冷轧带钢退火原理及连退炉内露点测量与控制综述

摘 要 结合首钢京唐公司冷轧连退炉机组实例，分析了带钢退火原理，同时对连退炉露点进行论述，并积极总结经验，对连退炉内露点的测量与控制提出方法和措施。经过一段时间的试运行，取得了一定的效果，有效控制了连退炉内露点的分布量，提高了带钢表面质量和退火后的机械性能。

关键词 冷轧；带钢；连退炉；露点

前言

连续退火是连续地将带钢加热到一定温度保温后再冷却的工艺。退火目的是使热轧带钢软化、消除内应力、恢复塑性、改善带钢的金相组织[1]。

带钢经冷轧变形后，金属晶粒将沿着变形的方向被拉长。冷变形会引起晶粒取向的转动，从而在多晶体内形成一定类型的织构[2]。其内部组织产生大量位错，形成胞状结构，产生加工硬化，使带钢的强度和硬度大大提高，而塑性、韧性、冲压性能降低，给进一步的冷加工带来困难。金属内部组织发生晶粒拉长，晶粒破碎和晶体缺陷而导致金属内部自由能升高，处于不稳定状态，为了消除这种不稳定状态及所产生的缺陷，使其塑性、韧性提高，强度、硬度下降，所以需要对冷轧产品进行退火处理。

1 冷轧板退火原理

形变金属的退火又称再结晶退火，是冷轧薄板生产过程中的关键工艺环节，直接影响带钢最终的产品质量。再结晶退火就是将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上、Ac1以下，保持适当时间，使其具有较高的原子活动能力，其晶粒的外形便开始发生变化，从破碎拉长的晶粒重新结晶为均匀等轴晶粒后进行冷却从而消除加工硬化的热处理工艺[3]。再结晶退火主要经历回复、再结晶和晶粒长大三个过程[1]。

2 首钢京唐公司冷轧连退炉设备概况

首钢京唐公司冷轧2230退火机组是主要生产机组，年处理量为000t，产品以高质量表面的汽车板、家电板为主，生产的品种包括： CQ、DQ、DDQ、EDDQ、SEDDQ、CQ-HSS、DQ-HSS、DDQ-HSS、BH-HSS、DP-HSS、TRIP-HSS等[4]。2230连退机组采用德国 SMSD 的连续退火技术，可以生产0.40-2.5×1000-2080mm，产品品种涵盖 CQ～SEDDQ各种级别的深冲冷轧板，以及抗张强度为 780Mpa高强度级别的钢板（预留 980Mpa超高强钢的生产能力）。

焊机采用 Miebach 激光焊机，具有焊缝质量检测、焊接参数自动监控和记录等功能。焊接速度2.5～12m/min，开口度120×2300mm。

采用立式连续退火炉。退火炉由预热段、加热段、均热段、缓冷段、一次冷却段、过时效段、二次冷却段以及水淬设备组成，总长161730mm。退火炉一次冷却炉采用法国STEIN 公司开发的 Flash cooling高氢、高速喷吹冷却带钢技术，保护气体氢含量为 5-50%，最高可提高到 82%。根据炉辊在炉内所处位置的不同，采用不同的辊型和初始凸度，结合炉子自动控制系统（FAS）防止带钢热瓢曲及冷瓢曲的产生。

清洗段的二次碱洗和电解清洗采用立式槽，漂洗段采用四级漂洗，利用炉子段产生的废气余热加热过热水，用于清洗段加热。

平整机选用 SMSD六辊 CVC 湿式平整机，平整机出口设置板形仪，带钢表面质量检查及粗糙度仪、在线机械性能检测设备，能严格保证带钢平整后高级汽车外板所需要的板形、粗糙度和机械性能。最大轧机速度820m/min，最大轧制力13000kN，最大延伸率3%。

出口段采用回转式双头圆盘剪，并设置检查小活套，可减少平整机的停机辊印和增加带钢表面检查的时间[2]。

工艺流程简介：钢卷接受→原料检验→连退原料准备→焊接→清洗→退火→平整切边→表面检查→涂油→力学性能检验→卷取→称重→包装→入库。

3 冷轧连退炉露点及露点对带钢退火质量影响

随着技术的不断发展和进步，连续退火机组各工序关键设备也在不断发展和完善[5]，连退炉内露点控制技术就是其中之一。所谓露點就是自由水面上的空气与水蒸气饱和时的空气温度。炉内气氛的露点是保护气体中含水量的标志。露点的高低会影响带钢表面氧化铁皮的还原。带钢暴露在空气中会与空气中的氧气和水发生化学反应使带钢表面附着一层氧化铁皮，如下式：

