[发明专利]一种基于还原预处理工艺的热轧带钢氧化铁皮还原方法

说明书

本发明的一种基于还原预处理工艺的热轧带钢氧化铁皮还原方法，步骤为：热轧带钢以80～150℃/s快速升温至400～550℃，等温还原30～600s，还原产物为多间隙海绵铁，经中间冷却后，以80～150℃/s升温至700～1100℃，等温还原30～600s，多间隙海绵铁中铁颗粒相互键联，晶粒长大，通过物质传输，还原产物中间隙、气孔和晶界逐渐减少，总体积收缩，形成具有显微结构的致密多晶体纯铁层，完成氧化铁皮还原，本发明的还原方法可显著提高热轧带钢氧化铁皮在连续退火炉内的还原效率，较短的还原时间内可获得大量的还原纯铁，避免了氧化铁皮残留对后续镀层成型性和粘附性的影响，从而保证了免酸洗还原退火热镀锌原型技术的工业推广。

技术领域：

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种基于还原预处理工艺的热轧带钢氧化铁皮还原方法。

背景技术：

目前，国内外各大钢铁企业去除氧化铁皮的方法普遍是采用盐酸或硫酸进行酸洗，酸洗技术可以提供理想的金属表面，然而长时间和密集的使用酸液容易引发空气污染和地下水污染，对生态环境造成极大的危害。鉴于环保要求，国内外企业和科研院所对免酸洗除鳞技术展开了广泛研究，提出了气体(H₂、CO)还原代替酸洗去除热轧钢材产品表面氧化铁皮的新方法，即热轧钢材氧化铁皮的免酸洗还原除鳞技术。热轧钢材的气体还原除鳞技术最早源于火法冶炼铁矿石领域，从氧化物中提取金属的工艺。主要工艺过程是在特定还原温度下，可燃气体(H₂或CO)做还原剂，将氧化物还原得到粗金属或合金。热轧钢材氧化铁皮的气体还原过程与气体还原铁矿石相似，在连续退火炉中，通入还原性气氛，将热轧带钢表面氧化铁皮还原成纯Fe替代酸洗。该工艺具有清洁、高效和优质的特点，一经提出就受到了钢铁行业的广泛关注。

热轧带钢氧化铁皮被H₂或CO还原的过程在热力学上是逐级进行的。首先是形成较低价氧化物，最后形成单质Fe。Fe作为过渡族金属元素，在高温氧化时会有三种氧化物出现，分别为FeO、Fe₃O₄和Fe₂O₃。在O的作用下，氧化物形成的顺序遵循逐级转变的原则。同时由于570℃作为FeO歧化反应的临界温度，高于或低于该临界温度会有不同的转变顺序，因此氧化铁皮的还原也具有逐级性。不同温度条件下，H₂还原氧化铁皮的反应过程如下面方程式所示，CO还原过程与H₂相同。

当反应温度在570℃以上时：

3Fe₂O₃+H₂＝2Fe₃O₄+H₂O(g)

Fe₃O₄+H₂＝3FeO+H₂O(g)

FeO+H₂＝Fe+H₂O(g)

当反应温度在570℃以下时：

3Fe₂O₃+H₂＝2Fe₃O₄+H₂O(g)

然而，在生产实践和实验室理论研究中，利用气体还原去除氧化铁皮的“免酸洗”技术还面临着以下几个问题：