CN111501052A - 一种高温卷取料的酸洗工艺方法及应用 - Google Patents

一种高温卷取料的酸洗工艺方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对高温卷取料的酸洗工艺，其内容包括：1)带钢在拉矫机中进行拉矫破鳞，拉矫的张力控制为带钢中的拉伸应力控制在超过材料屈服限的0～20％；拉矫机的***深度为0.4D+(3～10)mm，D为破鳞辊直径；2)经破鳞后的带钢进入酸槽进行酸洗，带钢依次进入三个酸槽；各酸槽的盐酸的质量浓度分别为4±1％，10±2％，和12±2％，对应的酸槽温度分别设定为85±2℃，80±3℃，75±3℃；各酸槽酸洗液的循环量不小于230m3/h。本发明通过对拉矫破鳞参数和酸洗工艺参数的控制，可以大幅提高高温卷取料的酸洗速度，防止带钢出现欠酸洗的现象，同时可大幅减少酸洗过程中的盐酸消耗。

Description

一种高温卷取料的酸洗工艺方法及应用
技术领域
本发明涉及酸洗技术领域，具体涉及一种高温卷取料的酸洗方法。
背景技术
酸连轧是当前冷轧产品生产的主流技术，热轧带钢在生产后，运输至酸连轧机组后，首先经过酸洗过程，其主要的原理是运用一定浓度、温度的酸液在紊流状态下将热轧带钢表面的氧化皮进行溶解，以露出带钢纯铁基体。酸洗是确保冷轧产品表面质量的主要流程，热轧带钢表面的氧化皮必须通过酸洗的方法予以去除，否则残留氧化皮会直接决定冷轧带钢的表面质量。
目前，通常碳钢的酸洗以盐酸酸洗为主，决定酸洗速度和带钢质量的因素是酸洗工艺参数(酸液浓度、温度和酸槽内酸液循环流量)和氧化皮的结构，其中前者主要由酸洗设备的设计决定；而带钢表面氧化皮的结构与钢种成分、终轧温度、卷取温度等因素决定，它是氧化皮酸洗的难易程度。
当前，随着钢铁材料的性能需求，部分材料在热轧加工中需进行高温卷取处理，所谓的高温卷取指的是将热轧带钢控制在690℃以上的温度进行卷取，随着带钢在后续的放置冷却过程中的温降，表层会形成一层非常厚且密的氧化皮。为保证酸洗质量，当前生产中只能采用降速的办法，将酸洗速度控制在100m/min左右才能去除氧化皮，显著影响了酸洗的效率提升。
查阅了现有相关技术的发展，主要有如下的一些相关发明以提升酸洗的效率及质量：
一种生产热轧酸洗板的方法及热轧酸洗板酸洗***(201510148228.X，首钢股份有限公司)，其专利为了提升热轧钢板酸洗效率，提出了采用多达五段的酸洗槽(现有酸洗设备通常为三段)，并将酸液的喷射压力提升到了3-5MPa(现有通常为0.3-0.6MPa)，由此通过酸洗设备的加长和酸液喷射压力的增加，以显著提升加工效率，但此种设计需要对现有设备进行大幅度的改造，且成本增加显著，因此在现实中应用成本较高。
一种冷轧带钢的快速酸洗装置及方法(201510218912.0，中冶南方工程技术有限公司)，提出了另一种增加酸洗效率的快速酸洗方法，其主要是在传统的酸洗过程中，增加超声波装置，在酸洗过程中运用超声波的振动效果，增加酸液的空化流动效果，使得带钢表面的氧化皮快速脱落，以增加酸洗的效果，此发明依旧需要改造现有酸洗设备，实际运用的成本较高。
提高热轧带钢酸洗效率和质量的方法(201410547377.9，武汉钢铁集团有限公司)提出了另一种增加酸洗效率的方法，主要思想是根据实测的氧化皮表面活化能和厚度，然后合理配合不同的酸洗温度、浓度和酸液循环流量，以综合提升带钢上酸洗的效率。此种方法虽然实施过程不需要对现有酸洗装置进行改造，但由于需要在实验室内测量不同卷带钢的表面活化能和厚度，因此在实施时具有耗时且工作量巨大的特点，因此也不具备大规模应用的特点。
上述的发明基本提升酸洗效率在于对原有的设备进行改造或者根据氧化皮的结构以合理设置酸洗参数组合，均有成本高、工艺复杂及难以实现的困难。为此，本发明基于现有的成熟酸轧机组，通过合理的酸洗参数设定以达到提高酸洗速率和保证带钢表面质量的目的，整个发明实施简单、技术切实可行，具有非常高的实用性和显著改变高温卷取热轧带钢酸洗效率的优势。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，针对致密而连续的氧化皮，提供一种可以提高酸洗速度的方法。
本发明针对高温卷取料表面氧化皮的特征，合理调配拉矫工艺参数和各酸槽中温度、浓度和紊流度，从而达到提升酸洗速度的目标。其主要技术方案有：
一种高温卷取料的酸洗工艺，包括酸洗和氧化皮的溶解，
1)高温卷取料在拉矫机中，张力的控制值为使得带钢中的拉伸应力控制在超过材料屈服限的0～20％；拉矫机的***深度为0.4D+(3～10)mm，D为破鳞辊直径；
2)经拉矫破鳞后的带钢进入酸槽进行酸洗，带钢依次进入三个酸槽，各酸槽的盐酸的质量浓度分别为4±1％，10±2％，和12±2％，对应的酸槽温度分别设定为85±2℃，80±3℃，75±3℃；
各酸槽酸洗液的循环量不小于230m3/h。
为保证酸洗液的紊流度，各酸槽酸洗液的循环量不小于230m3/h。
高温卷取料在拉矫时的张力值按材料的屈服极限进行控制，拉矫机的***深度与破鳞辊的直径相关，直径越大***深度越深。各酸槽酸洗液的循环量按最大值进行控制。
根据本发明的一种高温卷取料的酸洗工艺，优选的是，所述高温卷取料通常的卷取温度在690℃以上。
进一步地，所述高温卷取料通常的卷取温度在690～720℃。
根据本发明的一种高温卷取料的酸洗工艺，优选的是，所述高温卷取料的速度可达到140mpm以上。进一步地，所述高温卷取料的速度可达到180mpm以上。
