全氫罩式爐退火工藝優化的應用實踐

張淑娟 袁紹霞 韓薈謹 王曉燕

(1:山東勞動職業技術學院 山東濟南250022;2:濟鋼冷軋板廠 山東濟南250000)

1 引言

全氫罩式退火爐是目前理想并廣泛應用的冷軋鋼退火設備，其生產的產品具有三大特點:一是產品表面質量高;二是產品成品生產率高;三是機械性能好［1－5］。冷軋鋼經全氫罩式爐退火后消除了因冷軋變形產生的冷作硬化和內應力，細化了晶粒，使帶鋼具有良好的塑性、韌性等機械性能和光亮的表面［2］。但運用全氫罩式爐對冷軋鋼進行退火處理時易出現燒嘴變形、空煤比無法精確控制、煤氣電磁閥工作不正常、產品出現粘結等問題。本文對全氫罩式退火爐的工藝流程及燃燒系統進行了分析，針對全氫罩式爐在進行處理時設備及產品易出現的問題提出了針對性的改造措施和優化方案，并經過實際驗證，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

2.1 退火工藝流程

全氫罩式爐的主體設備包括爐臺、內罩、冷卻罩和加熱罩等，整個退火工藝過程包括加熱、保溫、冷卻三個過程。

其退火工藝過程為:首先將帶鋼分垛裝爐，扣內罩并鎖緊;進行冷密封測試以確保氫氣不泄漏;進行氮氣吹掃，將內罩里的空氣用氮氣置換;吊裝加熱罩，進行氫氣吹掃，用氫氣完全置換氮氣;加熱罩點火，加熱內罩中的鋼卷;使帶鋼在全氫氣氛下退火，將鋼卷溫度加熱到設定溫度(一般不超過700℃)溫度保持一段時間;在均熱結束前，自動進行熱密封測試;停止加熱后自然冷卻一段時間，達到一定溫度后移走加熱罩;吊裝冷卻罩，進行風冷，達到一定溫度后用水快速冷卻;進行氮氣吹掃，將內罩內的氫氣用氮氣置換;移去冷卻罩;移去內罩;爐臺卸料。

全氫罩式爐的退火工藝流程簡圖如圖1 所示。

圖1 退火工藝流程

2.2 燃燒系統

全氫罩式退火爐的燃燒系統設備主要包括燒嘴、煤氣管路、空氣管路等。每個燒嘴都配有點火電極和UV 火焰監測裝置，并配備故障聲光報警。為節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，速度場均勻，火焰長度適中，防止回火。

3 全氫罩式退火爐生產中存在的問題及優化

3.1 燒嘴變形分析及優化措施

全氫罩式退火爐在使用過程中易出現燒嘴變形嚴重現象，導致加熱過程中燒嘴關閉，燃燒工況的不穩使退火過程的溫度發生波動，嚴重影響了帶鋼的質量和性能。

經過分析，鋼廠罩式退火爐采用的是混合煤氣，煤氣熱值波動較大，造成燒嘴局部過燒和變形。使煤氣的傳播速度小于火焰的傳播速度，易造成回火現象，在內罩上形成過熱區，影響鋼卷的加熱及其性能。因此對燒嘴易損壞的噴嘴的部分的材料進行了優化，加大了耐熱不銹鋼中鎳含量。實施后，煤氣的消耗量降低，縮短了加熱時間，提高了燒嘴的耐熱性和工作效率，改善了鋼卷的性能。

3.2 帶鋼粘結及優化措施

由退火工藝可知［2，6－8］，鋼卷在爐內的高溫下需要加熱和保溫十幾個小時，鋼卷的層與層間會出現一定程度的粘結現象，粘結處已發生凸起變形或者撕裂，導致帶鋼表面出現表面粗糙、折印等嚴重缺陷，降低了帶卷成材率。之所以會產生粘結，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，鋼卷表面產生氧化還原反應，與其它表面產生粘結。通過深入分析鋼卷在各階段的溫度和壓力的變化規律，就可以找到防止粘結的方法。

經過分析，帶鋼在退火過程中退火溫度越高，原子擴散能力越強，越易產生粘結;溫度引起的熱膨脹也會加大板間壓力，徑向壓力越大，鋼板間微觀接觸面積越大，越容易產生粘結;高溫高壓下鋼板間接觸時間越長，越容易粘結。帶鋼表面清潔度和保護氣體的純度也是產生粘結的關鍵因素［2］。

綜上所述，防止粘結可采取的主要措施有:為避免冷卻速度過快導致帶卷的內外溫度差大形成的壓應力增大現象，可在退火工藝的冷卻階段改善退火工藝，即在冷卻開始階段降低冷卻速度，冷卻時采用帶加熱罩冷卻，然后進行風冷和水冷;其次是合理選配乳化液和設定適當的噴吹壓力，以清潔帶鋼表面，減少殘余物質;最后也可使用高純度的氫氣徹底吹掃內罩，吹掃時把氫氣的流量減少，把吹氫時間從原來的延長;把原來的固定吹氫改為氫氣保壓狀態，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。優化后，粘結造成的次品率明顯降低，同時因為延長了吹氫時間，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 煤氣過濾裝置問題及優化措施

生產中，燒嘴在關斷狀態下火焰監測器仍然能夠監測到燒嘴仍在燃燒的不正常現象。經對燒嘴及煤氣支路進行拆檢后發現，高溫下電磁閥線圈老化和煤氣中細小灰塵未清除干凈，是煤氣電磁閥關閉不嚴或UV 火焰監測裝置無法正常工作的主要原因。

綜合以上分析，決定對煤氣的過濾裝置進行優化:把價格高昂的進口煤氣聚酯過濾網換成定制的氣體過濾棉，并在過濾棉中添加細小的金屬網。使用一定的周期后對氣體過濾棉進行高壓水沖洗，經過簡單的處理后的氣體過濾棉還能循環使用，大大降低了生產材料的成本，同時保證了過濾效果。

3.4 煤氣檢測裝置問題及優化措施

煤氣主閥是連接煤氣管道和加熱罩的重要閥門，在現場缺少煤氣檢漏裝置，存在安全隱患。可選用德國某公司的煤氣泄漏保護器TC410－1K對其進行優化，該保護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，泄漏檢測程序流程圖如圖3。

3.5 “空煤比”的控制及優化措施

圖2 檢測原理圖

圖3 泄漏檢測程序流程圖

使用的ON/OFF 控制的燒嘴，由煤氣和空氣電動閥的開度來實現“空煤比”的控制。通過監測殘氧含量對空氣壓差進行微調。試驗測定，殘氧含量達到最佳值4%，煤氣的燃燒效率最高。

同時，可如下改進:當殘氧含量大于8%或小于0.5%時，設置一個專項的反饋報警系統，對煤氣和空氣的電動閥門進行手動調節。

4 結論

通過深入分析某鋼廠罩式退火爐運行中存在的問題，針對性的提出了工藝優化方案，經實踐驗證方案可行并取得了較好效果，提高了設備運行的安全性和可靠性，降低了生產消耗，提高了產品質量，對國內同類型機組有一定借鑒意義。

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