一种冷轧板材激光在线退火设备及工艺的制作方法

1.本发明涉及轧制板材退火技术领域，特别是一种冷轧板材激光在线退火设备及工艺。


背景技术：

2.要实现轧制板材获得高质量，关键在于对板材进行退火处理，这主要是由于当板材被轧制到一定程度时，会产生加工硬化，导致脆性增大。若不进行合理退火处理，轧板在使用过程极易造成裂纹形成，甚至断裂。目前，国内80%以上轧板厂家使用的是连续气保退火炉进行轧板在线退火处理。但此退火炉暴露出以下几个问题：
①
连续气保退火炉体积庞大，占地面积大和不易移动，且主要通过煤气热或电阻热辐射到炉胆，再热传导到炉胆内气保空间，再辐射到轧制板材表面。这种热传导方式，不仅耗电大，还辐射到板材表面存在温度场分布不均匀问题。
3.②
连续气保退火炉升温速度慢，较难灵活调节，且在升温过程中，会增加整个轧制板材的温度场分布不均匀，影响轧制板材退火效果。
4.③
当轧制板材进入退火炉过程中，退火温度达到1100℃，当轧制板材刚退出退火炉时，轧制板材表面温度还非常高，极易造成表面氧化。
5.④
在轧制板材退火温度设置为高温时，如1100℃，会导致炉胆内部温度超过1200℃，而炉胆外部温度高达＞1300℃，因此炉胆在这种高温环境下，炉胆外部极易直接高温氧化，进而导致退火炉寿命短，大多数厂家一年内都需要至少更换一次炉胆，而更换一次需要花费至少20天时间，直接影响工厂生产效率。
6.⑤
连续气保退火炉开机后，不能随意进行停炉。一旦出现意外断电停炉，就会因为炉胆由里到内热胀冷缩不一致而造成退火炉断裂。退火炉设备不仅投资大，还热效率低下、换胆炉麻烦等系列问题。
7.cn 2019106898904公开了一种冷轧不锈钢在线退火设备及工艺，该设备是将退火装置设于轧机本体上，实现钢带边轧边退火的过程，且能大大减小设备占地面积，然而该设备的在线退火温度仍无法灵活调节，而且操作复杂。


技术实现要素：

8.本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种冷轧板材激光在线退火设备及工艺。
9.本发明的技术方案是：本发明之一种冷轧板材激光在线退火设备，包括轧机本体和设于轧机本体两侧的收卷机；还包括设于轧机本体和收卷机之间的防氧化保护装置；所述防氧化保护装置包括工作室，所述工作室的上表面设有上激光头管道和上保护气进口管道，下表面设有下激光头管道和下保护气进口管道；所述上激光头管道和下激光头管道均包括多个并排设置于工作室上的管道口，且排列方位与轧制板材的移动方向一致，管道口内设有用于射出激光束
的激光头，激光束通过上下各管道口辐照至轧制板材的整个宽度，形成激光辐照区，所述轧制板材沿移动路径依次经过激光辐照区和非激光辐照区进行在线退火和冷却。
10.进一步，所述激光头由激光系统控制，用于使激光束辐照到整个轧制板材的光斑为矩形光斑，且根据不同冷轧板材尺寸的在线退火时间要求来控制多激光头共同辐照拼接成不同尺寸的光斑。
11.进一步，所述激光辐照区和非激光辐照区的上部和下部均设有上保护气进口管道和下保护气进口管道，用于输送保护气体，还用于向非激光辐照区内输送冷却介质。
12.进一步，所述激光辐照区和非激光辐照区均设有用于检测轧制板材表面工作温度的温度测试系统，所述温度测试系统包括设于工作室上部和下部的多个间隔排列的温度传感器。
13.进一步，所述激光辐照区与非辐照区之间的界限采用耐高温材料隔绝，并保留能让轧制板材通过的间隙。
