连续退火炉基础知识

连续退火炉Continuous Annealing

Furnace基础知识

1.炉型的选择和应用，采用什么炉子退火，主要根据产品种类和

钢种特性决定（表6-21）

表6-21各类不锈钢退火炉型选择

钢种热轧后冷轧后

马氏体钢罩式炉（BAF）连续退火炉

铁素休钢罩式炉（BAF）连续退火炉

奥氏体钢连续退火炉连续退火炉热轧后的马氏体钢通过BAF在大于A3温度条件下退火。使热轧后的马氏体组织在保温的条件下充分转化奥氏体组织，然后缓冷至一定温度这时完全转变为铁素体组织，消除了热轧后的马氏体组织。另外，在保温期间碳化物也得到均匀分布。

热轧后的铁素体钢几乎总有一些马氏体，因此往往也选用BL 炉。当然，对于单相铁素体钢，热轧后不存马氏体，采用AP（H）炉退火更合理。

热轧后奥氏体钢需通过退火使碳化物溶解和快速冷却防止再析出，所以只能用AP（H）炉。

至于冷却后不锈钢的退火，都是通过再结晶消除加工硬化而过到过到目的的。奥氏体不锈钢除此之外，还要使冷轧时产生的形变

马氏体转变为奥氏体，因此都用AP（C） BA 这样的连续炉退火。如果用BL 炉，则存在以下问题：1. 不管在什么条件下退火，由于退火时间长表面都会氧化，生成不均匀的铁鳞，存在显著的退火痕迹 2. 退火温度较高时，容易粘结和发生层间擦伤等表面缺陷。

⑵退火条件

①退火条件的确定按下面的程序框图确定退火条件。

应注意的事项：

用记的加工制造方法变化或对材质的要求变动时，应修订退火条件。初期阶段没有充分把握，应按用户对退火产品的质量评价判定退火条件是否合适。

再结晶特性调查用碳矽棒热处理作实验（画出硬度曲线、

晶粒度曲线、确认金相组织）退火温度设定设定退火温度上、下限值及退火时间

出炉口目标材料温度的设定设定材温仪表指示值的目标值

（上、下限温度）

各段炉温和机组速度设定根据理论计算进行初步设定

机组实际运行试验确认燃烧状况（烧咀负荷等）和

通板状况（机组速度、除鳞性

前后操作状况）

判定性能是否合格根据检查标准判定

退火条件确定

前部工序，如炼钢、热轧、甚至冷轧的条件发生变化，需要修改

冷轧后的退火条件。

由于材温仪表设臵位臵的差别，烧咀的位臵和使用状况的差别

，以及炉体构造的差别，即使材质和技术要求相同，其退火条件

也不尽相同。

②炉内张力在连续炉内进行带钢退火，应考虑高温下材料的特性、炉体构造、前后设备等，设定适当的炉内张力。

炉内张力通常以单位张力（NMPa ）表示。卧式炉和立式炉都

大致按 3.5-4.0MPa 设计.为了改善薄带对中,即防止在炉内跑偏,单位张力往往提高到6-8MPa , 这时对焊缝开裂、成品缩宽等应予注意。特别是当不同厚度的带材焊接时，操作上要注意不要使厚度薄的带材承受过高的张力。

炉内张力大多采用自动方式控制。对悬垂式炉，通常还用目

视定期检查钢带在炉内的悬垂量，据以可判断炉内的张力。

在设计时，悬垂式炉的烧咀配臵常常根据钢带在炉内的悬垂量而定。为便于点检，通常在炉子中央设窥视窥视孔，在设定张力下，带钢在炉中运行应在孔在中央位臵。如无窥视孔，可从钢带入炉口观察，以炉壁耐火砖的位臵作为标记进行判断。

冷却条件退火过程的冷却对材料性能和板形有很大影响，而且不同的钢种和板厚冷却条件不同，因此在设定冷却条件时必须填重，重要的是控制冷却速度和冷却均匀性。

冷却方式有：

a 喷水冷却。将水加压然后通过喷咀喷出，在流速很高的情况下，液

流被子切断而形成液滴群，冲向固体面，这种方法称为喷水冷却。在喷水冷却中，支配热传递系数的是水量密度和表面温度。

B 层流冷却。将水加压后产生喷流，当喷流的出口速度降低时，即形成平滑的层流。用这种方法冷却，即为层流冷却。

C 喷射冷却。若增加喷流的出口速度，则形成紊乱喷流，即在喷流的表面上形成瘤状紊乱的断流。采用断流之前的连续喷流进行冷却的方法，称为喷射冷却。只要将喷咀的构造加经改造，在管壁或者板上穿许多2-5mm 的孔即可得到这种喷流。设备简单，制做方便。

