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摘要：从加热、冷却、矫直、酸洗、电控这几个方面分析和总结了进几年国内外中厚板特殊钢连续热处理 线的新发展和新技术。加热方面，通过采用耐火石棉纤维炉辊替换耐热合金炉辊有效解决了钢板的表面压 入缺陷问题，采用高速脉冲烧嘴和新型复合脉冲燃烧控制技术，使加热更均匀和更节能；采用国内研究开发 的辊式淬火机及空冷室设备和技术，使冷却的钢板厚度范围大，极限规格薄，钢板平直度高；矫直方面，通过 采用全液压动态凸度补偿系统及机架高强度和高刚度，并配置合理的辊系，使矫直具备冷、热矫直功能和矫 直的厚度范围大；通过采用立式酸洗和新的酸洗工艺，使设备占地空间小、酸洗质量好；电控系统方面，通过 先进齐全的仪表配置、完善的 *控制系统、加热、淬火、矫直、酸洗模型在线应用等，使生产过程高产、优质、稳定和自动化。对中厚板热处理线的建设和研究具有*定的参考意义。
 关键词 中厚板继续热处理特殊钢辊底式炉 淬火机酸洗新发展和新技术 中图分类号 TGl55

特殊钢是重大装备制造和重点工程建设所需关键材料，也是钢铁材料中的高技术含量和高附加值产品。发展特殊钢对现代国防建设具有重要的意义，在世界上工业发达国家，特殊钢占钢材总产量的比例很大，*般为15％～20％，其中瑞典特钢比较高，占其钢材总产量的45％～50％，可以认为特殊钢是钢铁材料中的高端产品。我国国民经济和社会发展“十二五”规划中已提出发展包括特殊钢在内的 个战略性新兴产业。目前，特殊钢生产全球化的进程加速，集约化、专业化生产程度不断提高，世界先进国家不断采用新工艺、新技术以提高钢的综合性能。国内许多特殊钢企业正在进行先进特殊钢生产线建设与完善，通过对特殊钢生产的关键共性技术研究开发和系统集成，优化特殊钢生产流程，实现特殊钢生产高品质化、高效化和低成本化。本文由抛丸机生产厂家青岛淳九整理
从加热设备、冷却设备、矫直设备、酸洗设备、电控 系统这几个方面研究、分析和总结了近几年国内外特殊钢中厚板热处理线采用的新技术和新设备，希望对我国特殊钢热处理线的建设、发展和研究具有*定的借鉴和参考意义。

1 加热设备
 辊底式热处理炉可分明火加热和辐射管加热，可以用于钢板的退火、正火、淬火和回火热处理， 辊底式炉的产量和机械化、自动化程度相对较高，具有可实现高速出炉的特性，缩短了钢板淬火转移时 间，炉后可配备先进的辊式淬火机设备， 目前在国内外中厚钢板厂得到了广泛应用

辐射管式热处理炉受辐射管材质影响，对热处理的较高温度有*定限制，国内建设的辐射管式辊底炉较高炉温*般不超过 10000C。因此高温热处理炉*般采用明火加热方式。它是利用烧嘴喷出火焰直接对钢板进行加热，这种加热方式  无论对碳钢还是不锈钢的加热易造成表面氧化、  炉底辊结瘤，不易于炉温精确性和均匀性控制。  但较近几年在高温辊底式固溶热处理炉的炉  底辊、炉壳、燃烧系统和冷却水系统方面开发了*  些新技术，基本解决了明火辊底式高温连续热处  理炉的炉辊结瘤问题、密封性问题、控温精度问题  和环境节能问题。

  1．1  炉底辊

高温辊底式热处理炉的*个关键部件就是炉辊，高温固溶辊底炉的较高固溶温度可达  1200，其炉辊必须具有耐热温度高、高温承载力  强的特点。传统上采用外套为 Cr25Ni20Si2、  Cr25Ni35Nbl．5 或者 Cr28Ni48W5 的耐热合金 水冷炉辊，但耐热合金炉辊存在造价高(*般约占  炉子总造价的 25％左右)、辊面易结瘤(会造成钢  板表面的麻点缺陷)、热损失大等缺点。

