收稿日期:2005-08-23作者简介:王福凯(1968 )男,高级工程师,从事冶金热能工程的技术开发及应用工作.文章编号:1001-6988(2006)01 0018 03冷轧不锈钢带连续退火炉综述王福凯,白秀艳(宝钢工程技术有限公司,上海201900)摘 要:根据冷轧不锈钢带的热处理工艺,对我国已经投产的几条冷轧连续退火酸洗线(CAPL)的连续退火炉的设备组成、性能特点及发展趋势作一综述。
关键词:不锈钢带;连续退火炉;趋势中图分类号:TG155 1 文献标识码:BOverview of Annealing Furnace for Cold Rolled Stainless Steel S tipWANG Fu kai,BAI Xiu yan(Baosteel Engineering and Equipment Co.Ltd,Shanghai 201900,China)Abstract:This article overvie ws the annealing furnace and cooling equipment for cold rolled stainless steel stip currently in use in China,on the basis of the up to date heat treatment process.Key words;stainless steel stip;continuous annealing furnace;tendency 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。
近年来我国宝钢集团的宁波宝新、太钢、青岛浦项、张家港浦项、酒钢、宝钢集团不锈钢分公司、上海SKS 、广州LISC O 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、酸洗线(CAPL),表明我国不锈钢带钢生产技术日趋成熟。
1 国内外不锈钢带生产现状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 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。
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。
该工艺成熟可靠,应用广泛,较适宜表面质量要求高及品种多而规模不大的生产。
1 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、酸洗连续生产线生产冷轧不锈钢带。
该生产工艺的出现,是顺应不锈钢市场激烈竞争中为降低生产成本而应运产生的,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18Industrial Furnace Vol.28 No.1 Jan.2006一的产品,产品表面质量相对略低。
1 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。
同时还能兼生产碳钢、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,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,宝钢集团不锈钢分公司等。
2 连续退火炉不锈钢带冷轧后必须经过退火 酸洗过程,其目的是为了除鳞,改善组织结构和性能。
连续退火炉组成为:断带处理水冷却室 直火焰加热炉 空冷却段 水冷却段 干燥段。
2 1 断带处理水冷却室生产过程中如发生断带,机组停机,钢带反向运动,经处于炉头的水冷却室冷却。
室内有一钢辊,用于支撑回拽的钢带冷却,正常生产过程中,钢辊不起支撑作用。
2 2 直火焰加热炉1~2室为预热段,废气与钢带逆流预热钢带。
3~5室为加热段,采用低NO x 热空气烧嘴加热,并带有火焰监测器和自动点火装置。
燃烧产生的废气由第1室末端排烟口,经烟道到换热器,由引风机,经烟囱排出。
炉内设有卡洛塞尔辊,间距一般20m 左右,用于支持钢带。
每一个卡洛塞尔辊安置在一个固定框架上,有2个小的用于钢带支撑的水冷却辊,生产时一用一备,见图1。
钢带在加热段内悬垂度<800mm,烧嘴的火焰不会打到钢带。
图1 典型的carous els 炉底支撑辊布置2 3 空气冷却段空气冷却段一般有10个左右的冷却室,V 型上下风箱,气刀与钢带间距250mm 左右,达到最佳冷却效果。
第一、二室由于钢带温度高,采用30~50mm 厚的隔热材料,后面几个室不用隔热材料。
冷却后废空气由一个总的管道经废气排风机排到烟囱。
冷却室内设有固定支撑辊,间距一般5m 左右,用于支持钢带。
钢带在冷却室内悬垂度<60mm,钢带不会刮到气刀。
目前世界上最先进的冷却技术是将空冷段与水冷段合二为一,采用全空气悬浮冷却。
国内宁波宝新率先采用全空气悬浮冷却技术,不用支撑辊,效果很好,见图2。
悬浮冷却与空冷的比较,见表1。
图2 典型的空气冷却布置(炉壳未示意)19工 业 炉 第28卷 第1期 2006年1月表1 两种冷却的效果比较比较项目悬浮冷却空冷带钢质量很好好噪音低中等投资高低功率/kW1338.51808风机数量2012辊子数量0112 4 水(水雾:水+压缩空气)冷却段空气冷却段后接一段约6m长的水(水雾:水+压缩空气)冷却段,使带钢温度冷却到80 。
水冷却与水雾冷却的比较见表2。
表2 水冷却与水雾冷却的比较比较项目水雾冷却水冷却炉长加长3m不变电功率较大一般板形好好水质要求水耗量水嘴小,水质要求高,水量一般水嘴大,水质要求低,水量大壳体不锈钢不锈钢冷却效果一般最好2 5 干燥段水冷却段后接一段约6m长的干燥段,干燥段入口设一挤干辊。
干燥段采用120 热风将钢带表面水分干燥,钢带温度80 。
3 连续退火炉发展趋势不锈钢带连续退火炉的一些发展趋势及采用的新技术如下:(1)采用交流调速变频电机传动,C APL机组工艺段最高速度100~130m/min,TV值130m/min左右。
(2)采用carousels炉底辊技术,实现在线换辊。
(3)采用换热器对助燃空气进行预热至500 以上,供低NO x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。
钢卷的截面积变化不能超过20%,否则采用过度带方法。
(8)在同一座不锈钢带连续退火炉上实现HAPL、CAPL混合生产、水冷技术、水雾冷却及空气悬浮冷却技术等。
(上接第17页)3.3 分析由以上这些截面图可以看出,计算结果表明:炉膛前后两端气流流动顺畅,说明炉子结构设计良好。
炉温均匀性良好,硅酸铝保温层保温效果好,达到了炉壳表面温升小于30 的效果,从而节约了能源,也改善了车间作业环境。
另外,计算时,辐射管能量给定采用恒定功率,而实验和实际生产过程中,辐射管功率的给定由可编程控制器PLC控制,PLC采取的PID控制,进一步增加了炉温的控制精度,使炉温达到温差小于 5 ,达到生产要求的炉温精度。
基于以上流场与温度场分析,可以在计算以及实际生产过程中做如下改进:(1)网格划分,采用多重网格法。
即在网格生成器中分别生成整个计算域的各块网格,将每块网格单独保存成一个网格文件。
用TGrid或tmerge转换器将各网格文件合并成一个文件。
这种网格生成方法,能较大提高生成网格的质量,从而提高计算精度。
(2)改进算法,离散格式都采用二阶迎风格式,减少假扩散现象,计算速度很慢但计算精度高。
(3)实际生产中,循环风机采用两档风速,低温时段(如从室温至200 )采用较低压力(如300Pa)运行,高温阶段(如200 以上)采用较高压力(如600Pa)运行;这样做的目的是为了使炉内热量传递更加均匀。
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