專利名稱：熱軋帶鋼連續還原除鱗方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬表面氧化物還原技術領域，特別是一種熱軋帶鋼連續還原除鱗方法及其裝置。
背景技術：
帶鋼在冷軋前都要采用化學酸洗的方法將熱軋來料表面的氧化鐵皮清除干凈，然后再進行冷軋變形。某些厚度大于2mm的涂鍍層用帶鋼在涂鍍之前也必須采用化學酸洗的方法將熱軋卷板表面的氧化鐵皮清除干凈。但采用酸洗除鱗存在很多缺點消耗大量的酸液、帶來一系列環境污染問題、清洗殘酸浪費大量的循環水、廢酸和鐵鹽的處理消耗企業大量資金、過酸洗和欠酸洗都會造成表面質量缺陷、酸液與鋼基體過分反應造成鐵損增加等。為此，軋鋼界多年來一直在探索其它除鱗方式，如噴丸除鱗、水流噴砂除鱗、電解除鱗等工藝，但均未取得大規模工業化經濟應用。還原除鱗作為一種無酸除鱗技術，是利用還原性氣氛將帶鋼表面氧化鐵皮還原成金屬鐵以替代傳統的鹽酸或硫酸酸洗除鱗技術。相對于傳統的除鱗方法，還原除鱗具有以下優點①減少環境污染。采用氫與鐵氧化物反應，生成物是水，因此絕對環保。②可節省大量的無機酸，降低生產成本。以氫還原代替酸洗，可節約大量的鹽酸和漂洗用清水，節省廢酸處理費用，降低設備投資費用。③提高成材率，將氧化鐵皮還原成金屬鐵可以提高成材率O. 5%左右。④采用氫還原代替酸洗，可避免因酸洗造成的質量缺陷，提高冷軋產品的質量。因此，還原除鱗技術存在巨大的節能環保潛力。專利文獻CN101558173A公開了一種不銹鋼退火和酸洗工藝，該方法主要針對冷軋不銹鋼進行表面處理。由于熱軋帶鋼基體厚度較厚，表面氧化鐵皮厚度在5 300 μ m,相對冷軋帶鋼來說都比較厚，故采用冷軋帶鋼連續退火爐很難在規定時間內還原干凈。專利文獻US6217666B1公開了一種帶鋼表面氧化鐵皮去除方法，但該方法也只是單純地對帶鋼表面的氧化鐵皮進行了還原，對還原過程中出現的缺陷如表面裂紋、脫碳等現象沒有提出解決方案。試驗研究發現，利用還原性氣體將熱軋帶鋼表面的氧化鐵皮還原后，帶鋼表面會出現大量的裂紋、孔洞、分層以及脫碳等缺陷。這些缺陷在隨后的冷軋加工過程中可能很難被軋合，從而遺傳給成品，造成冷軋成品表面缺陷和性能下降。在隨后的涂鍍過程中也會造成產品表面質量缺陷。
發明內容
本發明提供了一種熱軋帶鋼連續還原除鱗方法及其裝置，利用該方法及裝置，可以無污染、低成本、高效率、高質量地連續生產出表面光亮的無氧化熱軋帶鋼卷板。本發明提供的熱軋帶鋼連續還原除鱗方法通過以下技術方案實現。熱軋帶鋼連續還原除鱗方法，其特征在于該方法包括以下步驟a.加熱前的掃爐在開始加熱還原段爐體之前，先向爐膛內充入惰性氣體將爐膛內的空氣排空；
b.充還原氣體確認爐膛內的空氣全部排空之后，向爐膛內充入還原性氣體；c.加熱將爐膛溫度升高到650°C 1100°C范圍的還原溫度；d.上料還原用原料為熱軋之后的成品板卷，將鋼卷直接吊裝到開卷機上，開卷后利用剪切機將頭部切齊，并與前一根帶鋼切齊的尾部對焊連接；e.還原將帶鋼引入爐膛，利用還原性氣體對帶鋼表面的氧化鐵皮進行還原，還原過程中要向爐膛內不間斷地充入還原性氣體，確保將還原后產生的氏0和CO2及時帶出還原區；f.表面處理當帶鋼表面氧化鐵皮被還原成金屬鐵之后，利用高速旋轉的鋼絲刷對帶鋼表層進行清刷，確保表面均勻光滑；g.平整軋制將經過表面清刷的帶鋼引入平整軋機進行軋制，通過平整軋制減輕或消除帶鋼表面存在的缺陷；
