热轧板表面氧化铁皮的分段式还原方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种氧化铁皮的还原方法，具体说涉及一种热社板表面氧化铁皮的分 段式还原方法。
【背景技术】
[0002] 进入二十一世纪的第二个十年，随着资源与能源危机的不断加重，环境保护、可持 续发展、绿色经济、低碳经济等话题得到人们越来越多的重视，国家"十二五"规划也明确了 将节能减排作为一项重要的任务来完成，传统工业，尤其是钢铁行业面临严峻的考验。
[0003] 在热社板精社及卷曲冷却的过程中，带钢表面会形成一层氧化铁皮，在进行后续 加工之前需要先去除送层氧化铁皮W得到理想的带钢表面。目前，几乎所有热社板氧化铁 皮都是通过酸洗的方法去除，盐酸或硫酸的使用会对环境造成严重的污染。随着人们环保 意识逐渐增强，冷社薄带钢及涂锥产品的生产迫切需要一种环保无酸的除磯工艺来替代酸 洗流程。
[0004] 还原气体可W在一定温度条件下还原金属氧化物，送一反应通常被用于生产直 接还原铁或各种含有金属的催化剂的活化。《MetFinish》第83期（1985年）首次提出 利用肥还原带钢表面氧化铁皮，并对保温温度、时间及还原气体组成等对氧化铁皮还原 的影响因素进行了初步探讨，但采用密闭罩式炉退火，气体流动性差，导致还原效率不高。 《Ironmakin泌Steelmaking》第34期（2007年）进一步研究了采用连续退火炉还原退火工 艺W及反应气氛等对热社板氧化铁皮还原的影响规律。专利号为US6402852B2的美国专利 报道了用肥连续去除金属表面氧化物的方法及装置，金属包括钢铁和铜；装置分加热段、 还原段和冷却段H部分；钢铁表面氧化层厚度一般在12UmW上；由于氧化层较厚，通过调 整气体与带钢的接触角度和布置扰动漉的方式来使气体呈瑞流方式与氧化物充分接触，从 而加快反应效率；且至少有一面带钢与元素碳接触，元素碳W及由碳产生的一氧化碳都是 补充还原剂。国际专利申请W000/12233公布了与上面美国专利非常类似的连续去除金属 表面氧化物的方法。W001/91929又公开了连续去除带钢表面金属氧化物的方法及装置，与 之前不同的是，还原段分成两个区间，两区间的氨气浓度有明显差异，分别是不低于10%和 不低于25%，同时包含了带钢预热段，其余操作过程与上一个专利类似。W000/03815公开 了连续还原热社带钢表面氧化铁皮的方法，不同的是，之前专利中还原气体几乎不过量，绝 大部分都与氧化物反应掉，剩余部分氨气通过喷嘴燃烧释放，送个专利中还原气体如氨气 是大大过量的，因此未参与的还原气体通过冷却除水后又重新作为还原气体使用。《热社碳 钢表面氧化铁皮结构、机械研磨酸洗及无酸酸洗研究》（北京科技大学，石杰，2008)采用氨 气和一氧化碳对热社板表面氧化铁皮进行研究。《Tetsu-t〇-Hagan6》第97期（2011年）报 道了氨气和一氧化碳对低碳钢表面氧化铁皮的还原规律。上述专利及论文研究中氧化铁皮 的还原工艺都是将热社板加热到某个温度、保温还原、然后冷却，如图1所示，即采用的都 是一段式保温还原程序，其所面临的主要难题都是氧化铁皮还原速度慢，效率低，还原不彻 底，见图2~图5,图2中的氧化铁皮还原不彻底，靠近表层被还原，底层残留大量氧化物； 图3中的氧化铁皮表面存在大的裂纹，但分布不均，且仍存在大量氧化物；图4中的氧化铁 皮还原不彻底，氧化物周围被还原，中必仍是氧化物；图5中的还原铁在表面均匀分布，但 结构致密反而阻挡还原气体传输，影响到里层的氧化物的还原，最终导致还原不彻底。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对目前用还原气体还原热社板表面氧化铁皮工艺的不足，提供 一种热社板表面氧化铁皮的分段式还原方法，能够对热社板的氧化铁皮进行快速还原，并 保证还原彻底。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供一种热社板表面氧化铁皮的分段式还原方法，在还 原炉内实现，所述还原炉包括第一加热保温段和第二加热保温段，两个加热保温段分别对 热社板在450-600°CW及700-1000°C两个范围内进行分段加热保温，分别用W还原热社板 表面氧化铁皮，其中在450-60(TC内还原1-5分钟，在700-IOOCTC范围内还原1-3分钟。
[0007] 所述第一加热保温段包括第一加热段和第一保温还原段，热社带钢在开卷矫直后 进入气封段，通过惰性气体进行气封，W将炉内的还原气体与空气隔绝；随后带钢进入预热 段，将带钢预热到25(TC-30(TC后进入第一加热段，加热到500-60(TC后进入第一保温还原 段进行保温还原1-5分钟；所述第二加热保温段包括第二加热段、第二保温还原段，加热到 780-100(TC后进入第二保温还原段进行保温还原1-3分钟。
[0008] 所述还原炉还包括冷却段，带钢经第二保温还原段保温还原后进入冷却段，通过 冷却后进行后续工艺。
