全氫罩式退火機(jī)組主要設(shè)備問(wèn)題及預(yù)防措施

許 威，滕 云，張春杰，侯延偉

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司鍍錫板事業(yè)部，河北唐山 063200）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)冷軋帶鋼再結(jié)晶退火爐主要分為連續(xù)退火爐和罩式退火爐兩種方式。對(duì)一些具有特殊工藝需求的沖壓鋼，尤其是對(duì)深沖性能帶鋼的熱處理方面，罩式爐更能顯示其優(yōu)越性。罩式退火爐從氮?dú)錉t臺(tái)逐步發(fā)展到目前以全氫和強(qiáng)對(duì)流全氫（HICON/H2）爐臺(tái)為主，業(yè)內(nèi)知名的罩式爐供貨商主要有奧地利EBNER 公司和德國(guó)LOI 公司。主要針對(duì)EBNER 罩式爐在使用過(guò)程中的存在的設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行分析研究。

1 罩式退火機(jī)組工藝及設(shè)備組成

罩式退火工藝步驟主要分為以下步驟：裝爐→冷密封泄漏測(cè)試→吹掃加熱升溫→保溫→熱泄漏測(cè)試→帶罩冷卻→風(fēng)冷→噴淋冷卻（水冷）→吹掃→出爐→終冷臺(tái)冷卻→入平整庫(kù)。罩式退火工藝步驟如圖1 所示。

圖1 罩式退火工藝步驟

罩式爐主要設(shè)備組成分為“三罩一臺(tái)”，即加熱罩、冷卻罩、內(nèi)罩、爐臺(tái)。還包括一些輔助設(shè)備，由終冷臺(tái)、閥站、液壓站、對(duì)流板、廢氣排放系統(tǒng)等組成。罩式爐各組成設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)罩式退火產(chǎn)量、質(zhì)量、安全生產(chǎn)、能耗成本、環(huán)保排放指標(biāo)都有著重要的影響。

2 罩式退火機(jī)組主要設(shè)備問(wèn)題

罩式爐設(shè)備往往在使用過(guò)程中，因設(shè)備老化、功能精度降低等多方面原因，導(dǎo)致設(shè)備故障率高發(fā)，造成機(jī)組生產(chǎn)效率持續(xù)降低、質(zhì)量問(wèn)題等頻繁發(fā)生[4-6]。

2.1 爐臺(tái)使用過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題

爐臺(tái)是罩式爐永久性主體設(shè)備，主要由爐臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散器、底部對(duì)流板、爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)、液壓夾緊裝置及其他附屬部件等組成。由于爐臺(tái)要承受鋼卷及內(nèi)罩的全部重量，因此爐臺(tái)需要具備承載能力、抵抗反復(fù)加熱和冷卻變形的能力；同時(shí)由于爐臺(tái)要與內(nèi)罩形成一個(gè)密封的工作空間，并且要求保證一定壓力，作為鋼卷退火的工作空間，因此要求爐臺(tái)具備密封性好、絕熱性好、蓄熱小以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

在退火過(guò)程中，爐臺(tái)易發(fā)生以下4 個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）在退火過(guò)程中，由于爐臺(tái)密封圈在使用過(guò)程中老化失去彈性、擠壓變形、異常損壞等情況易造成內(nèi)罩與爐臺(tái)之間密封失效，爐內(nèi)氣體外泄造成緊急吹掃，對(duì)爐臺(tái)產(chǎn)量及鋼卷質(zhì)量造成較大影響。

（2）爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)振動(dòng)超過(guò)設(shè)定值，易造成爐臺(tái)停機(jī)，無(wú)法正常進(jìn)行退火，嚴(yán)重時(shí)，持續(xù)振動(dòng)易造成與電機(jī)連接的介質(zhì)管道螺栓松動(dòng)，密封失效泄漏，爐臺(tái)空間壓力降低，發(fā)生緊急吹掃事故。

（3）爐臺(tái)與內(nèi)罩之間液壓夾緊裝置由于長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下工作，使用頻繁，易造成夾緊液壓缸缸體密封磨損、老化，缸體內(nèi)部出現(xiàn)磨損、卡阻情況導(dǎo)致夾緊液壓缸壓頭轉(zhuǎn)動(dòng)不到位或不轉(zhuǎn)動(dòng)，造成壓頭未正常壓下起到壓緊作用；或因密封老化造成缸體發(fā)生內(nèi)泄，夾緊力達(dá)不到，從而導(dǎo)致?tīng)t臺(tái)與內(nèi)罩之間未壓緊，引發(fā)緊急吹掃故障。

