冷軋不銹鋼退火酸洗新工藝及其優點
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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根據歐洲標準EN10088/2，當前供應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、經光亮退火（BA）并平整后的表面。
2D/2B 表面，通常用臥式高產量的連續退火酸洗線生產，產量可達150t/h，鋼帶的退火是在氧化氣氛中進行（燃燒氣體混合物）。退火中所產生的氧化層必須被去除，然后恢復鈍化狀態。該工序通常由電解除鱗和化學酸洗工藝來完成，化學酸洗一般采用使用混合酸液（硝酸和氫氟酸）。由此產生的大量的污染物，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，在立式光亮退火機組上生產。帶鋼在氫氮混合物中進行退火，控制好露點，從而防止了帶鋼表面的氧化，而無需酸洗工藝。然而，立式爐限制了生產率，目前最大只能達到20t/h-25t/h左右。由于其鏡面特性和良好的外觀，2R表面產品比2D/B更受歡迎。
通過結合兩種工藝的主要優點，開發出一項創新的工藝技術，并應用于無錫不銹鋼冷軋帶鋼的退火酸洗處理。
1 工藝和技術
市場全球化正在驅使鋼鐵制造商尋求新的工藝和技術來減少生產成本、提高競爭力、改善產品質量，同時還要減少生產過程對于環境的影響。為了追求這個目標，開發出了一種能夠得到接近于2R的增強表面質量的新無錫不銹鋼帶生產技術、同時可以維持與傳統退火酸洗線相同的生產能力和生產成本的工藝，其進一步的優勢還表現在能減少化學酸洗工藝對環境的影響。
與傳統退火酸洗線相比，新工藝能急劇減少帶鋼在退火段產生的氧化。因此，化學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量，節約酸洗處理的費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。該工藝技術的關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，完成冶金學的轉化（得到要求的力學性能、晶粒尺寸、碳的固熔等等），該退火在非氧化氣氛（氮氣）下進行，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）輕微的化學酸洗段，可以減少對環境影響和產生鈍化的表面。要獲得最好的表面，該步驟可以免去。
2 研究和開發
從已經擁有的不銹鋼連續退火和酸洗的生產工藝和廠家的技術訣竅開始，首先在實驗室中的處理設施上進行初步研發。后來，新工藝的實驗驗證在特別設計和建造的連續退火實驗機組上進行。并進行了退火樣品板的表面特性和酸洗的測試。
退火
研究AISI 304不銹鋼在傳統退火和新工藝下產生的氧化現象，結果表明，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性的薄的氧化層。在更高溫度下的退火（通常這個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一步的氧化物產生。
(2) 酸洗
傳統的冷軋退火酸洗線的酸洗段通常分為兩部分。一個電解段溶解氧化層，一個化學段（混合硝酸和氫氟酸池或者生態鹽池）通過溶解內層的反應層來去除殘余氧化鐵皮和恢復鈍化表面。
因為新工藝減少了氧化層的產生，薄氧化層能夠通過在傳統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，呈現接近與2R的表面質量。
最后，輕微的化學處理（低溫，低氫氟酸含量，短處理時間）保證了即使在退火酸洗線非標準工作環境下（如因為生產產量和來料的改變而引起的爐子的過渡期，生產線降速等）也能實現完全酸洗。因為極大地減少了氧化現象從而降低了鋼帶表面反應性，最終的輕微化學酸洗跟傳統工藝相比，極大減少了材料的損耗和酸洗的時間。
(3) 試驗工廠
所建造的退火試驗線能夠以最高機組速度10m/min連續處理0.4mm～2.0mm厚和300mm寬的帶鋼，機組是模塊化設計的，能夠復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域最高1400℃的溫度，并且配備了工藝控制儀表。當帶鋼到達爐子的第二個區域時，溫度達到最高，此時由電阻加熱或者輻射管進行間接加熱。大量的實驗在這條機組上進行，致力于尋求最好的工藝條件、按比例增加的標準，并定義了相應的工業生產用工藝技術。
3 應用領域
使用該技術，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）和標準2B～2D的表面質量。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（如電阻加熱或輻射管加熱）提供。
4 成本評估
成本分析是基于當地能源和材料價格進行的，考慮了下列生產費用：
a)退火段能源(燃料)和工藝氣體消耗；
b)電解段和輕化學酸洗段的電力和化學品消耗；
c)廢物及廢氣的處理；
d)工廠運行的直接人力成本；
e)由于退火和酸洗導致的金屬損失（成材率）；
基于上述生產費用，新工藝與傳統退火酸洗工藝相比，生產AISI 304成本可以降低35％～40％左右。
5 主要優點
總而言之，新工藝技術的主要優點體現為：
1)具有和傳統退火酸洗線相同的生產能力；
2)高的靈活性，無論是生產2D產品的表面還是接近于2R的表面；
3)減少甚至取消化學酸洗，從而節約了設備投資和管理成本；
4)減輕對于環境的影響，從而降低了排放和廢物中和處理的費用；
5)更好的產品表面質量；
6)該技術無論是對于新建工廠或者現有工廠改造都適合。對于現有工廠改造，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，從而提高了產量而獲得盈利。