据实测，烧嘴的交叉 布置方式，可以使燃烧废气

56、中的 NOx 的含量降低 3050； 6.在两段加热段之间设有圆盘支撑辊，用于支撑带钢，圆盘辊换辊装置示意图见下图，A 厂圆盘辊装置实例见图 2-14，A 厂圆盘辊换辊装置的实例见 2-15。根据 实测，人工换辊时间约为 2530min，该种装置所需时间为 1015min，大大缩短 了换辊时间，降低了工作强度； 说明：圆盘辊的工作原理是：生产过程中，上支撑辊与带钢表面接触，支撑带钢，下工作辊处于离线状态。当上面的工作辊需要更换时，带钢的速度下降到 50m/min，与圆盘辊的线速度一致，放开锁紧装置，旋转圆盘辊将下辊变为上辊，再 锁紧圆盘辊，带钢升速到正常速度。 7.炉体两侧设有一扇检修门和二排

57、窥视孔。检修门用于操作人员在检修时进入炉内进行设备维修和；窥视孔用于操作人员实时观察炉内烧嘴的火焰形状和带钢的运 行情况，以判别烧嘴燃烧情况和带钢的垂直度； 8.每段加热段都设有一套压力开关和压力计，用以检测炉内的压力；当炉内压力超 过设定值时，燃气主管道上的安全阀将自动切断燃气的供应；9. 每段加热段都设有一套锆材氧含量分析仪，用于检测炉内的氧含量，以控制空燃 比；10. 带钢在退火炉加热段内运行了近 100m 后，由于张力控制等原因会产生一定跑偏， 为确保带钢在后续冷却段内的正常运行，此时在退火炉出口设置跑偏装置，其纠 偏能力为1.3200mm，精度为5mm。11. 加热段内设有两套排气系

58、统，分别收集加热段 IIII 和加热段 IIIV 的废燃烧气体，统一收集后排入废气处理系统集中处理达标后排放，A 厂加热段排气系统设 置见下图： 12. 加热段设有 N2 自动吹扫装置，在退火炉检修或非计划停机时，N2 自动吹扫装置 随即启动，将炉内和管道内的燃烧气体吹扫干净，确保操作人员进入炉内检修时 的安全性。 2.5.4 冷却和干燥段 退火炉冷却段的冷却方式和冷却介质有多种，本文以 A 厂退火炉的冷却段为分 析对象，对其冷却方式和冷却段的组成结构进行分析研究。本文所针对研究 A 厂的 冷却干燥段的布置原理的见下图。该冷却段的冷却方式和冷却段的组成在 2.4.5 节 已经论述，其设备结构特

59、点是如下：1.冷却段采用空冷(5 段)高压雾冷段(1 段)的组合冷却方式；2.每段空冷段内设有 20 组不锈钢空气喷头，均匀布置在冷却段槽体内，确保空气 均匀的喷射到带钢的上下表面；每个喷头都带有一套手动调节阀和锁紧装置，以 确保恒定的空气流量和压力；3.冷却段内设有压力测量仪，一旦出现空气断流或压力过低，将自动将信号传入控 制系统，使机组停止运行；4.冷却段的底部成“V”型，以方便收集从带钢表面落下的杂质；5. 高压雾冷段用压缩空气将水雾化，与高速空气一起喷射到带钢表面，雾冷段共设 有 10 个喷嘴，交叉均匀的布置在冷却段槽体内，确保带钢上下表面的均匀冷却；6. 干燥段出口侧设有高温计，以检

60、测带钢的温度，并将其反馈至冷却段的控制系统， 以调节高压雾冷段喷嘴的开启数量和流速；确保干燥段出口处的带钢温度控制在80左右；7. 干燥段采用热空气吹扫的干燥方式，去除带钢表面的水滴和杂质；该段共一段， 约 5m；A 厂的干燥段布置见下图 ；8. 为确保干燥效果，降低热空气的消耗，在干燥段入口处设有一对挤干辊，用以去 除带钢表面过多的水分；A 厂的干燥段入口挤干辊见图。9. 入口挤干辊上设有带钢对中检测装置，根据测量结果左右移动辊架底座，以调整带钢在冷却段内的对中，其纠偏能力为1.395mm，精度为2mm；这种 组合型式可节约一套纠偏装置约(810 万元)；10. 从冷却段排出的废热空气或热气

61、雾通过一套与各冷却段相连的管道统一经废气 收集装置收集、过滤后排放。2.6 本章小结不锈钢冷带退火不管是其工艺的选择还是机组设备的配置，都直接影响着不锈 钢产品的质量，同时还很大程度上影响着机组的产量。1、根据产品大纲和产品规格确定退火炉的 TV 值、炉段长度。并根据不锈钢产 品钢种的退火和冷却曲线，确定炉温的选取、冷却方式和冷却介质的选用。2、退火炉主要由断带处理水冷却段、辐射预热段，加热段，冷却段，干燥段等 组成。加热段炉膛上部全部连通，使烟气全部流入预热段对带钢进行预热，充分利 用烟气余热，提高炉子的热效率，降低废气排放。3、退火炉内的炉温和炉压通过炉内的温度和压力检测仪，将信息反馈给加

62、热控 制系统，实现实时调节炉内压力和温度。4、为了提高连续退火炉的生产效率和节能，采用较大的温度落差进行加热，可 大大地缩短加热时间，减少带钢氧化，并使整个带钢受热均匀一致，使带钢组织与 性能均匀一致。5、对于奥氏体不锈钢在 850500之间冷却速度慢时，将因碳化物在晶界析 出而产生敏化，对其产品的耐腐蚀性有明显的影响，所以在该温度范围必须快冷。 而奥氏体钢的冷却速度和含碳量有着密切的关系，随着碳含量的增加冷却速度越快。6、为解决带钢在高产的连续退火炉内的跑偏问题，在炉子加热段和冷却段出口 处须对带钢进行纠偏，保证带钢在炉内运行的居中。7、为解决带钢在退火炉内因加热段过长而产生垂带现象，采用了

63、圆盘支撑辊装 置和圆盘辊架换辊装置，实现在线换辊，较少换辊时间，提高退火炉作业率。第三章第三章 不锈钢冷带酸洗工艺和设不锈钢冷带酸洗工艺和设备备3.1 引言 冷轧钢带的原料是热轧钢带，经过热轧的钢带表面会有一层硬而脆的氧化铁皮， 这一层二次氧化铁皮是在高温轧制时生成的。由于不同型号的普通钢带与不同型号 的特殊钢带在化学成分、力学性能上的要求都不一样，因此，在轧制温度、冷却速 度及卷取温度等方面也都不一样。造成热轧钢带表面的二次氧化铁皮的组织和机构 也有区别，低碳钢热轧钢带表面的氧化铁皮，主要是铁的氧化物，最里面的一层是 FeO和Fe3O4的固溶体；再外面的一层是Fe3O4；最外面的一层是Fe2

