熱鍍鋅爐鼻尖加濕系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化

武 斌，姜希偉，秦鳳華

（中冶南方（武漢）熱工有限公司，湖北 武漢 430223）

當(dāng)鋅鍋中的鋅液被加熱到一定溫度以上或者帶鋼從連退爐經(jīng)爐鼻子進(jìn)入鋅鍋導(dǎo)致與鋅液面接觸部位溫度較高時，鋅液面會不斷揮發(fā)出鋅蒸汽。鋅蒸汽在爐內(nèi)區(qū)域會發(fā)生凝結(jié)，隨著時間延長會逐漸增厚，在振動或者爐壓波動等不穩(wěn)定因素影響下， 逐漸增厚的鋅灰松動掉落在帶鋼上表面， 產(chǎn)生多種表面質(zhì)量缺陷， 如爐鼻子處的鋅蒸汽和灰塵將造成彗星缺陷； 液態(tài)鋅表面的顆粒或者氧化粉帶鋼的表面形成渣滓等缺陷。 其中由于鋅蒸汽和灰塵造成的彗星缺陷較為常見。

為解決這類問題， 要對帶鋼進(jìn)入鋅鍋前的溫度及爐鼻子內(nèi)的溫度進(jìn)行控制， 一般在爐鼻子內(nèi)增設(shè)加濕裝置，抑制鋅蒸汽揮發(fā)。

1 工作機理

帶鋼進(jìn)入鋅鍋處的鋅蒸汽流量與鋅鍋處的飽和鋅蒸汽與鋅鍋上方鋅顆粒的壓力差成正比。鋅的流量與帶鋼入鋅鍋處的表面積成正比，以及與邊沿層的擴散成正比。鋅蒸汽的產(chǎn)生量隨帶鋼入鋅鍋處的氣體流速增大而增加，為此，不推薦在鋅鍋處帶鋼浸入點或者爐鼻子內(nèi)注入大量新鮮的保護(hù)氣體。

1.1 抑制鋅蒸汽方式

（1）CO-CO2注入：利用 CO-CO2混合氣氛的分壓大于鋅蒸汽分壓，抑制鋅蒸汽的揮發(fā)。該方式簡單可行，但抑制鋅蒸汽揮發(fā)效果一般。

（2）加濕后的HN 保護(hù)氣體：通過水蒸氣與鋅表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 產(chǎn)生氧化鋅膜抑制鋅蒸汽產(chǎn)生及揮發(fā)。 該方式結(jié)構(gòu)簡單，通過化學(xué)反應(yīng)抑制鋅蒸汽，效果顯著。

（3）抽取被鋅灰污染的HN 保護(hù)氣體：通過及時抽取鋅灰污染的HN 氣氛， 降低鋅蒸汽揮發(fā)產(chǎn)生的不良影響。該方式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鋅蒸汽實現(xiàn)了及時排除，但未起到抑制鋅蒸汽揮發(fā)的作用。

（4）N2密封：通過設(shè)置密封節(jié)流通道并注入惰性氣氛， 形成密封簾式氣幕阻止鋅蒸汽揮發(fā)至上部通道。該方式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，效果良好，但鋅鼻子節(jié)流通道更為狹窄，帶鋼上下抖動時表面易被節(jié)流通道劃傷。

（5）對低溫區(qū)氣氛的抽取和冷凝：鋅蒸汽向上部通道揮發(fā)的過程中，溫度逐漸下降并部分凝結(jié)，如果凝結(jié)到帶鋼表面就會影響帶鋼表面質(zhì)量。為此，要及時在低溫區(qū)將鋅蒸汽進(jìn)行抽取并單獨冷凝， 避免其繼續(xù)揮發(fā)影響帶鋼。該方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要額外的抽取設(shè)備，且未達(dá)到抑制鋅蒸汽的效果。

