摘  要  以北海誠德公司1320mm熱軋不銹鋼連續熱退火酸洗線生產線為例， 介紹不銹鋼退火酸洗的生產工藝、設備，并對該生產線的主要特點予以闡述。

關鍵詞  不銹鋼  退火  酸洗

1  前言

近年來，為了降低加工成本，提高產量與質量、提高能源利用效率、保護環境，我國不銹鋼帶鋼生產廠家紛紛采用先進的退火酸洗技術和設備，以改建或擴建退火酸洗處理線。本文介紹北海誠德公司熱軋帶鋼的連續退火酸洗生產線的工藝特點和主要設備。

2  連續熱退火酸洗工藝流程

不銹鋼熱軋黑皮卷由行車將其吊運至鞍座上，再由鋼卷小車將其裝入開卷機上。開卷機有2臺，一臺在進行生產時，另外一臺負責開卷作業，把頭部矯直送到等待位置。等待與另外一個開卷機上的鋼卷的尾部進行焊接，焊接完成后的鋼卷就進行充套；活套的儲存量是為了提供入口換卷、送料、帶鋼焊接的需要量，保證機組連線運行。帶鋼從入口活套出來后進入退火爐，根據不同鋼種的退火工藝對鋼卷進行預熱，加熱，均熱從而來完成帶鋼退火工藝。冷卻（分別進入空冷和水冷）待帶鋼冷卻到80度以下時，進入干燥段，采用熱空氣進行干燥；然后經過破鱗機和拋丸機進行機械除鱗后，再經酸洗（酸洗為硫酸酸洗與硝酸+氫氟酸混酸酸洗相結合）、在酸洗段配備了4組刷洗（1、2組刷洗是帶研磨性的刷輥，3、4組是尼龍刷輥）鋼帶酸洗完成后進入最終清洗，再進行帶鋼邊吹烘干然后進入出口活套；出口活套儲存的帶鋼是為了滿足出口帶鋼表面檢查、剪切、卸卷或者短時間停止的需要，從而來保證機組的連續運行。帶鋼從出口活套出來后經品質檢查臺，到出口剪切、分卷、卸卷和打包后送入成品白卷倉庫。連續熱退火酸洗工藝流程圖如下：

3  機組技術參數

機組出入口速度：120m/min  

工藝速度：60m/min

爐子TV值：160m/min * mm

鋼卷內徑：入口760mm，出口610mm

鋼卷外徑：2200mm

鋼卷重量：24噸

帶鋼寬度：700～1300mm

帶鋼厚度：2.0～6.0 mm

帶鋼材質：不銹鋼200系、300系

基礎傳動方向：右傳動

4  機組設計產量

機組設計產量為50萬噸/年。

5  生產線的特點

該生產線綜合了國內外不銹鋼帶材生產領域先進的退火酸洗工藝及設備，以保證生產順暢、合理、高效。

6  各段工藝及主要設備組成

6.1  入口段

為了確保全線連續生產，盡量減少全線的停機，入口用兩個開卷機供料，一用另一在備用，入口操作人員必須提前把做的卷安排列好找出并按號依序吊到儲備鞍座上便于上卷，保持正常有序的供卷。

主要設備組成：1#鋼卷小車和4個鋼卷儲存鞍座，包括鋼卷對中系統；1#外伸軸承；1#開卷機；1#鋼卷對中控制（CPC）；1#開卷刀；1#夾送輥裝置；1#矯直機；1#側導；1#輔助夾送輥裝置；帶有切廢清除系統的1#橫切剪；皮帶傳送器；2#鋼卷小車，帶有4個鋼卷儲存鞍座；2#外伸軸承；2#開卷機；2#鋼卷對中控制（CPC）；2#開卷刀；2#夾送輥裝置；2#矯直機；2#側導；2#輔助夾送輥裝置；帶有切廢清除系統的2#橫切剪系統；3、4#側導。

