冷軋不銹鋼退火酸洗新工藝及其優(yōu)點(diǎn)
時(shí)間:2019-06-13
作者:無錫不銹鋼板
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根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10088/2,當(dāng)前供應(yīng)的冷軋無錫不銹鋼帶通常分為兩種表面:
1)2D/2B表面:冷軋、退火、酸洗并平整后的表面;
2)2R表面:冷軋、經(jīng)光亮退火(BA)并平整后的表面。
2D/2B 表面,通常用臥式高產(chǎn)量的連續(xù)退火酸洗線生產(chǎn),產(chǎn)量可達(dá)150t/h,鋼帶的退火是在氧化氣氛中進(jìn)行(燃燒氣體混合物)。退火中所產(chǎn)生的氧化層必須被去除,然后恢復(fù)鈍化狀態(tài)。該工序通常由電解除鱗和化學(xué)酸洗工藝來完成,化學(xué)酸洗一般采用使用混合酸液(硝酸和氫氟酸)。由此產(chǎn)生的大量的污染物,如氮氧化物、廢水中的硝酸鹽以及污泥,需要特殊的處理工藝來處理。
2R表面,在立式光亮退火機(jī)組上生產(chǎn)。帶鋼在氫氮混合物中進(jìn)行退火,控制好露點(diǎn),從而防止了帶鋼表面的氧化,而無需酸洗工藝。然而,立式爐限制了生產(chǎn)率,目前最大只能達(dá)到20t/h-25t/h左右。由于其鏡面特性和良好的外觀,2R表面產(chǎn)品比2D/B更受歡迎。
通過結(jié)合兩種工藝的主要優(yōu)點(diǎn),開發(fā)出一項(xiàng)創(chuàng)新的工藝技術(shù),并應(yīng)用于無錫不銹鋼冷軋帶鋼的退火酸洗處理。
1 工藝和技術(shù)
市場全球化正在驅(qū)使鋼鐵制造商尋求新的工藝和技術(shù)來減少生產(chǎn)成本、提高競爭力、改善產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)還要減少生產(chǎn)過程對于環(huán)境的影響。為了追求這個(gè)目標(biāo),開發(fā)出了一種能夠得到接近于2R的增強(qiáng)表面質(zhì)量的新無錫不銹鋼帶生產(chǎn)技術(shù)、同時(shí)可以維持與傳統(tǒng)退火酸洗線相同的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)成本的工藝,其進(jìn)一步的優(yōu)勢還表現(xiàn)在能減少化學(xué)酸洗工藝對環(huán)境的影響。
與傳統(tǒng)退火酸洗線相比,新工藝能急劇減少帶鋼在退火段產(chǎn)生的氧化。因此,化學(xué)酸洗處理也就可以取消或者減少使用,從而獲得好的表面質(zhì)量,節(jié)約酸洗處理的費(fèi)用并減少了需要中和處理的廢液量??刂蒲趸瘜拥男纬桑峭ㄟ^特殊的帶鋼熱處理周期和精確控制每個(gè)工藝步驟(加熱和冷卻段)的退火氣氛中的氧化量,特別是在高溫工藝段。該工藝技術(shù)的關(guān)鍵步驟包括以下幾段:
1)控制性氧化氣氛下的快速加熱段,在這里,氧化晶核和一層薄的氧化膜形成;
2)退火段,完成冶金學(xué)的轉(zhuǎn)化(得到要求的力學(xué)性能、晶粒尺寸、碳的固熔等等),該退火在非氧化氣氛(氮?dú)猓┫逻M(jìn)行,以限制氧化層的生長;
3)在非氧化氣氛下的冷卻段,冷卻速率能避免碳化物析出;
4)有效的電解除鱗段;
5)輕微的化學(xué)酸洗段,可以減少對環(huán)境影響和產(chǎn)生鈍化的表面。要獲得最好的表面,該步驟可以免去。
2 研究和開發(fā)
從已經(jīng)擁有的不銹鋼連續(xù)退火和酸洗的生產(chǎn)工藝和廠家的技術(shù)訣竅開始,首先在實(shí)驗(yàn)室中的處理設(shè)施上進(jìn)行初步研發(fā)。后來,新工藝的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在特別設(shè)計(jì)和建造的連續(xù)退火實(shí)驗(yàn)機(jī)組上進(jìn)行。并進(jìn)行了退火樣品板的表面特性和酸洗的測試。
退火