64、O3，呈柱状结晶 构造。在氧化铁皮中除了铁的氧化物外，还有P、Mn、Si、S、C等有害元素的氧化 物，为保证冷轧带钢板的产品质量，如钢板表面的光滑程度、均匀的厚度、平整的 板形等，必须去除这些氧化物和杂质。3.2 不锈钢酸洗工艺的种类及其发展史不锈钢酸洗工艺的种类及其发展史不锈钢在冷轧和退火过程中，带钢表面上会形成一层金属氧化物层，如：氧化 铬，氧化铁和其它合金氧化物等，这些氧化物的混合比例要根据不锈钢的成分，退 火条件和其它因素而定。氧化物层中的大部分以金属氧化物颗粒的状态黏附在带钢 表面，这些颗粒很难在酸液中溶解，而且，在这层氧化物层的下面还会形成一定组 成和厚度的铬渗透层。为了保证带钢的

65、表面特性与其它部位的带钢特性相一致，其 铬含量就必须与带钢内部的铬含量一样，因此，必须采取多级的酸洗工艺将带钢表 面的氧化物层及铬渗透层去除。随着不锈钢酸洗工艺的不断发展，近年来酸洗工艺和设备正越来越为适应环保 和改善工作条件而不断改进，其酸洗工艺的种类和发展史如下： 化学酸洗：利用HNO3和HF的混合酸进行化学酸洗。 H2SO4电解酸洗化学酸洗：先在电解酸洗槽中进行，然后进入化学酸洗槽中进行HNO3+HF化学酸洗； 早期冷轧带钢的酸洗主要采用上述和的酸洗方法，其所需的酸浸时间长，酸耗量大，产量低，带钢表面的光泽性差，属于淘汰技术。碱液（盐浴）电解酸洗化学酸洗：带钢首先在450500的熔融碱液

66、（由 苛性钠和硝酸钠组成）中进行加热氧化，随即淬水使带钢表面的铁鳞更加疏松，然 后再进入电解酸洗槽内进行HNO3或H2SO4电解酸洗，最后带钢进行HNO3+HF化学酸 洗；在20世纪40年代末，美国首先研发了该种酸洗方法，俗称盐浴法，主要解决 了以前化学酸洗和电解酸洗时间长的问题，是连续酸洗技术的一次飞跃，后来在日 本得到普遍地应用。该工艺先在碱溶融盐中浸渍，然后进行混酸酸洗，这种工艺不 管对何种不锈钢品种，脱鳞效果均不错，有利于带钢表面的光洁度，它特别适合于400系列的钢种，如409、410产品等，但它存在着一些如下缺点：1. 在450的高温下作业，碱液大量飞散，工作环境差；2. 使用金属辊

67、，容易划伤带钢表面，难以提高带钢的质量；3. 熔融盐粘性高，高速运转时带出的盐多，故处理速度提不高，机组速度只能限制 在4060m/min左右，显然已不能适应连续的现代化大生产的要求。 中性盐电解酸洗化学酸洗：带钢首先在中性盐（Na2SO4）溶液中进行电解 酸洗，然后进入由HNO3或HNO3+HF混合酸组成的酸液中进行化学酸洗。60年代初，奥地利RUTHNER公司开发了更为先进且可改善环境的酸洗新工艺， 不锈钢酸洗在预处理时采用了无害的中性盐电解液工艺，然后进入混酸酸洗。主要 解决了退火工序和酸洗工序在时间匹配上的困难，改善了酸洗带钢的表面质量，使 不锈钢酸洗在质量和环境保护两方面都向前迈进了

68、一大步。该酸洗工艺于1968年在 日本首先投入大工业生产，通过电解、化学双重反应可有效地去除奥氏体经退火后 形成的铬缺乏层，但是对铁素体的除鳞性能却不稳定，而且经混酸酸洗处理后就会 增大带钢表面的粗糙度，且无光泽。在新建的机组中大都采用中性盐方法，至今RUTHNER已向全世界供应了70多套生产设备，其工艺在世界范围内得到了广泛地应用。1997年RUTHNER开发了重力酸洗法来代替水平的槽式酸洗。该酸洗工艺仍采用 中性盐电解混酸，所不同的是带钢是垂直运行的。电解液靠重力高速地喷射在带 钢表面，通过电解、化学双重反应，高效地除去带钢表面的杂质。重力中性盐酸洗 工艺可以替代盐浴工艺，特别对于410、

69、409及含Nb、Si、Al的不锈钢处理结果优于 盐浴法，其优点有：1）电极与带钢的距离小，减少了电压损失，节省电能，降低成本；2）可以加大电流密度，有效地除去带钢表面峰尖的氧化物；3）可根据用户对产品的要求，改变喷酸量、生产灵活性大；4）提高了带钢表面的质量，表面等级可达到2BB，即接近BA板；5）机组长度可缩短35，节省了投资(混酸段也为重力酸洗)。中性盐电解酸洗电解酸洗：带钢首先在中性盐（Na2SO4）溶液中进行电解 酸洗，然后进入由HNO3电解液中进行电解酸洗。该工艺是近几年日本开发的，主要为了提高Cr系钢的除鳞性能，带钢先进入中 性盐电解后再进行硝酸电解。这样，只需15s就能完全除去带

70、钢表面的氧化铁皮。3.3 冷轧不锈钢的连续酸洗工艺的选择冷轧不锈钢的连续酸洗工艺的选择本文所基于的 A 不锈钢生产厂的连续酸洗线，建设于 2006 年，其采用酸洗工 艺即是目前世界上最为广泛采用的中性盐电解酸洗法。该连续酸洗线是一条综合退 火和酸洗的连续退火酸洗线，所生产的不锈钢冷带产品品种为奥氏体和铁素体不锈 钢，表面等级为 2D、2B 等的普通表面板，其厚度为 0.35.0mm，宽度为 9001600mm，年处理量为 35 万 t。3.3.1 酸洗工艺和设备的选择酸洗工艺和设备的选择电解酸洗工艺流程的目的是为了从贫铬层去除铬含量很高的铬酸盐层。该贫铬 层在退火过程中形成，位于连续铬酸盐层下

