李玉

摘要：连续退火炉的冷却速率对冷轧后退火处理产晶的性能，尤其是强度起着决定性的作用。为适应汽车市场对冷轧产品强度越来越高的要求，本文简要分析了连续式退火炉冷却技术在国内外的发展概况，分析了各种冷却技术的优缺点，并指出了其今后的发展方向。

关键词：退火炉;冷却技术;现状与发展

Abstract： The cooling rate of the continuous annealing furnace plays a decisive role in the performance of the annealing treatment after cold rolling， especially the strength. In order to meet the increasingly higher requirements of the automotive market for cold-rolled products， this article briefly analyzes the development of continuous annealing furnace cooling technology at home and abroad， analyzes the advantages and disadvantages of various cooling technologies， and points out its future development direction.

Key words： annealing furnace;cooling technology;status quo and development

0  引言

随着汽车工业的发展，对汽车用钢的强度要求越来越高，高强钢的生产对冷轧、连退镀锌线退火炉冷却速率提出了更高的要求。为提高退火炉冷却能力，满足高强钢甚至超高强钢的生产需求，近年来退火炉冷却技术快速发展，各种新型冷却技术的研发和推广应用也越来越多。

1  退火炉连冷工艺的发展及现状

目前，连续式退火炉发展最关键的是冷却技术，冷却技术的发展直接关系到最终带钢的质量和生产效率，也会直接关系到钢厂的经济效益，因此，应重视退火炉冷却技术的发展与现状。目前用于连续退火炉子的最常用的冷却技术有：新日铁公司的nsc-capl，日本钢管公司的nkk-cal，川崎和三菱公司的km-cal，它對于现有的连续退火炉冷却技术具有深远的意义。两者之间的主要差异在于冷却方式和冷却速度，本文以连续退火炉冷却速度2000℃/s为例，阐述了连续退火炉冷却技术的发展和现状[1]。

1.1 NSC连续退火处理技术

NSC公司开发的卡普尔，退火导线一般采用两种方式冷却带钢。20世纪70年代，他们发明了喷射冷却，简称为GJC，采用H2-N2混合气体对带钢表面进行均热处理，使带钢快速冷却至过时效温度。据此，80年代发展了气-水-气加速冷却技术，目的是为了提高喷射设备的板带厚度和冷却速度，使板带温度降至5～30℃/S。这种方法是把水和气体的混合物升压后浸入带钢表面，其生产效率提高，冷却速度可达50～300℃/S，对生产高强度钢板非常有利。但带钢经ACC处理后，其表面会出现蒸汽膜，需进行酸洗、漂洗、干燥、镀镍等工序，生产成本和投资较高。

1.2 NKK连续退火过程

由日本钢管公司开发的连续退火生产线，板带冷却有三种冷却方式。七十年代，出现了水冷法，简称WQ法，采用这种方法，浸在水中淬火，它是目前已知最快的连续退火冷却方法之一。其冷却速度一般在500～2000℃/S之间，由于其前所未有的冷却速度，可以生产高强度钢板，但不能生产软钢。为了节约能源，降低成本，日本在70年代后期发展了辊冷技术，这种技术通过内冷方式使带钢与轧辊接触，并通过传热来冷却带钢。本发明冷却速度可达到100～400℃/S，可根据板带厚度调节冷却速度，节省30%的能源。可生产深冲压板、高强钢板。其主要缺点是接触不均匀、冷却不均匀[2]。

1.3 KM连续退火技术

KM连续退火技术由日本的川崎和三菱公司开发，又称多功能连续退火。铝制冷有两种方法。Hgjc方法在80年代得到发展，热喷冷却是在带钢表面高速喷射冷却的一种干式冷却方式，制冷机还有调节氢含量的装置。增加氢含量，可提高热导率和冷却速率;其一般冷却速度可达30～90℃/S，但这种冷却方式对厚板带的冷却效果不明显，因此适用于薄板生产。

