全氫罩式爐退火工藝優(yōu)化的應(yīng)用實(shí)踐

張淑娟 袁紹霞 韓薈謹(jǐn) 王曉燕

(1:山東勞動(dòng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東濟(jì)南250022;2:濟(jì)鋼冷軋板廠 山東濟(jì)南250000)

1 引言

全氫罩式退火爐是目前理想并廣泛應(yīng)用的冷軋鋼退火設(shè)備，其生產(chǎn)的產(chǎn)品具有三大特點(diǎn):一是產(chǎn)品表面質(zhì)量高;二是產(chǎn)品成品生產(chǎn)率高;三是機(jī)械性能好［1－5］。冷軋鋼經(jīng)全氫罩式爐退火后消除了因冷軋變形產(chǎn)生的冷作硬化和內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化了晶粒，使帶鋼具有良好的塑性、韌性等機(jī)械性能和光亮的表面［2］。但運(yùn)用全氫罩式爐對(duì)冷軋鋼進(jìn)行退火處理時(shí)易出現(xiàn)燒嘴變形、空煤比無(wú)法精確控制、煤氣電磁閥工作不正常、產(chǎn)品出現(xiàn)粘結(jié)等問(wèn)題。本文對(duì)全氫罩式退火爐的工藝流程及燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了分析，針對(duì)全氫罩式爐在進(jìn)行處理時(shí)設(shè)備及產(chǎn)品易出現(xiàn)的問(wèn)題提出了針對(duì)性的改造措施和優(yōu)化方案，并經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，取得了明顯的效果。

2 全氫罩式退火爐的工藝流程與燃燒系統(tǒng)

2.1 退火工藝流程

全氫罩式爐的主體設(shè)備包括爐臺(tái)、內(nèi)罩、冷卻罩和加熱罩等，整個(gè)退火工藝過(guò)程包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程。

其退火工藝過(guò)程為:首先將帶鋼分垛裝爐，扣內(nèi)罩并鎖緊;進(jìn)行冷密封測(cè)試以確保氫氣不泄漏;進(jìn)行氮?dú)獯祾撸瑢?nèi)罩里的空氣用氮?dú)庵脫Q;吊裝加熱罩，進(jìn)行氫氣吹掃，用氫氣完全置換氮?dú)?加熱罩點(diǎn)火，加熱內(nèi)罩中的鋼卷;使帶鋼在全氫氣氛下退火，將鋼卷溫度加熱到設(shè)定溫度(一般不超過(guò)700℃)溫度保持一段時(shí)間;在均熱結(jié)束前，自動(dòng)進(jìn)行熱密封測(cè)試;停止加熱后自然冷卻一段時(shí)間，達(dá)到一定溫度后移走加熱罩;吊裝冷卻罩，進(jìn)行風(fēng)冷，達(dá)到一定溫度后用水快速冷卻;進(jìn)行氮?dú)獯祾?，將?nèi)罩內(nèi)的氫氣用氮?dú)庵脫Q;移去冷卻罩;移去內(nèi)罩;爐臺(tái)卸料。

全氫罩式爐的退火工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 退火工藝流程

2.2 燃燒系統(tǒng)

全氫罩式退火爐的燃燒系統(tǒng)設(shè)備主要包括燒嘴、煤氣管路、空氣管路等。每個(gè)燒嘴都配有點(diǎn)火電極和UV 火焰監(jiān)測(cè)裝置，并配備故障聲光報(bào)警。為節(jié)約能源和降低廢氣溫度，加熱罩殼體煙道出口處安裝有助燃空氣預(yù)熱器。煤氣和空氣在燒嘴中共有兩次混合燃燒。燒嘴的噴頭作為收縮狀，使噴出的煤氣的速度提高，速度場(chǎng)均勻，火焰長(zhǎng)度適中，防止回火。

3 全氫罩式退火爐生產(chǎn)中存在的問(wèn)題及優(yōu)化

3.1 燒嘴變形分析及優(yōu)化措施

全氫罩式退火爐在使用過(guò)程中易出現(xiàn)燒嘴變形嚴(yán)重現(xiàn)象，導(dǎo)致加熱過(guò)程中燒嘴關(guān)閉，燃燒工況的不穩(wěn)使退火過(guò)程的溫度發(fā)生波動(dòng)，嚴(yán)重影響了帶鋼的質(zhì)量和性能。

經(jīng)過(guò)分析，鋼廠罩式退火爐采用的是混合煤氣，煤氣熱值波動(dòng)較大，造成燒嘴局部過(guò)燒和變形。使煤氣的傳播速度小于火焰的傳播速度，易造成回火現(xiàn)象，在內(nèi)罩上形成過(guò)熱區(qū)，影響鋼卷的加熱及其性能。因此對(duì)燒嘴易損壞的噴嘴的部分的材料進(jìn)行了優(yōu)化，加大了耐熱不銹鋼中鎳含量。實(shí)施后，煤氣的消耗量降低，縮短了加熱時(shí)間，提高了燒嘴的耐熱性和工作效率，改善了鋼卷的性能。