研究AISI 304不銹鋼在傳統(tǒng)退火和新工藝下產(chǎn)生的氧化現(xiàn)象,結(jié)果表明,在新工藝下退火的初始加熱段(850℃~950℃),氧化的減少是通過采用較傳統(tǒng)工藝下高的空燃比獲得的,從而在控制性氣氛下形成了一層保護(hù)性的薄的氧化層。在更高溫度下的退火(通常這個(gè)階段大量的氧化形成),通過采用非氧化性氣氛防止了氧化物的增長,同樣的,在冷卻段,采用非氧化性氣氛也防止了進(jìn)一步的氧化物產(chǎn)生。
(2) 酸洗
傳統(tǒng)的冷軋退火酸洗線的酸洗段通常分為兩部分。一個(gè)電解段溶解氧化層,一個(gè)化學(xué)段(混合硝酸和氫氟酸池或者生態(tài)鹽池)通過溶解內(nèi)層的反應(yīng)層來去除殘余氧化鐵皮和恢復(fù)鈍化表面。
因?yàn)樾鹿に嚋p少了氧化層的產(chǎn)生,薄氧化層能夠通過在傳統(tǒng)電解段的簡單電解除鱗處理很容易被去除。電解處理后,帶鋼表面無氧化,呈現(xiàn)接近與2R的表面質(zhì)量。
最后,輕微的化學(xué)處理(低溫,低氫氟酸含量,短處理時(shí)間)保證了即使在退火酸洗線非標(biāo)準(zhǔn)工作環(huán)境下(如因?yàn)樯a(chǎn)產(chǎn)量和來料的改變而引起的爐子的過渡期,生產(chǎn)線降速等)也能實(shí)現(xiàn)完全酸洗。因?yàn)闃O大地減少了氧化現(xiàn)象從而降低了鋼帶表面反應(yīng)性,最終的輕微化學(xué)酸洗跟傳統(tǒng)工藝相比,極大減少了材料的損耗和酸洗的時(shí)間。
(3) 試驗(yàn)工廠
所建造的退火試驗(yàn)線能夠以最高機(jī)組速度10m/min連續(xù)處理0.4mm~2.0mm厚和300mm寬的帶鋼,機(jī)組是模塊化設(shè)計(jì)的,能夠復(fù)制不同的退火周期和爐子氣氛。使用的耐火材料能夠承受加熱區(qū)域最高1400℃的溫度,并且配備了工藝控制儀表。當(dāng)帶鋼到達(dá)爐子的第二個(gè)區(qū)域時(shí),溫度達(dá)到最高,此時(shí)由電阻加熱或者輻射管進(jìn)行間接加熱。大量的實(shí)驗(yàn)在這條機(jī)組上進(jìn)行,致力于尋求最好的工藝條件、按比例增加的標(biāo)準(zhǔn),并定義了相應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)用工藝技術(shù)。
3 應(yīng)用領(lǐng)域
使用該技術(shù),所有的不銹鋼種(奧氏體、鐵素體和雙相不銹鋼)可以獲得接近于光亮退火(BA)和標(biāo)準(zhǔn)2B~2D的表面質(zhì)量。退火工藝中,只有需要傳送到鋼帶上總能量的約20%的熱量由非直接加熱系統(tǒng)(如電阻加熱或輻射管加熱)提供。
4 成本評估
成本分析是基于當(dāng)?shù)啬茉春筒牧蟽r(jià)格進(jìn)行的,考慮了下列生產(chǎn)費(fèi)用:
a)退火段能源(燃料)和工藝氣體消耗;
b)電解段和輕化學(xué)酸洗段的電力和化學(xué)品消耗;
c)廢物及廢氣的處理;
d)工廠運(yùn)行的直接人力成本;
e)由于退火和酸洗導(dǎo)致的金屬損失(成材率);
基于上述生產(chǎn)費(fèi)用,新工藝與傳統(tǒng)退火酸洗工藝相比,生產(chǎn)AISI 304成本可以降低35%~40%左右。
5 主要優(yōu)點(diǎn)
總而言之,新工藝技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)為:
1)具有和傳統(tǒng)退火酸洗線相同的生產(chǎn)能力;
2)高的靈活性,無論是生產(chǎn)2D產(chǎn)品的表面還是接近于2R的表面;
3)減少甚至取消化學(xué)酸洗,從而節(jié)約了設(shè)備投資和管理成本;
4)減輕對于環(huán)境的影響,從而降低了排放和廢物中和處理的費(fèi)用;
5)更好的產(chǎn)品表面質(zhì)量;
6)該技術(shù)無論是對于新建工廠或者現(xiàn)有工廠改造都適合。對于現(xiàn)有工廠改造,只需改造爐子段,而無需對酸洗段做任何改變,僅由于減少了帶鋼的氧化,從而提高了產(chǎn)量而獲得盈利。