一種新型帶鋼烘干裝置在固溶生產線的應用

馮 鐵，劉金富

(1.寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900；2.寶鋼德盛不銹鋼有限公司固溶廠，福建 福州 350601)

?

一種新型帶鋼烘干裝置在固溶生產線的應用

馮 鐵1，劉金富2

(1.寶鋼工程技術集團有限公司，上海 201900；2.寶鋼德盛不銹鋼有限公司固溶廠，福建 福州 350601)

由于鋼帶表面狀況及鋼帶烘干機裝置的結構，影響傳統鋼帶烘干機的烘干效果及設備使用。本文設計了一種新型鋼帶烘干裝置，介紹了該烘干機裝置的組成部分、結構特點及其主要參數。并根據寶鋼某熱帶固溶生產線的實際工況及參數條件，對比了該烘干機的理論參數和實際參數， 說明該裝置烘干效果良好，具備高效、節能的優點。

帶鋼；烘干裝置；熱交換

0前言

寶鋼某固溶生產線主要是對熱軋不銹鋼帶鋼進行連續退火、酸洗處理。帶鋼經退火爐加熱退火后需要通過快速冷卻至室溫，快速冷卻過程一般為：空冷-霧冷-水冷。水冷后帶鋼上、下表面往往殘存大量的水分，因此位于水冷區域出口處一般設有一套烘干裝置，用于對水冷后帶鋼上下表面剩余水分進行烘干處理。目前大多烘干裝置均采用蒸汽加熱熱風烘干方式，其基本工作原理是：利用蒸汽介質通過熱交換器內部的多排波紋晶管循環后，使晶管加熱，實現熱交換功能，經過循環熱交換后的蒸汽變成冷凝水排出。風機的出風經過熱交換器并經其內部熱晶管的加熱作用變為熱風。熱風被輸送到位于箱體內的幾組上、下風刀，通過風刀的出風刀口對帶鋼上、下表面進行熱吹掃，實現烘干處理功能。為便于熱風反復循環使用，烘干機箱體一般同時設有吸風口，通過與之相連的吸風管，箱體內的熱風再由此回流到風機，實現熱風往復加熱循環。

通常狀況下，經退火加熱及冷卻后的帶鋼表面狀況會對影響烘干效果及設備使用。如：帶鋼上、下表面存有大量的氧化鐵皮粉塵，大量粉塵聚集在烘干機箱體底部，被設置在底部的風機吸風口吸入并長期聚集在吸風管甚至風機內部，造成堵塞，影響吸風流量及出風流量，進而影響烘干效果；若烘干機的風刀出風刀口距離帶鋼表面較遠，使刀口吹掃熱風的凝聚性變差，影響吹掃烘干的效果；帶鋼經過退火加熱及冷卻后往往表面凹凸不平、邊浪翹曲十分嚴重，翹曲的邊浪經常刮傷風刀，造成風刀損壞，影響烘干吹掃效果；由于翹曲嚴重的帶鋼經常在上表面形成一定的凹坑效應，局部會有大量聚集性水，常規的熱風烘干無法對聚集性的水實現有效的烘干處理。

因此，本文設計了一種新型烘干裝置，既能夠達到良好烘干效果，又具備高效、節能的顯著優點。

1 新型帶鋼烘干裝置的工藝

若采用常規烘干處理工藝，很難在較短的時間內將帶鋼表面的聚集性水分烘干。因此通常先采用機械性擠壓處理的方式(如：擠干輥擠干)將帶鋼表面聚集性自由狀態的水去除，然后帶鋼上、下表面僅以非自由狀的水跡狀態進入烘干機進行烘干處理。對于較厚較硬的熱軋不銹鋼原料帶鋼，退火后帶鋼邊浪翹曲十分嚴重，采用擠干輥擠干的方式，沿帶鋼寬度方向往往不能保證全部壓緊，擠干效果受到影響，而且擠干輥的襯膠表面極容易被帶鋼翹邊刮傷。因此寶鋼某廠通過在烘干機入口處設置2組吹掃風刀的強力吹掃，可以去除帶鋼上、下表面自由狀態的水分，特別是板帶上表面凹坑效應所產生的聚集性水，再通過烘干機箱體內部4組烘干風刀將剩余的水跡烘干。該烘干處理工藝如圖1所示。

圖1 烘干處理工藝簡圖Fig.1 Drying process diagram

2 烘干裝置的結構組成及功能特點

新型的烘干裝置結構如圖2所示。新型烘干機箱體內4組風刀均為“一”字型風刀，刀口處在一條直線上，便于在刀口入口方向增加托輥以有效保護風刀。風刀設計成紡錘形結構，風刀刀口在托輥出口處，且距離輥面一定高度，托輥使風刀刀口的噴射靶距縮短，即使板帶邊浪翹曲嚴重，在相對較少的風量、風壓條件下也能夠達到良好的烘干效果。實際證明：為避免被板帶擦傷，沒有托輥保護時刀口的噴射靶距最少是有托輥的2倍，熱風凝聚性變差，嚴重影響帶鋼表面的烘干效果。

