不锈钢冷轧连续退火炉冷却系统工艺分析---申德 - 副本

不锈钢冷轧连续退火炉冷却系统工艺分析

申德

（冷轧分厂丁作业区冷线退火炉）

摘要：介绍了不锈钢带水平悬索式连续退火炉冷却系统的工艺与应用，并对冷轧不锈钢退火炉的冷却段进行了分析，包括空冷段、水冷段。

关键词：冷轧不锈钢；连续退火炉；冷却系统；水冷

Abstract: this paper introduces the stainless steel belt level suspension type continuous annealing furnace cooling system, and the application and process of cold rolled stainless steel anneal furnace cooling section is analyzed, including air cooling section, water cooling section.

Keywords: cold rolled stainless steel; Continuous annealing furnace; Cooling system; water-cooled

1.不锈钢连续退火炉冷却系统

不锈钢带轧制后产生硬化，耐蚀性降低。经过连续热处理，可以改善组织，提高塑性，实现碳化物固溶。图1[1]所示为某规格AISI304 退火温度曲线，该曲线已在生产实践中较好地应用。

图1 不锈钢退火温度曲线

不锈钢带轧制后的连续热处理包含加热段和冷却段，其中带钢的冷却段工艺影响不锈钢碳化物固溶效果以及性能和板形。例如对于奥氏体不锈钢，在850~500℃之间冷却速度慢时，将因碳化物在晶界析出而产生敏化，对其产品的耐腐蚀性有明显的影

响，因此通常冷却速度应大于20℃/s。

某规格不锈钢的冷却速率与碳化物析出的关系曲线如图2 所示。

图2 不锈钢的冷却速度与碳含量关系曲线

酒钢公司采用的奥氏体不锈钢冷轧连续退火冷却工艺，以38.5℃/s速率快速冷却，使带钢从1150℃冷却到180℃；再用水喷淋冷却，使带钢从180℃冷却到80℃；最后经干燥段烘干出炉。对于不锈钢连续退火炉冷却段的设计，一般采用钢板焊接的冷却室。在钢带上下面各布置多排喷头，将冷却介质喷向钢带表面，冷却钢带。通常采用的冷却介质有水、水雾、蒸汽、空气等，按钢带的材质和厚度选用。钢带的冷却速度主要由其热处理工艺要求来确定。从大多数不锈钢连续退火炉的实际冷却系统来看，都存在冷却介质多样，设备复杂的特点。

2.酒钢不锈钢冷轧连续退火炉冷却系统

酒钢采用的是目前世界上最先进的冷却技术【2】，即将空冷段与水冷段合二为一。具体方式如下：

（1）空气喷射冷却段

冷轧采用的是8段式，长度41.6m。将加热后的带钢按规定冷却

速度冷却至要求温度。每一个空气冷却段由4mm厚的AISI-304不锈钢板制成，并用钢结构加固。其中，1st、2nd段内覆有30mm 的绝热材料。其它结构如空气供给、排烟管道等都是普碳钢制成。喷气箱由AISI-316制成，每个喷气箱都包含一个控制阀门，喷气箱与普通钢质总管相连。为收集钢带带来的粉尘和碎片，每一个喷射冷却段的底部都安装了一套湿式除尘装置。其工作原理如图3所示。带钢上、下分别设有空气喷管，并按规定的冷却速度进行冷却。

图3 带钢冷却原理图

（2）喷水冷却段

其冷却形式是水雾冷却。设有10排水喷管，喷嘴为水－雾式，长度6m。通过水雾冷却，将带钢冷却至规定温度。最终喷水冷却段由4mm厚AISI-304不锈钢板制成，同时内部安装了成排的喷水总管。每排管子都成上下布置。管子上所接的平喷式喷

嘴材质是AISI-304不锈钢。水的供给的分布和控制被分成了6组，每组都有独立的开/关控制（一上一下两跟管子）。每个总管都有一个手动的流量调节阀来调节水量，这个调节阀也可以调节冷却区域。喷射总管的布置可以实现当切断后不滴水，此时可以用干燥风机供给的空气进行冷却。为了便于移动，喷射管采用了便于快速分离的连接方式。

3.冷却段的传热计算分析

（1）不锈钢带进入冷却区后的换热过程是一个复杂的热传递过程，包含了对流、辐射以及带钢内部的传导三种传热形式。对于空冷段的传热分析，可认为是射流冲击传热【3】。但射流冲击换热现象复杂【4】，无法在实际计算中运用传热学原理进行计算。所以寻找一种简单的计算方法成了本节讨论的重点。通过考虑，带钢在冷却段的运行方式，采用流体外掠平板传热的计算方式。采用如下公式，对带钢在冷却段的冷却进行分析。

Nu=0.332Re0.5Pr0.333

（1）

式中：Nu——为努赛尔数，Hl/。

Re——为雷诺数，Re=UL/ν=205368 。其中U为速度特征尺度，L为长度特征尺度，ν为运动学黏性系数。

Pr——为普朗特数，Pr=ν/α=cμ/k=0.703。μ为动力粘度；c为等压比热容；k为热导率；α为导温系数，ν为运动粘度。

通过计算当地的努赛尔数为：134

H=/LNu=(0.0267/0.067)×134

=59.2W/(m2·K) （2）假设产品板厚δ为1mm ，板宽B为1250 ，钢带速度v为100m/min,带钢进冷却段时的温度t B1为1150℃，要求经过空冷段后，钢带温度降至t B2为180℃。先计算带钢在1#冷却箱体内的冷却模式;但由于在1#冷却箱体内，带钢温度较高，在计算其传热系数时，需要考虑带钢对冷却介质的辐射。在这里取辐射换热系数为a辐[5]=57 W/(m2·K)。

则1#冷却箱体内带钢总的传热系数为h=H+a辐（3）

设空气带走的热量为Q【6】。

由公式：（4）设带钢的平均温度为

T=（t B1×t B2）0.5（5）

则：=115×5.2×1.25×1042×２=1605754W

则带钢在冷却出口的温度为:

T出= t B1-Q/(C×M)

= 357℃（6）式中c———带钢比热，kJ（/ kg·℃）；

M———带钢质量，kg；

而在2#至8箱体计算时没有考虑带钢对气体的辐射热，因为根据实际测的温度和计算的温度来看，带钢的温度是较低的。

设在2#箱体内空气带走的热量为 2