根据本发明的一种高温卷取料的酸洗工艺，优选的是，所述拉伸应力控制在超过材料屈服限的10～15％。
根据本发明的一种高温卷取料的酸洗工艺，优选的是，步骤(1)所述带钢的氧化皮厚度为10μm-30μm；所述带钢的氧化皮与带钢的剥离强度大于等于12MPa。
更优选的是，带钢的氧化皮厚度10μm-20μm。
本发明还提供了上述酸洗工艺在高温卷取料快速酸洗方面的应用。
优选的是，所述高温卷取料通常的卷取温度在690℃以上。
进一步地，所述高温卷取料通常的卷取温度在690-720℃。
高温卷取料顾名思义是一种在高温下进行卷取的钢种，该钢种通常的卷取温度在690℃以上，这一钢种表面的氧化皮结构不仅厚，而且致密和连续，如图1所示，这种结构的氧化皮仅通过改变酸洗工艺参数无法达到预期的酸洗速度，需要通过与拉矫工艺参数的优化，才能达到提高酸洗速度的目标。
本发明通过该钢种表面氧化皮结构的认识，提出通过改变拉矫工艺中的张力(延伸率)和破鳞辊的***深度，使得带钢表面的氧化皮得到充分的破碎，以提高酸洗的速度。同时通过优化各酸槽中酸洗液的温度和浓度，使得酸洗速度可控，大幅提升酸洗板的表面质量。
酸洗过程主要由酸洗液对氧化皮的溶解、氢气剥离因素组成，氧化皮的溶解速度由酸洗液的浓度和温度决定，而酸洗液在各酸槽中的温度和浓度通常是一定的，很少针对不同钢种进行动态调整，因此要提高高温卷取料这类钢种的酸洗速度，只能通过其它办法。氢气剥离作用是通过盐酸与铁反应生成氢气，通过氢气往外溢，将带钢表面的氧化皮剥离，从而加速酸洗的进程。要使得氢气剥离作用得到有效的发挥，首先要有氢气产生，也即要求盐酸能进入到带钢基体，使得盐酸与铁发生反应，这就要求盐酸能穿过带钢表面致密的氧化皮。由于高温卷取料表面的氧化皮厚且致密，要使得盐酸穿过氧化皮到达带钢基体，必须将带钢表面的氧化皮破碎。
拉矫是破除带钢表面氧化皮的有效手段，拉矫工艺参数包括延伸率和***深度，延伸率是通过拉伸带钢，达到破除氧化皮的目的，而***深度是通过不断弯曲带钢，达到破除带钢表面氧化皮的作用，这二个参数针对不同钢种表面的氧化皮，其破除的效率是不同的。
本发明的有益效果是：
本发明通过对的酸洗破鳞参数和酸槽控制工艺参数，可以大幅提高高温卷取料的酸洗速度，防止带钢出现欠酸洗的现象，同时可大幅减少酸洗过程中的盐酸消耗。
附图说明
图1是高温卷取料表面的氧化皮结构。
图2是D P0161D1钢种的卷取温度。
图3a是带钢中部上表面的氧化物。
图3b是带钢中部下表面的氧化物。
图4是拉矫后带钢表面氧化皮的形态。
具体实施方式
DP0161D1是一种典型的高温卷取料钢种，该钢种的卷取温度曲线如图2所示，如平均卷取温度为720℃，带头的卷取温度为760℃左右，而带尾的最高卷取温度为770℃，带尾为的卷取温度略高于带头。
该钢种的上下表面氧化皮结构和形貌如图3所示，由于该钢种的热轧卷取温度平均值在720℃左右，带钢表面的氧化皮厚度达到20μm，氧化皮的结构致密，与基体的结合良好，经拉伸法测试，氧化皮与基体间的剥离强度约为13MPa，这一结合力属于较高水平。
由于该钢种表面氧化皮的特点是厚度大、结构致密、与基体的结合力强，该钢种属于难洗钢种，现有技术中正常情况下该钢种的酸洗速度只能达到100mpm，带头尾的速度更低，只有80mpm。针对该钢种表面氧化皮的这一特征，制定的酸洗控制策略为：
1)拉矫参数中的张力控制以超过材料屈服限的10％为基准，具体的张力数值由材料的厚度决定，在该张力的作用下，带钢的延伸率约在2％左右。
2)机组拉矫机的破鳞辊直径为80mm，选定拉矫的***深度为40mm，这一***深度达到拉矫机的极限值，带钢经该工艺参数拉矫后，其表面的氧化皮得到有效的破碎，其形态如图4所示。
3)经破鳞后的带钢进入到酸槽进行酸洗，带钢从1号酸槽进入，经中间2#酸槽后，从3#酸槽出口结束酸洗，带钢进入到1#酸槽需要快速加热，该槽主要作用是使得带钢表面的温度快速上升，同时起一定的溶解作用，因此该槽温度设定为上限87℃，酸浓度控制在5％，2#槽是氧化皮溶解的区域，带钢表面大部分氧化皮在该槽中去除，此槽的温度设定为83℃，酸浓度设定为10％；带钢运行到3#酸槽后，带钢表面的氧化皮已基本得到清除，由于高浓度的再生酸是从该槽加入，为防止盐酸的挥发，该槽的温度可设定为下限，控制温度为72℃，酸槽中的酸浓度为14％。
采用该控制模式，机组在酸洗DP0161D1的高温卷取料的速度可达到140mpm，酸洗速度可提高40％，同时由于各酸槽的酸浓度和温度是根据各酸槽在整个酸洗过程中的作用进行控制，大幅减少盐酸的挥发，酸洗板表面质量良好。
实施例2
带钢表面的氧化皮厚度达到18μm.氧化皮与基体间的剥离强度约为14MPa.
1)拉矫参数中的张力控制以超过材料屈服限的15％为基准，具体的张力数值由材料的厚度决定，在该张力的作用下，带钢的延伸率约在2％左右。
2)机组拉矫机的破鳞辊直径为80mm，选定拉矫的***深度为35mm。
机组在酸洗DP0161D1的高温卷取料的速度可达到150mpm。其他同实施例1.
实施例3
带钢表面的氧化皮厚度达到18μm.氧化皮与基体间的剥离强度约为12MPa.
1)拉矫参数中的张力控制以超过材料屈服限的16％为基准。
2)机组拉矫机的破鳞辊直径为80mm，选定拉矫的***深度为42mm。
机组在酸洗DP0161D1的高温卷取料的速度可达到150mpm。其他同实施例1.
本发明通过对的酸洗破鳞参数和酸槽控制工艺参数，可以大幅提高高温卷取料的酸洗速度，防止带钢出现欠酸洗的现象，同时可大幅减少酸洗过程中的盐酸消耗。

