汽车板连续退火机组工艺布置与设备配置探讨.doc

中国冶金装备网中国冶金人的网汽车板连续退火机组工艺布置与设备配置探讨摘要：介绍了带钢连续退火机组的发展概况和普冷汽车板连退机组的特点，并在此基础上探讨了汽车板连续退火机组的工艺布置和设备配置，确保在实际生产中机组生产出优良的并满足下游工序要求的产品。关键词：汽车板；连续退火机组；工艺布置；设备配置；Discussion on Process Arrangment And Equipment Configuration for Auto Sheet Continuous Annealing Line Ding yongsheng1，Li jia 2，Wang wenhao1(1. Baoshan Iron & Steel Cold Rolling Department；2. Shanghai Baoshan Iron & Steel Corporation Engineering Technology Group Limited Company；Shanghai，201900)Abstract: This article introduces the development overview of strip continuous annealing line and characteristics of continuous annealing line for cold -rolled auto sheet , and based on which discusses the process arrangement and equipment configuration of auto sheet continuous annealing line, with the aim to assure to produce qualified products which can satisfy the requirements of downstream production process.Key Words: Auto sheet ; continuous annealing line ; process arrangement; equipment configuration; 61 前言众说周知，冷轧产品首先要经过酸洗轧制，而后经过退火处理，再进行诸如镀锌、镀锡等后处理作业，最终通过精整工序，完成生产过程，发送用户使用。冷轧产品的退火工序，是从钢卷的罩式退火开始的，所谓的罩式退火就是把经过冷轧的钢卷一个或多个叠放置于罩式退火炉内进行加热、冷却，以完成整个退火过程的退火方式。罩式退火虽具有集群产能高等优点，但同时也带来产品生产周期长、难于管理、产品表面质量较差等缺点。随着下游工序对带钢产品质量要求越来越高，尤其是产品的表面质量的高要求，连续退火机组逐渐产生并渐渐取代罩式退火，成为目前主流的汽车板退火方式。早期的连续退火机组主要用于生产镀锡原板，生产的产品品种和规格也较少，单机组产能规模也不及罩式退火的集群产能规模。随着连续退火技术的不断发展，尤其是冷却技术的不断发展，连续退火机组逐渐扩展到汽车板、家电板等产品生产领域，产品的表面质量水平、机组的高速稳定运行水平以及机组的产能水平不断扩大，单条机组的生产能力已经赶超原有的罩式退火机组，产品的品种和规格范围也越来越广，成为冷轧产品主流的退火方式【1】。2 普冷汽车板连续退火机组的特点 目前主流的冷轧汽车板分为三大类：普冷产品、热镀锌产品和电镀锌产品。普冷产品，即冷轧后的带钢经过连续退火后直接涂油并精整发货的产品，由于其成本较低，在汽车板产品中占有着相当大的比例。广泛应用于各类汽车外敷件和结构件等。普冷汽车板主要具有如下特点：n 产品品种和强度等级广泛。如某典型的汽车板连退机组的产品规格范围为0.452.3*9001850mm，产品品种为CQ、DQ、DDQ、EDDQ、SEDDQ以及HSS产品，产品的强度级别最大为60公斤级（抗拉强度约600MPa）。随着汽车向轻量化的方向发展，汽车用钢的强度逐渐提升，由60公斤级提升至80公斤级甚至100公斤级。n 单条机组产能水平大。随着连续退火技术的提升，连续退火机组的产能逐渐提升，由最初的年产约50万吨，增加至目前的约100万吨。主流工艺速度最大约450mpm。如此高的产能对机组的稳定性要求极高，对设备的配置水平要求也高。n 高速稳定运行要求高。