4Fe + 2H2O + 3O2 = 2Fe2O3 + 2H2O （1）

连退炉在对冷轧带钢退火提高其机械性能的同时，炉内保护气体会与带钢表面氧化铁皮产生化学反应，使其表面的氧化铁皮还原为铁。如下式：

Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O （2）

正常生产时，炉内保护气体成分的变化情况和带钢表面被氢气还原的状态无法直接得到，而通过炉内露点的测试和分析就可以间接地推断出炉内的这些变化状态。因此，如何对退火炉内的露点温度进行测试，并根据测试数据及时采取方法控制好炉内带钢各种化学变化，成为我们亟待解决的问题[3]。

4 露点发生突然变化的原因分析

炉内露点发生突然变化的原因是多种多样的， 根据首钢京唐公司冷轧连退炉以往经验产生露点变化的原因有以下几种：①仪表本身的失常；②炉子漏气的缘故；③生产保护气体的脱水系统发生异常，促成保护器本身的水分含量突然增高。如果是炉子漏气，就有氧气渗入炉内，尽管炉内属于正压操作系统（炉内压力一般是20 mm水柱），但是在炉壁漏洞的边沿上仍然会发生氧气的对流渗透。氧气所以能逆着气流穿过漏洞渗入炉内，主要有两个原因： ①炉内炉外极大的氧气浓度差，例如炉内气氛的氧气分压几乎等于零，而炉外在一个标准大气压下，空气中的氧气含量为21%，这是氧气渗入炉内的主要动力；②炉壁的漏洞往往是非常不规则的。像孔道弯曲、孔壁粗糙等。这样，保护气体从炉内流出时就遭受很大的阻力，而使流速大大减慢。特别是在流体和炉壁接触的界面上，由于存在极大的摩擦力，使流速下降得很低，造成氧气渗入炉内的有利条件。在上述条件下，氧气就可以渗入正压系统的炉内。

漏入炉内的氧气便和氢气发生剧烈的化学反应（燃烧）生成水，因而可导致露点的急剧增高。当采用手提式露点测量仪校验露点时，如果和连续测定的数据一致，就证明是炉子漏气或保护气体本身有问题。反之，证明仪表失常[4]。

5 炉内露点的测量与控制

5.1 炉内露点的测量

①多区域多点采样测试。在连续退火炉中，各个区段至少要有一个露点测试取样孔，对于每一个测量点采用红外线气体分析仪进行连续自动测定，并且汇集成表，通过计算机大数据分析、比对，从而形成对炉内情况实时分析掌控。②利用红外线气体分析仪进行炉内气体分析。红外线气体分析仪系利用红外线辐射作为测量的基础，其构造由辐射器、测量室接收器、薄膜式薄片等元件组成。测量时辐射器发出均匀的红外线射到测量室，接收器有两个入口，其中之一通过测量气体，另一个通过标准气体。如测量气体中含有水分，则红外線通过的强度就弱了，从其减弱强度即可换算出其被测气体的露点，并且可以自动显示出来。③建立各测量点的检查、校验制度，加强巡视。为了检查各测量点是否工作正常，我公司实行作业长制，严格考核，要求当班职工用手提式露点仪逐点进行校验，特别是当测量出的露点突然失常时，及时进行这种校验工作。

5.2 炉内露点的控制

采用较大的保护气体通入量，适当提高炉压可以提高炉子漏孔出口保护气体的流速，这样在一定程度上能防止炉外氧气向炉内渗透，从而可使氧含量保持在不影响带钢表面氧化铁皮还原的限度之内。为了使已经渗进炉内的氧气尽可能都与氢气化合成水，可适当提高保护气体中的氢气含量。随着氢气含量的增加，保护气体中氢气的分压增大，而氧气分压、水蒸气分压都在缩小，这样对氧化铁皮的还原是有利的[5]。

6 结束语

结合首钢京唐公司冷轧连退机组的实际经验，剖析了冷轧带钢退火基本原理，并对连退炉露点起伏变化给出了原因分析，同时对连退炉内露点测量与控制提出了方法，通过应用在生产中起到了良好的效果，为同行业连退炉的露点控制提供了参考。

参考文献

[1] 谌扬.不锈钢热带连续退火炉综述[J].工业炉，2011，（5）：13-15.

[2] 郁盛富，徐光，杨奕，等.冷轧薄板再结晶温度研究[J].热处理技术与装备，2009，30（1）：35-37.

[3] 史美堂.金属材料及热处理[M].上海：上海科学技术出版社，2003： 29.

[4] 庄权华，崔勇.1850 连续退火机组生产工艺及产品概述[J].鞍钢技术，2008，（3）：46-48.

[5] 张贵春，张宁峰.冷轧带钢连续退火机组的技术特点及 应用[J].江西冶金，2009，（10）：39-42.

作者简介

王冬冬（1989-），女；学历：本科，现就职单位：首钢京唐钢铁联合有限责任公司，研究方向：连续退火产品订单生产管理。