h.冷卻將軋制之后的帶鋼引入冷卻段爐體，在冷卻段爐體中充有惰性氣體，利用循環冷卻的惰性氣體將帶鋼冷卻到出爐溫度150°C以下，然后導出爐膛，卷曲后成為表面光潔的帶鋼卷；上述步驟a中所述的惰性氣體為氮氣或氬氣。上述步驟d中所述的板卷為熱軋后冷卻到室溫的成品板卷，或是未冷卻到室溫的中溫或高溫板卷。上述步驟h中所述的在冷卻段爐體中充有的惰性氣體為氮氣或氬氣。上述步驟e中所述的加還原性氣體是氨分解后產生的氮氣和氫氣中加入O. 5 10%—氧化碳的混合氣體或純凈的氫氣中加入O. 5 10% —氧化碳的混合氣體或純凈的氫氣。上述步驟g中所述的平整軋制是在帶鋼還原后的中高溫下的平整軋制，軋制溫度范圍在400°C 1000°C。熱軋帶鋼連續還原除鱗方法采用的裝置，其特征在于該裝置包括入口導向輥、入口剪切機、焊接機、夾送輥、入口導嘴、惰性氣體密封段爐體、保溫層、還原段爐體、加熱器、表面清理段爐體、鋼絲刷、軋機入口導衛、軋機出口導衛、冷卻段箱體、冷卻水箱、冷卻水出口、出口導嘴、導出輥、出口剪切機、出口導向輥、還原后的帶鋼卷、測溫儀、氮氣充入管道、冷卻水入口、平整軋機、密封氣體充入管道、鐵屑收集槽、還原氣體充入管道、爐內支撐輥道、還原氣體導出管道、氧氣探頭、密封氣體充入管道、連接螺栓。前述的熱軋帶鋼連續還原除鱗裝置，其中的入口導嘴、惰性氣體密封段爐體、還原段爐體、表面清理段爐體、軋機入口導衛均采用耐熱鋼焊接制成，它們之間采用耐熱鋼螺栓整體密封連接；惰性氣體密封段爐體長度為I 10米，外部包有耐火材料保溫層；還原段爐體長度為20 80米，外部為燃料燃燒或電阻發熱的加熱空間，最外層是保溫隔熱層，在加熱空間里利用燃料燃燒產生的熱量對爐體進行加熱；表面清理段爐體長度為O. 5 4米，內部裝設I 4套表面清理用棍刷,棍刷用耐熱鋼絲制成,絲的直徑為O. 01 O. 2mm,棍軸中心通水冷卻，輥刷的旋轉速度為200 3000rpm ;表面清理段爐體的下部設有鐵屑收集槽，槽中盛滿水，以便對爐體進行密封；其中的平整軋機為四輥軋機，其工作輥是中空的，內部通水冷卻；其中的冷卻段箱體用普通不銹鋼焊接制成，箱體總長度為5 30米，箱體內部充惰性氣體，箱體外層焊接有冷卻水箱，冷卻水箱內充入循環冷卻水冷卻；其中的入口導嘴和出口導嘴與相應的導向輥緊密接觸；其中的軋機入口導衛和軋機出口導衛與軋機工作輥有I IOmm的間隙；其中的各段箱體內均有支撐鋼帶運行的輥道，輥道采用耐熱鋼制作。所述的表面清理段爐體布置在還原段爐體的后面，并與還原段爐體緊密連接，表面清理段爐體內部布置有旋轉的輥刷對帶鋼表面進行清刷，輥軸中心通水冷卻。所述的平整軋機布置在表面清理段爐體和冷卻段爐體之間，并采用軋機入口導衛和軋機出口導衛分別與表面清理段爐體和冷卻段爐體相連，入口導衛和出口導衛都對準軋機工作輥輥縫，并與輥縫之間有I IOmm的間隙。 