71、面(不锈钢轧制、退火、酸洗综合线)。为了使以后的工艺步骤中的混酸能与贫铬层直接接触并溶解，必须实现除铬酸盐这一步。不过，在电解酸洗段可以实现贫铬层低溶解率。在化学酸洗过程中，可以除去 在退火步骤中形成的贫铬层和上述步骤中形成的铬层，以及电解酸洗后带钢表面可 能留下的氧化残留物，实现带钢最终表面所需的铬含量。根据3. 2节不锈钢酸洗的种类以及其各自的优缺点可知，HNO3和HF混合酸液的 化学酸洗和电解酸洗化学酸洗方法因所需的酸浸时间长，酸耗量大，酸洗后带钢 表面的光泽性差，属于淘汰技术。而碱液（盐浴）电解酸洗化学酸洗的酸洗方 式因采用近500的高温熔融强碱液，如果进行高速生产，高温的熔融强碱液会

72、飞溅 出来，工作环境极差。为此，该工艺只能适用于小产量的生产，不能满足现代化高 速、高产量的酸洗要求。 根据A厂的酸洗线的生产要求，其机组速度高达120m/min，年产量高达35t，同 时按照其所生产的产品大纲以及酸洗工艺的发展趋势和现代环保、节能意识的增强， 选用目前最为先进的和组合的酸洗工艺是比较合适的，具体如下：1) 奥氏体不锈钢的酸洗工艺为：Na2SO4（电解）酸洗混酸（HNO3+HF）酸洗2) 铁素体和马氏体不锈钢的酸洗工艺为：Na2SO4（电解）酸洗HNO3（电解）酸洗 需要说明的是：为了提高Cr系钢的除鳞性能，冷轧铁素体和马氏体不锈钢的酸洗工艺中采用了HNO3电解而不采用混酸（H

73、NO3+HF）酸洗，因为该系列产品的带钢 表面生成的氧化铁皮与带钢基体结合得更为紧密，其酸洗比奥氏体要困难，故采用 酸性更强的溶液，以保证酸洗效果，减少酸洗时间。奥氏体(304)不锈钢典型的酸洗工艺铁素体(430) 不锈钢典型的酸洗工艺3.3.2 酸洗速度的设定由本文的第二章节可知，机组的产量由退火炉的 TV 值决定，在产品大纲既定的 情况下，该机组的工艺速度也同时确定下来。而本论文所针对的 A 厂的不锈钢酸洗 线是和退火结合在一起的连续生产线，为此，其酸洗速度必须适应退火速度的要求， 与其选用相同的工艺生产速度，即最大酸洗速度为 120m/min。3.3.3 酸槽宽度的设定酸槽宽度主要根据所

74、生产的最宽带钢的宽度进行设定。在酸槽宽度设计时，考虑到带钢在卧式炉内运行时会出现跑偏现象，酸槽的宽度设计要比实际最宽带钢大，其设计余量还需根据机组的带钢跑偏检测和纠偏装置的能力。以最宽带钢宽度为1600mm，单侧最大纠偏范围为 200mm 为例，其酸槽宽度选取如下：酸槽宽度(最大带钢宽度纠偏范围2 侧)安全系数1600(mm)+200(mm)21.22400mm在实际酸槽宽度设定时，单侧最大带钢纠偏范围根据实际所选用的跑偏检测和 纠偏装置进行选取，其值在 150200mm 之间。安全系数的选择可以根据实际操作 操作人员的水平和今后生产过程中来料的板型的好坏程度进行选取。 本文所针对的 A 厂的

75、产品最大宽度为 1600mm，其酸槽的宽度为 2500mm。3.3.4 酸洗段的材质、长度和酸槽数量的确定酸洗段的材质、长度和酸槽数量的确定 考虑到酸洗槽需具有耐腐蚀等良好的性能以及防漏性能，目前酸槽槽体的材质 主要有两种，一种是耐酸砖衬槽体，主要用于腐蚀性较低的 Na2SO4 电解酸洗槽，其 每个槽体的长度可以达到 2540m；另一种是 PP 槽，主要适用于强腐蚀性的 HNO3 电解酸洗槽和 HNO3+HF 酸洗槽，其每个槽体的长度可以达到 2540m，但其酸液温 度需90。 耐酸砖衬槽的价格比 PP 槽要低，但因其耐酸砖的耐腐蚀性能没有 PP 槽好，而且耐酸砖是在现场由施工人员进行实地贴衬

76、，在生产时会因各种因素产生 漏酸的现象，在生产过程中检修和维护的工作量比较大。而 PP 槽在加工厂制造加工 完成，不但外表整洁美观，而且耐酸性能比砖衬槽要好多，维护检修的工作量小。在实际生产中，每个生产厂可根据其实际的情况对槽体的材质进行不同的选 择，如宁波宝新的酸洗线上的 Na2SO4 电解酸洗槽为砖衬槽，而宝钢不锈钢分公司的 酸洗线上的 Na2SO4 电解酸洗槽为 PP 槽。酸洗段的长度主要取决于带钢的运行速度和所需的酸洗时间，而酸洗段各段的 数量则根据酸槽槽体的长度来确定。酸洗段总长度和酸洗槽数量的设定原则是：1) 混酸酸洗段的长度酸洗时间带钢运行速度2) 酸槽数量酸洗段总长度/酸槽长度

77、 根据 A 厂实际生产的厚度为 1.0mm，宽度为 1250mm 的奥氏体 304 不锈钢，TV 值为 110mm.m/min 以及厚度为 1.0mm，宽度为 1250mm 的铁素体 430 不锈钢，TV 值为 90mm.m/min，结合酸洗时间表要求，其酸洗段的长度设定如下：1) Na2SO4 电解酸洗槽 酸槽长度酸洗时间带钢运行速度3045(s)110(m/min)5582.5m砖衬槽数量酸洗段总长度/酸槽长度5582.5(m)/2540(m)1.43.3 个PP 槽数量酸洗段总长度/酸槽长度5582.5(m)/2540(m)1.43.3 个2) HNO3 电解酸洗槽 酸槽长度酸洗时间带钢