14.本发明之一种轧制板材激光在线退火工艺，包括以下步骤：s1：当轧制板材被轧机轧制后输出，立即进入防氧化保护装置；s2：通过一套激光头进口管道，将激光束辐照于轧制板材的表面，设置激光辐照轧制板材的表面温度为回复温度，对轧制板材进行回复处理；s3：通过另一套激光头进口管道，将激光束辐照于回复处理后的轧制板材表面，设置激光辐照轧制板材的表面温度为再结晶温度，对轧制板材进行再结晶处理；s4：轧制板材在出激光辐照区的传输过程中，进入非激光辐照区，向非激光辐照区内输入冷却介质，进行快速冷却；s5：激光在线退火冷却后的轧制板材出防氧化保护装置后被收卷机收卷，而后段的轧制板材继续进行激光在线退火、冷却，直至轧制板材全部移出防氧化保护装置后，先关闭激光辐照系统，再关闭保护气体开关；s6：被收卷机收卷的轧制板材反向运行至轧机处进行精轧，再进入防氧化装置系统进行激光在线退火、冷却处理，直至轧制产品达到要求，取下轧制板材完成轧板激光在线退火全过程。
15.进一步，所述激光辐照轧制板材的回复温度为300~800℃，再结晶温度为850℃~1150℃。
16.进一步，所述轧制板材在防氧化装置系统中的行进速度为0.4~1.2m/min。
17.进一步，s5中，当轧制板材全部移出防氧化气体保护装置后，先关闭激光辐照系统，待防氧化保护装置内的温度低于300℃，再关闭保护气体开关。
18.进一步，控制回复温度的激光功率为200w~500w，控制再结晶温度的激光功率为550w~700w。
19.本发明的有益效果：（1）通过将激光辐照轧制板材表面与防氧化保护装置结合，可实现轧制板材表面退火温度灵活调节，操作简单，工作效率大大提高，可急停急开。
20.（2）可根据不同轧制板材的退火温度要求，快速制定激光在线退火参数，且无激光辐照区也设计了一区段的防氧化保护系统，可更优质提高轧制板材质量。
21.（3）不同轧制板材的在线退火时间要求，可通过多激光头拼接成大尺寸激光光斑，
而且单一激光头也能调节部分光斑尺寸，可更大范围满足不同轧制板材的在线退火时间要求。
附图说明
22.图1是本发明实施例的结构示意图。
23.附图标识说明：1. 防氧化保护装置；2. 上激光头管道；3. 下激光头管道；4. 上保护气进口管道；5. 下保护气进口管道；6. 温度传感器；7. 激光辐照区；8. 轧制板材；9. 轧制板材进入口；10. 轧制板材退出口；11. 轧机本体；12. 收卷机；13. 非激光辐照区。
具体实施方式
24.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
25.如图1所示：一种冷轧板材激光在线退火设备，包括轧机本体11和设于轧机本体11两侧的收卷机12；在轧机本体11的轧制板材出口处与收卷机12的轧制板材入口处之间设有防氧化保护装置1，以实现激光在线退火，使得轧制后的板材进入激光在线退火区退火后再被收卷机12收卷。
26.其中，防氧化保护装置1的轧制板材进入口9和轧制板材退出口10的尺寸在保障轧制板材8可顺利通过的基础上，尺寸设计尽可能小，以防止更多氧气混入防氧化保护装置1的内部。防氧化保护装置包括工作室，工作室分为激光辐照区7和非激光辐照区13，既保护激光辐照区，也保护非激光辐照区，且激光辐照区7与非激光辐照区13之间的界限采用耐高温材料隔绝，仅保留部分空间尺寸能让轧制板材顺利通过即可。