本發明的突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在(I)利用本發明所述的工藝方法可以連續、低成本、無污染地生產出表面呈銀白色的無氧化鐵皮的熱軋帶鋼卷；(2)本發明所用原料包括各種材質的熱軋帶鋼板卷，板卷初始溫度可以是室溫的，也可是軋制后未經過冷卻的中高溫的，故可大量節約加熱所需能量，降低能源消耗；(3)本發明采用的還原性氣體是氨分解后產生的氮氣和氫氣中加入O. 5 10% —氧化碳的混合氣體或純凈的氫氣中加入O. 5 10%—氧化碳的混合氣體，在對氧化鐵皮進行還原的同時，利用CO調節氣氛中的[C]濃度，以此控制帶鋼表面的脫碳；(4)本發明采用的平整軋制是在高溫下進行的軋制，通過平整軋制可以提高鋼板表面光潔度，提高厚度精度和板形質量；
圖I是熱軋帶鋼連續還原除鱗工藝示意圖。圖中各標記的含義如下1開卷機；2入口導向輥；3入口剪切機；4焊接機；5夾送輥；6入口導嘴；7惰性氣體密封段爐體；8保溫層；9還原段爐體；10加熱器；11表面清理段爐體；12鋼絲刷；13軋機入口導衛；14軋機出口導衛；15冷卻段箱體；16冷卻水箱；17冷卻水出口 ； 18出口導嘴；19導出輥；20出口剪切機；21出口導向輥；22還原后的帶鋼卷取機；23測溫儀；24氮氣充入管道；25冷卻水入口 ；26平整軋機；27密封氣體充入管道；28鐵屑收集槽；29還原氣體充入管道；30爐內支撐輥道；31還原氣體導出管道；32氧探頭；33密封氣體充入管道；34連接螺栓。
具體實施例方式如圖I所示，本發明采用包括開卷機I、入口導向輥2、入口剪切機3、焊接機4、夾送輥5、入口導嘴6、惰性氣體密封段爐體7、保溫層8、還原段爐體9、加熱器10、表面清理段爐體11、鋼絲刷12、軋機入口導衛13、軋機出口導衛14、冷卻段箱體15、冷卻水箱16、冷卻水出口 17、出口導嘴18、導出輥19、出口剪切機20、出口導向輥21、還原后的帶鋼卷取機22、測溫儀23、氮氣充入管道24、冷卻水入口 25、平整軋機26、密封氣體充入管道27、鐵屑收集槽28、還原氣體充入管道29、爐內支撐輥道30、還原氣體導出管道31、氧探頭32、密封氣體充入管道33、連接螺栓34在內的一種熱軋帶鋼連續還原除鱗生產裝置。開卷機I為普通的帶鋼開卷機，將熱軋之后的帶鋼卷展開；帶鋼經入口導向輥2后利用入口剪切機3進行切頭，前一卷帶鋼尾部也入口剪切機3切齊，然后采用焊接機4將頭尾對齊焊接牢固；焊接后的帶鋼被牽引進入夾送輥5，經過入口導嘴6進入惰性氣體密封段爐體7中，在惰性氣體密封段爐體7中利用密封氣體充入管道33充入惰性氣體氮或氬，密封氣體的壓力需大于還原段爐體9中還原氣體的壓力，密封段爐體7中的氧濃度由氧探頭32測定；帶鋼然后被引入還原段爐體9中，在還原段爐體9中帶鋼被加熱并被還原，加熱溫度由測溫儀23測定，還原性氣體氫氣或氫氣與氮氣的混合氣體或氫氣與一氧化碳的混合氣體或氫氣與氮氣及一氧化碳的混合氣體通過還原氣體充入管道29充入還原段爐體9中，氣體在與帶鋼反向運行的過程中與帶鋼表面氧化鐵皮發生還原反應，然后由還原氣體導出管道31排出進入循環系統；經過還原后的帶鋼進入表面清理段爐體11，表面清理段爐體11中設置的I 