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。控制氧化層的形成，是通過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。