如上所述，连续退火机组生产的产品品种越来越多，规格越来越宽，如何确保薄宽规格DDQ及以上的产品稳定高速生产，不发生瓢曲问题，成为连续退火机组的关键技术【2】。n 产品表面质量要求高。与退火后热镀锌或电镀锌的汽车板产品相比，用户对普冷产品的表面质量要求更高，因为通过镀锌的方式可以覆盖许多基板存在的质量问题，比如常见的辊印缺陷，如果程度轻（无手感或打磨可见），则经过镀锌后，可完全覆盖，完全可以满足下游汽车用户的使用，但如果是普冷产品，可能无法满足用户要求而判为废品。n 节能降耗技术应用广泛。随着全球各行业向着低碳环保方向迈进，钢铁行业也不例外，作为钢铁热处理工序的连续退火也要通过自身的技术提升和设备配置优化，达到低碳环保的目的。最大限度的提高机组设备配置水平的最优以及提高机组在能源消耗上的竞争力，已经成为目前国内外环境下连续退火机组的发展方向。连续退火机组目前广泛应用节能低NOx排放烧嘴和多级余热利用技术等。3 汽车板连续退火机组的工艺布置和设备配置3.1 连续退火机组的工艺布置连续退火机组系集冷轧钢卷的清洗、退火、平整和精整（含切边和涂油等）于一体的现代化连续生产机组，典型的汽车板连续退火机组生产工艺布置如下：开卷与钢卷准备焊接清洗退火平整切边质量检查涂油卷取、称重、打捆、包装与钢卷运输典型的连续退火机组工艺布置图如下图1所示：图1：典型的连续退火机组工艺布置图n 开卷与钢卷准备：冷轧后的钢卷头尾存在一定程度的厚度波动和板形不良，这些都不能满足用户的要求，因此要求予以切除。n 焊接：由于连续退火系松卷退火，需要将前行钢卷的尾部与后行钢卷的头部焊接在一起，以实现钢卷的连续退火作业。焊接时要充分考虑带钢的规格和钢种匹配等，焊缝质量的优劣直接决定焊缝能否成功通过机组。n 清洗：冷轧后的钢卷，表面残留大量的轧制油和铁粉等脏污，这些残留对退火后带钢的表面质量有不良影响，必须予以清除。n 退火：根据产品的性能要求，完成退火（回复或再结晶退火）过程，一般由加热、均热、缓冷、快冷、时效和最终冷却组成。n 平整：为了消除某些钢种的屈服平台；改善带钢的板形；改善带钢的性能；控制合适的带钢表面粗糙度等3。n 切边：满足用户对带钢宽度的要求，切除两边多余的部分。n 质量检查：对生产过程中产品的质量进行检查，及时发现不合格的质量缺陷，并予以记录，同时反馈控制生产过程参数等。n 涂油：普冷产品由于不进行涂覆作业，为了防止产品在用户使用前发生锈蚀，因此，必须进行涂油处理。n 卷取、称重、打捆、包装与钢卷运输：按照用户的订货要求，进行必要的分卷，打捆和包装等。3.2 连续退火机组的设备配置连续退火机组的工艺方案往往很容易确定，但是在设备配置上，如何实现既定的工艺方案，确保产品大纲内的产品都能生产，并且使得投资最优、产品质量优良以及机组产能最大化等。这就需要根据产品大纲以及产品定位，在丰富的生产实践基础上，做出最优的设备配置方案。3.2.1 连续退火机组入口段主要设备配置 所谓的入口段即指从入口钢卷运输至退火炉之前的区域。该区域要完成钢卷的准备、焊接、清洗工序。工序不同，侧重点各异，要综合考虑生产便利、设备维护、投资等方面的因素。n 原料钢卷的运输或准备方式选择。一般由两种方式：钢卷准备鞍座和钢卷步进梁。通常如果建设位置允许的话，要优先考虑钢卷准备鞍座这种方式，采用这种方式的最大特点是生产灵活，有利于快速变更生产计划。而采用步进梁的方式则显得异常繁琐。n 焊机的选择直接影响机组的整体稳定性。对于冷轧带钢的焊接，通常有激光焊和窄搭接电阻焊两种。连续退火机组一般选择价格相对便宜的窄搭接电阻焊机。焊机的选择要结合机组的产品大纲，尤其关注产品的强度级别，还要考虑单/双通道选择以及焊接周期等。n 清洗段的配置对带钢的表面质量影响较大。清洗段的作用是清除带钢在冷轧轧制过程中残留的乳化液和铁粉，提高带钢表面的清洁度，从而避免各种斑迹等缺陷，同时良好的带钢板面，可进一步减少这些脏污带入炉子对炉内气氛等造成的不良影响。清洗段的配置根据带钢的运行速度和带钢规格，重点要考虑的是电解清洗的功率和刷辊的配备，同时也要关注循环系统的优化，溶液的温度和浓度控制等。3.2.2 连续退火机组炉子段的设备配置连续退火机组的炉子设备，作为整条机组的核心设备，选型配置的好坏直接决定机组产能的实现与否。炉子设备配置需关注的重点如下：n 炉子合理的TV值的选取，其关系到炉子加热能力以及与其配套的速度能力等。一般决定炉子能力的产品为CQ级产品，因该类产品的退火温度低，生产速度快，是决定TV值的关键。