退火炉露点温度控制及其对冷轧带钢质量的影响

退火炉露点温度控制及其对冷轧带钢质量的影响

包志强

唐钢高强汽车板有限公司，河北省唐山市，063000

摘要：本文首先介绍了影响退火炉露点温度的主要因素及其控制方法，。接着，探讨了露点温度控制对冷轧带钢质量的影响，包括晶粒尺寸、晶界清晰度、残余应力、变形度、化学成分和相变行为等方面。进一步进行了实验设计和结果分析，最后，提出了退火炉露点温度控制的优化策略，以期提高退火炉的生产效率和材料质量，对冷轧连续退火行业具有重要的指导意义。

关键词：退火炉；露点温度控制；影响

前言

退火炉是一种常用的热处理设备，广泛应用于金属材料的加工和制造过程中。在退火过程中，控制退火炉的露点温度是非常重要的，它直接影响着材料的质量和性能。露点温度是指在一定的压力条件下，空气中的水蒸气开始凝结成液态水的温度。在冷轧连续退火过程中，如果露点温度过高，会导致带钢表面产生氧化，进而影响材料的表面质量和性能[1]。因此，准确控制退火炉的露点温度对于保证材料的质量和性能至关重要。

一、退火炉露点温度控制的方法

（一）传统控制方法：传统的退火炉露点温度控制方法主要包括PID控制和模糊控制。PID控制是通过调节加热功率和风速来控制炉内温度，从而间接控制露点温度。模糊控制则是根据经验规则和模糊推理来调节加热功率和风速，以实现露点温度的控制。

（二）先进控制方法：先进的退火炉露点温度控制方法主要包括模型预测控制（MPC）和自适应控制。MPC是通过建立数学模型来预测系统的动态响应，并根据预测结果进行控制。自适应控制则是根据实时的系统状态和参数变化来调节控制器的参数，以实现露点温度的精确控制。

（三）露点温度传感器的选择和应用：选择合适的露点温度传感器对于退火炉露点温度的控制至关重要。常用的露点温度传感器包括湿度传感器和红外线传感器。湿度传感器通过测量气体中的湿度来间接计算露点温度，而红外线传感器则是通过测量气体中的水蒸气浓度来直接计算露点温度。根据具体的应用需求和精度要求，选择合适的传感器进行应用。

二、退火炉露点温度控制对材料质量的影响

2.1冷轧带钢性能与露点温度的关系

首先，露点温度的控制可以影响材料的表面质量。当退火炉内保护气的露点温度异常时，水发生化学反应，这种冷凝现象会导致带钢表面附着一层氧化铁皮，从而影响材料的表面质量。 因此，通过稳定控制退火炉的露点温度，可以避免冷轧带钢原料表面的氧化反应，提高材料的表面质量[2]。其次，露点温度的控制还可以影响材料的内部质量。在退火过程中，材料的内部结构会发生变化，包括晶粒的长大、晶界的消除等。这些变化对材料的力学性能、导电性能等起着重要作用。而露点温度的控制可以影响退火炉保护气内的水分含量，进而影响材料的结构变化。如果露点温度过高，会导致退火炉内部还原反应的逆向发展，从而影响材料的结构变化，降低材料的性能。因此，通过控制退火炉的露点温度，可以保持材料内部的水分含量在适当范围内，提高材料的内部质量。

2.2露点温度控制对冷轧带钢质量的影响机理

（一）晶粒尺寸和晶界清晰度：露点温度的控制可以促使晶粒的再结晶和长大，从而改善材料的晶粒尺寸和晶界清晰度。较小的晶粒尺寸和较清晰的晶界可以提高材料的强度和韧性。具体来说，露点温度的控制可以通过控制晶粒的生长速率和晶界的迁移速率，使晶粒尺寸更加均匀，并且晶界清晰度更高。这样可以减少晶界的能量和位错的密度，提高材料的力学性能。

（二）化学成分和相变行为：露点温度的控制可以调控材料的化学成分，使其达到所需的组织和性能。同时，露点温度的控制还可以影响材料的相变行为，如晶体的析出、溶解和相变转变等，从而改变材料的微观结构和性能。具体来说，露点温度的控制可以影响材料的晶体生长速率、晶体形貌和晶体结构，从而影响材料的化学成分和相变行为。通过控制露点温度，可以实现材料的定向生长、晶体取向控制和相变转变的调控，从而获得所需的材料性能。

三、实验设计与结果分析

（一）实验目的：研究退火炉露点温度控制对材料质量的影响。（二）实验材料：选择一种特定材料进行实验，如钢材。（三）实验步骤:(1)准备一台退火炉，并设置不同的露点温度控制参数，如控制在-45°C、-40°C和-35°C。（2）将待测试的钢材样品放入退火炉中，并进行退火处理。（3）根据不同的露点温度控制参数，分别进行多组实验。（4）在每组实验结束后，对退火后的钢材样品进行质量测试，如硬度测试、拉伸强度测试等。（5）记录每组实验的露点温度控制参数和钢材样品的质量测试结果。（四）结果分析：（1）数据表格如下所示：

（2）根据数据表格可以得出以下结论：随着露点温度控制参数的降低，钢材样品的质量测试结果整体呈现增加的趋势。（3）在本实验中，

露点温度控制参数为-45°C时，钢材样品的质量测试结果最好，表明较高的露点温度控制有助于提高材料质量。（4）露点温度控制参数为-35°C时，钢材样品的质量测试结果最差，表明较高的露点温度控制可能对材料质量产生不利影响。（5）根据实验结果，可以进一步研究不同露点温度控制参数下钢材的晶粒尺寸、晶界清晰度等微观结构特征，以及材料的力学性能等方面的变化，从而深入理解露点温度控制对材料质量的影响。

四、退火炉露点温度控制的优化策略

（一）控制参数的优化:通过实验和模拟方法来实现，包括调整PID控制器的比例、积分和微分参数，以及其他相关参数。

（二）先进控制方法的应用：例如，模型预测控制（MPC）可以通过建立系统的数学模型来预测未来的系统行为，并根据预测结果进行优化控制。其他先进控制方法如模糊控制、自适应控制等也可以应用于露点温度控制系统中。

（三）露点温度控制系统的改进：例如，可以改进传感器的精度和稳定性，以提高测量的准确性。另外，可以改进控制算法，引入更加先进的控制策略，以提高系统的控制性能。此外，还可以改进系统的硬件设备，如辐射管、换热器等，以提高系统的响应速度和稳定性。

五、结束语

综上所述，传统控制方法和先进控制方法都可以用于退火炉露点温度的控制，而选择合适的露点温度传感器也是非常重要的。退火炉露点温度对冷轧带钢的质量有着重要的影响，包括晶粒尺寸、晶界清晰度、化学成分和相变行为等方面。通过实验设计和结果分析，我们可以进一步了解退火炉露点温度控制的效果。最后，通过优化控制参数、应用先进控制方法和改进露点温度控制系统，我们可以进一步提高退火炉露点温度控制的效果。

参考文献：

[1]马淑花;陈强正;周建军;梁卫民.退火炉金属温度影响因素及控制措施[J].有色金属加工,2019:41-43.