宏文罩式退火培训教材最终稿.doc
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1、宏文罩式退火培训教材最终稿 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途第三篇 全氢强对流罩式退火炉3第1章 冷轧钢带再结晶退火31.1 退火的目的31。2 再结晶退火41.2.1回复41。2。2 再结晶51.2.3 晶粒长大61。3 冷轧带钢热处理简介6第2章 退火炉的类型及技术特点72.1 退火炉的类型72.2 退火炉工艺技术比较72.2.1 间歇式(罩式)退火炉与连续式退火炉对比72。2。2 单垛式罩式炉与多垛式罩式炉对比82.2。3紧卷罩式炉与松卷罩式炉对比82.2。4 立式连续退火炉与卧式连续退火炉对比92。2。5 氮氢型与全氢型单垛式紧卷罩式炉对比92。3 强对流全氢罩式炉技术10
2、2.3。1 强对流102。3.2 全氢102.4 冷轧带钢罩式退火工艺制度的确定112.4。1 保温温度和保温时间的确定122。4。2 加热速度的确定122。4.3 冷却速度和出炉温度的确定122.4.4 光亮退火13第3章 宏文10万吨全氢罩式退火炉生产线133.1 生产工艺流程133.2 机组主要技术参数153.3机组特点153。4 主体设备及工艺参数173.4.1全封闭炉台173。4.2 炉台循环风机183.4.3加热罩及燃烧系统193.4。3。1 加热罩193。4。3。2 燃烧加热系统203。4。3。3 加热罩及燃烧系统技术数据213。4.4 冷却罩213.4。5内罩223。4。6 对
3、流板233.4.7 管路阀站243.4。7。1管路阀站的组成243。4。7.2技术数据243。4.8 液压夹紧系统253。4.8。1 液压夹紧系统组成253。4。8.2液压夹紧技术数据253。4。9 炉台导向杆253。5 工艺控制过程描述26第4章 安全生产284.1 氢气爆炸与防爆284。1。1 氢气爆炸284. 1。2 氢气防爆294。1。2。1 试漏304.1。2.2 清洗304。1.2。3 保证炉内正压操作304.1。2。4 氢气监测器314。1.2。5 通风机314.1。2。6 设备安全设施314。2 宏文10万吨全氢罩式退火炉生产线安全性能介绍314。2.1内罩及外罩超温保护功能3
4、14。2.2内罩密封性的自检及报警功能324.2。3内罩中气氛压力的自调功能及压力报警功能324。2。4 紧急停电及非正常停电时的安全保护功能324.2.5 燃烧系统安全控制324.2。6 应急安全33第5章 罩式退火炉退火卷常见的缺陷及解决方法335.1 粘结335.1。1 粘结缺陷生产的机理335.1。2 影响粘接产生的几个因素335.1.3 粘结缺陷的控制措施345.1.3.1 轧制工艺的控制345。1。3.2 控制退火工艺,减少粘结355。2 碳黑355.2.1 碳黑缺陷生产的机理355.2.2 影响碳黑形成的因素355.2.3 碳黑缺陷的控制措施36 第四篇 全氢强对流罩式退火炉第1
5、章 冷轧钢带再结晶退火1。1 退火的目的不经加热的室温状态的钢,经过锻造、轧制、拉拔、挤压等压力加工,便产生不能自行恢复原形状和尺寸的变化,说明钢所受加工压力大于钢的弹性极限,引起了钢的塑性变形,这一变形过程叫钢的冷塑性变形.钢在轧制时,钢外形和尺寸的改变实际上是内部晶粒的变形总和.当变形程度很大时,晶粒会被拉长或破碎,表现为钢组织结构的变化;在钢材中的冷塑性变形过程中,各种因素导致变形不均匀,使变形时所施加的能量约有1015%以弹性能的形式保留在钢内部,其具体形式就是钢材中的弹性畸变和变形内应力;同时,随着变形程度的增加,各晶粒的取向大致趋于一致,使晶粒具有择优取向,也影响着钢材的性能。在冷