2  退火炉制冷技术发展动向

退火冷却技术的发展，一直是钢铁行业关注的焦点。连续退火炉冷却技术的任何突破和改进，都将大大提高钢厂的生产效率和经济效益。但连续退火炉冷却工艺受多种因素的制约，其中随机因素占主要影响，因此，为了提高连续退火炉冷却工艺水平，必须不断改进工艺，以提高产品质量。随着科技的发展和信息技术的进步，智能控制技术尤其适用于具有非线性、时变特性的退火炉，是连续式退火炉冷却技术的时代变革和进步。随着软件工程的成熟和机电一体化的发展，智能技术逐渐融入到连续式退火炉冷却技术中，并在连续式退火炉冷却技术的专家系统控制、模糊控制、模糊控制、神经网络控制、遗传算法、人工免疫控制等控制理论中得到越来越广泛的应用。这些控制方法已逐渐应用于工业炉窑，例如退火炉，热冷却部分是退火炉的核心和关键部件。为了准确稳定地控制退火炉的温度，国内外许多专家、学者对此进行了长期而深入的研究。目前，温度控制手段和方法仍然是连续退火炉冷却技术研究的方向[3]。

3  薄板连续退火炉的研制及炉辊设计

在退火线上生产冷轧带钢时，其规格变薄，最薄可达0110mm左右，拉伸速度越来越快，工艺截面最大可达1000m/min，退火温度也越来越高，如超深均热拉拔软钢的温度为870℃。为了满足薄板高温高速退火的要求，炉辊一般采用正凸设计。但是凸度过大容易导致带材热屈曲，凸度过小容易导致带材变形。结果表明，炉辊锥度与热轧带钢的临界张力有密切关系。高炉辊筒为双锥型设计，以满足产品规格变化大的要求。通过大量的模拟试验，优化了锥角，使之适用于宽板和窄板的生产。在退火炉设计中，采用了多种控制炉辊热凸度的措施。为了避免辐射管加热对加热炉炉筒顶部造成影响，在每一炉筒下方安装保温板，有些企业也将冷却的空气输送到隔热板，以保证保温效果。该加热炉4-7个加热辊腔分别控制炉温，在辊身两端各注入冷却保护气体，避免带钢温度过低影响辊身顶部的稳定孔型，从而避免带钢辊身凸度变化。另外，在快冷炉进出口处，为了防止皮带温度过高对炉辊顶部的影响，还在快冷炉进出口处设置了一个炉辊室，并安装了管状加热元件，用来分别控制炉温，以防受冷滚动。

4  高速冷却技术的发展

快速冷却是连续退火生产线的核心技术，因为板带的冷却速度非常重要。目前主要的冷却方式是喷射冷却（GJC）、高速喷射冷却（hgjc）、辊冷（GC）、气水两相冷却（ACC）、水冷（WQ）、热水冷却（howac）、喷射冷却（rgcc）和辊冷联合冷却（rgcc）。

4.1 辊冷工艺

轧辊冷却技术是将带钢与炉内的冷却水接触，通过传热冷却。在100～300℃范围内接触冷却率均为100%，其冷却率可根据带钢移动速度和水冷辊移动位置进行调节。该工艺成本低，冷却速度快，适合生产冷轧板材。但是由于对板形的高度依赖，缺少有效的宽度方向均匀性控制方法。侧喷冷和水冷辊后喷冷系统的配合使用，可以减小板料的温度偏差，但也会影响到冷却速度。此外，由于接触辊数量较大，不可避免地会出现大量的辊印。