78、运行速度1320(s)90(m/min)19.530(m)PP 槽数量酸洗段总长度/酸槽长度19.530(m)/2540(m)0. 51.2 个3) HNO3+HF 混酸槽 酸槽长度酸洗时间带钢运行速度2025(s)110(m/min)36.745.8(m)PP 槽数量酸洗段总长度/酸槽长度36.745.8(m)/2540(m)0.91.8 个根据上述的设定原则，可以大致的计算出所需酸洗段的总长度，在实际设计中 还需结合场地的情况，酸洗产品的规格范围和来料情况进行综合考虑。 本文所针对的 A 厂的酸洗段各段的实际长度和酸槽数量如下：1) Na2SO4 电解酸洗槽PP 槽体，共 68m，3 个酸

79、槽，其中 2 个为 22m，1 个为 24m2) HNO3 电解酸洗槽PP 槽体，共 24m，1 个酸槽3) HNO3+HF 混酸槽PP 槽体，共 44m，2 个酸槽，每个为 22m从上述的计算结果和 A 厂实际配置可以看出，两者的选择配置基本一致。3.4 酸洗段组成及其设备的分析研究酸洗段组成及其设备的分析研究根据A厂的产品大纲和所选用的酸洗工艺，同时为节约设备的场地占用，节约投 资，该酸洗机组将根据奥氏体不锈钢和铁素体及马氏体不锈钢的酸洗工艺要求，将 电解酸洗段和化学酸洗段前后串联布置，在生产不同钢种时，采用切换酸槽工作状 态和酸液配置的方式来满足不同钢种的生产需求。该酸洗段主要由Na2S

80、O4电解酸洗 段、中间刷洗段、HNO3电解酸洗段、混酸酸洗段、五级漂洗段和最终干燥段组成的， 其主要工艺流程，设备配置原理和酸洗段设备实例分别见图1、图2和图3。图1酸洗工艺流程图2设备配置原理图3酸洗段设备实际生产中，在场地宽裕的情况下，酸洗段的每段成“一”字行布置在同一水平面上，便于带钢的运行控制，减少转向辊的配置，降低带钢的翻转以及与辊子的 接触，提高表面质量。而A厂因受场地限制，酸洗段不能成“一”字行布置，必须以 上下两层布置，其Na2SO4电解段布置在上面，HNO3电解段和混酸段布置在下面，所 有循环槽均布置在地面上，通过管路进行酸液的循环、补充和排放。根据这种布置， 为避免带钢在上

81、下翻转时跑偏，在设计过程中，其转向辊上配置了带钢对中检测和 纠偏装置，以保证带钢的对中运行。3.4.2 脱脂段工艺和设备脱脂段工艺和设备冷轧不锈钢表面质量要求比较高，为最大程度上达到不锈钢产品表面的高质量 要求，经分析研究，在退火酸洗机组的退火炉前设置一段长 2025m 的脱脂段，用 以去除带钢表面的油污、碎屑等杂质，避免带钢在退火过程中因带钢表面的残留油 污和其它杂质的碳化而形成黑斑，影响带钢的表面质量，这是在以往的机组中没有 的。经脱脂后带钢表面残油量可以控制在每面 2050mg/m2 以下，脱脂液可以使用80左右的碱溶液，也可以使用高压热水（压力为 3bar，温度为 90），采用何种脱

82、脂剂，主要视实际生产工艺要求和生产成本等因素而定本文所针对的 A 厂，其退火炉段前就设置了一段长 22m 的脱脂段，其脱脂工艺 选用碱液脱脂，流程为：碱液浸洗二级碱液刷洗热水漂洗带钢干燥，其布置 见下图所示(带钢运行方向为右左)。各段的具体配置如下：1. 碱液浸洗槽：溶液浓度为2030的碱液，温度为7090；碱液由喷嘴直接喷 射到带钢表面，带钢边运行边浸洗。2. 碱液刷洗槽：溶液浓度为2030的碱液，温度为7080，槽内设有2套刷辊 装置，每对刷辊装置由刷洗辊和支撑辊组成，刷辊和支撑辊采用单独传动，单独 液压缸控制升降。通过随时调节辊子的转速，保证辊子与带钢的运行速度同步， 并通过调节液压缸的

83、行程随时调节刷辊和支撑辊间的辊缝，保证带钢始终和刷辊接触，确保刷洗效果。3. 漂洗段：采用热水漂洗，温度为75，分三级漂洗，漂洗水喷嘴布置最后一级漂 洗槽内，漂洗水直接喷射到的带钢上下表面。漂洗水通过溢流的方式，从最后一 级逐级往前逆流，在保证清洗效果的前提下节约用水。4. 带钢干燥段：采用压缩空气对带钢上下表面进行高压吹扫，去除带钢表面的残留 水分。经实测数据对比分析，A厂的脱脂段在120m/min的运行速度下，入口带钢表面的 残油量每面为250mg/m2时，带钢经90的碱液溶液脱脂后，其出口带钢表面的残油量每面可以控制在50 mg/m2以下，表面残油量为脱脂前的20%。同样，对国内B厂的脱

84、脂段(与A厂的脱脂段长度相近)在120m/min的运行速度下，入口带钢表面的残油量 为每面250mg/m2时，带钢经90的高压热水冲洗后，其出口表面的残油量只能控制 在每面80100 mg/m2以下，表面残油量为脱脂前的32%40%。如果要达到同样的脱脂效果，按照每米高压水冲洗槽所去油脂7.73mg/m2(250-80) mg/m2/22m=7.73 mg/m2计算，B厂所需的脱脂段长度为25.87m7.73 mg/m2/m*(250-80) mg/m2。 此可以看出，A厂因采用了碱液脱脂工艺，不但保证了脱脂 效果，而且减少设备投资和能源消耗，在一定程度上实现了现代化大型生产设备的 节能要求。

85、3.4.3 Na2SO4 电解段工艺和设备电解段工艺和设备 Na2SO4电解段，通过布置在带钢上下表面，正负(“”)极相间的电极，使 Na2SO4电解液与带钢表面的金属氧化物反应生成金属氢氧化物沉淀于酸洗槽内，从 而达到去除氧化铁皮，提高带钢表面质量的效果。其反应原理用为：本文所针对的A厂的Na2SO4电解酸洗段的酸洗工艺就是基于上述的反应原理进行设置的，其电解酸洗段的工艺参数见下表。1. 酸洗段共 12 套阳极，24 套阴极，24 套整流器；正负相间布置的每一套电极都配 有二个整流器， 这样布置使得电流强度大，酸洗效果好；2. 酸洗段共 3 个 PP 材质的“V”型槽体，为方便槽盖的打开，每