6.2  焊機段

為不銹鋼板帶的連續生產線卷板接頭工序專用焊機，它是不銹鋼帶卷板表面處理線上的一個重要設備。焊機采用先進的電氣控制系統和兩刃剪的液壓傳動系統。

主要設備組成：入口夾鉗；出口夾鉗；剪切鎖緊裝置；雙刃鍘刀式剪切機；合金銅墊及升降裝置；SP500（MIG）氬氣保護焊焊接電源及送絲機；焊接小車及傳動裝置；C型架剪切機小車；入、出口對中平臺及挑套裝置；刨光機及沖信號孔組成；氣動系統；潤滑系統；電氣控制系統；

6.3  退火段

退火爐為水平懸索式連續退火爐，以天然氣為燃料，為使工作效率最高采用連續隧道型。退火段分為預熱區，明火加熱區，水冷初冷區，水冷終冷區，干燥段 ，附帶支撐輥。用途為熱軋不銹鋼退火處理，再結晶 軟化；碳化物的固溶；去鱗性的改善；在于δ-鐵素體分解。將組織偏離平衡狀態的鋼加熱到適當的溫度，保溫一定的時間然后緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態的熱處理工藝.即把鋼加熱到臨界點Ac1以上或以下的一定溫度，保溫一段時間，隨后在爐中或埋入爐中或導熱性較差的介質中，使其緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態的穩定的組織。技術性能如下：

處理鋼種：熱軋AISI200，300系列。

帶鋼規格：厚度：2～6mm，最大寬度：1320mm。

最大線速度：60m/min。

爐子產量：118t/h 。    

TV值：160mm.mpmin。

爐子長度：全長：150000mm凈寬：2030mm。

入口冷卻段：2700mm。

輻射預熱段：37000mm。

爐子1，2，3室：3X23220 mm。

空冷：5010mm

水冷1～5段：5X5010mm。　

擠干輥：1050mm。

烘干機：3600mm。

燃料：天然氣。

燃料熱值：33.84 MJ/Nm3。

燃料消耗量：5220 Nm3/h。

助燃空氣：預熱溫度400℃。

退火溫度：1080℃（板溫）。

爐膛最高溫度：1300℃。

正常操作最高溫度1250℃。

帶鋼出烘干機溫度：≤80℃。

燃燒條件，含氧量在3—6%。爐壓為微正壓（約2daPa）

燒嘴數量90個。

燒嘴分布：１＃、２＃加熱室各分為兩個區，每個區15個燒嘴；3＃加熱室分為3個區，每個區10個燒嘴。

爐子段張力范圍：6～8N/m2。

主要設備組成：入口冷卻段；輻射預熱段；帶換熱器的排煙系統；余熱鍋爐；加熱室；圓盤換輥器；冷卻段；排煙系統；擠干輥及烘干裝置；

加熱系統工藝：

6.4  破鱗機/拋丸機：

破鱗機與拋丸機聯合使用，有效進行酸洗前除鱗，減少了噴丸機的負荷。同時，由于帶鋼繞著小直徑工作輥彎曲的作用，在入口、出口輥式張緊裝置上產生很大的張力導致有效地破鱗，使得材料比較平直地進入拋丸機和酸洗段，從而保證這些后續的除鱗設備正常、有效地作業。拋丸機有四臺酸洗前的破鱗處理有兩種方法：破鱗輥處理和噴丸處理。由于不銹鋼的鐵鱗中含有與基體結合更為緊密的氧化鉻，因而酸洗困難。因此，為提高酸洗效果，必須在酸洗之前進行破鱗處理（簡稱預處理）。本機在帶鋼2mmx1320mm能夠保持帶鋼速度60m/min通過，不銹鋼帶的拋丸處理，打擊其表面的大部分氧化皮，為下一步酸洗工藝提供便利條件。該機是鋼帶退火酸洗生產線的重要組成部分，安裝在破鱗機后面、酸洗段的前面。

機組主要設備：

No.3張緊輥；破鱗機；No.4張緊輥；No.2張力計；拋丸機；No.2；No.3轉向輥；No.5糾偏輥；No.4轉向輥；No.3張力計。

6.5  酸洗段

酸洗段的整段工藝流程：

預清洗→H2SO4（硫酸）槽→清洗→1#/2#刷洗→清洗→1#混酸槽→2#混酸槽→3#混酸槽→清洗→3#/4#刷洗→最終清洗→邊吹→熱風干燥（烘干）。

酸洗線的工藝部分主要包括以下處理階段：

化學酸洗段--刷洗段--清洗段--干燥段。

酸洗工藝分成兩段：硫酸酸洗和混酸酸洗。

在不銹鋼的軋制和退火過程中，在鋼帶表面會形成一層氧化鐵皮或氧化物層.這層氧化鐵皮包括鉻鐵氧化物，鐵氧化物和其它合金元素的氧化物.其混合物的比例取決于鋼的成分，退火條件（溫度，加熱時間和氣氛）和其它參數。