（4）鋼卷在組垛過(guò)程中堆垛超過(guò)允許高度，裝爐高度過(guò)高或者鋼卷碼放位置偏斜造成內(nèi)罩筒壁與弧形封頭焊縫連接處被鋼卷頂起產(chǎn)生縫隙，內(nèi)罩與爐臺(tái)之間發(fā)生泄漏。

2.2 加熱罩使用過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題

加熱罩與內(nèi)罩之間形成一個(gè)燃燒室，其主要由鋼結(jié)構(gòu)金屬殼體、爐頂橫梁和導(dǎo)向臂、燃燒系統(tǒng)以及內(nèi)部耐火爐襯組成。在加熱過(guò)程中加熱罩易出現(xiàn)以下3 個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）燒嘴無(wú)法正常點(diǎn)火。罩式爐加熱罩上燒嘴分為上、下兩排，每排4 個(gè)高速燒嘴環(huán)繞在加熱罩上，燒嘴沿內(nèi)罩切向方向布置，保證在加熱的時(shí)候，火焰圍繞內(nèi)罩的外壁形成一個(gè)火焰環(huán)，能對(duì)內(nèi)罩均勻加熱，使?fàn)t溫均勻。往往在加熱過(guò)程中，部分燒嘴出現(xiàn)故障，無(wú)法正常點(diǎn)火，造成升溫速度慢，同時(shí)內(nèi)罩受熱不均，長(zhǎng)期使用，內(nèi)罩筒壁在燒嘴區(qū)域易發(fā)生鼓包變形情況。

（2）加熱罩底部陶瓷纖維密封繩損壞失效，造成加熱罩底部溫度過(guò)高。加熱罩底部設(shè)備如夾緊液壓缸在高溫環(huán)境內(nèi)長(zhǎng)期工作壽命縮短，易發(fā)生各類故障，同時(shí)密封損壞后，外部空氣進(jìn)入燃燒室，會(huì)增加高溫燃燒時(shí)氮氧化合物（NOx）的產(chǎn)生，使得煙氣內(nèi)氮氧化合物指標(biāo)超標(biāo)。

（3）加熱罩內(nèi)部耐火陶瓷纖維內(nèi)襯發(fā)生開(kāi)裂、粉化塌陷甚至脫落時(shí)，隔熱效果將會(huì)大幅降低，加熱罩外殼溫度升高，對(duì)加熱罩外部線纜及設(shè)備造成較大影響，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致加熱罩無(wú)法使用。

2.3 內(nèi)罩使用過(guò)程中易出現(xiàn)的問(wèn)題

生產(chǎn)時(shí)內(nèi)罩位于組垛的鋼卷與加熱罩之間，通過(guò)內(nèi)罩對(duì)鋼卷進(jìn)行間接加熱或冷卻。罩退內(nèi)罩筒身及頂部封頭主要采用耐熱不銹鋼309S 焊接而成，底部法蘭與內(nèi)罩焊接成一體，目前主流內(nèi)罩大多采用筒壁橫波紋設(shè)計(jì)，一方面能夠保證水能均勻并穩(wěn)定地布滿整個(gè)內(nèi)罩，另一方面可以提高抵抗徑向熱變形能力，提高內(nèi)罩使用壽命，增加傳熱面積，縮短加熱和冷卻時(shí)間，從而提高爐臺(tái)小時(shí)產(chǎn)量。罩退現(xiàn)場(chǎng)新舊內(nèi)罩實(shí)物如圖2 所示。

圖2 罩退現(xiàn)場(chǎng)新舊內(nèi)罩實(shí)物

（1）在退火過(guò)程中，內(nèi)罩長(zhǎng)期在冷卻→高溫加熱→冷卻狀態(tài)下工作，冷熱狀態(tài)變化頻繁，極易產(chǎn)生熱疲勞和腐蝕，使得內(nèi)罩頂部封頭及內(nèi)罩筒壁腐蝕變薄，變薄位置強(qiáng)度降低發(fā)生凹陷變形甚至直接穿孔。

（2）內(nèi)罩頂部的吊環(huán)肋板在上述環(huán)境中腐蝕變薄，強(qiáng)度降低，頂部吊環(huán)與內(nèi)罩頂部封頭上焊接的連接立板脫開(kāi)，內(nèi)罩在吊運(yùn)過(guò)程中易發(fā)生跌落，有砸壞周邊設(shè)備及人員的安全隱患。