86、个槽体配有 4 个独 立的 PP 槽盖，槽盖上设有窥视孔，以供操作人员随时观察槽内的情况；槽盖与 槽体之间采用水封，避免酸液的泄漏，提高生产的安全行，改善生产环境；3. 为确保最好的酸洗效果，新酸液从酸槽的入出口两头直接喷射到带钢表面，不仅 促进酸液的良好循环，使酸洗杂质大都沉到酸槽的底部，还可以节少酸液的消耗；4. “V”型的浅槽体可以促进溶液中的杂质用于重力作用沉到槽底，从而使上部的酸 液比较清洁，提高酸洗效果，节省酸耗；5. 槽与槽之间设置了密封辊，槽的入口和出口设置了挤干辊和密封辊，由此避免残 留在带钢表面的酸液因带钢的运行而的带出槽体，减少酸液的消耗，改善生产环 境；6. 电解槽内设

87、有 1 个支撑辊，用以支撑带钢，避免带钢过长而产生垂带；7. 各酸洗槽之间的辊子未完全嵌入槽内，方便操作人员在操作过程中进行检查；8. 电解酸洗段配有 3 个循环罐，每个 60m3，酸液通过 2 个热交换器进行加热，以 保证酸槽内酸液的及时循环和补充；9. 电解酸洗段配置了废 Na2SO4 回收系统，可以将废 Na2SO4 溶液进行回收，过滤， 还原（Cr6+还原 Cr3+）处理后重新利用，降低成本，提高的 Na2SO4 利用率，改 善环境。有关 Na2SO4 回收系统具体见第四章节。3.4.4 中间刷洗段工艺和设备中间刷洗段工艺和设备 中间刷洗段采用机械刷洗将残留在带钢表面的污泥和杂质去除。

88、当带钢出了 Na2SO4 电解段后，进入到中间刷洗段，采用预脱盐 水或工业用水作为清洗介质。当溶液中的 Cr6+离子含量达到 0.51g/l 或悬浮物颗粒达 到 410g/l 时，循环罐中的清洗液需排空后重新补充，以保证刷洗效果。A 厂的中间 刷洗段设备特点如下：1. 刷洗段长约 4m，最大的刷洗速度为 1000rpm；2. 中间刷洗段配有 2 套刷洗装置，每套由一个刷洗辊和一个支撑辊组成，其中一套 刷洗装置中刷辊布置在带钢的上表面，另一套刷洗装置的刷辊布置在带钢的下表 面，以保证带钢两面的质量；3. 因钢刷容易划伤带钢表面，棕榈刷的寿命短，A 厂刷洗机上刷辊的刷毛采用耐磨 的 PP 材料，不

89、但保证了刷洗效果，还减少刷毛对带钢表面的损伤，提高刷毛的 寿命；4. 刷洗辊采用液压缸调节升降，以控制刷毛压入带钢的深度；5. 预脱盐水或工业水直接喷射到带钢表面，确保刷洗的效果；6. 刷洗槽的入口和出口均设置了挤干辊，用以去除带钢表面残留的液体，避免带钢 表面的过多的残留液带入下级酸洗段；7. 刷洗段配有一个刷洗水循环罐，刷洗水循环使用，以减少水的消耗。在中间刷洗段出口和 HNO3 电解酸洗入口处各设有一套转向辊，这两套转向辊 上设有带钢对中检测和纠偏装置，不但可以改变带钢的运行方向还可以矫正带钢的 运行，避免带钢跑偏。纠偏装置的纠偏范围为100mm，纠偏精度为5mm。3.4.5 HNO3

90、电解酸洗段工艺和设备电解酸洗段工艺和设备 冷轧铁素体和马氏体不锈钢表面生成的金属氧化物层与带钢基体结合得比较紧 密，去除也较困难，为使金属氧化物生成稳定的氮氧化物溶解于酸液中，从而达到 清洁带钢的效果，故采用 HNO3 电解液对带钢进行酸洗，其反应原理如下：本文所针对的A厂的酸洗段中HNO3电解酸洗段就是基于上述反应原理进行设置的，其酸槽的工艺参数见下表。A 厂的 HNO3 电解酸洗段的每个酸槽的配置见下图(带钢运行方向为从右左)其主要设备特点如下：1. 酸洗段共 4 套阳极，8 套阴极，4 套整流器；正负相间布置的每一套电极都配有 一个整流器， 这样布置使得电流强度大，酸洗效果好；2. 酸洗

91、段共 1 个 PP 材质的“V”型槽体，为方便槽盖的打开，每个槽体配有 4 个独 立的 PP 槽盖，槽盖上设有窥视孔，以供操作人员随时观察槽内的情况；槽盖与 槽体之间采用水封，避免酸液的泄漏，提高生产的安全行，改善生产环境；3. 为确保最好的酸洗效果，新酸液从酸槽的入出口两头直接喷射到带钢表面，不仅 促进酸液的良好循环，使酸洗杂质大都沉到酸槽的底部，还可以减少酸液的消耗；4. “V”型的浅槽体可以促进溶液中的杂质因重力作用沉到槽底，使上部的酸液比较 清洁，提高酸洗效果，降低酸耗；5. 槽与槽之间设置了密封辊，槽的入口和出口设置了挤干辊和密封辊，由此避免残留在带钢表面的酸液因带钢的运行而的带出槽

92、体，减少酸液的消耗，改善生产环境；6. 电解槽内设有 1 个支撑辊，用以支撑带钢，避免带钢过长而产生垂带；7. 各酸洗槽之间的辊子未完全嵌入槽内，方便操作人员在操作过程中进行检查；8. 电解酸洗段配有 2 个循环罐，每个 30m3，酸液通过 1 个热交换器进行加热，以 保证酸槽内酸液的及时循环和补充。3.4.6 混酸段酸洗工艺和设备混酸酸洗段主要用于奥氏体不锈钢的酸洗。当带钢经过Na2SO4电解酸洗后，带 钢表面的大部分金属氧化物已经被去除，但还有一部分Fe-Cr-Ni氧化物和铬渗透层没 有被去除而仍然残留在带钢表面上，为此采用HNO3和HF的混合酸对带钢进行进一步 的酸洗，将带钢表面残留的金