喷射冷却是介于喷水冷却和层流冷却之间的一种冷却方法。水压达到高压时近似喷水冷却，水压达到低压时近似层流冷却。

D 浸入冷却。将钢材浸入冷却水中的冷却方法，称为浸入冷却。高温的钢材在水中浸渍时其冷是分阶段的。各个阶段的热传递系数不同。

E 喷雾冷却。用加压空气将水雾化，与高速空气一起通过喷咀喷出进行冷却的方法，称为喷雾冷却。

喷雾冷却与喷水冷却不同，它不是通过加压把冷却水变成微细的液滴群，而是经空气作为媒介，利用气相和液相的速度差并生的剪切力使水变成微细的液滴群来进行冷却。在喷水落石出冷嘲热讽却时，热传递系数仅仅是水量密度和表面温度的函数，而喷雾冷却还有气体的运行因素，因此，进行冲击的液滴流速也是不可忽视的。

F 强制风冷。这是一种介于自然放冷和弱水冷却之间的气体喷射冷却法，通常称为急风冷却、强制风冷或强制空气。

G 自然放冷却。最后，还有在炉内控制温降的缓慢冷却。

在上述方法中，究竟采取哪一种要根据钢种和设备情况来确定。从钢种来看，304等奥氏体钢在850-500度之间冷却速度慢时，将因碳化物在晶界析出面产生敏化，所以在该温度范围必须快冷。奥氏体钢的冷却速度和含碳量和含碳量有关系，通常冷却速度应在于0度/S 以上。含Ti Nb 的稳定化奥氏体难于敏化，冷却可以慢些。

马氏体钢和铁体钢不宜急冷，因此只要设备没有妨碍，应尽可能以较小的温度梯度冷却。

从设备上来看，不同的设备应规定不同的冷却条件。既不能因设备而影响材质性能，也不能因冷却条件不当而损坏设备。例如当冷却段后配臵有盐浴槽的时候,盐浴的液温一般保持490-500度，从节能的观点看，进入盐浴槽的材料温度越高越好；因此，进入盐浴温度之间则是越小越好，因此，进入盐槽的材温控制在500-550度最为适宜。

当冷却段后面设臵中性盐槽的时候，应考虑设备上石棉辊的耐热温度，必须采用不损伤石棉辊的冷却条件。另外焊接接口叠合部分的温度一般比较高。确定冷却条件时应加以考虑。

对于立式炉，由于结构上难以把冷却段加长，为防止出炉口的温度大于是00度，应采用急冷。

燃烧条件

使用燃料的退火炉，如何使燃料最经济地燃烧，同时获得良好的除鳞效果，这是非常重要的。这此，应对燃烧装臵、燃烧条件和燃料严格管理。特别是燃烧条件，对质量、成本、效率都有得大影响，更应特别注意。

1.空燃比利时退火炉在正常燃烧的情况下，要以理论空气量

使燃料完全燃烧是得困难的。在实际作业中，往往需用比理论值高的空气量度称为空燃比或空气过剩系数。

空燃比是燃烧管理的重要指标。空燃比越高，燃料越容易完全

燃烧，但是排气量增多，热量损失增大。燃料管理的目的在于既要保证燃料充分燃烧，又要使空气量尽可能接近理论空气量以减少热损失。

连续退火炉各段[人燃比的设定是不同的。通常接近炉子入口的区设定为1.0 ，朝向炉子出口的区段提高为1.2 1.3 。各个作业线的炉体结构、烧咀形式、使用燃料等不尽相同，应分别按其特性设定空烧比。