4對鋼絲刷12對帶鋼表面的缺陷進行清理，清理下來的鐵屑落入鐵屑收集槽28中；清理后的帶鋼經由軋機入口導衛13進入平整軋機26軋制，入口導衛13中仍需通過密封氣體充入管道27充入惰性氣體氮氣以便對還原段爐體9進行密封，平整軋機26的壓下率可控制在I % 25%之間；軋制后的帶鋼經由軋機出口導衛14進入冷卻段箱體15中，惰性氣體氮由氮氣充入管道24充入冷卻段箱體15中對帶鋼進行冷卻，冷卻水從入口 25進入冷卻水箱16中對冷卻段箱體15進行冷卻，然后由出口 17排出；帶鋼經過冷卻后由測溫儀23測出溫度，溫度低于150°C時由導出輥19夾送并經過出口導向輥21由卷取機22進行卷曲。在惰性氣體密 封段爐體7、還原段爐體9、冷卻段箱體15中帶鋼均由爐內支撐輥道30支撐運行；出口剪切機20可對帶鋼進行定尺分卷。實施例I :將室溫下的帶鋼卷置于開卷機I上展開，經過入口導向輥2后利用入口剪切機3進行切頭，然后采用焊接機4與前一卷帶鋼切齊的尾部對焊牢固；帶鋼被牽引進入夾送輥5，經過入口導嘴6進入惰性氣體密封段爐體7中，在惰性氣體密封段爐體7中通過密封氣體充入管道33充入惰性氣體氮氣，密封氣體的壓力設定30 40Pa，密封段爐體7中的氧濃度由氧探頭32測定，通過惰性氣體密封段爐體后帶鋼被引入還原段爐體9中；在還原段爐體9中帶鋼被加熱到800°C，還原性氣體按照95% H2+5% CO比例混合，通過管道29充入還原段爐體9中，混合氣體的壓力控制在15 20Pa范圍，氣體在與帶鋼反向運行的過程中與帶鋼表面氧化鐵皮發生還原反應，反應時間控制在5 15分鐘，然后由還原氣體導出管道31排出進入循環系統；經過還原后的帶鋼進入表面清理段爐體11，轉數為IOOOrpm的輥刷12對帶鋼表面的缺陷進行清理，清理下來的鐵屑落入鐵屑收集槽28中；清理后的帶鋼經由軋機入口導衛13進入平整軋機26軋制，軋制壓下率控制在5% 10% ;入口導衛13中需通過管道27充入惰性氣體氮氣對還原段爐體9進行密封；軋制后的帶鋼經由軋機出口導衛14進入冷卻段箱體15中，惰性氣體氮氣通過充入管道24充入冷卻段箱體15中對帶鋼進行冷卻，溫度不高于30°C的冷卻水從入口 25進入冷卻水箱16中對冷卻段箱體15進行冷卻，然后由出口 17排出；帶鋼經過冷卻后由測溫儀23測出溫度，溫度低于100°C時由導出輥19夾送并經過出口導向輥21由卷取機22進行卷曲；完成一卷帶鋼的還原后，由出口剪切機20對帶鋼進行定尺分卷。實施例2 將軋制后至少500°C的帶鋼卷置于開卷機I上展開，經過入口導向輥2后利用入口剪切機3進行切頭，然后采用焊接機4與前一卷帶鋼切齊的尾部對焊牢固；帶鋼被牽引進入夾送輥5，經過入口導嘴6進入惰性氣體密封段爐體7中，在惰性氣體密封段爐體7中通過密封氣體充入管道33充入惰性氣體氮氣，密封氣體的壓力設定20 30Pa，密封段爐體7中的氧濃度由氧探頭32測定，通過惰性氣體密封段爐體后帶鋼被引入還原段爐體9中；在還原段爐體9中帶鋼被加熱到900°C，還原性氣體按照75% H2+20% N2+5% CO比例混合，通過管道29充入還原段爐體9中，混合氣體的壓力控制在10 15Pa范圍，氣體在與帶鋼反向運行的過程中與帶鋼表面氧化鐵皮發生還原反應，反應時間控制在3 