93、属离子转换成稳定的金属氟化物或金属氮化物生成下 来，从而使带钢表面变得光亮起来。其主要反应原理如下：本文所针对的A厂的混酸酸洗段就是基于上述反应原理进行设置的，其酸槽的 工艺参数见下表。 HNO3电解段和混酸段是因不同钢种的不同酸洗工艺要求而设置的。 混酸酸洗段设备配置和特点与HNO3电解槽基本相同，只是混酸段没有配置电 极，槽体的长度和段数有所不同，此外，混酸段的酸槽内配有浸没辊，以辅助带钢 尽量浸入酸液内。当生产奥氏体不锈钢时，因无需使用HNO3电解酸洗，切断HNO3 电解段的电极即可，带钢可以在该段内匀速通过，而当生产铁素体或马氏体不锈钢 时，只要调整混酸段HF的浓度即可，切换十分方便，

94、很适合大批量的生产需求。3.4.7 最终漂洗段和干燥段工艺和设备最终漂洗段和干燥段工艺和设备最终漂洗段主要是去除粘附在带钢表面的残留酸液、金属颗粒和污泥等杂质， 通过采用漂洗加机械刷洗达到双重的清洗效果。该段主要由：预漂洗段、刷洗段、 一级漂洗段、二级漂洗段和最终热水漂洗段组成，故称之为五级漂洗段。带钢出了最终漂洗段后进入干燥段，干燥段采用蒸汽加热空气将带钢表面的水 分加热后通过蒸发去除。为达到更好的干燥效果，在蒸汽加热段前可配置一段压缩 空气边部吹扫装置，带钢表面的大部分水珠被去除后再进行热空气干燥，确保带钢 的干燥效果。A 厂的最终漂洗段的工艺参数见下表最终漂洗段和干燥段的配置见下图所示(

95、带钢运行方向从左右)1. 最终漂洗段长约 10m，刷辊的最高刷洗速度为 1000rpm；2. 每一漂洗段内都在带钢的上下表面布置喷管，冲洗水直接喷射到带钢的上下表 面；3. 为尽量减少水的消耗，五段槽体以串联形式布置，补充水直接加入到最终漂洗段， 并通过溢流一级一级流入前一漂洗段，以减少补充水的消耗量；4. 刷洗段采用机械刷洗，刷辊的配置同中间刷洗段；5. 最后的一级热水漂洗段采用蒸汽直接加热漂洗水，其漂洗水温度可达 85；6. 采用旋涡式漂洗方式，缩短漂洗时间，提高漂洗效果；7. 采用锥形浅槽体，使污泥沉淀到槽底，方便槽体的清洁，降低维护费用；8. 通过检测漂洗水的电导率或金属离子浓度来判定

96、漂洗液的排放与否，在确保清洗 效果的同时尽量减少漂洗水的消耗；9. 干燥段采用压缩空气边部吹扫加蒸汽加热空气的干燥方式对带钢进行干燥；3.4.8 废气处理系统废气处理系统在酸洗段的酸洗过程中，因各种电解液和酸液的温度都比较高，势必会有各种 挥发性气体如酸液的挥发和各种废气的产生。在环境保护意识愈加强烈的今天，为 保护环境，净化空气，需对酸洗段产生的各种废气进行集中收集、净化处理达标后 排放。A 厂的酸洗段为解决上述问题即配置了二套废气处理系统，用于收集处理酸 洗段产生的各种废气。有关废气处理系统见第四章节。3.5 酸洗质量缺陷和保证酸洗质量的两点特色酸洗质量缺陷和保证酸洗质量的两点特色3.5.

97、1 酸洗质量缺陷酸洗质量缺陷 在实际生产过程中，酸槽内酸液的配置、酸洗速度、酸洗时间等工艺参数不一定 能保证满足理论的酸洗工艺要求，由此就会产生各种酸洗表面缺陷。常见的酸洗质 量缺陷有过酸洗、欠酸洗、酸洗花纹、氧化铁皮残留、污物残留等。所以在酸洗过 程中保证酸洗质量是十分重要的。A 厂实际生产过程中由于酸液浓度或酸洗时间以及 操作经验方面的各种因素导致产生的主要酸洗缺陷见下图酸洗质量缺陷酸洗质量缺陷过酸洗过酸洗酸洗质量缺陷酸洗质量缺陷欠酸洗酸洗质量缺陷酸洗质量缺陷酸洗花纹酸洗质量缺陷酸洗质量缺陷氧化铁皮残留酸洗质量缺陷酸洗质量缺陷污物残留3.6 评判酸洗设备的几个主要指标评判酸洗设备的几个主要

98、指标在对酸洗设备进行性能评价时，注意力基本上都是集中在酸洗槽上，考察的参 数主要有（1）酸洗时间，（2）酸液浓度，（3）电解电流密度。然而往往忽略了对酸 洗循环系统的考察，这样使得评价结果不太完善。在今后的设计中如果使用有关循环系统的两个指标，即酸液与带钢表面的碰撞密度和酸液在循环罐中的滞留时间，这样会使评价结构更加完善。评判酸洗设备的几个主要指标评判酸洗设备的几个主要指标3.6.1 酸液与带钢表面的碰撞密度所谓酸液与带钢表面的碰撞密度实质上就是带钢单位表面积与酸根离子（SO4-2、 F-、NO3-）相遇几率的大小。该碰撞密度越大，酸洗效果相对越强。酸液与带钢表面 的最小碰撞密度 min 计算

99、式为： min=Q1n/VmaxBmax评判酸洗设备的几个主要指标评判酸洗设备的几个主要指标式中 Q1为系统最大循环量；n酸液浓度； Vmax为机组工艺段最大速度；Bmax为最大 板宽。根据上述计算原理，A厂的酸洗段酸液与带钢表面的碰撞密度见下表(奥氏体(304)Vmax=120m/min，铁素体(430)Vmax=90m/min；B=1600mm)评判酸洗设备的几个主要指标评判酸洗设备的几个主要指标A 厂的酸洗段酸液与带钢表面的碰撞密度表评判酸洗设备的几个主要指标评判酸洗设备的几个主要指标3.6.2 酸液在循环罐中的滞留时间我们知道循环罐的容量越大，酸液在其中的滞留时间就越长，金属盐渣的沉淀

100、就 越充分，循环液就越清洁，这样就越有利于酸洗质量，但工厂的投资会相应地增多。 因此选定合适的酸液在循环罐中的滞留时间 t 也是非常重要的。这个滞留时间计算式 很简单，即：t=Vx/Q1式中Vx为循环罐的总容积；Q1为系统最大循环量。评判酸洗设备的几个主要指标评判酸洗设备的几个主要指标根据上述计算原理，A厂的Na2SO4的最大循环量为3400m3/h ，在用循环罐的总 容积为360m3，因此滞留时间t为 0.15h(即9min)。同样，HNO3的最大循环量为2250m3/h，在用循环罐的总容积为230m3，因此滞留时间t为 0.12h(即7.2min)。混 酸最大循环量为2250m3/h ，在