這種氧化鐵皮中的金屬氧化物大部分是以尖晶石的形式存在的，它特別難在酸中溶解。另外，有些情況下，在這種氧化鐵皮下面會形成一定成分和厚度的鉻區。為了能夠保證鋼帶表面的性能，鋼帶表面的鉻含量一定要與鋼帶內部的鉻含量相一致。要通過使用不同溶液多階段酸洗去除鋼帶表面的氧化鐵皮以及貧鉻區。

第一階段酸洗：化學酸洗（硫酸）

如前所述，氧化鐵皮中的一部分包括鐵基氧化物，這些氧化物通過化學工藝可以有效被去除。酸洗是在硫酸溶液中完成的。

在H2SO4中進行的化學酸洗在鋼帶表面上引起了一系列化學反應。

Fe3O4+4H2SO4=Fe2（SO4）3+FeSO4+4H2O

3CrO3+4H2SO4=Cr2（SO）4=CrSO4+H2O+21/2O2

NiO+H2SO4=NiSO4+H2O

氧化鐵皮的成分例如被溶解，如下：

Fe2O3??—  6e--  =  2Fe3+    +   3/2O2

Cr2O3  —  6e--  =  2Cr3+    +   3/2O2

NiO    —  2e--   =  Ni2+     +   1/2O2

不銹鋼鋼帶的硫酸酸洗由于酸消耗低，排氣凈化簡單，酸洗速度快，可以經濟地和對環境保護有利地去除鐵基氧化物。

在硫酸酸洗后，使用刷洗機對鋼帶表面進行清冼，這樣可以去除氧化鐵皮殘余物。

第二酸洗段：混酸酸洗

在酸洗段第一階段的處理過程中，部分氧化鐵皮被去除。剩余的氧化鐵皮包括Fe-Cr-Ni混合氧化物。

通常使用硝酸和氫氟酸的混酸去除這些混合氧化物，也可以去除貧鉻區。

由于鋼帶酸洗要求的高質量，混酸酸洗過程分兩個階段進行。在最后一個酸洗槽，最后的氧化物被去除。同時使鋼帶表面變光滑，這使得鋼帶通過具有強氧化性的硝酸后可以獲得高酸冼質量。氫氟酸可以把這些金屬離子轉變為穩定的金屬氟化物。除了金屬離子，還會產生氮的氧化物和水。

