一种冷轧不锈钢在线退火设备及工艺的制作方法

本发明涉及钢带退火技术领域，特别是一种冷轧不锈钢在线退火设备及工艺。

背景技术：

目前轧钢行业最头疼的事就是退火炉，当轧制到一定程度时，钢带就会加工硬化，同时，对钢带的机械性能有一定要求，所以必须进行退火处理。目前国内钢带95%使用的是连续气保退火炉（100～1000万元/套）。但此炉目前存在如下几个问题：

①炉长（13～36米）炉子通过电阻热或煤气热，辐射到炉胆，再热传导到炉胆内气保空间，再辐射到不锈钢钢带。这样电阻热或煤气热，就通过了多辐射多次传导，使热效率大大降低；

②由于升温速度慢，保温时间长，所以晶粒也粗大；

③当钢带温度到1100℃时，炉胆内温度达到﹥1150℃，炉胆外温度高达>1200℃，所以炉胆在长期高温下，炉胆外还会直接高温氧化；

④寿命短，一般在8～24个月要更换一次炉胆，（炉胆材料为310s,价格35000～60000元/t），拆除炉胆工程量大，时间长（15～30天），所以直接影响工厂生产；

⑤轧机与退火炉两个独立的设备会大大提高占地面积，结构不紧凑，且在钢带传输过程中易被氧化；

⑥炉子只要一启动就不能停炉，因为只要一停炉，10～36米长的炉胆就有可能因热胀冷缩而从中间拉断。所以，这种退火炉设备投资大、热效率低、速度慢、成本高、组织粗大、换炉胆麻烦，不能随开随停等是轧钢行业的一大难题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种占地面积小，效率高，升温快，成本低，无氧化，质量高的冷轧不锈钢在线退火设备及工艺。

本发明的技术方案是：

本发明之一种冷轧不锈钢在线退火设备，包括轧机本体和设于轧机本体两侧的收卷机；在轧机本体的钢带出口处与收卷机的钢带入口处之间的支撑台上设有退火装置，使得轧制后的钢带进入退火装置退火后再被收卷机收卷。

进一步，所述退火装置包括沿钢带运行方向依次设置的中温横向磁感应器、高温横向磁感应器和冷却器；所述中温横向磁感应器和/或高温横向磁感应器的密封腔体连通保护气体输入管道。

进一步，所述中温横向磁感应器与高温横向磁感应器之间、以及高温横向磁感应器的出口处均设有测温仪，所述测温仪连接控制器。

进一步，所述中温横向磁感应器和/或高温横向磁感应器包括上座体和下座体，上座体和下座体上均设有磁感应线圈、磁极和设于框架边部的屏蔽罩，磁极与钢带运行方向平行，磁感应线圈与钢带运行方向垂直；所述磁极包括固定磁极和移动磁极，移动磁极设于相邻固定磁极之间以及固定磁极与屏蔽罩之间；移动磁极通过伺服电机控制其动作；伺服电机连接控制器的输出端。

进一步，所述下座体上设有高温陶瓷板，钢带从上座体和下座体的高温陶瓷板之间穿过，且上座体中心线、下座体中心线与钢带运行中心线重合。

进一步，所述磁感应线圈的数量为2~6个。优选地，中温横向磁感应器内座体上的磁感应线圈的数量为1~2个，高温横向磁感应器内座体上的磁感应线圈的数量为3~6个。

进一步，所述中温横向磁感应器与高温横向磁感应器之间、以及高温横向磁感应器和冷却器之间的通道通过高温透明玻璃密封。

进一步，所述冷却器的腔体连通液氮输入管道。

本发明之一种冷轧不锈钢在线退火工艺，包括以下步骤：

s1：当钢带被轧机轧制后输出，直接进入退火装置的中温横向磁感应器，中温横向磁感应器的上下座体压紧并密封；

s2：向中温横向磁感应器内充入保护气体；钢带在中温横向磁感应器内行进，通过切割磁感应线圈，进行自动升温，快速升温至设定的回复温度，对钢带进行回复处理；

s3：在保护气体氛围下，钢带继续向前行进至高温横向磁感应器，高温横向磁感应器的上下座体压紧并密封；钢带在高温横向磁感应器内行进，通过切割磁感应线圈，进行自动升温，快速升温至设定的再结晶温度，对钢带进行再结晶处理；