6、塑性变形过程中,钢的强度、硬度、塑性等力学性能发生了变化,不能符合标准要求。例如08号碳钢的加工硬化形变与变形量的关系如下:冷轧后的钢带b( 强度极限)高达680MPa以上,而产品标准要求是260350MPa;s(屈服极限)是 670660 MPa,标准要求不大于240 MPa;HB(硬度)标准要求为45,实际高达190200, 10约为2,而标准要求不小于39%;B(冲压深度)标准要求不小于10.3mm,而冷轧后仅为6。7mm.由此可见,带钢经压下率为70左右的冷轧,晶粒组织被延伸和硬化,这样的带钢几乎不能进行任何进一步利加工,需要进行退火,退火是将带钢加热到一定温度保温后再缓慢冷却的工艺操
7、作。通过退火的钢带,塑性得到恢复,以得到标准要求的力学性能和良好的成形性。退火的主要目的是:(1)降低钢的硬度,消除冷加工硬化,改善钢的性能,恢复钢的塑性变形能力。(2)消除钢中的残余内应力,稳定组织,防止变形.(3)均匀钢的组织和化学成分。根据所生产产品最终性能的不同要求,其退火工艺制度也各不相同.表11列出了各种退火的目的。表11 各种退火的目的名 称主 要 目 的扩散退火使钢的成分均匀化,消除应力,降低硬度完全退火消除组织缺陷,降低硬度,细化组织不完全退火细化组织,降低硬度等温退火减少变形,细化组织,降低硬度,防止白点产生球化退火获得球状碳化物,降低硬度,提高塑性再结晶退火消除冷加工硬化
8、去应力退火消除内应力1.2 再结晶退火再结晶退火是将经冷塑性变形的金属加热到再结晶温度以上、Ac1(727奥氏体转变为铁素体和渗碳体时的温度)以下,经保温后冷却的热处理工艺。经过冷塑性变形的金属在随后的热处理过程中能够发生组织和性能变化。随着加热温度的升高,组织和性能的变化可经过3个阶段,即回复、再结晶、晶粒长大.如图1-1所示。1。2.1回复当加热温度不高时冷变形金属中微观内应力显著降低,强度、硬度变化不大,塑性和韧性稍有上升,显微组织无显著变化,新的晶粒没有出现,这种变化过程称为回复。在回复阶段,位错密度及亚结构尺寸无明显改变,因而金属的力学性能变化不大。1.2。2 再结晶冷变形金属加热到
9、较高温度时,将形成一些位向与变形晶粒不同的和内部缺陷较少的等轴小晶粒,这些小晶粒不断向周围的金属扩展长大,直到金属的冷变形组织完全消失为止,这一过程称为金属的再结晶。再结晶后冷变形金属强度和硬度显著下降,塑性和韧性大大提高,内应力完全消除,加工硬化消除。图12表示冷变形金属在加热时力学性能的变化。 冷变形金属的再结晶过程一般是通过形核和长大过程完成的.实践证明,当变形组织中存在着尺寸较大的夹杂物或第二相粒子时,由于它们的相界面处晶格畸变较大,因而再结晶核心优先在夹杂物或第二相粒子的表面上形成,已经形成的再结晶核心,将扩展长大,直到变形组织完全消失,再结晶过程即告结束。能够进行再结晶的最低温度称
10、为金属的再结晶温度.具体说再结晶温度与下列情况有关:(1)预先的变形程度.变形程度越大,金属畸变能越高,向低能量状态变化的倾向也就越大,因此再结晶温度低。(2)原始晶粒度。原始晶粒粗大,变形阻力小,变形后内能集聚较少,所以要求再结晶温度较高。(3)金属纯度和成分。金属的化学成分对再结晶温度的影响比较复杂。当金属中含有少量合金元素和夹杂时,在多数情况下要提高再结晶温度,这可能是由于少量的异类原子与变形中产生的结构缺陷空位和位错交互作用,阻碍了这些缺陷的运动,使再结晶过程难以进行。(4)加热速度的影响.加热速度越快或加热时间越短,再结晶温度越高,因此在生产中退火温度一般比最低结晶温度高100200
11、。1.2。3 晶粒长大再结晶完成后,继续升高温度或延长保温时间,晶粒会继续长大。它使晶界减少,能量降低,组织变得更加稳定。在一般情况下,晶粒长大是逐渐进行的,称为正常晶粒长大.从再结晶完成到正常晶粒长大,称为一次再结晶。一次再结晶形成的晶粒称为一次晶粒.但是当加热到较高温度或保温时间时,对有些钢来说,将产生二次再结晶,即有少数晶粒吞并其周围的一次晶粒并迅速长大,这种现象称为二次结晶,其晶粒称为二次晶粒。对于碳素钢,晶粒粗大会降低强度、塑性、冲击韧性及冷弯工艺性能,因此不希望发生二次再结晶.在生产中一次晶粒长大不不可避免的,重要的任务是要将晶粒度控制在一定范围之内,尽量获得细小均匀的晶粒,这就是