101、用循环罐的总容积为630m3，因此滞留时间t为0.36h(即21.6min)。本章小结本章小结本章对不锈钢酸洗工艺进行对比分析，着重分析对比 Na2SO4 电解酸洗工艺特点。1. 酸洗工艺选择 奥氏体不锈钢：Na2SO4（电解）酸洗混酸（HNO3+HF）酸洗 铁素体和马氏体：Na2SO4（电解）酸洗HNO3（电解）酸洗本章小结本章小结2. 酸洗槽的设计：采用“V”型浅槽体，酸液从槽体的两侧顺着带钢直接喷射到 带钢的上下表面，使酸液使用量达到最低值，缩短酸洗时间，得到最佳的酸 洗效果。同时还可以避免污泥在槽内沉积下来，从而减少维护。3. 最终清洗段采用漂洗加机械刷洗和漂洗水溢流循环使用的工艺，使

102、清洗时间 最短，清洗效果最佳，水量消耗最少。本章小结本章小结4. 各段酸洗槽中都配置了不同数量的支撑辊，以保证带钢在运行过程不因带钢 过长而出现垂带现象。为保证带钢在酸洗过程中始终处于机组运行线的位 置，在各段酸洗段间增设纠偏装置，以达到避免带钢的跑偏。本章小结本章小结5. 酸洗设备循环系统的判断指标：酸液与带钢表面的碰撞密度实质上就是带钢 单位表面积与酸根离子相遇几率的大小，该碰撞密度越大，酸洗效果相对越 强；循环罐的容量越大，酸液在其中的滞留时间就越长，金属盐渣的沉淀就 越充分，循环液就越清洁，这样就越有利于酸洗质量。所以应将上述两个指 标作为判断酸洗设备的循环系统指标。本章小结本章小结6

103、. 在设计中对酸洗段的每段酸洗工艺槽均配置了相应的废气收集、洗涤、过滤、净化等系统，使废气处理达标后排放。7. 酸再生系统可以将废的混酸和废HNO3统一收集后进行再生处理，并重新利 用，减少新酸的消耗量。废Na2SO4电解(中性盐)回收系统，可以将废Na2SO4 溶液进行回收，过滤，还原（Cr6+还原Cr3+）处理后重新利用，为机组降低 能耗，提高介质的利用率，改善环境创造了条件。第四章第四章 环保及节能措施环保及节能措施4.1 引言引言“十一五”期间，我国的节能环保的两个约束性指标是：单位国内生产总值能源 消耗比“十五”期末降低20%左右，到2010年，主要污染物排放总量减少10%。钢铁行

104、业是我国污染物排放和能源消耗的大户。目前，钢铁行业的耗能占我国总耗能的14.16%，钢铁行业排放的粉尘烟尘约占我国工业企业的15%。在节能减排日益受到 重视的环境下，钢铁行业的节能减排成为工作的重点。环保及节能措施环保及节能措施20世纪80年代后期，随着环保问题日益被重视，西欧国家、日本和美国等发达 国家对新建钢铁生产厂开始进行限制。钢铁企业不得不放弃追求数量增长的理念， 开始在产品质量提高上做文章。我国资源匮乏，钢铁行业靠拼资源发展的道路走不 长，因此，将节能降耗和产品结构调整及淘汰落后产能结合起来符合我国钢铁行业 发展的要求。尽管前几年钢铁行业的节能减排和淘汰落后产能工作进展缓慢，但200

105、7 年的节能减排工作，有目标、有政策、有内容、有配套措施、有监督，显示了国家 对钢铁行业节能减排的决心和执行力在加强。环保及节能措施环保及节能措施4.2 环保及节能措施 酸洗后的废液除了含有大量的铁盐外，还含有相当数量的可以回收及再生处理 的酸溶液，如果弃之不用不仅造成很大的浪费，而且还造成了环境污染。例如连续 带钢酸洗排出的废酸中，有的含硫酸量高达 10%，如果以每小时排出 5m3来计算， 则每小时就排出废硫酸 550kg。按每年有效工作时间5500h计算，则每年排出3025t 硫酸，这是一个很大的资源浪费，而且这样高浓度的废酸溶液若任意排入河流，则 使水体遭到污染，危害农业和渔业，这也是我

106、国环境保护法所不允许的。环保及节能措施环保及节能措施例如，某 钢铁厂排入河流的废水中，含有酸洗后的废液，违反环境保护法的相关规定，每年 的罚款数量相当可观，同时对人民生命健康非常有害45。因此，废酸必须处理并且回收再利用，化害为利，变废为宝。不锈钢冷带在退火过程中会产生大量的废NOx气体，在酸洗过程中会生产废硝酸、废混酸、废Na2SO4和废NOx气体，如果这些废 气和废液不加以处理而直接排放，会对环境造成很大的污染。环保及节能措施环保及节能措施4.2.1 废酸的回收处理废酸的回收处理不锈钢酸洗过程产生的废混酸、废硝酸，含有一定量的游离酸及金属盐类，特 别是其中的氟离子及重金属离子是非常有害的，

107、任意排放将造成环境污染。常采用 的废酸回收处理常见的有减压蒸发法、中和处理法、培烧法、过滤结晶法等 。减压蒸发法是在真空状态下，低温蒸发，经冷凝回收酸液，用硫酸置换金属盐 中的硝酸根与氟根并将其回收。浓缩液经分离后回收硫酸亚铁，母液的硫酸溶液作 为循环酸，再用于回收系统。环保及节能措施环保及节能措施 中和处理法是将酸洗废液用碱性物质如石灰或石灰乳进行中和处理，分离澄 清液和泥浆，并分别废弃。中和处理法的优点是：处理设备简单，投资少，处理 操作容易，中和剂便宜。缺点是：中和后价格很贵的氢氟酸、硝酸和铬镍等金属 经过中和，生成的大量金属氢氧化物泥浆处理困难，同时还需要花费很高的人工 费用和中和剂费