  为了解决钢板辊印缺陷，从控制结瘤和处理  结瘤的角度，人们提出了各种各样的办法。但都未能很好的解决钢板辊印缺陷问题。近年国内  *些不锈钢厂采用耐火石棉纤维炉辊来代替耐热 合金炉辊。石棉纤维辊身主要采用耐火石棉纤 维，添加少量氧化锆纤维、增强剂等新材料，制作 成片状，再用压力机加压至*定压力，将片状纤维压装在辊芯上，压装完待辊身应力释放完成后，机床将辊面车削圆整，见图1 所示。

 石棉纤维炉辊具有良好的耐高温性能、它不 与氧化皮黏结，压装后具有*定的承载运转性能， 它可以有效的防止结瘤造成的钢板麻点缺陷，同  时可以降低热损失，基本上解决了高温辊底式热处理炉的致命缺陷——炉辊结瘤引起的钢板麻点  缺陷，可以说是不锈钢等特殊钢高温固溶连续生产线的*个很大的技术创新和进步

1．2 炉壳密封性及保温性
炉体密封性和保温性是炉子设计中非常重要环节，密封和保温性能的优劣，直接影响炉内温度 的均匀性、燃料消耗及钢板的热处理质量。宝钢 特殊钢公司和酒钢新建的不锈钢高温固溶退火炉，借鉴了德国 LOI 公司辐射管无氧化 N2气氛保护辊底炉的设计优点，采用了以下措施，使炉子的密封性和保温性大大提高。
1)在进料端和出料端设计有门廊，每个门廊有两道软密封门帘，在炉门开启时既不影响钢板运行，还可以防止炉内热气外泄或炉外冷空气人 侵。门帘用耐高温网状钢丝(INCONEL601材质)内裹软布(晶体纤维布)制成，门帘底边垂至辊面，具有耐火、耐温、隔热、密封和灵活柔软的点，在工作温度条件下可承受钢板的反复接触而不损坏。
2)前后炉门都带有气动压紧装置，每个气动紧装置由两个气压缸驱动。炉门关闭后，通过控制 杆将炉门压紧在水冷门框上。
 3)整个炉体在设计和安装上注意密封性和高温膨胀问题。全炉钢结构 分成几段，由 6～10mm钢板和型钢现场组装焊接，要求密封焊接和精确定位，炉子钢结构连接处、炉底辊轴承处为密封法兰结构。炉子作为*个整体架空 在底部钢轨支撑梁上，横向向非传动侧膨胀，纵向中间固定向炉子两侧膨胀，炉子在使用状态下不会出现变形的现象。
4)炉膛砌体耐火材料由耐火纤维模块和绝热材料组成，炉顶和炉辊以上部位采用耐火纤维模块轻型结构，采用复合大模块组合炉衬结构，应用吊挂铆固技术。这种结构有利于提高炉衬的 绝热 性能和气密性能，减少热短路，耐气流冲刷，在炉 温状态下可耐60m／s 高速冲刷，降低施工周期，并 能有效地保证纤维与钢结构之间的连接强度，提a)传统耐高温合金炉辊 高炉衬的使用寿命。耐火纤维模块的使用使炉子 具有较小的热惰性，炉体蓄热量小，炉膛升温速度 成，既可以保温又有*定的强度。