3.2 帶鋼粘結(jié)及優(yōu)化措施

由退火工藝可知［2，6－8］，鋼卷在爐內(nèi)的高溫下需要加熱和保溫十幾個(gè)小時(shí)，鋼卷的層與層間會(huì)出現(xiàn)一定程度的粘結(jié)現(xiàn)象，粘結(jié)處已發(fā)生凸起變形或者撕裂，導(dǎo)致帶鋼表面出現(xiàn)表面粗糙、折印等嚴(yán)重缺陷，降低了帶卷成材率。之所以會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)，主要的原因就是合適的溫度和壓力造成的。在一定的溫度和壓力下，鋼卷表面產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，與其它表面產(chǎn)生粘結(jié)。通過(guò)深入分析鋼卷在各階段的溫度和壓力的變化規(guī)律，就可以找到防止粘結(jié)的方法。

經(jīng)過(guò)分析，帶鋼在退火過(guò)程中退火溫度越高，原子擴(kuò)散能力越強(qiáng)，越易產(chǎn)生粘結(jié);溫度引起的熱膨脹也會(huì)加大板間壓力，徑向壓力越大，鋼板間微觀接觸面積越大，越容易產(chǎn)生粘結(jié);高溫高壓下鋼板間接觸時(shí)間越長(zhǎng)，越容易粘結(jié)。帶鋼表面清潔度和保護(hù)氣體的純度也是產(chǎn)生粘結(jié)的關(guān)鍵因素［2］。

綜上所述，防止粘結(jié)可采取的主要措施有:為避免冷卻速度過(guò)快導(dǎo)致帶卷的內(nèi)外溫度差大形成的壓應(yīng)力增大現(xiàn)象，可在退火工藝的冷卻階段改善退火工藝，即在冷卻開(kāi)始階段降低冷卻速度，冷卻時(shí)采用帶加熱罩冷卻，然后進(jìn)行風(fēng)冷和水冷;其次是合理選配乳化液和設(shè)定適當(dāng)?shù)膰姶祲毫Γ郧鍧崕т摫砻?，減少殘余物質(zhì);最后也可使用高純度的氫氣徹底吹掃內(nèi)罩，吹掃時(shí)把氫氣的流量減少，把吹氫時(shí)間從原來(lái)的延長(zhǎng);把原來(lái)的固定吹氫改為氫氣保壓狀態(tài)，這樣不僅能夠保證傳熱效果，而且降低了氫氣的使用總量，降低了噸鋼能耗。優(yōu)化后，粘結(jié)造成的次品率明顯降低，同時(shí)因?yàn)檠娱L(zhǎng)了吹氫時(shí)間，提高了殘留乳化液的吹掃效果，黑帶造成的次品率也有所降低。

3.3 煤氣過(guò)濾裝置問(wèn)題及優(yōu)化措施

生產(chǎn)中，燒嘴在關(guān)斷狀態(tài)下火焰監(jiān)測(cè)器仍然能夠監(jiān)測(cè)到燒嘴仍在燃燒的不正?，F(xiàn)象。經(jīng)對(duì)燒嘴及煤氣支路進(jìn)行拆檢后發(fā)現(xiàn)，高溫下電磁閥線圈老化和煤氣中細(xì)小灰塵未清除干凈，是煤氣電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)或UV 火焰監(jiān)測(cè)裝置無(wú)法正常工作的主要原因。

綜合以上分析，決定對(duì)煤氣的過(guò)濾裝置進(jìn)行優(yōu)化:把價(jià)格高昂的進(jìn)口煤氣聚酯過(guò)濾網(wǎng)換成定制的氣體過(guò)濾棉，并在過(guò)濾棉中添加細(xì)小的金屬網(wǎng)。使用一定的周期后對(duì)氣體過(guò)濾棉進(jìn)行高壓水沖洗，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理后的氣體過(guò)濾棉還能循環(huán)使用，大大降低了生產(chǎn)材料的成本，同時(shí)保證了過(guò)濾效果。

3.4 煤氣檢測(cè)裝置問(wèn)題及優(yōu)化措施

煤氣主閥是連接煤氣管道和加熱罩的重要閥門(mén)，在現(xiàn)場(chǎng)缺少煤氣檢漏裝置，存在安全隱患?？蛇x用德國(guó)某公司的煤氣泄漏保護(hù)器TC410－1K對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，該保護(hù)器有自己的控制回路，受外界因素的干擾小，其工作原理如圖2 所示，泄漏檢測(cè)程序流程圖如圖3。

3.5 “空煤比”的控制及優(yōu)化措施

圖2 檢測(cè)原理圖

圖3 泄漏檢測(cè)程序流程圖

使用的ON/OFF 控制的燒嘴，由煤氣和空氣電動(dòng)閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)“空煤比”的控制。通過(guò)監(jiān)測(cè)殘氧含量對(duì)空氣壓差進(jìn)行微調(diào)。試驗(yàn)測(cè)定，殘氧含量達(dá)到最佳值4%，煤氣的燃燒效率最高。

同時(shí)，可如下改進(jìn):當(dāng)殘氧含量大于8%或小于0.5%時(shí)，設(shè)置一個(gè)專(zhuān)項(xiàng)的反饋報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)煤氣和空氣的電動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。

4 結(jié)論

通過(guò)深入分析某鋼廠罩式退火爐運(yùn)行中存在的問(wèn)題，針對(duì)性的提出了工藝優(yōu)化方案，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證方案可行并取得了較好效果，提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，降低了生產(chǎn)消耗，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)國(guó)內(nèi)同類(lèi)型機(jī)組有一定借鑒意義。

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