15分鐘，然后由還原氣體導出管道31排出進入循環系統；經過還原后的帶鋼進入表面清理段爐體11，轉數為IOOOrpm的輥刷12對帶鋼表面的缺陷進行清理，清理下來的鐵屑落入鐵屑收集槽28中；清理后的帶鋼經由軋機入口導衛13進入平整軋機26軋制，軋制壓下率控制在3% 8% ；入口導衛13中需通過管道27充入惰性氣體氮氣對還原段爐體9進行密封；軋制后的帶鋼經由軋機出口導衛14進入冷卻段箱體15中，惰性氣體氮氣通過充入管道24充入冷卻段箱體15中對帶鋼進行冷卻，溫度不高于30°C的 冷卻水從入口 25進入冷卻水箱16中對冷卻段箱體15進行冷卻，然后由出口 17排出；帶鋼經過冷卻后由測溫儀23測出溫度，溫度低于100°C時由導出輥19夾送并經過出口導向輥21由卷取機22進行卷曲；完成一卷帶鋼的還原后，由出口剪切機20對帶鋼進行定尺分卷。上述具體實施例表明，采用本工藝方法和裝置連續還原的熱軋帶鋼生產效率高，無污染，生產成本低，表面質量光潔，板形良好。需要說明的是，這些例子僅是本技術方法和裝置的一些應用范例，不能理解為對本發明權利要求保護范圍的限制。
權利要求
1.一種熱軋帶鋼連續還原除鱗方法，其特征在于該方法包括以下步驟 a.加熱前的掃爐在開始加熱還原段爐體之前，先向爐膛內充入惰性氣體將爐膛內的空氣排空； b.充還原氣體確認爐膛內的空氣全部排空之后，向爐膛內充入還原性氣體； c.加熱將爐膛溫度升高到650°C 1100°C范圍的還原溫度； d.上料還原用原料為熱軋之后的成品板卷，將鋼卷直接吊裝到開卷機上，開卷后利用剪切機將頭部切齊，并與前一根帶鋼切齊的尾部對焊連接； e.還原將帶鋼引入爐膛，利用還原性氣體對帶鋼表面的氧化鐵皮進行還原，還原過程中向爐膛內不間斷地充入還原性氣體，確保將還原后產生的H2O和CO2及時帶出還原區； f.表面處理當帶鋼表面氧化鐵皮被還原成金屬鐵之后，利用高速旋轉的鋼絲刷對帶鋼表層進行清刷，確保表面均勻光滑； g.平整軋制將經過表面清刷的帶鋼引入平整軋機進行軋制，通過平整軋制減輕或消除帶鋼表面存在的缺陷； h.冷卻將軋制之后的帶鋼引入冷卻段爐體，在冷卻段爐體中充有惰性氣體，利用循環冷卻的惰性氣體將帶鋼冷卻到出爐溫度150°C以下，然后導出爐膛，卷曲后成為表面光潔的帶鋼卷。
2.根據權利要求I所述的熱軋帶鋼連續還原除鱗方法，其特征在于上述驟a中所說的惰性氣體為氮氣或氬氣。
3.根據權利要求I所述的熱軋帶鋼連續還原除鱗方法，其特征在于上述步驟d中所說的板卷為熱軋后冷卻到室溫的成品板卷，或是未冷卻到室溫的中溫或高溫板卷。
4.根據權利要求I所述的熱軋帶鋼連續還原除鱗方法，其特征在于上述步驟h中所說的在冷卻段爐體中充有的惰性氣體為氮氣或氬氣。
5.根據權利要求I所述的熱軋帶鋼連續還原除鱗方法，其特征在于上述步驟e中所說的加還原性氣體是氨分解后產生的氮氣和氫氣中加入0. 5 10% —氧化碳的混合氣體或純凈的氫氣中加入0. 5 10% —氧化碳的混合氣體或純凈的氫氣。
6.根據權利要求I所述的熱軋帶鋼連續還原除鱗方法，其特征在于上述步驟g中所說的平整軋制是在帶鋼還原后的中高溫下的平整軋制，軋制溫度范圍在400°C 1000°C。