1．3燃烧系统
效、节能和高性能的特点。烧嘴有平焰烧嘴、高速  烧嘴、自身预热式烧嘴、蓄热式烧嘴、低氧化氮烧  嘴等。对热处理炉而言，除了高效节能外，还要 求高性能，能满足热处理炉各种工况的要求，保证炉温均匀性达到工艺要求。近年在高温固溶炉上  采用了高效高速自身预热式脉冲烧嘴，同时采用  数字化脉冲燃烧控制新技术，特点如下：
1)烧嘴喷出的高速脉冲热气流强化了炉内气  体循环、强化了炉内对流传热，有效地提高了炉温  均匀性和热效率。烧嘴火焰喷出速度高，可达到 120—160m／s，在炉内形成高强度的压力脉冲，其 振幅范围达(2—10)kPa，频率可为 20Hz～  150Hz。经测量烧嘴在出口速度为 100m／s  流张角为 19012’，在烧嘴长 6m、宽 2．8m 范围内， 气流仍具有 80m／s 的流速，它所控制的温度场比 *般普通烧嘴强烈的脉冲燃烧作用下，燃烧过程和传热传质过程得到明显的强化。采用高速烧嘴的炉子，钢板 升温速度显著加快，而且保温后期钢板温度与炉  膛温度趋于*致，炉内对流热交换占了主导作用 (约占 35％～85％)。
2)烧嘴配有自动点火(直接电极点火)，火焰  检测(采用电离或紫外线 uV 方式)等装置，安 调试简单、方便。  3)采用先进的数字脉冲燃烧控制技术。易于  实现炉温的自动精确控制，可以对燃烧区域实现弹 性分区和分段以适应不同热处理制度的控制要求，  并满足多品种所要求的温度制度调整的灵活性。
4)热效率高，燃烧充分，烟气中有害物质含量低。原因：烧嘴自身专门设计的烟气引射器可保100％的烟气从烧嘴排出，并通过内置换热器利用烟气预热助燃空气，采用较佳化表面球状设计的陶瓷换热器具有很高的换热效率，将助燃空气预热到500。C，*般而言，预热风温每提高100。C，可节约燃料5％；采用多*燃烧，点化容易，燃烧完全。

1．4 冷却水系统
由于固溶温度高，炉辊、炉门、风机、仪表等需要冷却水冷却才能正常工作，关于冷却水系统具具有 有以下特点： 以下特点：
1)冷却水系统需要2路，1备用，1用；由于需要冷却的部件温度较 高，必须是工业软净环水水质；炉辊数量多，冷却热耗大，冷却水冷量大；
2)采用冷却水闭路循环系统，冷却水进水和回水必须有*定的压力差，通常进水压力在0．4～0．6MPa，回水压力在0．2～0．3MPa。采用冷却水闭路循环系统，避免出现冷却水高温水蒸汽的产生，改进了现场 环境、减少了高温潮湿环境下的炉子相关部件的氧化，减少冷却水的损失，节约能源；
3)在炉辊、炉门等冷却水的回水管路上设计回水温度或者流量检测仪表，并将实时检测值显示的热处理控制系统的HMI 界面上，并设置报警温度或者流量。

 2 冷却设备
中厚板热处理线上使用的淬火机分为压力淬火，钢板表面淬火均匀、无软点；淬火钢板长度不受机架限制，能够有效避免淬后瓢曲，可以以极高的冷却速率将钢板冷却到室温。此淬火方式符合中厚板的淬火冷却机理。辊式淬火机生产效率高、产品质量好，是现代化热处理线*选的淬火设备。
由于淬火工艺复杂，淬火过程控制难度大，此前世界上仅有德国LOI公司、日本IHI 公司等几家企业能提供淬火设备和技术。1996 年至今，国内有16 家中 厚板企业进口了成套淬火设备，但进口设备供货周期长，价格昂贵，常与热处理炉捆绑销售，造成投资加倍，难以满足国内中厚板企业的工期及投资要求。东北大学轧制技术及连轧自动 化国家重点实验室(RAL)于 2006 年12 月在太钢  集团临汾钢铁有限公司中板厂成功研发国内*套 具有自主知识产权的辊式淬火机 M1，之后，RAL 不断改进和创新，将其辊式淬火机成功推广应用  到宝钢特钢、唐钢中厚板厂、新余宽厚板厂、南钢  板卷厂、酒钢不锈钢厂、涟钢、宝钢罗泾宽厚板厂 等多条中厚板热处理线，结束了国内中厚板热处  理线关键淬火设备及工艺长期依赖进口的现状。
 目前辊式淬火机经过不断改进的发展，具有以下特点