27.防氧化保护装置1的工作室上表面设有上激光头管道2和上保护气进口管道4，下表面设有下激光头管道3和下保护气进口管道5。上激光头管道和下激光头管道均包括多个并排设置于工作室上的管道口，且排列方位与轧制板材8的移动方向一致，以保证能符合轧制板材在线退火时间，且激光头管道设置方位既能实现激光辐照轧制板材的上表面，又能实现激光辐照轧制板材的下表面。管道口内设有用于射出激光束的激光头，激光头由高功率的激光系统控制，以提供激光束光斑为大尺寸矩形光斑。即激光系统控制激光束通过上下各管道口辐照到整个轧制板材的宽度，形成激光辐照区，激光束光斑形状调整为矩形光斑，且能通过离焦量适当调节激光束光斑尺寸大小，且激光束能量密度均匀化分布。还可通过激光系统控制多激光头共同辐照拼接成更大尺寸光斑尺寸，适用于不同尺寸的冷轧板材的在线退火时间要求。在不同轧制板材退火温度控制方面，由于不同轧制板材表面对激光束辐照的热源吸收率不同，因而要结合温度测试系统进行实时调节激光功率大小，以确保轧制板材退火温度能稳定在一个幅值。而要实现根据在线退火时间要求拼接成不同尺寸的光斑，需要计算轧制板材进入防氧化保护装置的移动速率，通过调节轧制板材移动速率与激光光斑大小实现轧制板材的在线退火时间控制。同时，防氧化保护装置1的工作室长度大于激光辐照区的长度，即在激光辐照区的后侧设有非激光辐照区，以保障轧制板材8受激光在线退火后，能持续对刚退火处理后的轧制板材8进行一段距离的防氧化保护。
28.优选地，上激光头管道有2套，下激光头管道也有2套，上下共4套。上下激光头管道互相垂直对应，上下激光头管道的第一套用于设置回复温度；第二套用于设置再结晶温度。
而且上下激光头管道的第一套激光系统开启是同步的，以及上下激光头管道的第二套激光系统开启也是同步的。通过上下激光头管道共同辐照于轧制板材的上下表面，既保障激光在线退火效果不低于原先连续气保退火炉效果，又具备在线退火温度更灵活调节的控制方法。
29.上保护气进口管道4和下保护气进口管道5的设置既满足轧制板材的上表面防氧化保护，也能满足轧制板材的下表面防氧化保护。上保护气进口管道4和下保护气进口管道5均优选设置两套，分别设于激光辐照区和非激光辐照区的上下侧，以保证激光辐照区和非激光辐照区中不含氧气。
30.激光辐照区和非激光辐照区的上下位置均设有温度测试系统，以保障能测试激光辐照轧制板材8表面和非激光辐照轧制板材8表面的工作温度，且激光辐照区和非激光辐照的上下侧均设有多个间隔排列的温度传感器6，既能测试轧制板材上表面的工作温度，也能测试轧制板材下表面的工作温度；而在线退火温度控制方面，可以通过实时调节激光功率大小进行温度灵活调节，即当轧制板材在线退火温度升高，可立即把激光功率逐渐下降，而当轧制板材表面退火温度降低，可立即把激光功率逐渐提高，进而使在线退火温度保持在恒定区间。
31.一种冷轧板材激光在线退火工艺，包括以下步骤：s101：当轧制板材被轧机本体11轧制后输出，直接进入防氧化保护装置的进入口。
32.具体地，防氧化保护装置已提前通过上保护气进口管道4和/或下保护气进口管道5冲入氩气作为保护气体，保护装置内氩气的压力为0.3mpa以上，优选为0.5mpa，从而使轧制板材进入防氧化保护装置中不含有氧气。
33.s102：采用一套激光头管道，设置激光辐照轧制板材表面温度为回复温度，对轧制板材进行回复处理。
34.具体地，采用一套相对设置的上激光头管道和下激光头管道共同辐照在轧制板材上，对轧制板材进行回复处理，其中设定的激光辐照轧制板材回复温度优选为400~500℃，激光功率为200w~500w。由于不同轧制板材受激光辐照会出现不同的吸收率，要获得回复温度为400~500℃，就需要调控一定区间的激光功率才能达到该区间温度，而且温度升高也跟辐照时间长短有直接关联。因此，回复温度控制，必须是一定区间的激光功率调节才能实现，即当回复温度达到目标温度后，需要实时把激光功率进行下调，才能维持在恒定目标温度，反之，目标温度就会升高。这里之所以架构温度测试系统，关键在于检测轧制板材表面退火温度的稳定性，为轧制板材激光在线退火质量稳定性提供保障。