12、在制定退火制度时应予以考虑的重要问题。1。3 冷轧带钢热处理简介工厂选用炉形的不同,热处理工艺制度亦不同。一般情况下分为连续退火和氮氢或全氢罩式退火炉等退火工艺,本节仅就一般的罩式退火工艺加以介绍。因钢种及生产工艺不同退火又分为初退火、中间退火、成品退火。初退火主要用于45号以上碳钢和合金钢、高合金钢的热轧板卷。因为这些钢,强度高、硬度高,冷轧难以进行,所以要进行初退火,以降低硬度消除硬化,为冷轧做好组织准备。生产中优质高中碳钢的初退火一般采用再结晶退火,而对于中合金钢和高合金钢可根据要求采用不完全退火或再结晶退火.中间退火目的是为了消除第一次冷轧的加工硬化、消除内应力、降低硬度、恢复塑性,以
13、便继续进行冷轧。中间退火一般采用再结晶退火.除非特殊需要,一般尽量合理选用原料,不搞中间退火和二次轧制。成品退火目的用于消除冷轧造成的内应力和加工硬化,使钢板具有标准所要求的力学性能、工艺性能及显微组织结构。为达到这上目的,一般采用再结晶退火。当生产50号钢,而又要求其组织为片状珠光体时,只能采用完全退火来达到这一要求。根据钢种和性能要求也可进行其他相应的热处理。第2章 退火炉的类型及技术特点2。1 退火炉的类型冷轧带钢热处理生产是冷轧带钢生产工序中的一个主要组成部分。热处理技术的发展是伴随着冷轧机技术的发展而逐渐发展起来的。目前使用的退火炉形式如下所示: 单垛式 紧卷罩式退火炉间歇式退火炉(
14、罩式炉) 松卷罩式退火炉退火炉 立式炉 多垛式紧卷罩式退火炉连续式退炉 卧式炉2。2 退火炉工艺技术比较2.2.1 间歇式(罩式)退火炉与连续式退火炉对比间歇式退火炉的优点是:(1)不受带钢宽度、厚度和品种的限制,生产灵活,应用范围广泛。(2)开发早,历史较长,炉型比较成熟。(3)投资少。间歇式退火炉的缺点是:(1)退火生产周期长,生产率低。(2)热耗高。(3)温度均匀性差。连续式退火炉的优点是:(1)适用于单品种、大批量生产。(2)退火周期短,生产率高。(3)温度均匀性好,表面质量好.连续式退火炉的缺点是:(1)技术复杂,一次性投资费用高。(2)带钢厚度受限制。板厚大于1。2mm时,回转辊直
15、径太大,设备显得笨重。2。2.2 单垛式罩式炉与多垛式罩式炉对比罩式退火炉按炉型分为单垛式罩式炉和多垛式罩式炉两种,它们在退火操作上是基本一样的。多垛式罩式炉相当于几台单垛式罩式炉的集合。单垛式和多垛式对比情况如表21所示:表2-1 单垛式罩式炉与多垛式炉对比项目单垛式多垛多生产性多品种,万能型同一品种大生产操作性炉台和加热罩多,操作频繁炉台和加热罩少,操作次数少退火周期较短较长燃料费较高较低占地面积较大较小建设费较高较低综合对比来看,多垛式罩式炉占地少、产量高,但加热罩庞大,增大吊车负荷,且炉温均匀性差。综合利弊,一般宽带钢多采用单垛式罩式炉。2.2.3紧卷罩式炉与松卷罩式炉对比紧卷罩式炉有
16、充分的加热和均热时间,通过缓慢的加热和冷却过程,可以生产出各种性能良好的钢材,用以制造各种加工制品。同时紧卷式炉还具有容易建设、操作简单、便于生产管理等优点。但是紧卷式炉也存在着一定的缺点 。例如,由于紧卷传热缓慢,所以生产率低,成卷张力不能太大;由于紧卷内温度均匀性差,所以如局部温度高和成卷张力过大,会出现粘结缺陷。松卷罩式炉是在克服紧卷罩式炉缺点的基础上开发的.松卷罩式炉是加热和冷却气氛在松卷的带钢间循环,这样加热和冷却比较快,与紧卷罩工炉相比退火时间大大缩短。而且保护气氛与整个带钢表面相接触,这样通过适当改变保护气氛的成分,可改善钢板表面质量。但松卷退火在多层重叠时,底层的带钢卷边部易和
17、变形等,从而影响产品质量,成以重叠层数和装入重量受到限制,这成为大容量退火炉的难点.并且由紧卷到松卷和再返回紧卷需要两次重卷操作,并容易产生擦伤等缺陷。因此,近几年来松卷罩式炉基本上不再发展了,只是在热处理工艺有特殊要求时才采用,如脱碳退火和化学热处理等。2.2。4 立式连续退火炉与卧式连续退火炉对比立式连续退火炉应用广泛、占地面积小、产量高,但建设费用高。卧式连续退火炉对比占地面积大,只限于产量低( )的机组上采用.2。2。5 氮氢型与全氢型单垛式紧卷罩式炉对比1、设备方面对比罩式炉技术发展的历史过程分为两个阶段,第一个阶段为氮氢型保护气体(含2%4H2,其余为N2),普通炉台循环风机(风量