2．1 冷却功能全且能力强  为了满足不同品种钢板的淬火及冷却工艺多  样化需求，RAL 设计开发了水冷单元、气雾单元  和气冷单元三种冷却单元和模式。水冷单元用于  高强度钢淬火工艺、不锈钢固溶；汽雾单元用于特  殊不锈钢固溶、碳钢弱冷工艺；气冷单元可用于超  薄规格特殊合金钢冷却工艺。
 汽雾冷却基于射流原理，借助高速雾滴刺穿  高温钢板表面蒸汽膜，达到高效换热的目的，较好  的解决了薄规格钢板淬火板形及性能均匀性问题见图2

水冷单元又采用了分区冷却技术和特殊的喷  嘴设计技术。分区冷却技术。淬火机分为高压  和低压冷却区，高压冷却区采用0．8MPa 的冷却 水，迅速将钢板的温度冷却到500。C 以下，低压冷  却区继续将钢板冷却到80以下。这种冷却方 机和辊式连续淬火机两种。辊式连续淬火机与式可实现良好的淬透性、均匀性和钢板平直度； 传统 固定式压力淬火机不同：钢板在运动中淬 特殊的喷嘴设计技术。RAL 将自由冷却策略  应用到中厚板、带材的淬火过程中，根据不同的性  能需要，选择不同的淬火路径，进而得到不同的钢  板淬火组织及宽范围的材料性能。为此开发出具  有自水冷保护和多重阻尼系统的整体狭缝式高性  能射流喷嘴I、倾斜式三联排孔隙快冷喷嘴II、单  排倾斜孔隙快冷喷嘴III、多孔多角度漫射喷嘴多  种冷却装置IV，冷却能力依次减小2‘14 J。依据  不同的冷却策略，各冷却装置配合使用，实现了中  厚板冷却路径自由控制(见图3)。

  2．2 冷却厚度大及规格很薄和钢板平直度高

 在深入研究高温钢板高强度冷却换热机理的 基础上，RAL 开发出了*系列的淬火设备和工艺，淬火处理的钢板尺寸范围为4～120mm 1500～5000ram6～25m(厚宽长)，钢板平直达到或优于国外先进设备水平，其中4 *lOmm
钢板淬火性能优于进口设备。
 2．3 空冷室的设置

RAL *创的强制风冷系统具有淬火强度低、节能环保等特点，为较高合金板带材提供了冷却新途径(可用于薄规格钢板的固溶处理)。在风冷室 中，冷空气通过喷孔高速吹向钢板，提高钢板表面对流换热系数，加速降温。从钢板返回的热空气由循环风机抽出，经 翅片管式水冷换热器冷却后再重新返回风冷室，实现循环利用。钢板在
冷却室内可以采用通过式冷却和摆动式冷却两种 冷却方式。

3 矫直机

用户对淬火后钢板不平度的要求越来越高，热处理工艺多，热处理的产品厚度(4～120mm)和宽度(1500—5000mm)范围 大，现代中厚板连续热处理线对矫直机的要求是：要求矫直机同时具有冷、热矫直功能，既能矫直常化板，又能矫直淬火板；要求可矫直的钢板厚度和宽度范围要足够在结构上应配备弯辊机构，辊距及辊径可调设备上应具备高刚度、高强度；在控制上应具有较高 的自动化程度及液压控制能力。

