冷连轧生产工艺

冷连轧是用热轧钢卷为原料，经酸洗去除氧化皮。其成品为轧硬卷，由于连续冷变形的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化，只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作为热镀锌厂的原料，因为热镀锌机组均设置有退火线。

一般冷连轧板、卷均应经过连续退火（CAPL机组）或罩式炉退火消除冷轧硬化及轧年应力，达到相应标准规定的力学性能指标。冷轧钢板的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧板，且其产品厚度可薄至0.18MM左右。

以轧钢卷为基板进行产品的深加工，成为高附加值产品。如电镀锌、热镀锌、而指纹电镀锌、彩涂钢板卷及减振复合钢板、PVC复膜钢等，使这些产品具有美观、高抗腐蚀等优良品质。

冷连轧带钢生产包括:酸洗、冷轧、脱脂、退火、平整、精整、镀涂层等工序, 是轧钢领域生产效率最高、自动化控制最完善的生产部门,代表了轧钢技术的最高水平。

我国冷轧带钢生产线的改造与新建已陆续展开。因此,有必要对当前国内外冷连轧先进生产技术进行了解,希望能够对我国冷连轧技术发展起到推进作用1。

酸洗生产工艺酸洗类型酸洗的目的是去除热轧原料卷表面氧化铁皮, 通常采用盐酸对带钢进行酸洗。早期酸洗生产线多采用深槽酸洗, 70年代中期发展了浅槽酸洗, 1983年德国MDS公司开发了紊流酸洗。采用紊流酸洗时, 带钢在酸槽中处于张力状态, 酸液在带钢表面上形成紊流, 酸液的运动方向与带钢运动方向相反。紊流酸洗在酸洗时间、能耗及酸洗质量等方面比其他酸洗方法具有优势。

无酸酸洗新工艺随着环境保护意识的增强, 出现了无酸酸洗新技术。无酸酸洗工艺不使用酸液, 不需酸再生处理。它采用配有烧嘴的直接火焰炉, 在非氧化环境中以天燃气为燃料, 避免带钢进一步产生氧化铁皮。只需经过几米, 带钢就可以被加热到反应器内优化化学反应所要求的温度, 通过控制加热温度保证带钢的冶金和力学性能。反应器内充有氢气, 氧化铁皮与氢气发生化学反应。反应后带钢在氢气和氮气构成的非氧化环境的冷却段内被冷却。在酸洗段出口, 带钢在洗涤器内由喷射水流除掉鳞皮和还原氧化物的表皮。

无酸酸洗工艺的优点包括:无腐蚀性介质;无危险废物;不需要废物处理;无因腐蚀产生的金属损失;带钢表面光亮;设备和维护成本低;适于低生产能力的生产线2。

冷连轧生产连轧机组的构成世界第1 套冷连轧机组于1924年在美国建成, 形式为四辊3机架。以后为轧制更薄的带钢, 出现了4机架、5机架冷连轧机组。20世纪60年代, 美国杨斯顿板管公司为了生产0.1mm以下的镀锡板, 建成了世界第1套6机架冷连轧机组。之后, 日本和德国也装备了6机架冷连轧机组。实际生产表明, 6机架冷连轧机组所生产的薄板, 退火后其力学性能不如二次冷轧的效果好。故目前新建或改造的冷连轧生产线基本上以4机架和5 机架为主。现代化冷连轧机组以四辊或六辊轧机构成, 生产速度超过1000m/min 。日本川崎制铁千叶2 号冷连轧生产线生产速度超过2800m/min , 是世界上轧制速度最快的机组之一。

带钢的全连续生产1971 年日本钢管福山厂首先进行钢卷焊接后的连续轧制。连续轧制与单卷穿带轧制相比, 加减速过渡阶段减少, 稳态轧制过程增加。无论是否进行前后卷动态变规格, 轧制力等工艺参数的波动及带钢的厚度偏差都优于单卷轧制。目前, 冷连轧生产发展到将不同生产工序连接起来, 构成联合生产线进行生产。包括:酸洗-冷连轧联合生产;冷连轧-连续退火联合生产;酸洗-冷连轧-连续退火联合生产。在联合生产线中, 冷连轧与连续退火联合生产的难度较大, 除1982年日本新日铁广厂建成的联合生产线外, 还未见其他报道。目前,新建和改造的冷连轧生产线大多采用酸洗-冷连轧联合生产线。

双机架可逆冷轧工艺随着薄板坯连铸连轧技术的广泛应用, 热轧薄带钢的产品厚度达0.8mm。为了适应薄规格热轧原料卷的特点, 一种双机架可逆式冷轧机出现并得到应用。

冷轧带钢生产主要有2种形式:单机架可逆轧机及多机架连轧机组。单机架可逆轧机受到产量的限制, 通常在35万t/a以下, 若生产0.3mm 以下镀锡板, 产量一般在10万t/a 左右。

连轧机组产量只有在100万t/a 以上才有较高的生产效率(不包括以镀锡板生产为主的冷轧机·组)。而双机架可逆冷轧机可以填补两者之间的空缺, 适于薄板坯连铸连轧生产线产品的冷轧生产。双机架可逆冷轧机用于生产薄规格冷轧板和镀锡板, 最大产量可达100万t/a , 最大生产速度可达1600m/min。双机架可逆冷轧机生产灵活, 可以进行2、4、6道次轧制, 可以兼用冷轧机和平整机,既可保证产量, 又可实现多品种、多规格、小批量生产。与单机架可逆冷轧机和连轧机组相比, 双机架冷轧从产量、设备投资、生产成本等综合指标上均具有较强的市场竞争优势3。