4.2 高速喷射冷却法

它是将保护性氣体高速喷射到钢带表面，实现带钢快速冷却的新工艺。因为喷淋冷却具有收敛自稳的特点，即当带钢温度不均匀时，高温部分与气体温差大，冷却速度快;反之，在气体温差小，冷却速度慢的情况下，带钢温度较低，使整个坯料表面温度均匀。新日铁研制的高速喷射冷却系统，将带钢宽度方向分为五段，出口侧设有5块挡板，并配有扫描温度计，可对带钢横向温度进行控制，使其均匀分布。将高速喷冷与辊冷技术相结合，形成川钢高速气冷-辊冷复合工艺（rgcc）。新日铁和川崎铁的主要区别在于喷口，新日铁采用了凸出式水口，川钢采用了窄缝式水口，并采取了一些有效减少煤气回流的措施，如在水口横向移动以保证带钢宽度方向的均匀冷却，与狭缝式喷嘴相比，圆筒式喷嘴具有相同的冷却能力，且能耗较低。

4.3 闪冷工艺

国内、外，首钢京唐钢铁有限公司2230mm连续退火线等连续退火线上，钢条经缓冷段冷却后，进入高氢闪速冷却段，已被广泛使用。利用闪冷技术可以提高氢气含量，达到新品种所要求的冷却速度。经过多年研究，闪蒸冷却工艺得到了改进，在空气成分和压力控制方面有7项技术专利，如钢带防抖措施，不暴露耐火概念，避免纤维衬里或砖与钢带粘连，稳定生产，以及过渡阶段的安全保障（法国认证，德国和英国当局），该方法适用于所有路况和产品。由于闪冷工艺氢比重大于超高压快冷工艺氢比重，所以需要分别设置氮气和氢气混合站，为闪冷段注入保护性气体，对整个闪冷段的安全性要求很高，所有设备必须具有一定的防爆等级;另外，闪冷段出口管路上必须设置密封机构，使闪冷段与前后炉段的气体隔离。

4.4 冷水淬冷却

该工艺冷却速度快，可达到1000～2000℃，生产高强度钢所需合金量少，产品的焊接性和延缓损伤能力强。特别适用于生产高强钢、超高强钢。但是，由于连续退火生产线的产品种类较多，通常是由软钢和高强度钢制成，软钢不需要水淬，一般采用高速喷射冷却、辊冷等冷却方式。该线需采用两种冷却方式，设备投资大，生产成本高，采用水淬工艺。由于钢带表面蒸汽膜对炉辊表面质量有影响，不适合生产高质量的冷却钢板。20世纪80年代，新日铁粉水两相冷却（ACC）研制成功了口琴式气流雾化水冷喷嘴，并成功地应用于多个连续退火机组。冷却速度介于喷射和冷却水冷却之间，中速冷却能提供最佳的碳过饱和度，促进后续处理过程中碳化物的析出，有利于生产耐老化深冲低碳钢和工业化高强度冷轧钢板。由于带材表面经ACC处理后，形成了一层蒸汽膜，退火后需要进行酸洗、漂洗、干燥和闪蒸等处理，以提高其镀层性能。这是因为工艺复杂，设备投资大，生产成本高。

5  结束语

退火炉冷却速率对高强汽车板的强度具有较大影响，从退火炉连续冷却技术的发展可以看出，中高速气体喷射冷却是一项比较先进和通用的技术，它适用于各种受力较强的产品，既能生产软钢，又能使钢厂生产高强度钢。在连续退火炉冷却过程中，高速气体射流冷却方式运行稳定，板材适应性强，成品质量好，板材尺寸不受孔隙限制。为生产更高等级的高强乃至超高强汽车板提供了技术支持，有着广泛的应用前景。

参考文献：

[1]郑海燕.冷轧连续退火炉冷却技术的发展和应用[J].轧钢，2018，035（001）：52-56.

[2]赵龙.研讨冷轧连续退火炉冷却技术的发展及应用[J].科学与财富，2020，012（012）：105.

[3]孙志斌，王林建.新技术在冷轧带钢连续退火炉上的应用[J].工业炉，2017，39（001）：14-17.

[4]胥平.冷轧连续退火炉温度控制系统设计与研究[J].电子技术与软件工程，2016（009）：137-141.