冷轧薄板连续退火技术的发展

冷轧薄板连续退火技术的发展

宋 加

【摘要】 简要介绍了冷轧板带钢连续退火技术的进步，以及世界连续退火生产的发展。

【关键词】 连续退火 一次冷却 过时效 回火

DEVELOPMENT OF CONTINUOUS ANNEALING

TECHNOLOGY

FOR COLD ROLLED STEEL SHEET

Song Jia

（Central lron & Steel Research lnstitute）

【Abstract】 The advancement and development of continuous annealing technology for cold rolled steel sheet and strip in the world have been briefly introduced．

【Key Words】 Continuous Annealing，First Cooling，Over Ageing，Tempering

1 前 言

日本钢铁界经过多年努力，在70年代解决了连续退火技术生产深冲、重深冲、超深冲钢板的难题，经过20多年的努力，连续退火的生产能力不断扩大，该技术也得到进一步发展。

2 连续退火的概况

2.1 发展简史

1972年10月新日铁在君津厂建成了№1连续退火机组，首先开发了连续退火生产冷轧深冲碳钢薄板的技术，简称NSC－CAPL。1976年7月日本钢管在福山厂建成了№2连续退火机组，这是继新日铁后开发的另一种连续退火生产冷轧深冲碳钢薄板的技术，简称NKK－CAL。1980年7月川崎制铁也在千叶厂开发建成了№2连续退火机组，简称KM－CAL。 进入80年代，世界各大钢铁厂相继建设连续退火机组，到80年代末共建成34套机组。90年代进一步发展，到1996年底，全世界约建设了54套连续退火机组，总处理能力达3300万t/a以上。其中NSC－CAPL型26套，NKK－CAL型15套，KM－CAL型13套［1］。 2.2 各类连续退火技术的特点

3种连续退火冶金原理相同，机组设备组成相似，都是将电解清洗、退火，脱湿冷却、平整轧制，检查分卷5道工序合并在连续退火机组线中一次完成。3种技术的共同点是通过控制一次冷却速度，一次冷却终了温度和过时效温度，使钢中固溶碳充分析出。但在一次冷却，张力控

制及温度控制方面各有特色，连续退火技术的发展即是上述具体技术的进步。

新日铁的NSC－CAPL技术开发最早，产品质量好，操作经验丰富。世界上建成的该型机数量最多；日本钢管的NKK－CAL型机组尤其擅长处理高强度钢板；川崎制铁的KM－CAL型机组一次冷却控制手段灵活，能适应多品种生产要求，以处理薄规格产品见长。

3 连续退火技术的发展

3.1 一次冷却技术

一次冷却技术最为关键，其优劣直接影响产品机械性能，退火周期及机组所适应的品种。各种一次冷却技术发展情况如下［2］： (1)气体喷射冷却(GJC） 由新日铁70年代开发，采用喷射循环保护气体进行冷却，冷却速度慢，约5～30℃／s，使过时效时间变长。 (2)冷水淬冷却(WQ）

由日本钢管开发，将炉内带钢由700～850℃冷却到560℃，再水淬冷却至65℃左右，冷却速度为500～2000℃／s，为去除带钢表面氧化膜，带钢要经酸洗、中和、漂洗、烘干，再重新加热过时效或回火。 由于冷却速度极快，仅1min过时效就能析出过饱和固溶碳，生产深冲板。另外钢中加入适量合金元素，能经水淬一次冷却形成双相钢、BH钢等。

这种方法冷却速度过快，冷却终点温度难以控制，并且能耗高。 (3)辊式冷却

日本钢管1982年研制成功这种技术，并用于神户制钢的连续退火机组上。辊式冷却是使带钢与内部通水冷却的辊子接触，通过热传导对带钢冷却，冷却速度为100～300℃／s，改变带钢与水冷辊的接触时间可调节冷却速度。这种方法冷却速度快，并可准确控制冷却终点温度，但冷却均匀性差，冷却辊工作条件恶劣，寿命低。

日本钢管还开发了水淬和辊冷联合冷却(WQ＋RC)技术，兼有2种冷却的特点。

(4)高速气体喷射冷却(HGJC，H－GJC）

HGJC是由川崎制铁与三菱重工共同开发，采用窄缝喷嘴向带钢两面喷射气体，调节风机出口的阀板改变冷却速度，冷却装置分成多个区段，以使带钢宽度方向冷却均匀。喷嘴喷射的气体中含氢，这能增加导热性，从而可加速一次冷却，冷却速度可达10～100℃／s。

HGJC技术与日本钢管的RQ技术结合可以扩大冷却速度范围达50～150℃／s，板形与表面质量比单独RQ要好。

新日铁1987年成功地在八幡厂№2机组上使用了H－GJC技术，其与HGJC不同之处是采用圆柱状喷嘴及挡板，可有效地减轻气体回流，保证带钢宽度方向的均匀冷却，所需电机功率小。 (5)气水双相冷却(ACC）