退火带钢冷轧过程中会发生加工硬化,为消除加工硬化需对冷轧后的带钢进行退火处理。退火有2种方式:罩式炉退火和连续退火。

罩式炉退火罩式炉退火时, 以几个钢卷为一垛, 各板卷间用通气垫板相隔, 退火时加热内罩和外罩, 用煤气或电加热带钢。退火时, 通常采用纯氢气做保护气体。利用罩式炉退火时, 带钢以成卷方式进行加热, 带钢的加热、冷却及保温时间很容易被控制。对于有特殊性能要求带钢的热处理, 罩式炉具有优势, 这尤其表现在深冲性能带钢的热处理方面。为了提高带钢表面质量, 使用罩式炉退火前需对轧后带钢进行脱脂清洗处理, 去除冷轧带钢表面残留的乳化液。

连续退火采用连续退火时, 冷轧带钢经碱洗、电解清洗、冲洗、烘干后, 连续地通过退火炉, 在炉内保护气氛下, 快速加热到带钢再结晶温度以上,完成金属再结晶过程, 然后缓冷、急冷, 出炉后进行卷取。连续退火与罩式炉退火相比, 金属再结晶过程快、晶粒细化, 带钢强度、硬度高, 具有生产能力高、能耗少、生产成本低等优点。另外, 连续退火时带钢是在张力条件下进行, 带钢的板形质量较罩式退火炉好。因此连续退火是退火发展的方向。但是, 连续退火设备多、技术复杂、投资巨大, 几百米长带钢在连续退火时发生问题很难处理, 不适于小批量、多品种带钢的生产。因此, 面对市场对冷轧带钢多样化的需求,综合考虑带钢品种、性能、生产能力、生产成本及生产灵活性等方面的特点, 在今后相当长时间内, 罩式炉退火和连续退火两种方式将并存发展。

感应加热连续退火感应加热连续退火不同于以燃气加热为特征的连续退火, 它通过感应加热方式使带钢由内部开始迅速升温, 从而减少了退火时间, 同时使退火生产线更加紧凑。感应加热连续退火过程中带钢加热被分成纵向感应和横向感应2部分, 可以针对带钢的品种、规格, 灵活方便地优化退火工艺。

带钢在最高温度可达750℃的高温对流炉中预加热后, 经转向辊通过充满惰性保护气体的密闭槽, 槽中有张力辊使带钢受到一定的张力作用, 同时对带钢进行对中控制。带钢由密闭槽出来后进入密闭的感应炉加热, 完成快速再结晶过程, 然后通过垂直布置的冷却区冷却2。

平整退火后带钢以1%～5%小压下率进行冷轧的过程称为平整。近年来随着超低碳汽车用深冲钢板和镀锡板等产品的增加及对带钢质量要求的提高, 对平整处理的要求也越来越高。平整作用包括:

(1) 使带钢具有良好的板形和较高的表面质量;

(2) 改变平整压下率, 可以使带钢的力学性能在一定范围内变化, 以适应不同用途的要求;

(3) 对于深冲用钢板, 经小压下率平整后能消除或减少屈服平台。

平整有干平整和湿平整2种方式。干平整可避免乳化液对带钢表面缺陷检查的干扰, 提高带钢的表面质量。另外, 干平整可用小延伸率获得具有良好力学性能的产品。但干平整轧制力大,轧辊磨损大。湿平整则具有高延伸率、轧辊磨损小、使用寿命长等优点。

平整轧机有单机架平整和双机架平整。不同产品平整轧制的要求不同。以冷轧板、镀锡板及不锈钢板退火后平整轧制为例。为达到平整的要求, 平整机应满足下列要求:

(1) 为稳定控制钢板的表面光洁度、板形和延伸率, 平整轧机的工作辊通常采用Υ300mm以上的大辊径。

(2)当材质、板宽、压下率等因素变化时,轧制力也会发生变化, 因此, 轧机要具有弯辊补偿的控制能力。同时, 要结合轧辊的初始凸度,使换辊频率最小化。

(3) 除了有防止中间浪、边浪等单纯延伸的控制能力外, 还要有由局部延伸造成的复合板形的控制手段, 以保证带钢的板形。

(4) 要有高速响应控制系统, 以适应焊接部位通过轧机时轧制条件的变化。

(5) 为了防止异物咬入和保证轧辊清洁, 必须在轧机上安装清除装置, 同时, 希望轧机的轧辊少、形式简单。

对于镀锡原板等产品而言, 由于其带钢变形抗力较大且成品带钢的厚度较小, 可以将冷连轧过程中一部分带钢的压下率由退火后平整轧制来完成。此时, 带钢平整轧制的压下率可达到20 %～ 50 %, 这种情况下的平整轧制称为二次冷轧DR (Double Reducing)2。

总结冷连轧生产正朝着生产灵活化、产品专业化、工艺连续化、控制自动化的方向发展。提高产品质量, 减少能源消耗是其中最重要的内容。对于将要新建或改造的冷连轧生产线, 应根据生产定位选择适合的生产方式, 以获得最大的投入产出比2。