7.權利要求I所述的熱軋帶鋼連續還原除鱗方法采用的裝置，其特征在于該裝置包括入口導向輥、入口剪切機、焊接機、夾送輥、入口導嘴、惰性氣體密封段爐體、保溫層、還原段爐體、加熱器、表面清理段爐體、鋼絲刷、軋機入口導衛、軋機出口導衛、冷卻段箱體、冷卻水箱、冷卻水出口、出口導嘴、導出輥、出口剪切機、出口導向輥、還原后的帶鋼卷、測溫儀、氮氣充入管道、冷卻水入口、平整軋機、密封氣體充入管道、鐵屑收集槽、還原氣體充入管道、爐內支撐輥道、還原氣體導出管道、氧氣探頭、密封氣體充入管道、連接螺栓，其中的入口導嘴、惰性氣體密封段爐體、還原段爐體、表面清理段爐體、軋機入口導衛均采用耐熱鋼焊接制成，它們之間采用耐熱鋼螺栓整體密封連接；惰性氣體密封段爐體長度為I 10米，外部包有耐火材料保溫層；還原段爐體長度為20 80米，外部為燃料燃燒或電阻發熱的加熱空間，最外層是保溫隔熱層，在加熱空間里利用燃料燃燒產生的熱量對爐體進行加熱；表面清理段爐體長度為0. 5 4米，內部裝設I 4套表面清理用輥刷，輥刷用耐熱鋼絲制成，絲的直徑為0. 01 0. 2mm,棍軸中心通水冷卻，棍刷的旋轉速度為200 3000rpm ；表面清理段爐體的下部設有鐵屑收集槽，槽中盛滿水；其中的平整軋機為四輥軋機，其工作輥是中空的，內部通水冷卻；其中的冷卻段箱體用普通不銹鋼焊接制成，箱體總長度為5 30米，箱體內部充惰性氣體，箱體外層焊接有冷卻水箱，冷卻水箱內充入循環冷卻水冷卻；其中的入口導嘴和出口導嘴與相應的導向輥緊密接觸；其中的軋機入口導衛和軋機出口導衛與軋機工作輥有I IOmm的間隙；其中的各段箱體內均有支撐鋼帶運行的輥道，輥道采用耐熱鋼制作。
8.根據權利要求7所述的熱軋帶鋼連續還原除鱗方法采用的裝置，其特征在于所說的表面清理段爐體布置在還原段爐體的后面，并與還原段爐體緊密連接，表面清理段爐體內部布置有旋轉的輥刷，輥軸中心通水冷卻。
9.根據權利要求7所述的熱軋帶鋼連續還原除鱗方法采用的裝置，其特征在于所說的平整軋機布置在表面清理段爐體和冷卻段爐體之間，并采用軋機入口導衛和軋機出口導衛分別與表面清理段爐體和冷卻段爐體相連，入口導衛和出口導衛都對準軋機工作輥輥縫，并與輥縫之間有I IOmm的間隙。
全文摘要
本發明公開了一種熱軋帶鋼連續還原除鱗方法及其裝置，方法包括加熱前的掃爐；充還原氣體；加熱；上料；還原；表面處理；平整軋制；冷卻。裝置包括入口導向輥、入口剪切機、焊接機、夾送輥、入口導嘴、惰性氣體密封段爐體、保溫層、還原段爐體、加熱器、表面清理段爐體、鋼絲刷、軋機入口導衛、軋機出口導衛、冷卻段箱體、冷卻水箱、冷卻水出口、出口導嘴、導出輥、出口剪切機、出口導向輥、還原后的帶鋼卷、測溫儀、氮氣充入管道、冷卻水入口、平整軋機、鐵屑收集槽、還原氣體充入管道、爐內支撐輥道、氧氣探頭、密封氣體充入管道、連接螺栓。利用該方法及裝置，可以無污染、低成本、高效率、高質量地連續生產表面光亮的無氧化熱軋帶鋼卷板。
文檔編號C23G5/00GK102828195SQ201110158729
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者井玉安, 李勝利, 董海雪, 韓躍, 賈品峰 申請人:遼寧科技大學