綜合對比上述方式，以“通過加濕后的HN 保護(hù)氣體”來控制爐鼻子處的鋅蒸汽量的方式最為理想，得到普遍使用。 從爐鼻子的底部注入加濕后的HN保護(hù)氣體，使其接近鋅液的表面。注入氣體中的水蒸氣氧化鋅鍋上面的鋅，從而限制了鋅蒸汽的揮發(fā)。

注入加濕后的HN 保護(hù)氣體時， 爐鼻子處的露點必須維持在一定范圍內(nèi)，一般在-15～-20 ℃，根據(jù)不同的工況和當(dāng)?shù)氐臍夂蜻M(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

1.2 技術(shù)比較

國內(nèi)現(xiàn)有的大型熱鍍鋅機組， 采用的加濕系統(tǒng)大多源自外方等技術(shù)成熟的廠家， 其相關(guān)的工藝流程基本一致，詳見圖1，參數(shù)對比見表1。

圖1 典型工藝流程示意圖

表1 國外廠家技術(shù)參數(shù)

由表1 可知， 國外廠家對加濕系統(tǒng)的設(shè)置區(qū)別不大，也能很好地投入到機組生產(chǎn)中。 然而，在長期的運行中，發(fā)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)方面可進(jìn)行改進(jìn)，現(xiàn)一一闡述。

2 技術(shù)優(yōu)化

2.1 干濕氣氛混合優(yōu)化

干氣氛接入加濕系統(tǒng)進(jìn)氣主管后分為兩路：一路要經(jīng)加濕罐后成為濕氣氛，另一路不經(jīng)過加濕罐，為干氣氛。干濕氣氛混合前，因為經(jīng)過加濕罐的保護(hù)氣氛要克服加濕過程中的阻力損失， 致使出加濕罐后壓力大大降低， 而未經(jīng)過加濕罐的氣氛則壓力相對較高，造成二者在混合時不易快速均勻混合完成。

為此，采用兩方面的措施解決上述問題：

（1）在不經(jīng)過加濕罐的氣氛管路上增設(shè)減壓閥；

（2）在干濕氣氛混合處設(shè)置管道混合器。

工藝流程如圖2 所示。

圖2 干濕氣氛混合流程示意圖

2.2 氣氛再加熱

干濕氣氛混合后，一般干球溫度在15～20 ℃，在通入爐鼻尖時，溫度相對于鋅蒸汽溫度太低，造成部分鋅蒸汽易凝結(jié)在帶鋼表面，對質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。為此，在混合后保護(hù)氣體通入爐鼻尖之前，設(shè)置有管道加熱器再加熱， 盡可能減小保護(hù)氣體與鋅蒸汽溫度差。

通過管道加熱器， 最高將保護(hù)氣體加熱到400℃以上后通入爐鼻尖， 既縮小了與爐鼻尖內(nèi)部鋅蒸汽的溫差，同時也提高了保護(hù)氣體的含濕能力，更好地抑制鋅蒸汽的產(chǎn)生。

管道混合器利用可控硅控制功率輸出， 滿足不同工況條件和氣候條件的要求。 管道電加熱器設(shè)置為常開形式，當(dāng)系統(tǒng)停止運行，出氣閥關(guān)閉時，加熱器自動關(guān)閉，防止干燒。

2.3 露點閉環(huán)控制

熱鍍鋅加濕系統(tǒng)可實現(xiàn)露點的閉環(huán)控制， 露點與干濕氣氛流量閉環(huán)控制，在操作界面設(shè)定露點值，干濕氣氛流量自動調(diào)節(jié)，也具備手動調(diào)節(jié)的功能。加濕系統(tǒng)的控制、露點的控制可設(shè)置到操作界面。

首先檢測氣氛參數(shù)， 包括混合前各氣氛的流量、干球溫度、露點溫度，混合后氣氛的總流量、干球溫度及露點溫度；其次，對各混合前氣體進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，設(shè)置流量自動調(diào)節(jié)閥；再次，要對露點控制的模塊升級，增加露點計算的核心數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)對各混合前氣氛的流量自動設(shè)定。 各氣氛管道上的流量調(diào)節(jié)閥動作，按設(shè)定值調(diào)節(jié)流量；最后，混合氣氛露點計算的模塊有自學(xué)習(xí)功能，按照實際檢測的露點溫度對理論計算模型不斷修正，實現(xiàn)最終的精準(zhǔn)快速控制。