合理的TV值选取，将直接影响到烧嘴和辐射管的数量等一次投资，同时也影响到整条机组产能的最优化。实际炉子TV值的选择是根据产品大纲、期望最大工艺速度、工作制度等综合而定。n 炉子的冷却能力。决定炉子冷却能力的一样是CQ级产品，即小时产能最大的产品。炉子的冷却能力并不是越大越好，能力越大，设备（主要是风机、马达等）配置越大，越不经济。对于某些对冷却速率要求高的产品如双相钢等，则要求在快速冷却段通过优化喷嘴结构、喷吹速度、提高喷嘴压力等，但必须兼顾带钢宽度方向的冷却均匀性。n 炉辊的设计，包括粗糙度、辊型、材质、表面涂层的选择等。现代化的大型连续退火机组，由于产品品种和规格广，其中薄宽的高温料（DDQ或以上）在实际生产过程中，特别容易发生热瓢曲问题；而厚窄料特别容易发生跑偏问题。这些很大程度上取决与炉辊辊型和表面粗糙度的选择，大的粗糙度利于控制跑偏，但不利于控制瓢曲，反之则反之。另外，炉辊表面涂层的选择对防止带钢在炉内发生麻点缺陷，提高炉辊的抗积瘤性非常重要，目前典型的高温区域涂层为DPC-74.n 辐射管的选型，包括材质、烧嘴类型、燃烧方式等。辐射管的选择重点要考虑材质的选择，针对辐射管的工况，分段选择相应的高温合金可以达到合理投资的目的。烧嘴的选择则要兼顾节能环保的要求，选择低NOx排放的烧嘴，以满足高于国家环保排放标准为前提。燃烧方式目前有两种，即传统的比例燃烧方式和开-关（ON-OFF）燃烧方式，两者各有优缺点，均可采用。n 炉内仪表设备的配备，包括数量、位置等。仪表设备的配置也不是越多越好，可根据控制目的和控制方式予以优化，只要合理的，不要多余的。如CPC的配置要根据CPC的有效控制范围来定，但必须结合实际生产经验，布置在带钢易于发生跑偏的位置；其他用于检测温度、气氛等仪表设备，要根据其控制原理等合理配备，对于检测点的关注要高于对其数量的要求。n 保温材料的选择，包括耐材的种类、厚度等。保温材料的选择不能一味求厚，250300mm足矣，实际采用250mm和300mm厚度的保温材料，由于不同机组的工况差异，炉外壳温度差异不大，均达到80左右。在耐材材料等级上的选择，则可以通过“点菜式”，按需选择，如对于炉子加热段的内衬选择，从炉内到炉外，可依次选择1420-1260-1000-，这样即可以达到保温的目的，又能合理的控制投资成本。n 其他诸如防止带钢跑偏或瓢曲的方案以及相关的安全防护设备等。等等3.2.3 连续退火机组出口段的设备配置连续退火机组的出口段系指从炉子出口至卷取等。主要完成带钢出退火炉后的各种加工工序。出口段设备的配备不仅要考虑设备能力涵盖产品大纲，更要关注对于带钢表面质量的控制。n 平整机设备系出口段的关键设备。平整机设备的选型首先必须考虑产品大纲的钢种和规格，尤其是关注两个极端，即高强钢和IF钢。对于汽车用高强钢，需要极大的平整轧制力，同时还要保证良好的板形；对于IF钢，则一般所需轧制力极小，但又要考虑粗糙度的控制能力。这是一对矛盾的钢种，如何合理的解决这对矛盾，对平整机的选型相当重要。目前，较好的解决方法是选用双辊径的工作辊，即生产高强钢的时候选用小辊径工作辊，而生产IF钢的时候选用大辊径工作辊，可以很好的解决这个问题，但带来的问题是换辊的频繁性。另外，平整机设备还要关注换辊方式的选择，换辊周期是制约连续生产的因素之一。通常，为了避免带钢在平整过程中发生辊印缺陷，选用湿式平整较为有利，但吹扫的配置要强。n 圆盘剪设备是确保稳定运行的基础。切边工序对于目前的连续退火机组来说，已经越来越重要，为了最大限度的减少工序成本，连续退火机组成品的比例越来越高，这就说明切边剪投入率的增加（一般约60%80%的产品需要切边）。这就要求圆盘剪的稳定性必须保证。对于圆盘剪设备，关注的重点是切边能力、故障率、刀片更换便利性。同时还要考虑入口挖边剪的配置以及废边处理设备如卷球机等的合理配置等。n 涂油机设备的选择也很重要。对于连续退火机组来说，产品没有经过涂层处理，裸露的带钢极易发生锈蚀，因此要进行必要的涂油处理。涂油机结合最终用户的需求，要考虑至少3种以上的油品以及不低于3000mg/m2的涂油能力。同时，对涂油的均匀性和精度要求要高，这对直接面向用户的成品特别重要4。n 出口段的其他设备，诸如活套的配备、检查台的配备等，也要慎重考虑，如活套量的设计要考虑各种异常状态，检查台的设计要便于对带钢表面进行观察和打磨等，还要体现人性化设计等。另外，为了防止辊印缺陷，出口段的辊系要配备刮刀等。总之，连续退火机组的设备配置必须结合工艺方案和产品大纲。在机组总体定位的基础上确定