硫酸酸洗段設備組成：

槽體：槽體材質PPH，長度2×20米，槽體為淺槽結構。

槽蓋：材質PPH，有液壓提升裝置，可自動開啟關閉。

擠干輥：Φ255×1870mm，鋼輥襯耐酸橡膠厚20mm；帶軸承和軸承座4組，每組2根。上輥可由氣缸快速打開。每組一套支架。兩端有PPH側蓋密封。

噴管：一組，材質PPH，可方便拆卸更換。

氣動閥站：1套。

液壓閥站：1套。

循環系統：

循環罐：2臺，容積40m3/臺，材質：PPH/CS，立式錐底形式，下部由鋼結構支撐。

循環泵：3臺，葉輪材質PVDF

流量200m3/h，揚程30米。

換熱器：2臺，材質浸漬酚醛石墨，塊孔式結構。

廢硫酸罐：1臺，材質：PPH/CS，容積40m3/h，立式錐底形式，下部由鋼結構支撐。

廢硫酸泵：2臺，葉輪材質PVDF

流量40m3/h，揚程30米。

閥門及管路：1套，上酸管路材質PVDF， 回酸管路材質PPH。

現場儀表：1套。

混酸酸洗段設備組成：

槽體：4臺，槽體材質PPH，每臺長度20米，槽體為淺槽結構。

槽蓋：材質PPH，有液壓提升裝置，可自動開啟關閉。

擠干輥：Φ255×1870mm，鋼輥襯耐酸橡膠厚20mm；帶軸承和軸承座。

氣動閥站：1套。

液壓閥站：1套。

循環系統：

循環罐：4臺，容積40m3/臺，材質：PPH/CS，立式錐底形式，下部由鋼結構支撐。

循環泵：6臺

流量200m3/h，揚程30米，材質PPH

石墨換熱器：4臺，材質浸漬四氟石墨。

廢混酸罐：1臺，材質：PPH/CS，容積40m3，立式錐底形式，下部由鋼結構支撐。

廢混酸泵：2臺

流量40m3/h，揚程30米，材質PPH

制冷機及配套設施：2套，水量80m3/1套，水溫6~12℃。

閥門及管路：1套。

現場儀表：1套。

酸洗段機組主要設備：

酸洗段；No.6糾偏輥；No.5張緊輥；出口活套；No.7糾偏輥；No.8糾偏輥；

No.6張緊輥。

6.6  出口段

出口段工藝流程：出口鋼卷小車開到鋼卷正中間位置上升，升至小車支撐輥與鋼卷相切的位置→待出口段停穩，EPC打到手動→卸張→壓下No.5輔助夾送輥和帶有傳送臺板的No.1轉向輥→點動帶鋼焊縫到No.3橫切剪處→No.3橫切剪→甩尾→抬起輸送臺→卷取尾部到小車支撐輥處→卷筒收縮→鋼卷小車稍微上升一點小車開出（注：小車開出時一定要看帶鋼頭部是否與鉗口卡住防拉出帶鋼成喇叭口）→同步點動No.5輔助夾送輥送出焊縫位置→剪除焊縫→壓下輸送臺→送料→打開帶有傳送臺板的No.1轉向輥→抬起導板臺→鉗口復位→EPC打到對中狀態→帶鋼頭部過傳送臺板的No. 1轉向輥后再壓下帶有傳送臺板的No. 1轉向輥→帶鋼頭部送入卷筒鉗口后→膨脹卷筒→EPC打到自動狀態→下導板臺→同步點動卷取一圈包過卷筒（防建張把頭部蹦脫落鉗口）→建張→運行→打開No. 5輔助夾送輥和帶有傳送臺板的No. 1轉向輥→稱重→打包→貼卡→鋼卷小車開回→完成卸卷。

出口段機組主要設備：

水平檢查臺、6#轉向輥、No.5輔助夾送輥裝置

帶有切廢清除裝置的No.3橫切剪；帶有傳送臺板的No.1轉向輥裝置；出口No.1帶鋼對中控制（CPC）；No.1卷取機；No.3外伸軸承；帶有4個鋼卷儲存鞍座的No.3鋼卷小車；No.1鋼卷稱重系統；No.1鋼卷打捆裝置。

6.7  環保

不銹鋼退火酸洗生產線會產生大量的廢酸、廢水與廢氣。廢水主要來自酸洗段刷洗水、濕式破鱗機的補充水和冷卻段排出水。廢酸來自硫酸酸洗系統和混酸酸洗系統。廢水通過裝備有水力旋流器的鐵鱗沉淀池和以砂作為媒介的濾清池處理后循環利用。廢酸則分別收集入各自儲槽，通過中和、絮凝、過濾、濾清處理工藝使之達到排放要求。硫酸酸洗槽、刷洗槽、混酸酸洗槽、清洗槽頂蓋均裝有排霧管道，經安裝到車間外的風機將所有酸霧回收。硫酸酸霧經過 SOX 處理系統，噴水吸收。混酸酸霧通過 NOX 系統，采用堿液噴射和 SCR 催化法回收。經過處理后的氣體達標排放。

7  結語

該生產線采用了成熟的生產工藝，并在退火爐熱回收裝置、冷卻段工藝、酸洗工藝與酸回收方面都有所創新。整條作業線過程控制采用了集散式自動控制系統，實現質量、產量、能源節約和環境保護的高效運行。

8  參考文獻

[1]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，1998年

[2]李登超主編化學工業出版社，2008年