 较近几年，日本 SPCO 公司开发出了第四代强力矫直机——全液压动态凸度补偿矫直机，如图5所示，它具有以下特点：
1)具有全液压动态凸度补偿系统。在矫直过程中依靠自动辊缝(ARGC)与动态凸度控制 (DCC)对辊和框架的偏转变形、压缩变形进行修正，通过这种方法能够进行钢板形状矫正，并能够  使钢板内部的残余应力得到均*化，从而能够控制钢板切割后的翻卷变形。
2)机架具有高强度和高刚度，矫直能力强。 矫直机的较大分离力可达 74．5MN，正常工作时较大的矫直力可达55.7MN，凸度油缸总力可达137MN。该公司在 2009 年为韩国浦项热处理厂  供货的 4900mm 宽热处理矫直机，分离力为 70． 58MN；为日本鹿岛钢厂新设计的 2012 年投产 4450mm 宽矫直机，分离力达 99．98MN；
3)具有冷热矫直功能，矫直温度可为R．T～  900(R．T 为室温)；
4)矫直辊总数：1l 辊，其中工作辊φ360mmx9根，辅助辊φ450mmx2根

 4 酸洗设备
 在不锈钢中厚板的酸洗领域，关于酸洗设备的新发展和新技术有：
 1)立式酸洗设备和技术。整个酸洗线采用立式设计，主要设备包括人口翻转台、立式运输辊道、抛丸机、酸洗机组、立式观察台、出口翻转台。 立式酸洗与卧式酸洗相比的优点是：钢板两面都无水印、无酸印或黄斑、无油脂、无氧化铁皮、无过酸洗现象：酸耗量小、节能和节约成本；占地面积小；检查酸洗后的钢板表面方便。
2)新的酸洗工艺。将酸洗液的混酸用 HCL +HF 替代了传统的 HNO，+HF，延长了酸洗段的长度，酸洗段由预酸洗+较终酸洗二段组成，每*  段又分为高压喷酸和低压喷酸。优点是：使用  氢氟酸的浓度较低，不会发生过酸洗；在钝化段 产生少量氮氧化物，不需要设置脱氮装置；可以 使用简单的管道过滤器+水力分离器来替代传统 APU或酸再生系统；生产不同钢种时只调整  酸洗液温度和机组运行速度，不改变酸液浓度，操  作方便简易；酸液不侵蚀材料基体，几乎没有氮 氧化物产生，酸洗损耗低，溶解到酸洗液中的金属较少，废酸中自由酸较低，对环境的影响较小。缺 点是：由于HCl 的存在，可能增加钢板表面的粗 糙度；酸洗速度 慢；酸洗段较长。


5 电控系统
 近几年新建的中厚板辊底式热处理线，逐渐  配备了先进的三电系统，即配电、传动与自动化，包括仪表与电讯。三电是保证高产、优质、低耗、多品种、省时、节省劳力及安全稳定生产的必要务件 三电系统关系紧密，互相渗透，且有其独特性，缺* 不可。近几年中厚板辊底式热处理线三电系统的 新技术和新发展主要有：

5．1 电气与仪表配备完善

整个热处理线配置先进齐全的自动化仪表，实现全工序质量和安全控制：
1)出于对炉辊等重要设备和生产安全的角度考虑，辊底式热处理线除正常的供电电源外，还都配置有紧急事故电源，并且有些生产线已做到两路电源自动切换。
2)主要单体设备仪控系统检测仪表配置完善，各种流量、压力、温度检测仪表先 进、稳定和可靠，可全面监控生产过程中的各种信号，为实现自动燃烧控制、冷却控制、矫直控制等提供了良好的 基础；
3)全线顺序控制系统检测仪表完善，各单体设备内及单体设备问各种冷检、热检、激光检测器、位移、压力等传感器配置齐全，为全线钢板的位置微跟踪、物料信息宏跟踪和联动联锁控制 提供了良好的基础。