Claims (10)

1.一种高温卷取料的酸洗工艺，包括酸洗和氧化皮的溶解，其特征在于：
1)高温卷取料在拉矫机中，张力的控制值为使得带钢中的拉伸应力控制在超过材料屈服限的0～20％；拉矫机的***深度为0.4D+(3～10)mm，D为破鳞辊直径；
2)经拉矫破鳞后的带钢进入酸槽进行酸洗，带钢依次进入三个酸槽，各酸槽的盐酸的质量浓度分别为4±1％，10±2％，和12±2％，对应的酸槽温度分别设定为85±2℃，80±3℃，75±3℃；
各酸槽酸洗液的循环量不小于230m3/h。
2.根据权利要求1所述的一种高温卷取料的酸洗工艺，其特征在于：所述高温卷取料通常的卷取温度在690℃以上。
3.根据权利要求2所述的一种高温卷取料的酸洗工艺，其特征在于：所述高温卷取料通常的卷取温度在690～720℃。
4.根据权利要求1所述的一种高温卷取料的酸洗工艺，其特征在于：所述高温卷取料的速度可达到140mpm以上。
5.根据权利要求4所述的一种高温卷取料的酸洗工艺，其特征在于：所述高温卷取料的速度可达到180mpm以上。
6.根据权利要求1所述的一种高温卷取料的酸洗工艺，其特征在于：所述拉伸应力控制在超过材料屈服限的10-15％。
7.根据权利要求1所述的一种高温卷取料的酸洗工艺，其特征在于：步骤(1)所述带钢的氧化皮厚度为10μm-30μm；所述带钢的氧化皮与带钢的剥离强度大于等于12MPa。
8.权利要求1所述酸洗工艺在高温卷取料快速酸洗方面的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述高温卷取料通常的卷取温度在690℃以上。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述高温卷取料通常的卷取温度在690-720℃。
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