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冷轧不锈钢退火酸洗新工艺及其优点

提出与解答者是 范宇宁 [fyn] 于 2014年08月05日 (2129 次阅读)
根据欧洲标准EN10088/2,当前供应的冷轧不锈钢带通常分为两种表面:

1)2D/2B表面:冷轧、退火、酸洗并平整后的表面;

2)2R表面:冷轧、经光亮退火(BA)并平整后的表面。

2D/2B 表面,通常用卧式高产量的连续退火酸洗线生产,产量可达150t/h,钢带的退火是在氧化气氛中进行(燃烧气体混合物)。退火中所产生的氧化层必须被去除,然后恢复钝化状态。该工序通常由电解除鳞和化学酸洗工艺来完成,化学酸洗一般采用使用混合酸液(硝酸和氢氟酸)。由此产生的大量的污染物,如氮氧化物、废水中的硝酸盐以及污泥,需要特殊的处理工艺来处理。

2R表面,在立式光亮退火机组上生产。带钢在氢氮混合物中进行退火,控制好露点,从而防止了带钢表面的氧化,而无需酸洗工艺。然而,立式炉限制了生产率,目前最大只能达到20t/h-25t/h左右。由于其镜面特性和良好的外观,2R表面产品比2D/B更受欢迎。

通过结合两种工艺的主要优点,开发出一项创新的工艺技术,并应用于不锈钢冷轧带钢的退火酸洗处理。

1 工艺和技术

市场全球化正在驱使钢铁制造商寻求新的工艺和技术来减少生产成本、提高竞争力、改善产品质量,同时还要减少生产过程对于环境的影响。为了追求这个目标,开发出了一种能够得到接近于2R的增强表面质量的新不锈钢带生产技术、同时可以维持与传统退火酸洗线相同的生产能力和生产成本的工艺,其进一步的优势还表现在能减少化学酸洗工艺对环境的影响。

与传统退火酸洗线相比,新工艺能急剧减少带钢在退火段产生的氧化。因此,化学酸洗处理也就可以取消或者减少使用,从而获得好的表面质量,节约酸洗处理的费用并减少了需要中和处理的废液量。控制氧化层的形成,是通过特殊的带钢热处理周期和精确控制每个工艺步骤(加热和冷却段)的退火气氛中的氧化量,特别是在高温工艺段。该工艺技术的关键步骤包括以下几段:

1)控制性氧化气氛下的快速加热段,在这里,氧化晶核和一层薄的氧化膜形成;

2)退火段,完成冶金学的转化(得到要求的力学性能、晶粒尺寸、碳的固熔等等),该退火在非氧化气氛(氮气)下进行,以限制氧化层的生长;

3)在非氧化气氛下的冷却段,冷却速率能避免碳化物析出;

4)有效的电解除鳞段;

5)轻微的化学酸洗段,可以减少对环境影响和产生钝化的表面。要获得最好的表面,该步骤可以免去。

2 研究和开发

从已经拥有的不锈钢连续退火和酸洗的生产工艺和厂家的技术诀窍开始,首先在实验室中的处理设施上进行初步研发。后来,新工艺的实验验证在特别设计和建造的连续退火实验机组上进行。并进行了退火样品板的表面特性和酸洗的测试。

退火

研究AISI 304不锈钢在传统退火和新工艺下产生的氧化现象,结果表明,在新工艺下退火的初始加热段(850℃~950℃),氧化的减少是通过采用较传统工艺下高的空燃比获得的,从而在控制性气氛下形成了一层保护性的薄的氧化层。在更高温度下的退火(通常这个阶段大量的氧化形成),通过采用非氧化性气氛防止了氧化物的增长,同样的,在冷却段,采用非氧化性气氛也防止了进一步的氧化物产生。

(2)  酸洗

传统的冷轧退火酸洗线的酸洗段通常分为两部分。一个电解段溶解氧化层,一个化学段(混合硝酸和氢氟酸池或者生态盐池)通过溶解内层的反应层来去除残余氧化铁皮和恢复钝化表面。

因为新工艺减少了氧化层的产生,薄氧化层能够通过在传统电解段的简单电解除鳞处理很容易被去除。电解处理后,带钢表面无氧化,呈现接近与2R的表面质量。

最后,轻微的化学处理(低温,低氢氟酸含量,短处理时间)保证了即使在退火酸洗线非标准工作环境下(如因为生产产量和来料的改变而引起的炉子的过渡期,生产线降速等)也能实现完全酸洗。因为极大地减少了氧化现象从而降低了钢带表面反应性,最终的轻微化学酸洗跟传统工艺相比,极大减少了材料的损耗和酸洗的时间。

(3)  试验工厂 

所建造的退火试验线能够以最高机组速度10m/min连续处理0.4mm~2.0mm厚和300mm宽的带钢,机组是模块化设计的,能够复制不同的退火周期和炉子气氛。使用的耐火材料能够承受加热区域最高1400℃的温度,并且配备了工艺控制仪表。当带钢到达炉子的第二个区域时,温度达到最高,此时由电阻加热或者辐射管进行间接加热。大量的实验在这条机组上进行,致力于寻求最好的工艺条件、按比例增加的标准,并定义了相应的工业生产用工艺技术。

3 应用领域

使用该技术,所有的不锈钢种(奥氏体、铁素体和双相不锈钢)可以获得接近于光亮退火(BA)和标准2B~2D的表面质量。退火工艺中,只有需要传送到钢带上总能量的约20%的热量由非直接加热系统(如电阻加热或辐射管加热)提供。

4 成本评估

成本分析是基于当地能源和材料价格进行的,考虑了下列生产费用:

a)退火段能源(燃料)和工艺气体消耗;

b)电解段和轻化学酸洗段的电力和化学品消耗;

c)废物及废气的处理;

d)工厂运行的直接人力成本;

e)由于退火和酸洗导致的金属损失(成材率);

基于上述生产费用,新工艺与传统退火酸洗工艺相比,生产AISI 304成本可以降低35%~40%左右。

5 主要优点

总而言之,新工艺技术的主要优点体现为:

1)具有和传统退火酸洗线相同的生产能力;

2)高的灵活性,无论是生产2D产品的表面还是接近于2R的表面;

3)减少甚至取消化学酸洗,从而节约了设备投资和管理成本;

4)减轻对于环境的影响,从而降低了排放和废物中和处理的费用;

5)更好的产品表面质量;

6)该技术无论是对于新建工厂或者现有工厂改造都适合。对于现有工厂改造,只需改造炉子段,而无需对酸洗段做任何改变,仅由于减少了带钢的氧化,从而提高了产量而获得盈利。


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