这是新日铁开发的口琴式气流雾化水冷却喷嘴，并采用了参照模式自适应控制法及卡尔曼过滤法的控制系统，能精确控制冷却终点温度

400±5℃及冷却速度。

ACC的喷嘴有气体侧向喷射窄槽，带宽方向冷却均匀，改变供水流量来调节冷却能力，可保持不同厚度带钢有同一冷却速度。一次冷却起始温度700℃，气水比＞0.13Nm3／l，ACC需要后续表面处理。 (6)热水淬冷却(HOWAC）

是新日铁与比利时考柯尔桑布尔钢铁公司联合开发的冷却技术，通过沉没辊的上下移动，使一次冷却的终点温度控制十分简单，并在热水淬系统后设有水雾冷却(一步冷却)用于生产高强度板或镀锡原板，采用HOWAC需要后续表面处理。

各种一次冷却技术特点比较见表1。

表1 一次冷却技术特性比较 过时效冷却速后续或 表 度 回火时面处间 (℃／s) 理 (min） 5～30 不需要 3～5 2～4 设备 维护 带钢 板形 表面 质量 带钢 性能 冷却方法 适用品种 气冷(GJC） 镀锡原板 简优 优 差 单 高速喷气冷却(HGJC，H不需10～100 －GJC） 要 镀锡原板，冷简优 优 良 轧板 单 冷轧板 复良 良 优 杂 气水双相冷却(ACC） 50～200 需要 2～3 冷水淬冷却(WQ） 辊冷冷却(RC） 500～需要 2000 100～300 不需要 1 2～3 冷轧板、高强复中 良 优 度板 杂 冷轧板 简良 差 优 单 热水淬冷却(HOWAC） 25～150 需要 2～4 喷气与辊淬联合(GJC＋不需50～200 2～3.5 RQ） 要 水淬＋辊冷联合(WQ＋RC） 冷轧板、高强复中 良 良 度板 杂 冷轧板 简优 良 良 单 160～冷轧板、高强复需要 1.5～3 中 中 优 1000 度板 杂 3.2 过时效及回火技术

带钢经一次冷却后要经过时效处理，过时效温度控制有3种，多数炉子为400℃等温时效；也有斜坡时效，即逐步降温时效，以加快固溶碳的析出；还有一种为先等温再斜坡过时效。过时效的时间与一次冷却速度有关，一次冷却速度愈快，过时效时间愈短。根据一次冷却速度不同，过时效时间约需1.5～5min。

当生产高强度钢板时，一次快冷后，则采用300℃回火1～2.5min。 3.3 张力及板温控制技术

80年代中期以来，新建连续退火机组趋向高速高产，开发出一系列张力及板温控制技术，也称高速通板技术。

新日铁开发采用的技术有：炉子段高精度张力控制器，炉后设分段张紧辊装置，设中心位置控制器，一次冷却段横向冷却模型控制系统，炉子段张力监测控制系统，炉辊自动速度调节系统，低惯性高响应张力调节系统，以及在过时效段后设置张力辊等等；

日本钢管采用如下技术：交流矢量控制晶体管变换器，多重反射式温度计和动态板温控制模型； 川崎制铁开发的技术如下：

高功能矢量变换器和低惯性高响应装置，可使张力精度达±98N，利用有限元瓢曲模拟模型设计辊子形状以防止宽带钢瓢曲。

4 连续退火生产发展趋势

4.1 专业化生产

近年建设的连续退火机组多将镀锡厚板与冷轧薄板分开，不在同一套机组生产。这样便于合理选择机组设备，如合适的辊径、炉子各段合理的加热能力，最佳的一次冷却形式等，使机组能更精细地控制全线各段张力，运行稳定，提高机组作业率。

1987年～1995年间共建成了28套连续退火机组。镀锡厚板与冷轧薄板混合处理机组仅有6套。其中1990年～1995年间建设了12套连续退火机组，处理镀锡厚板机组4套，处理冷轧薄板机组8套，没有1套是混合型的。

为生产汽车板也建设了不少专用机组，机组处理板宽大(如君津№2NSC－CAPL机组最大板宽1860mm；日本钢管福山厂NKK－CAL机组，最大板宽1880mm)，机组的一次冷却系统、炉子加热段，均热段及过时效段的能力配置均更适应汽车板及IF钢。 4.2 高产能高速度机组

新建的连续退火机组趋向高产能、高速度，生产冷轧薄板的连续退火机组每套产能超过90万t／a已不在少数。

1987年以前共建生产冷轧薄板的NSC－CAPL型机组12套，平均每套产能64.4万t／a。1987年以来共建NSC－CAPL型机组5套，平均每套产能达93.8万t／a。

生产冷轧薄板的NKK－CAL型连续退火机组平均每套产能已从1987年前的54.4万t／a提高至93万t／a。

1987年以来共建生产冷轧板的KM－CAL型连续退火机组6套，平均每套产能达101.7万t／a。

90年代以来，生产镀锡原板的连续退火机组的产能、速度均趋向提高。NSC－CAPL型机组炉子段速度达880m／min，而KM－CAL型炉子段速度最高达1000m／min。 4.3 机组趋向多功能

处理镀锡厚板的机组能生产T1～T6级产品，处理冷轧薄板的机组可以生产CQ、DQ、DDQ、EDDQ，还可以生产高强度板；KM－CAL机组还可以生产中低牌号电工钢H30～H60等。 4.4 连续炉更趋完善 (1)改进加热方式