s4：再结晶处理后，高温出炉的钢带进入冷却器，进行快速冷却；

s5：退火冷却后的该段钢带被收卷机收卷，后段的钢带继续进行轧制、退火的过程，直至钢带都移出退火装置，退火装置自动关闭；

s6：被收卷机收卷的钢带反向运行至轧机处进行精轧，再被另一侧的收卷机收卷，直至产品达到要求，取下钢带完成轧钢退火整个过程。

进一步，所述设定的回复温度为250～750℃；所述再结晶温度为800~1100℃。

进一步，所述钢带在中温横向磁感应器和/或高温横向磁感应器内的行进速度为0.5~1m/min；所述钢带进入冷却器的行进速度为10～150m/min。

进一步，s3中，还包括对再结晶温度进行均匀调节的步骤，根据钢带的移动速度调节高温横向磁感应器的磁感应线圈的功率；根据高温横向磁感应器内的温度大小调节移动磁极的位置，实现钢带各个位置处的温度均衡。

本发明的有益效果：

（1）通过将退火装置设于轧机本体上，将二者合二为一，变成一台设备，实现钢带边轧制边退火的过程，大大减小设备占地面积，降低成本，提高工作效率；且在不改变轧机整体占地面积的基础之上，还充分利用了轧机本体出口处的那一空余位置，实现了钢带的在线退火功能；

（2）根据退火工艺的三个阶段：回复——再结晶——晶粒长大，设计了中温横向磁感应器和高温横向磁感应器，结构简单，可根据钢带的移动自行上电加热，操作简单，工作效率高，且通过通入保护气体，使钢带在轧制过程中不会氧化；

（3）根据钢带的移动速度调节高温横向磁感应器的磁感应线圈的功率；根据高温横向磁感应器内的温度大小调节移动磁极的位置，使得钢带表面变形小，加热速度快，同时快速升温，快速形核也易得到细小的晶粒组织；

（4）通过设置一体连接的中温横向磁感应器、高温横向磁感应器和冷却器，使得退火装置整体占用面积不大，且从气保防止氧化，到中温回复消除应力到快速结晶、快速形核、快速冷却及自动调节温度到控制表面温差等过程，彻底解决了现有连续退火炉存在投资大、热效率低、速度慢、成本高、组织粗大、换炉胆麻烦，不能随开随停等问题；

（5）退火冷却后的该段钢带被收卷机收卷，后段的钢带继续进行轧制、退火的过程，直至钢带全部退火完成，关闭退火装置，且被收卷机收卷的钢带反向运行至轧机处进行精轧，再被另一侧的收卷机收卷，从而实现钢带边轧制变退火的过程，使得工作效率大大提高。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1所示实施例退火装置的俯视结构示意图；

图3是图1所示实施例退火装置的结构放大示意图；

图4是图2所示实施例高温横向磁感应器的放大结构示意图；

图5是图1所示实施例移动磁极的安装结构示意图。

附图标识说明：

1.轧机本体；2.收卷机；3.支撑台；4.退火装置；5.高温透明玻璃；6.红外线测温仪；7.扫描测温仪；

41.中温横向磁感应器；42.高温横向磁感应器；43.冷却器；44.保护气体输入管道；45.液氮输入管道；

421.上座体；422.下座体；423.磁感应线圈；424.屏蔽罩；425.固定磁极；426.移动磁极；427.保护罩；

4261.螺杆；4262.伺服电机。

具体实施方式

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。

如图1所示：一种冷轧不锈钢在线退火设备，包括轧机本体1和设于轧机本体1两侧的收卷机2；在轧机本体1的钢带出口处与收卷机的钢带入口处之间的支撑台3上设有退火装置4，使得轧制后的钢带进入退火装置4退火后再被收卷机2收卷。

上述方案具有以下优点：轧机本1体用于对钢带进行轧制，当轧制到一定程度时，钢带就会加工硬化，同时，对钢带的机械性能有一定要求，所以必须进行退火处理，退火后再到轧机上进行精轧。如果采用轧机和退火炉两个独立的设备，不仅占地面积大，成本高，不能随开随停。本发明通过将退火装置设于轧机本体上，将二者合二为一，变成一台设备，实现钢带边轧制边退火的过程，大大减小设备占地面积，降低成本，提高工作效率。

其中，支撑台3设于轧机本体1的出口处，作为轧机本体的一部分。现有的轧机出口处的支撑台上是设计有用于支撑钢带的支架，本发明对支撑台的结构进行了改进，换成了退火装置，在不改变轧机整体占地面积的基础之上，还充分利用了轧机本体出口处的那一空余位置，实现了钢带的在线退火功能。