2.炉内压力炉内压力低于大气压时，冷嘲热讽空气就会侵入，增大热损失。相反，若炉压过高，又会因高温气体的排出而造成热损失，并且损伤炉体结构件。

理想的炉内村力应该是炉子的开口部为微弱的正压（0.1-

0.2mmHO2）。但实际上，因燃烧装臵，燃烧负荷，通风方式、炉子结构等原因，保持内压力的均匀分布是不可能的。

另外，各个退火炉内压力的测定位臵，也很不相同。单靠用炉

压计的指示进行比较，不能判断炉压是否适宜。

因此，必须调查各个退火炉炉内压力与燃烧效率的关系，从中

找出最佳炉内压力并对其加以管理。

还需要说明一点，BA 炉等以电能作为热源而不进行燃烧的炉子，其炉内压力要以安全性为主并由防止带钢氧化来决定，一般采用

30-50mmHO2 。炉压再高也不利，容易出现事故和浪费气体。

3.炉内气氛在连续退酸机组，即AP机组，由于要兼顾酸

洗鳞除性，炉气中的氧含量以5%左右为好。但是，要考虑热效率和质量而求出最适当的数值。

4.燃料理退火使用的燃料可分为气体，液体和固体燃料三类，而目前主要使用的是气体和液体燃料。

采用的燃料种类不同，其燃烧装臵，燃烧条件，贮存设备也不同，为此应根据被加热体的材质、加热目的、对质量和成本的影响、作业性等综合考虑加以选定。

选定燃烧时，还一定要掌握各种燃料的性能娄数据。

5.燃烧装臵在采用烧咀燃烧时，用燃烧室内单位时间发生的热量表示燃烧室的热发生率，或称热负荷，用KJ/m3。H 为单位。

应尽可能采手高的热负荷，这样燃烧室就可减小。但受燃料，烧咀类别以及炉体的耐热强度的限制。

燃烧用的燃咀应根据燃料的种类、燃烧负荷、控制方式等选定，并且还要考虑维修方便。

烧咀一般分为气体烧嘴和油烧嘴两类。但也有一种是气体和油的复合烧嘴。这种烧嘴优点是可以适应燃料成本的变化，随时变焕燃料的种类，因而被子广泛采用。

6.热效率热效率是退火炉有效利用热量的尺度，通常以热效率（有效率/供给热）来表示。了解退火炉的热效率，就可判断炉子的管理状态，因此应定期测定。

测定热效率，具体说就是要测定、计算供给热量和有效热量。冷轧不锈钢的退火酸洗

一．冷轧不锈钢的酸洗

酸洗是冷轧不锈钢的必经工序。现代化宽带不锈钢生产都是将退火与酸洗设在同一机组连续作业，称之为退火酸洗机组。

1. 酸洗的目的

冷轧不锈钢酸洗的目的是去掉热轧或冷轧退火在钢带表面形成的铁鳞，即氧化层。除此之外，酸洗另一个目的是对不锈钢表面进行钝化处理，赋于钢板耐蚀性，冷轧成品的酸洗尤为重要。

2. 酸洗原理

2.1 氧化层的组成

热轧不锈钢是在加热炉加热、热轧过程中、高压水冲洗冷却和在卷取机内与水蒸气和空气中的氧气生成的。可逆式热轧机比连续式热轧机轧制时间长，所以生成的氧化层较厚，相对难酸洗一些。而冷轧不锈钢则是在加热炉中高温加热时氧化而成。以铁的反应为例，氧化层生成的反应式如下：

Fe + H2O -->FeO + H2

3Fe + H2O -->Fe3O4 + H2

2Fe3O4 + H2O -->3Fe2O3 + H2

Fe + 1/2O2-->FeO

3FeO + 1/2O2-->Fe3O4

2Fe3O4+ 1/2O2-->3Fe2O3

普通碳钢会生成如前反应式所示的FeO，Fe2O3 和Fe3O43种氧化物。与普通钢氧化层不同，不锈钢中因含有Ni、Cr等元素，氧化层除了含有FeO、Fe2O3 、Fe3O4外，还有复杂的内层致密的耐酸性强的Cr 氧化物，以及由NiO、Cr2O3、FeO等组成的复合氧化物。普通碳钢与

不锈钢中的氧化层的组成如下所示：

第一层

Fe2O3

Fe2O3

Fe2O3

第二层

Fe3O4

Fe3O4

Fe3O4

第三层

FeO

FeO Cr2O3

FeO Cr2O3

NiO Cr2O3

基层

Cr2O3

Cr2O3

基层

基层

普碳钢 Cr系不锈钢 Ni系不锈钢

与普通钢相比，不锈钢的铁鳞与基体结合更为紧密，内层向基体更深的咬入，因而酸洗更加困难。因此，为提高酸洗效果，必须在酸洗之前进行预处理，然后再用酸性较强的酸液酸洗。预处理和后酸洗有多