加濕系統(tǒng)露點計算核心數(shù)學(xué)模型如下： 本計算按兩種不同露點的氣氛做說明， 事實上兩種以上的不同露點的氣氛計算原理一致。

計算混合氣氛露點核心模塊如下：

上述方程組中，各參數(shù)的意義見表2。

表2 各參數(shù)的意義

數(shù)學(xué)模型計算的干球溫度、 露點溫度以及流量等與混合總管上實測數(shù)值進(jìn)行比較， 對模型的計算參數(shù)進(jìn)行修正， 修正結(jié)果會在下次流量設(shè)定值計算中使用。

通過該項技術(shù)， 可按露點目標(biāo)值快速對各不同露點的氣氛按流量進(jìn)行配比， 在達(dá)到目標(biāo)露點過程中，調(diào)節(jié)精度高，響應(yīng)速度快，避免了按操作經(jīng)驗反復(fù)配比，節(jié)約保護(hù)氣氛用量。 另外，可針對于不同的季節(jié)溫度和生產(chǎn)條件對露點目標(biāo)值快速響應(yīng)， 保障帶鋼生產(chǎn)質(zhì)量。

2.4 除鋅渣裝置

除鋅渣裝置主要有鋅鍋液位檢測系統(tǒng)、除鋅泵、爐鼻尖內(nèi)部導(dǎo)向板與溝槽設(shè)置。 鋅灰泵功率與鋅鍋液位連鎖控制與檢測。

爐鼻子內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)向板和溝槽， 在爐鼻子的內(nèi)部上側(cè)安裝有噴管， 噴管噴入氣流的下沿將帶鋼與鋅液液面的交界處覆蓋， 在爐鼻子的下端內(nèi)設(shè)有溝槽，溝槽底部與爐鼻子與除鋅泵入口管相連，除鋅泵出口管與爐鼻子之外鋅液連通。

該技術(shù)應(yīng)用原理：帶鋼從爐鼻子的內(nèi)部穿過時，噴管噴入加濕的保護(hù)氣氛， 加濕的氣氛噴在帶鋼與鋅液液面的交界處， 一方面含濕的氣體對與帶鋼接觸的鋅液進(jìn)行氧化反應(yīng)，抑制鋅蒸汽的產(chǎn)生。另一方面， 即使?fàn)t鼻子內(nèi)的鋅液在鋼帶的高溫下蒸發(fā)后形成了鋅蒸汽， 但是鋅蒸汽被加濕氣氛裹挾而不易上升，凝結(jié)在爐鼻子內(nèi)壁上。覆蓋在帶鋼的鋅灰及浮在鋅液表面的鋅灰吹向溝槽。 溝槽內(nèi)的含有鋅灰及其他雜質(zhì)的鋅液在吸灰泵的作用下通過泵入口管、泵出口管排出到爐鼻子外的鋅中。

一般除鋅泵為真空葉片泵（含氣動馬達(dá)）兩用一備，流量Q=24～48 m3/h，揚程L=30 m，最大轉(zhuǎn)速n=1 450 r/min，輸出功率2.5 kW，工作溫度460 ℃。

3 結(jié)語

為使熱鍍鋅機組能夠生產(chǎn)出表面質(zhì)量良好，鍍層均勻的產(chǎn)品， 除了前段的工藝設(shè)備將帶鋼張力控制、有效退火、均勻冷卻外，在爐鼻尖出口處精細(xì)化控制露點也很重要，避免功虧一簣。

本文在國內(nèi)大多數(shù)機組的加濕系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)上，通過不斷挖掘深入，提出四個方面的技術(shù)應(yīng)用，以期在現(xiàn)有鍍鋅質(zhì)量的基礎(chǔ)上，能夠做到精益求精。