 5．2 完善优化的控制系统
 全线控制系统分为4*设计，LO*为现场*，包括传动及仪表；L1 *为基础自动化*，多采用PLC和远程IO 系统；L2 为过程控制机；L3为生产管理*(MES 1)
L1*采用的新技术有：
(1)全线钢板位置微跟踪技术，跟踪误差在100mm 之内；
(2)自动点／停炉控制；
（3）钢板生产时序控制和跟踪；
（4）高精度的温度闭环控制技术，采用新型复合式脉冲燃烧时序控制；
L2 *系统新技术有|：

(1)热处理炉在线模型及设定系统(炉温、辊速、钢板炉内运行制度等)；
(2)淬火*工艺模型系统，包括多介质工艺模型(水冷、汽雾两相耦合、风冷)和组织性能预测模型(中厚板产品淬火／固溶处理)；
5．3 辊道单传单变控制和变频热备份技术
为了满足工艺要求，炉内辊道电机需要可逆、 调速功能，因此炉内每根辊道采用单独电机传动单独变频器控制，从而实现了精准的速度控制。  同时，采用现场总线技术，将变频器同 PLC 相连 接。既提高了系统运行的可靠性，又大量节约了 工程成本；同时使现场维护更加简单化。

 5．4 冗余 CPU 系统

 有些生产线考虑到炉底辊在 200以上不允许长时间停机的运行安全要求，基础自动化的 SI—  EMENS PCS7 采用冗余 CPU 系统设计，主要完 炉内温度闭环控制、辊道速度控制、炉内钢板自 跟踪以及热处理炉系统安全联锁控制。

6  结论
 1)加热：采用耐火石棉纤维炉辊代替耐热  合金炉辊，有效防止了炉辊结瘤造成的钢板麻点  缺陷，同时降低热损失，解决了高温辊底式热处理炉的致命缺陷——炉辊结瘤引起的钢板麻点缺 陷；炉壳密封性、保温性改进，在进料端和出料 端门廊、门廊内安装两道软密封帘，炉门气动压 编码紧，炉壳焊接严密，使用高质耐材，耐火纤维模块和绝热材料；采用自身预热助燃空气的高速脉 冲烧嘴和新型复合脉冲燃烧控制技术；采用冷却水闭路循环系统；
2)冷却：辊式淬火机配置水冷单元、气雾单  元和气冷单元三种冷却单元和模式，采用自水冷  保护和多重阻尼系统的整体狭缝式高性能射流喷冷喷嘴、多孔多角度漫射喷嘴，各冷却装置配合使  用，实现了中厚板冷却路径自由控制；冷却厚度  范围大(4—120mm)，极限规格薄(4mm)，钢板平直度或优于国外先进设备水平，4—10mm 薄规格 钢板淬火性能优于进口设备；新型空冷室设备；
3)全液压动态凸度补偿矫直机：在矫直过程中依靠自动辊缝(ARGC)与动态凸度控制 2)(DCC)对辊和框架的偏转变形、压缩变形进行修正；具有高强度和高刚度，矫直能力强；具有冷热矫直功能；
4)酸洗：立式酸洗设备和技术：酸洗线立式设计，钢板两面酸洗质量高；新的酸洗工艺：将酸洗液的混酸用 HCL+HF 替代了传统的 HNO。
5)电控：配置先进齐全的自动化仪表，实现全工序质量和安全控制；控制系统 *设计，加热、淬火、矫直、酸洗模型在线应用；辊道单传单变控制和变频热备技术；采用冗余 CPU 系统设计。

以上总结分析了国内外不锈钢中厚板固溶生产线的新技术和新发展，钢厂在新建热处理线时，还应该考虑主要产品的定位、场地和投资、技术的积累等，也不能*味追求新技术和新设备，但将来中厚板热处理技术和设备必然会继续沿着清洁生产、节约能源、少无氧化、质量精确控制和信息化等原则发展，本文的研究对我国特殊钢的热处理线的建设和发展具有*定的借鉴意义。