[发明专利]热轧带钢氧化铁皮控制及改性机组

说明书

技术领域

本发明涉及热轧带钢生产领域，具体地指一种热轧带钢氧化铁皮控制及改性机组。

背景技术

目前，国内钢材市场竞争日趋激烈，产品同质化严重，且用户对热轧带钢产品的要求也日趋苛刻。用户对产品的尺寸、形状精度、力学性能等方面均有较高要求，随着现代化工业的发展及钢铁行业“以热代冷”成为趋势，用户对热轧带钢产品的表面质量要求也越来越高，如基于降本增效及节能环保等方面的考虑，用户对热轧带钢产品表面氧化铁皮的性能，如酸洗难易程度、剥落行为等方面有一定要求，热轧免酸洗钢，易酸洗钢、热轧酸洗板卷等一系列的产品因此被钢铁厂家大力发展。

热轧带钢在整个生产过程中一直伴随着氧化，在较高温度时，其表面氧化铁皮典型结构为：最外层较薄的Fe₂O₃层，中间Fe₃O₄层和靠近基体侧较厚的FeO层。当热轧带钢在卷取下线后的冷却过程中温度降至570℃以下时，FeO层由于热力学不稳定发生共析反应，生成α~Fe+Fe₃O₄的混合物，图1为FeO共析反应原理图。带钢氧化铁皮的不同结构及组成对其酸洗性能、变形时的剥落行为等性能都有着较大的影响。钢铁厂家一般通过控制氧化铁皮的结构来生产减酸洗钢、免酸洗钢等特色产品以满足用户对表面质量及性能的需求。

授权号为CN101856669B的中国发明专利公开了《一种热轧带钢表面氧化铁皮柔性化控制方法》，该方案针对不同氧化铁皮结构提出了热轧工艺调整方案，通过控制冷却速度和卷取温度来控制FeO的共析反应程度最终达到氧化铁皮结构的合理控制。申请号为201110223714.5的中国发明专利公开了《一种减酸洗钢的生产方法》，提出合理利用TMCP（Thermo Mechanical Control Process：热机械控制）工艺，包括加热、除鳞、粗轧、精轧工艺、层流冷却、卷取工艺的有效结合，使最终氧化铁皮微观结构在线控制为容易酸洗的结构。这些针对氧化铁皮结构的控制手段主要在于控制轧制温度及轧制速度来避免铁皮破碎、降低铁皮厚度，通过调整轧后冷却速度和卷取温度来控制共析反应进程。这些手段专注于对卷取前带钢的工艺参数进行控制，具有一定的效果，但其很少对卷取后带钢的冷却过程进行充分的干预，无法抑制共析反应且无法调节带钢冷速，因此在控制氧化铁皮相组成及结构方面有其局限性。有研究表明热轧带钢在不同卷取温度以不同冷速冷却至室温时，其表面氧化铁皮将呈现不同的结构，如图2所示。其中第Ⅰ类为大量残留FeO伴有一些Fe₃O₄析出物；第Ⅱ类为大量残留的FeO与在FeO/基体界面形成的明显连续的Fe₃O₄层，在FeO相中有一定量的Fe₃O₄析出；第Ⅲ类为由Fe₃O₄+Fe共析物、Fe₃O₄析出相和少量FeO混合物组成。带钢卷取后的冷却过程对其氧化铁皮中FeO的共析反应速率及程度具有较大的影响，控制好卷取温度及其后的冷却速率是得到优良免酸洗氧化铁皮结构的关键。此外，使用较大冷速冷却时大量的FeO相将残留下来，同时快速冷却可以抑制FeO与基体界面处难酸洗的连续Fe₃O₄层的形成，最终形成易酸洗氧化铁皮结构。因此，可以考虑通过对卷取后带钢的冷却过程进行合理的干预，从而实现对其氧化铁皮结构的控制，最终得到具有所需表面性能的带钢产品。

在实际生产过程中，热轧带钢的卷取温度一般在550℃以上，其后的冷却过程非常缓慢，目前各钢厂对卷取后带钢冷却采用的干预手段一般为使用风机进行吹风冷却，但这种方法冷却效率过低。授权号为CN2579541Y的中国专利提供了《一种热轧钢卷强制冷却装置》，它的特点是采用冷却水箱，将热轧钢卷放入水箱内冷却，可使钢卷实现快速冷却，大大缩短精整周期。授权号为CN2579542Y的中国专利提供了《一种热轧钢卷的在线强制冷却装置》，它的特点是沿钢卷运输链在线方向的固定座两侧各布置一对喷嘴，对热钢卷用高压水强制冷却，可以使热轧钢卷实现在线冷却，从而缩短钢卷的冷却时间。以上两种强制冷却方法冷却速率较风机吹风冷却有较大提升，但以上方法都是将钢卷以成卷的形式冷却，热轧钢卷在成卷冷却时，由于钢卷不同部位的冷却条件不同及供氧差异，板宽边部与中间部位氧化铁皮状况通常并不完全一致，造成氧化铁皮在带钢宽度方向上分布不均匀，对其性能均一性造成不利影响，特别是在酸洗时容易导致酸洗不均匀，造成过酸洗。