108、用。目前对低浓度酸性废水的处理大部分还是采用中和法。环保及节能措施环保及节能措施培烧法是将废酸经预浓缩和预热后焙烧，焙烧后的气相产物经吸收后形成浓度高 于废酸、体积小于废酸的再生酸，又称PYROMARS喷雾焙烧法。该工艺因采用将废 酸浓缩和预热后直接培烧，对废酸的来源要求比较低，比较适合产量高、品种多的 酸洗生产线。环保及节能措施环保及节能措施 过滤结晶法是将废酸经过微滤、二级纳滤回收游离的硝酸，在蒸发器内与来自焙烧炉的高温炉气发生热交换进一步浓缩金属氟化物的浓度，金属氟化物在结晶 器内结晶，结晶物经真空过滤器分离并喷入焙烧炉内高温分解成氟化氢气体和金属 氧化物，经蒸发器去除金属氧化物后在吸收

109、塔内被喷入的硝酸液体吸收而形成再生 的混合酸。但因废酸需经过微滤、二级纳滤的过程，要求酸洗段产生出来的废酸比 较干净，这对实际生产是很难满足的，另外，过滤网需经常更换，人工维护工作量比较大。环保及节能措施环保及节能措施 本论文所针对的 A 厂的不锈钢酸洗段中所用的都是浓度较高的硝酸或混酸，没有用硫酸，所以减压蒸发法不适合；而中和处理法适用于低浓度酸性废水的处理， 也不适应 A 厂酸洗段产生的浓度较高的废酸；过滤结晶法也因对废酸来源的要求 较高，而不满足 A 厂因所处理的带钢来料情况比较多样，产量高，品种多，其所产 生的废酸含杂质相对较多的要求，所以不宜采用过滤培烧法。故 A 厂的混酸处理 站采

110、用的是培烧法，即 PYROMARS 喷雾焙烧法。该工艺在 A 厂和宁波宝新均已投 入运行，情况良好。环保及节能措施环保及节能措施4.2.3 废气收集处理系统不锈钢冷带退火酸洗在生产过程中会产生各种废气，尤其是有毒的废 NOx 气体， 如果这些废气不加以处理而直接排放，会对环境造成很大的污染。 A 厂的酸洗段即设有 2 套废气收集处理系统，一套用于收集处理从 Na2SO4 电解 段和中间漂洗段以及 Na2SO4 回收系统排放出来的废气，一套用于收集处理从 HNO3 电解酸洗段、混酸酸洗段以及最终漂洗段产生的废气。环保及节能措施环保及节能措施A 厂所配置的废气收集处理系统采用风机进行抽气，并使风机

111、吸风口侧保持一 定的负压，避免酸雾和废气进入车间；每套系统中配有一套气刷和一套水雾分离器。 漂洗水直接喷射到气刷或风机上，将废气中含有的酸雾或粉尘颗粒从废气中分离出 来，水雾分离器将雾气中的粉尘颗粒再次沉淀分离，以免排出气体污染大气。环保及节能措施环保及节能措施为避免从 HNO3 或混酸酸洗段排除的废气中含有的有害气体 NOx 气体污染大气， 该废气收集处理系统中除配置了气刷、水雾分离器外还配有 NOx 氧化还原处理装 置。该装置采用液氨汽化后与 NOx 气体反应生成无害的氮气和水。其反应原理是：4NO+4NH3+O24N2+6H2O；2NO2+4NH3+O23N2+6H2O；NO2NO+2N

112、H32N23H2O。环保及节能措施环保及节能措施4.3 本章小结本章对不锈钢酸洗过程产生的废硝酸、废氢氟酸、废 Na2SO4 回收方法以及废气 收集处理系统方面的节能和环保措施进行了分析，具体如下：1. 废酸处理系统可以将 HNO3 的消耗降低近 20%30%， HF 的消耗降低近80%90%；环保及节能措施环保及节能措施2. 废 Na2SO4 回收系统可 Na2SO4 的消耗降低 8586。3. 废气收集处理系统用于收集、净化、处理从脱脂段、酸洗段以及最终漂洗段 出来的废气。经处理后的有害气体含量仅为处理前的 520，大大降低 了有害废气的排放，保护了大气环境。第五章第五章 结结 论论不锈钢

113、冷带退火酸洗不管是其工艺的选择还是机组设备的配置，都直接影响着不 锈钢产品的质量，同时还很大程度上影响着机组的产量。为此，先进成熟、经济可 靠的生产工艺和合理的设备配置不愧是保证产品质，满足产量要求关键所在。本文 根据 A 厂的不锈钢冷带退火酸洗机组的技术要求，针对不锈钢冷带退火酸洗的工艺 和设备选择，经对多条退火酸洗机组的分析、比较和研究，得出如下结论，为今后 我国自主集成不锈钢退火酸洗线提供条件。结结 论论1、在退火工艺选择上采用较大的温度落差进行加热，可大大地缩短加热时间， 减少带钢氧化，并使整个带钢受热均匀一致。2、为减少奥氏体不锈钢产品的耐腐蚀性在加热后的冷却时受到敏化，对于奥氏 体

114、不锈钢在 850500之间必须采取快冷。 3、在炉子加热段出口处配备圆盘辊架避免带钢在高产的连续退火炉内的跑偏问 题，保证带钢在炉内运行的居中。结结 论论4、在连续退火炉的设计过程中应综合考虑各种影响带钢板型的因素，尽可能避 免和减少由于在退火过程中引起的带钢板型缺陷而导致产品质量下降。 5、奥氏体不锈钢的酸洗工艺为：Na2SO4(电解)酸洗混酸(HNO3+HF)酸洗； 铁素体和马氏体不锈钢的酸洗工艺为：Na2SO4(电解)酸洗HNO3(电解)酸洗；结结 论论6、在酸槽的形式设计上采用“V”型浅槽体的设计，使酸液从槽体的两侧顺着带钢 直接喷射到带钢的上下表面，增加酸液与带钢直接接触的时间，缩短

115、酸洗时间， 减少酸耗，提高酸洗效果。7、在酸洗工艺的选择时尽量增加酸液与带钢表面的碰撞密度以及酸循环罐的容 积，以提高酸洗的效果。8、对于机组产生的各种有害的废气，如 NOx 废气，在机组设计时采用 NOx 氧 化还原法将废气进行收集、洗涤、过滤处理，经处理后的有害气体含量仅为处 理前的 520，大大降低了有害废气的排放，保护了大气环境。结结 论论9、为节约能耗，保护环境，在设计中，需考虑机组所需消耗的各种能介的循环回收使用以及排放出来的各种废水、废酸的处理。如 PYRORMAS 废酸处理法 可以将各种酸的消耗降低近 20%90%，废 Na2SO4 回收系统可 Na2SO4 的消耗降 低 8586。结束结束