[0009] 所述后续工艺包括直接冷却卷曲、热锥锋、热锥合金、合金化热锥锋、电锥锋、电锥 金属或合金、纯化处理、彩涂中的一种或多种相结合。
[0010] 在所述还原炉内从第一加热段开始直至冷却段出口一直保持有还原气体，其中各 段的还原气体浓度为相同或不同，整个还原炉内还原气体的浓度为5% -100%。
[0011] 整个还原炉内还原气体的浓度为20% -50%。
[0012] 在所述各加热保温段和冷却段还控制还原气体的露点，W使其中水蒸汽的含量与 氨气含量之比不超过1%。
[0013] 在各加热保温段和冷却段还控制还原气体的露点，W使其中水蒸汽的含量与氨气 含量之比不超过0. 5%。
[0014] 所述还原炉通过设置循环风机使炉内的还原气体处于瑞流状态，W使还原气体与 氧化铁皮充分接触。
[0015] 本发明的热社板表面氧化铁皮的分段式还原方法采用分段式加热还原保温，使热 社板先在低温下进行部分还原，然后在高温下进行第二次还原，相较于现有的还原退火工 艺具有W下优点：还原效率高，通过两段式的保温退火，分别利用两个温度范围内还原反 应，实现了高效率的还原退火，使氧化铁皮在短时间内实现彻底还原；低温下的还原产物多 孔铁不堵塞还原物质传输通道，高温下还原能使还原进一步彻底，同时对产生的还原产物 多孔铁铁还有一定的烧结作用，使铁不易从基底脱落，因而不会污染炉内环境或造成漉子 结瘤。因此，本发明方法相比传统一段式还原工艺既提高还原速度又保证还原效率，从而使 热社板表面氧化铁皮的还原速率能够与现代化连续热锥锋机组的生产相匹配，且还原后的 单质铁与钢基板具有良好的结合力，不易脱落或在漉子表面结瘤，从而保证热社板免酸洗 产品的工业化生产。
【附图说明】
[0016] 图1是传统热社板表面氧化铁皮还原工艺路线示意图；
[0017] 图2是一段式还原低温下热社板表面氧化铁皮还原的截面效果金相图（还原不彻 底，靠近表层被还原，底层残留大量氧化物）；
[0018] 图3是一段式还原低温下热社板表面氧化铁皮还原表面效果金相图（表面存在大 的裂纹，但分布不均，且仍存在大量氧化物）；
[0019] 图4是一段式还原高温下热社板表面氧化铁皮还原截面效果金相图（还原不彻 底，氧化物周围被还原，中必仍是氧化物）；
[0020] 图5是一段式还原高温下热社板表面氧化铁皮还原表面效果的金相图（还原铁在 表面均匀分布，但结构致密阻挡还原气体传输，影响到里层的氧化物的还原，最终导致还原 不彻底）；
[0021] 图6是本发明的热社板表面氧化铁皮的分段式还原方法的工艺路线示意图；
[0022] 图7是本发明一个实施例的分段式还原热社板表面氧化铁皮还原截面效果金相 图；
[0023] 图8是本发明一个实施例的分段式还原热社板表面氧化铁皮还原表面效果金相 图。
【具体实施方式】
[0024] 为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，W下结合附图对本发明的具 体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述【具体实施方式】，本领域的 技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可W基于本发明的 精神实质来作最宽泛的理解。
[0025] 本发明所提供一种热社板表面氧化铁皮的分段式还原方法，在还原炉内实现， 所述还原炉包括第一加热保温段和第二加热保温段，两个加热保温段分别对热社板在 450-60(TCW及700-100(TC两个温度范围内进行分段式加热保温，分别用W还原热社板表 面氧化铁皮，其中在450-60(TC内还原1-5分钟，在700-IOOCTC范围内还原1-3分钟。
[0026] 其具体过程如图2所示；热社带钢在开卷矫直后进入气封段，此工艺段主要通过 惰性气体进行气封，将炉内的还原气体与空气隔绝，随后带钢进入预热段，带钢在送里预热 到25(TC-30(TC后进入第一加热段1，带钢在送里W-定速率Vl加热到450-60(TC后（较 佳的为500-60(TC)进入第一保温还原段12,带钢在经历一定时间的保温时间tl(tl为1-5 分钟）后进入第二加热段23,W-定速率v2加热到700-100(TC后（较佳的为780-100(TC) 进入第二保温还原段24,进行最后的保温还原，时间为t2为1-3分钟。最后进入至还原炉 的冷却段进行冷却至合适温度进行后续工艺，送里的后续工艺包括直接冷却及热锥等后处 理工艺。送里的热锥等后处理工艺包括热锥锋及热锥其它合金、合金化热锥锋、电锥锋及电 锥其它金属及合金、纯化处理甚至彩涂后处理。
[0027] 其中，还原炉内从第一加热段1开始就通有还原气体，直至冷却段出口一直通有 还原气体，各段气体浓度可W相同也可不同，一般情况下，整个还原炉内还原气体的浓度为 5% -100%，较佳的为 20% -50%。
[002引此外，为了保证较高的还原效率，需要控制还原气体的露点，要求其中水蒸汽的含 量与氨气含量之比不超过1 %，优选地，水蒸汽的含量与氨气含量之比不超过0. 5 %。
[0029]另外，为加快还原速