18、20000m3/h左右);第二阶段为全氢型保护气体(100H2),强对流炉台循环风机(风量5000055000m3/h)。全氢型罩工炉主要特点是采用全氢作为保护气体。由于氢渗透性强,又具有爆炸性,因此,炉台、炉台循环风机以及保护罩的制造要求是非常严格的,对炉台及炉台循环风机要进行气密性试验,对保护罩焊缝要进行X射线探伤和作气密性试验.同全氢型罩式炉所属设备的几何尺寸及其精度要求相对氮氢罩式炉也要严格得多。2、生产能力对比强对流全氢炉比氮氢炉生产能力有显著提高。其中能力提高的大约一半是强对流的效果,而另一半是全氢作为气体的效果。3、产品质量对比产品质量主要包括力学性能和表面质量。力学性能的好坏取
19、决于炉温的均匀性。强对流全氢炉的突出优点就是在缩小炉温温差,实现炉温均匀性的条件下,提高退火能力。强对流全氢炉合整个钢卷的温度从内到外在加热过程中比较均匀,因此带钢表面很干净,粘结也很少。2。3 强对流全氢罩式炉技术2.3。1 强对流冷轧带钢卷罩式炉退火采用间歇式生产方式,一般以焦炉及高炉和焦炉混合煤气作为燃料,通过内罩对带钢卷进行间接加热。炉料得到热量多少取决于内罩壁的辐射传热和气体对流传热的能力.轧制后的带钢横向存在着中间厚、两个边部薄的横向偏差,即使在较大轧制张力下卷曲钢卷,仍会出现带钢中间部位层间压力大、两个边部层间压力小的情况,带钢层间存在间隙;其次,为了减少退火工序中由于带钢层间压
20、力过大而产生的粘结缺陷,在保证卷齐钢卷的条件下,应尽量降低轧制张力,这样更增大了间隙.而间隙中间充满着空气,由于空气导热系数远远低于钢板的导热系数,因此,带钢卷的径向导热能力很差,影响了钢卷径向辐射传热效果。提高辐射传热的效果,只有提高内罩壁的温度,形成较高的温度差,这势必导致钢卷外圈过热,造成退火带钢性能不均,一般不采用提高辐射传热的方法来提高退火能力。增强内罩壁与保护气体之间对流传热可提高退火能力,其主要途径是加大保护气体的流速.采用保护气体流速高、流量大的强对流循环系统,增强对流传热速度,把内罩壁上的热量尽快地传递给钢卷。2.3。2 全氢所谓全氢是指用100%氢作为保护气体,取代过去常规
21、的氮氢型保护气体(氮氢型保护气体,一般指24%H2、9698N2)。选择全氢作为保护气体,主要是从氢的理化性质考虑的。标准状况下几种气体和低碳钢的密度和导热系数如表22所示。 从表22中看出,氢气的密度仅是氮气的1/14,而氢气的导热系数是氮气的7倍。氢气重量轻,渗透能力强,可以渗入钢卷层间,充分发挥导热系数大的表22 标准状况下几种气体和低碳钢的密度和导热系数项目密度,kg/m3导热系数,W/(mK)氢气0.08990。172氮气1。2510.024空气1.2930.024低碳钢785069。8特点,显著提高传热效率。氢气是还原性气体,在高温下能使FeO还原为铁,同时氢气又能引起钢脱碳,反应
22、式如下:FeO + H 2 = Fe + H2OC + 2 H2 = CH4生成的H2O ,可在退火过程中采取热清洗手段将其除去.氢气在钢卷中夺走碳,引起钢脱碳,应该设法避免.氢气在退火过程中脱碳是有一定条件的,干燥的氢气脱碳的作用很小,因为这时反应速度很慢,但氢气中只要含有0.20.3的水蒸气,它就会成为强的脱碳性气体。同时,在低于700 时,氢气的脱碳作用并不显著,可以忽略它的影响。因此,针对氢气脱碳的条件,制定了避免脱碳的操作工艺。首先炉内供应的氢气保护气体露点在4070,属于高干燥性气体,对钢卷不会产生脱碳,同时在加热阶段进行长时间的热清洗,以减少炉内水分。全氢作为保护气体,不仅显著地
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