35.s103：采用另一套激光头管道，设置激光辐照轧制板材表面温度为再结晶温度，对轧制板材进行再结晶处理。
36.具体地，采用另一套相对设置的上激光头管道和下激光头管道共同辐照在轧制板材上，对轧制板材进行再结晶处理，其中设定的激光辐照轧制板材的再结晶温度优选为900℃~1000℃，激光功率为550w~700w。这也是由于不同轧制板材受激光辐照会出现不同吸收率，因此要获得再结晶温度为900℃~1000℃，需要调控一定区间的激光功率才能达到该目标温度。
37.s104：轧制板材在出激光辐照区的传输过程中，仍设置一段防氧化保护系统，并输入液氮，进行快速冷却；
具体地，轧制板材在工作室中的行进速度优选为0.6~0.8m/min。若行进速度过快，轧制板材表面温度降低较少，一旦移出防氧化保护系统，就会导致轧制板材表面出现氧化行为，影响板材质量；而若行进速度过慢，会损耗更多的保护气体和电费，导致成本加大。因此，行进速度控制也显得尤为重要。当轧制板材进入非激光辐照区后，通过非激光辐照区内的上保护气进口管道4和下保护气进口管道5输送液氮。其中，工作室总长度根据不同轧制板材在线退火时间要求，可进行缩短或加长，优选总长度为6~8m。总长度设置方面，不宜过长，否组会占用过大场地；而若总长度过小，在线退火时间就会受影响，可能达不到应有的退火效果。非激光辐照区的长度主要根据轧制板材温度冷却是否低于300℃，进行长度设置，优选为1~2m。温度设置低于300℃，主要是为了防止轧制板材表面出现氧化行为。长度设置1~2m，是为了能使行进的轧制板材有一定降温时间，而若长度设置过大，不仅增加成本，还造成浪费。
38.s105：激光在线退火冷却后的轧制板材出防氧化保护装置后被收卷机收卷，而后段的轧制板材继续进行激光在线退火、冷却，直至轧制板材都移出防氧化保护装置后，先关闭激光辐照系统，再关闭保护气体开关。
39.具体地，当全部轧制板材移出防氧化气体保护装置，当激光束不再辐照轧制板材，就立即进行自动关闭。当防氧化保护装置的温度低于300℃，再进行保护气体关闭，以防止防氧化气体保护装置内部材料出现氧化现象。即：当温度设置低于300℃，保护气体关闭，使轧制板材已处于稳定状态，撤除防氧化气体保护装置，就不再会使轧制板材表面受氧化影响。当然，温度设置越低，再关闭保护气体效果会更佳，但会提高加工成本。因此温度设置为300℃为一个重要的分界点。
40.s106：被收卷机收卷的轧制板材反向运行至轧机本体处进行精轧，再进入防氧化装置系统进行激光在线退火、冷却处理，直至轧制产品达到要求，取下轧制板材完成轧板激光在线退火全过程。
41.具体地，当轧制板材精轧后，还需要激光在线退火处理，再让轧制板材输运至该激光在线退火装置中进行再退火处理，工艺处理过程与上述类似。
42.可以理解的是，激光辐照轧制板材的在线退火时间调节与激光光斑尺寸大小、轧制板材行进速度相关，在矩形光斑尺寸调节方面可通过多激光头辐照不同区域拼接形成。
43.综上所述，本发明通过将激光辐照轧制板材表面与防氧化保护装置结合，一方面可实现轧制板材表面退火温度灵活调节，工作效率大大提高，且可实现急停急开的操作方式；另一方面，可根据不同轧制板材的退火温度要求，快速定制激光在线退火参数，可更优质提高轧制板材在线退火质量。