种方法，根据处理的带钢材质和表面状态可采取最合适的方法。通常将几种方法组合使用。

常用的冷轧不锈钢厂的连续酸洗机组的酸洗工艺组合如下

酸洗预处理

酸洗

清洗

热轧钢卷

抛丸清理

弯矫破鳞

研磨刷洗

中性盐电解

硫酸（酸浸，电解，喷射）

硝酸+弗酸（酸浸，喷射）

硝酸（酸浸，电解）

盐酸（酸浸，电解）高压水

刷洗

冷轧钢卷

熔融盐浴

中性盐电解

碱电解

硝酸+弗酸（酸浸）硝酸（酸浸，电解）

硫酸（酸浸，电解）高压水

刷洗

2.2 酸洗前的预处理

酸洗前预处理有两种方法：一是机械破鳞，通常用于热轧卷，主要有3种方法：喷射清理、弯矫破鳞处理和研磨清理，二是化学方法，主要有盐浴法和电解酸洗法。

2.2.1机械破鳞预处理

喷射清理有喷砂、抛丸、液体喷射等方法。其中，抛丸处理是利用压力和离心力使很小的钢丸以很高速度喷射在运行带钢的表面进行除鳞。喷丸机的基本结构和原理是：喷丸通过料斗和导筒送入叶轮装臵，从正反两面喷射,喷射后流入下部的丸粒再通过螺旋桨，斗式提升机等循环装臵送到机体上部，用分离器将氧化皮和碎丸分离出来，然后将可用钢丸再送回叶轮装臵循环使用。喷丸处理能力主要由叶轮装臵的输出功率，投射量、和投射速度决定，它是喷丸机最重要的技术指标。制定抛丸工艺时要根据投射功率，投射量、投射角度、投射距离和投射速度等综合制定，另外还要考虑抛丸材的材质、形状、硬度、粒度和处理带材的材质、形状和硬度等因素。

下面是热轧卷喷丸除鳞的一个实例：

钢带厚度：3.0-5.0mm

处理能力:平均40t/h

钢丸粒度0.30-0.50mm

钢丸硬度:45-51Hv

投射速度：55-80m/s

投射密度：60-100kg/m2

弯矫破鳞处理是利用一组辊子（包括前后夹送辊、破鳞辊、矫直辊等）使钢带呈“S”形反复弯曲，使带钢表面上的铁鳞龟裂，以便易于剥落。这种方法不会损伤热轧卷的表面，并能够起改善带钢板形作用，可代替喷丸处理或与喷丸处理组合使用，因而被广泛采用。

研磨清理是采用有磨粒的研磨刷研磨刷洗，研磨刷的刷毛较粗，一般直径为1-3mm，刷毛上包覆有Al2O3和SiO2等组成的磨料，这种方法也不会损伤热轧卷的表面。为获得平均刷洗的效果，处理材料最好

平坦，建议和弯矫破鳞装臵一起使用。另外，研磨刷毛制造困难，研磨刷比较贵，因此使用研磨刷研磨清理生产成本较高。

2.2.2 化学方法预处理

化学方法处理有两类，盐浴（碱洗）法和电解酸洗法。盐浴（碱洗）法特点的是：在酸洗槽前设臵碱槽和水洗槽，碱槽中装入NaOH及氧化剂等盐类（例如某厂采用的成分配比为：NaOH 60%, NaNO3 30%, NaCL 10%），形成熔融的盐浴。钢带通过盐浴浸渍，铁鳞上产生黾裂和鼓包。然后钢带进入水洗槽冷却和冲洗，冲洗时产生的水蒸汽又使铁鳞发生物理性剥离，从而使下步酸洗容易进行。这种方法所以适用于冷轧卷酸洗前予处理，还因为它能去除钢带表面上的油脂和其他污垢，使表面酸洗更均匀。

这种预处理方法的优点是：（a）熔盐仅与不锈钢的铁鳞发生作用，而不会侵蚀母材金属，因此金属损失理论上比其他方法优越；（b）处理时间短；（c）不会产生氢脆。但也存在以下缺点；（a）盐浴温度降到300度以下时则固化；（b）随着机组速度的提高，附着在带钢上、被带钢的碱量急剧增加，不仅增大成本，而且污染周围的环境；（c）盐槽中的浸入铁辊容易使钢带表面产生缺陷。

鉴于上述情况，目前世界上大多数不锈钢厂都不采用盐浴法，而改用

电解酸洗法做酸洗预处理。电解酸洗法主要有两种，硝酸（或硫酸）电解酸洗和中性盐电解酸洗。

硝酸是强氧化剂，在不锈钢的表面可以生成稳定的钝化膜，单独用硝酸无法祛除氧化皮。但是通过电极电解，可以把氧化膜离子化，并通过电解产生的氢气逸出对氧化膜产生破坏作用，从而达到电化学酸洗的作用。