（3）由于煤氣或者助燃空氣壓力波動(dòng)，以及點(diǎn)火電極或電磁閥故障等情況，會(huì)造成個(gè)別燒嘴點(diǎn)不著火或者點(diǎn)火后熄火，會(huì)造成內(nèi)罩整體溫度的不均勻，局部溫度較其他部位偏高，內(nèi)罩筒壁在長(zhǎng)期存在比較大的溫度梯度的情況下，受高溫和應(yīng)力的綜合作用，容易使內(nèi)罩材料的高溫蠕變強(qiáng)度降低，很容易導(dǎo)致內(nèi)罩筒壁正對(duì)燒嘴區(qū)域發(fā)生凹凸不平、膨脹的情況。嚴(yán)重時(shí)內(nèi)罩在吊運(yùn)過(guò)程中膨脹部位會(huì)損壞加熱罩內(nèi)襯，內(nèi)罩無(wú)法繼續(xù)使用（圖2b為燒嘴區(qū)域膨脹鼓包情況，白色為內(nèi)罩膨脹鼓包部位與加熱罩耐材發(fā)生剮蹭痕跡）。

3 預(yù)防措施

3.1 針對(duì)爐臺(tái)的設(shè)備管理及維護(hù)

（1）加強(qiáng)對(duì)爐臺(tái)液壓夾緊裝置的檢查。每3～4 個(gè)退火周期手動(dòng)檢查一次爐臺(tái)液壓夾鉗動(dòng)作執(zhí)行情況，包括夾緊裝置壓頭是否擺動(dòng)到位、轉(zhuǎn)動(dòng)缸體是否存在泄漏等情況，對(duì)有問(wèn)題的液壓夾鉗及時(shí)更換處理并更換記錄。同時(shí)定期查看爐臺(tái)日志信息，檢查是否存在液壓泄漏補(bǔ)壓等報(bào)警信息，做到提前檢查處置。

（2）加強(qiáng)對(duì)爐臺(tái)密封圈的檢查更換。結(jié)合爐臺(tái)密封圈的使用情況制定更換周期，同時(shí)注意爐臺(tái)密封圈異常損壞時(shí)的調(diào)查跟蹤。在工藝控制上要定期對(duì)爐臺(tái)表面殘油、殘鐵等雜物進(jìn)行清理，防止異物壓入損壞密封圈，同時(shí)對(duì)剛換罩的加熱罩嚴(yán)格進(jìn)行管控，放在專門(mén)的放罩區(qū)域，不允許將高溫?fù)Q罩下來(lái)的加熱罩直接扣在爐臺(tái)上，燙壞爐臺(tái)密封圈。

（3）加強(qiáng)對(duì)爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)的振動(dòng)情況檢查。根據(jù)爐臺(tái)振動(dòng)監(jiān)控曲線、劣化趨勢(shì)及現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢電機(jī)軸承等部位制定爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)更換及維修保養(yǎng)計(jì)劃。在退火過(guò)程中應(yīng)關(guān)注爐內(nèi)壓力波動(dòng)及H2消耗情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并組織人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管網(wǎng)及爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)電機(jī)接口部位進(jìn)行泄漏檢查。

（4）嚴(yán)格執(zhí)行裝爐組垛管理規(guī)定。組垛高度不能超過(guò)內(nèi)罩允許高度，同時(shí)鋼卷在爐臺(tái)組垛位置與中心線偏差不宜超過(guò)100 mm。

3.2 針對(duì)加熱罩的設(shè)備管理及維護(hù)

（1）定期對(duì)加熱罩助燃風(fēng)機(jī)過(guò)濾網(wǎng)及加熱罩煤氣管道電磁閥、爐臺(tái)煤氣主閥門(mén)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行清理，保證煤氣及空氣供應(yīng)流量，減少因?yàn)榱髁康驮斐蔁o(wú)法點(diǎn)火或點(diǎn)火后熄滅問(wèn)題。

（2）每班由罩式爐操作人員對(duì)加熱罩不能點(diǎn)火燃燒的燒嘴進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，并反饋給機(jī)電點(diǎn)檢人員進(jìn)行及時(shí)處理恢復(fù)。點(diǎn)火電極是燒嘴的重要部件，直接關(guān)系到是否能將混合的煤氣與空氣點(diǎn)燃，在使用過(guò)程中，點(diǎn)火電極易出現(xiàn)短路、接地及表面碳化的現(xiàn)象，需要針對(duì)有問(wèn)題的點(diǎn)火電極及時(shí)更換以免燒嘴點(diǎn)不著，影響加熱罩點(diǎn)火升溫，同時(shí)也避免內(nèi)罩加熱時(shí)受熱不均。