具体地，所述退火装置4包括沿钢带运行方向依次设置的中温横向磁感应器41、高温横向磁感应器42和冷却器43；所述中温横向磁感应器和/或高温横向磁感应器的密封腔体连通保护气体输入管道44。通过设置保护气体输入管道44，可以保证钢带在退火过程中不被氧化。

保护气体输入管道44可设于中温横向磁感应器上，也可设于高温横向磁感应器上，也可二者的腔体内分别设置，但这样会增加成本，且提高结构的复杂性。本实施例优选将保护气体输入管道44与中温横向磁感应器41的密封腔体连通，而中温横向磁感应器41与高温横向磁感应器42之间设有间隙，优选通过高温透明玻璃5进行密封，以便保护气体进入高温横向磁感应器，当然，也可选用其它材质进行密封。另外，高温横向磁感应器52和冷却器43之间的间隙也通过高温透明玻璃5密封。本实施例的冷却器43优选采用液氮喷雾冷却器，冷却器的腔体连接液氮输入管道45。选用该冷却器结构简单，体积较小。本实施例的钢带材质主要为不锈钢材质，该材质应用最为广泛。

本实施例中，中温横向磁感应器与高温横向磁感应器之间、以及高温横向磁感应器的出口处均设有测温仪，所述测温仪连接控制器的输入端。优选地，中温横向磁感应器与高温横向磁感应器之间的测温仪选用红外线测温仪6，主要用于检测中温横向磁感应器41内的温度；高温横向磁感应器的出口处的测温仪选用扫描测温仪7，主要用于对高温横向磁感应器42内进行扫描式测温，因为高温横向磁感应器的面积较大，如果采用其它测温传感器，无法检测到不锈钢带横向的任何位置，容易测温不准确。

如图2~图5所示：本实施例中，中温横向磁感应器41和高温横向磁感应器42包括上座体421和下座体422，上座体421和下座体422之间固定连接，上座体和下座体的侧面均封闭，形成封闭内腔，一方面提高保温性，另一方面，防止外界空气进入，使钢带氧化。上座体和下座体上均设有磁感应线圈423、磁极和设于框架边部的屏蔽罩424，屏蔽罩用于隔磁。优选地，可在下座体上设置高温陶瓷板，钢带从上座体和下座体的高温陶瓷板之间穿过；设置高温陶瓷板的目的在于：一方面起到保温作用；另一方面，具有通磁作用，不会影响钢带切割磁力线，且钢带与高温陶瓷板接触相比钢带直接与下座体上的线圈接触而言，更能保护钢带的特性。

本实施例中温横向磁感应器和高温横向磁感应器的区别在于：

（1）长度不同：中温横向磁感应器的长度小于高温横向磁感应器的长度，因为温度较低，磁感应线圈的数量就会少一些，例如中温横向磁感应器的长度为500mm，高温横向磁感应器的长度为1000mm；中温横向磁感应器的磁感应线圈的数量为两个，高温横向磁感应器的磁感应线圈的数量为四个。

（2）功率不同；中温横向磁感应器的功率小于高温横向磁感应器的功率；例如：以钢带宽×厚＝800mm×0.9mm为例，中温横向磁感应器的功率选用200kw，高温横向磁感应器的功率选用800kw。

（3）磁极结构不同。由于中温横向磁感应器的体积小，钢带的回复阶段温度较低，可无需进行温度均衡调节，因此，磁极可只设置固定磁极425，而无需移动磁极，既简化了结构，由降低了成本。或者可以采用固定磁极425和移动磁极426的结构，但在该阶段不会控制移动磁极移动。高温横向磁感应器优选带一套自动均温调节装置，即磁极包括固定磁极425和移动磁极426，固定磁极可设置一个或多个，移动磁极至少设置两个。本实施例优选固定磁极425的数量为3个，且间隔设置，移动磁极426的数量为四个，分别设置于相邻固定磁极425之间以及固定磁极425与屏蔽罩424之间。移动磁极426通过螺杆4261与伺服电机4262轴连接，且四个移动电机分别对应四个伺服电机4262，四个伺服电机均连接控制器的输出端，通过扫描测温仪扫描检测高温横向磁感应器出口处的钢带表面的温度，并将信息信息反馈到自动控制系统的控制器，来对移动磁极进行位置调节，以保证钢带表面各位置的温度均匀，各位置的温差控制在±10℃左右。

本实施例中，上座体中心线、下座体中心线与钢带运行中心线重合，以便于钢带更好的切割磁力线。磁极与钢带运行方向平行，使得移动磁极对钢带的横向（即宽度）方向各位置进行温度调节，扫描测温仪扫描的也主要是钢带宽度方向的温度，因此各磁极之间横向布置。磁感应线圈与钢带运行方向垂直，即与磁极的布置方向也垂直。