硝酸电解酸洗腐蚀性较低，但除鳞能力小，因此，大多用于400系列冷轧不锈钢的酸洗，而对于400热轧不锈钢和300系列不锈钢是不适用的。

硫酸电解酸洗腐蚀性较高，易引起带钢表面粗糙，不适于用在冷轧不锈钢的酸洗。而且使用硫酸电解时产生的废酸废气中含有大量的对环境污染严重的硫氧化物，治理污染的投资较高．

中性盐电解式奥地利RURHNER公司开发的除鳞方法。一般采用硝酸钠（NaNO3）或硫酸钠(Na2SO4)溶液作为电解质，带钢在电极作用下，表面产生正负交替的感应电势，从而发生电化学反应起到除鳞作用．

带钢在硫酸钠槽中的主要电解反应有：

（阳极）Fe2O3＝2Fe3+＋2/3O2＋6e-

2Fe＝2Fe3+＋6e-

Cr2O3＋5H2O＝2CrO42-＋10H+＋6e-

Cr＋4H2O＝CrO42-＋8H+＋6e-

H2O＝1/2 O2＋2H+＋2 e-

（阴极）2CrO42-＋6H2O＋6e-＝2Cr(OH)32-＋6OH-

Cr2O72-＋7H2O＋6e-＝2Cr(OH)32-＋8OH-

2H2O＋2 e-＝H2＋2 OH-

硫酸钠电解的最大好处是可以溶解铬氧化物，在电流的作用使之转化为溶于水的CrO42-。特别对于冷带，破坏了致密的氧化层而使接下来的酸液能发挥更大的作用。另外，带钢表面的水被电解生成氢气和氧气从带钢表面逸出形成的力可以将表面的氧化物剥离。

在整个反应中硫酸钠只是作为一个导电介质，负责电子的转移，本身

并没有化学消耗。只是随着带钢的运行和沉淀物的排出会被带出槽体，蒸发也会带走一部分。

影响中性盐电解酸洗的酸洗效果的主要因素有电解液参数（电解液的成分、浓度、PH值、温度），电参数（电压、电流、电流密度、电解时间），电极参数(排列方式、材质），钢种，氧化皮性质（组成成分、厚度、结合强度）等因素。

要达到较好的电解酸洗效果在中性盐电解槽中处理的时间一般不少于40秒。

一般电解电流密度的变化对不锈钢的酸洗影响不是很大，但电流密度过低，带钢基体容易出现酸洗不均现象；当电流密度升高到一定值时，会产生电解抛光的效果，不过此时的电力消耗也大。在实际生产中根据生产钢种和生产条件选择合适的电流密度。一般热轧不锈带钢的电流密度选择3-5A/dm2,冷轧不锈带钢的电流密度选择5-8A/dm2。

电解液浓度对电解时间和电解效果的影响不大。电解液浓度越大导电性越好，越节约电流，并可减少所需的电解时间；但浓度越高，带钢运行时带出的损耗也越多。一般控制在150－300g/l为宜。

其次，PH值也影响电解效果，一般控制PH值在4.5－10.0之间。因

为在不同介质中，3价铬转化为6价铬的电极电势不同。

在碱性介质中使Cr(VI)转化为Cr(III)的电极反应：

CrO42-＋4H2O＋3e＝Cr(OH)4-＋4(OH)- E0＝-0.12V

在酸性介质中使Cr(VI)转化为Cr(III)的电极反应：

Cr2O72-＋14H+＋6e＝2Cr3+＋7H2O E0＝1.33V

从上两个反应式中可以看出在碱性溶液中将Cr(III)氧化为Cr(VI)要比在酸性溶液中容易得多。也就是说在酸性溶液中要使Cr(III)氧化为Cr(VI)就要付出更多的电流。但是PH过高会使溶液呈强碱性，反应以水电解为主，因此PH不宜高于10。当PH值高于10时，加入H2SO4或NaNO3调整。

随着溶液中CrO42-的不断产生，溶液的PH会逐渐降低，，当PH值低于4.5时，由于电解液呈酸性，优先发生基体的溶解反应，氧化铁皮的溶解减缓，需要通过添加NaOH来调整PH值到适当的值。

采用中性盐电解酸洗后，还需要用混酸（HF+HNO3）对带钢进行最终酸洗处理，用混酸可以把300系列奥氏体不锈钢表面的铁氧化物快速