（3）加強(qiáng)對(duì)加熱罩燃燒情況進(jìn)行管控。通過(guò)對(duì)加熱罩升溫時(shí)間及燃燒火焰、廢氣氧含量進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)使用便攜式壓力計(jì)測(cè)量煤氣壓力和空氣壓力值，調(diào)節(jié)煤氣控制閥及空氣閥到合適開(kāi)度，使煤氣與空氣處于完全燃燒狀態(tài)，殘氧量控制在4%～5%，有助于降低燃燒期間產(chǎn)生的NOx 含量。

（4）加強(qiáng)對(duì)加熱罩外部殼體溫度進(jìn)行檢查。加熱罩外殼平均溫度不應(yīng)超過(guò)40 ℃，加熱罩頂部及燒嘴區(qū)域溫度應(yīng)不超過(guò)75 ℃。當(dāng)加熱罩燒嘴區(qū)域殼體溫度異常增高時(shí)，需要安排對(duì)該加熱罩內(nèi)部耐材情況進(jìn)行檢查，必要時(shí)對(duì)加熱罩內(nèi)襯耐火材料進(jìn)行修復(fù)或更換。加熱罩底部密封圈區(qū)域需要加強(qiáng)點(diǎn)檢測(cè)溫，當(dāng)溫度超過(guò)50 ℃時(shí)，應(yīng)當(dāng)組織對(duì)加熱罩底部密封圈進(jìn)行檢查更換。

3.3 針對(duì)內(nèi)罩的管理及維護(hù)

（1）加強(qiáng)對(duì)內(nèi)罩頂部封頭及吊環(huán)狀態(tài)的檢查與修復(fù)。內(nèi)罩使用過(guò)程中應(yīng)每隔2～3 個(gè)月就需要對(duì)內(nèi)罩頂部吊環(huán)與內(nèi)罩連接情況進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括吊環(huán)肋板腐蝕情況、封頭上立板腐蝕情況、肋板與立板連接的銷軸脫落情況等。發(fā)現(xiàn)腐蝕變薄、強(qiáng)度降低或者肋板與立板脫開(kāi)情況應(yīng)停用內(nèi)罩并進(jìn)行修復(fù)。可根據(jù)內(nèi)罩高度制作專用的檢修平臺(tái)，方便維修人員直接到達(dá)內(nèi)罩封頭處進(jìn)行修復(fù)，保障作業(yè)安全。

（2）加強(qiáng)對(duì)內(nèi)罩筒壁厚度及表面狀況進(jìn)行檢查監(jiān)控。內(nèi)罩設(shè)計(jì)厚度一般設(shè)計(jì)頂部弧形封頭厚度為8 mm，內(nèi)罩波紋筒壁厚度為6 mm。頂部封頭及燒嘴區(qū)域筒壁厚度應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量（測(cè)量時(shí)應(yīng)選擇測(cè)量點(diǎn)必須具有金屬光澤，沒(méi)有氧化層的部位），每3 個(gè)月應(yīng)對(duì)內(nèi)罩進(jìn)行一次測(cè)量。測(cè)量部位厚度在低于4 mm 時(shí)，繼續(xù)使用時(shí)間應(yīng)不超過(guò)600 h。每個(gè)退火周期結(jié)束后，應(yīng)對(duì)內(nèi)罩表面進(jìn)行檢查，對(duì)明顯的膨脹鼓包、凹坑變形等表面狀況進(jìn)行確認(rèn)，提前制定維修計(jì)劃。

（3）加強(qiáng)對(duì)內(nèi)罩的修復(fù)管理。針對(duì)日常檢查情況制定修復(fù)計(jì)劃，對(duì)于需要返廠修復(fù)的內(nèi)罩做好登記，標(biāo)注好下線時(shí)間、修復(fù)具體內(nèi)容、修復(fù)檢測(cè)報(bào)告等身份信息，方便后續(xù)跟蹤使用情況。同時(shí)應(yīng)根據(jù)使用壽命提前備好新的內(nèi)罩備件，循環(huán)修復(fù)，避免集中修復(fù)，無(wú)內(nèi)罩備件影響罩式爐正常生產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)掌握罩式爐關(guān)鍵設(shè)備的使用狀況及存在的典型問(wèn)題，不斷提升罩式爐設(shè)備管理及維護(hù)水平，并進(jìn)行有預(yù)防的維修保養(yǎng)，能夠有效的延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備故障的發(fā)生，對(duì)提高罩式爐的產(chǎn)量、質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、安全風(fēng)險(xiǎn)等方面都有重要的意義。