可以理解的是，上述的中温横向磁感应器和高温横向磁感应器的磁极分布结构、数量以及磁感应线圈的数量和绕制层数可根据需求进行灵活调整，如为了实现快速升温，可增加磁感应线圈的数量或绕制层数。

优选地，高温横向磁感应器的上座体421上还罩有保护罩427，以提高保温性能。

一种冷轧不锈钢在线退火工艺，包括以下步骤：

s101：当钢带被轧机轧制后输出，直接进入退火装置的中温横向磁感应器，中温横向磁感应器的上下座体压紧并密封。

具体地，根据退火工艺的三个阶段：回复——再结晶——晶粒长大，本发明设计了两组感应器，即中温横向磁感应器和高温横向磁感应器，且其上下座体压紧后均为密闭的空间。轧机本体可选用三辊、四辊、五辊甚至更多辊的轧制结构，如本发明图1所示的轧机选用的是四辊850轧机系列。本实施例的钢带优选为不锈钢带，宽×厚＝800mm×0.9mm。

s102：向中温横向磁感应器内充入保护气体；钢带在中温横向磁感应器内行进，通过切割磁感应线圈，进行自动升温，快速升温至设定的回复温度，对钢带进行回复处理。

具体地，此为退火工艺的回复阶段，设定的回复温度为250～750℃，可根据钢带尺寸和材质进行设置。在气体保护下温度控制在250～750℃以达到回复，能够消除钢带在轧制中所产生的应力，防止钢带变形。钢带以1m/min的速度慢行，通过在运行过程中切割磁力线，使得磁感应线圈通电启动开始加热，且根据钢带设定的移动速度，来控制磁感应线圈的功率，例如移动速度较慢时，可降低功率，移动速度较快时，可减小功率，以实现快速升温。

s103：在保护气体氛围下，钢带继续向前行进至高温横向磁感应器，高温横向磁感应器的上下座体压紧并密封；钢带在高温横向磁感应器内行进，通过切割磁感应线圈，进行自动升温，快速升温至设定的再结晶温度，对钢带进行再结晶处理。

具体地，此为退火工艺的再结晶——晶粒长大阶段。把钢带升温到再结晶温度，再结晶温度为800~1100℃，优选为1100℃，并在后段进行保温以达到快速升温，快速形核，得到细小而均匀的晶粒。温度是通过扫描测温仪提供信息反馈到自动控制系统的控制器，控制器根据反馈信息控制相应的伺服电机动作，进行对移动磁极的调节，保证板面温度的均匀，温差控制在±10℃。例如，如果检测到钢带的某一位置温度较其他位置低，则控制该位置附近的移动磁极动作至该位置处或者该位置的附近，对该位置进行温度调节，还可根据钢带的移动速度调节高温横向磁感应器的磁感应线圈的功率，以提高钢带横向温度的均匀性。

s104：再结晶处理后，高温出炉的钢带进入冷却器，进行快速冷却。

具体地，钢带高温出炉进入到冷却器，是通过液氮雾冷，达到钢带表面均匀快速冷却，避免在700～1100℃冷却时沿晶界析出c化物而影响组织及机械性能。其中，钢带进入冷却器的行进速度控制在10～150m/min，使带钢带得到所需要的组织及机械性能。

s105：退火冷却后的该段钢带被收卷机收卷，后段的钢带继续进行轧制、退火的过程，直至钢带都移出退火装置，退火装置自动关闭。

具体地，当全部钢带移出退火装置，即钢带移出中温横向磁感应器时，即不再切割磁感线时，中温横向磁感应器的磁感应线圈自动断电；当钢带移出高温横向磁感应器时，高温横向磁感应器的磁感应线圈也自动断电，从而退火装置关闭，整卷钢带退火完成。

s106：被收卷机收卷的钢带反向运行至轧机处进行精轧，再被另一侧的收卷机收卷，直至产品达到要求，取下钢带完成轧钢退火整个过程。

综上所述，本发明通过设置两组横向磁感应器，使得钢带表面变形小，加热速度快，同时快速升温，快速形核也易得到细小的晶粒组织。并且本退火装置占用面积不大，总长约2.2米，从气保防止氧化，到中温回复消除应力到快速结晶、快速形核、快速冷却及自动调节温度到控制表面温差等过程彻底解决了现有连续退火炉存在的问题。