傳統烘干機一臺風機同時集中供風給多組風刀，而新型烘干機采用單獨供風的方式，每臺風機出風通過各自的出風道經過各自的熱交換器加熱后，再由各自的分叉風道對其相應的1組上、下風刀供風。分叉風道的軸測效果圖如圖2所示，進風口通流截面為矩形，與熱交換器接口對應；出風口為兩個圓孔與對應組的2個風刀進風接口連接。這種“天圓地方”的漸變通流結構，使熱風經過分叉風道時其壓力、流量幾乎沒有損耗。相比傳統“一供多”的分配風箱出風結構，烘干機的供風、出風系統更加高效、節能。采用單獨供風方式，可以根據季節環境溫度的狀況或實際現場需求來選擇性地投用、停用若干臺風刀風機，在滿足烘干效果同時，烘干機可以在低負荷的狀態下運行。因此新型烘干機總的裝機容量還是遠低于常規烘干機。

為解決烘干機箱體底部灰塵容易聚集的問題，該烘干機箱體的2個吸風口設置在箱體上部，且箱體相對常規烘干機設計較高，保證吸入的灰塵減少到最小程度。同時使吸入的風具有較高的熱量，更加利于往復加熱循環，確保熱風始終在較高溫度下循環使用，從而保證了烘干效果。位于箱體入口處的吸風口供入口2臺風刀風機共同使用；位于箱體出口處的吸風口供出口2臺風刀風機共同使用。吸入的風經由每個吸風口再經由各自的吸風道，最后分別通過吸風道下部兩側的吸風管由分別與兩側吸風管連接的風刀風機吸入，實現了往復循環。吸風底部設置為積灰斗，少量的灰塵吸入后在此收集沉淀，通過拆卸積灰斗下方的盲板定期清灰。兩側風機的吸風管分別與吸風道下方兩側的吸風口連接。風機的吸風管為3通結構，其中的2通接口分別與風機的吸風接口及吸風道相應側吸風口連接，第3通為自由接口，該接口設有插板閥。板帶在烘干機內部烘干后，在箱體內會留存較多的水汽。通過調節插板閥開口來調節吸入外界新風的流量，既可以滿足熱風往復循環以確保足夠的烘干溫度，也能夠避免烘干機內部長時間無足夠的新風補入所造成的水汽環境。

圖2 烘干裝置結構圖Fig.2 Drying device structural diagram

3 主要性能參數設計

3.1 現有工況條件及參數

現有蒸氣介質溫度 130 ℃

帶鋼厚度 2.6 mm

帶鋼最大寬度 1 010 mm

帶鋼最大運行速度 27 m/min

3.2 烘干熱風溫度參數

進風溫度為10 ℃，現場當地一年最低環境溫度。熱風溫度根據現有蒸氣溫度130 ℃，經過熱交換后最大出風溫度設為 120 ℃。熱風吹掃后帶鋼加熱的最高溫度70 ℃。

3.3 烘干熱風壓力參數

P=P0+PZ+PL=4 812 Pa

式中，P為熱風入口壓力，即風機排壓；P0為熱風出口壓力，即風刀出口熱風壓力，P0=12ρ空υ2= 4 712 Pa；ρ空為熱空氣密度，120 ℃熱空氣密度約為0.9 kg/m3；υ為熱風出口速度，m/s，υ=υxsinθ；υx為沿帶鋼水平方向熱風吹掃速度，對于氧化鐵皮的粉塵，使之與熱風沖撞分散充分，υx取值范圍為20～40 m/s[1]，本文取υx=35 m/s；θ為風刀吹掃方向與帶鋼夾角，20°；PZ為熱交換器空氣阻力，選型SRZ型熱交換器，查得：PZ≈100 Pa；PL為沿途管路阻力，可忽略不計。

3.4 烘干熱風風量參數

帶鋼表面烘干處理過程主要分為兩個部分：一是熱風烘干帶鋼上下表面的殘余水分；二是熱風將帶鋼本身加熱至熱風吹掃后的溫度。因此所需熱風風量為

V=V0+V1

式中，V為熱風總風量，m3/h；V0為烘干帶鋼上、下表面水分所需風量，m3/h；V1為將帶鋼本身加熱至熱風吹掃后的溫度所需風量，m3/h。

首先測算帶鋼在烘干處理前上下表面含水量。退火后的帶鋼上、下表面存有較多的氧化鐵粉，該氧化鐵粉作為含水附加層存在，帶鋼表面水跡的水分實際上幾乎全部存在于上下含水附加層中，如圖3所示。

圖3 帶鋼含水附加層構成模型Fig.3 Structural model of additional layer containing water on the strip

根據現場實際情況，上、下含水附加層厚度約為0.2 mm，因此含水附加層總厚度為0.4 mm。水分體積含量約占整個附加層體積的30%～50%，本文取40%。因此，帶鋼水分含量為

W水=ρ水eA×40%=0.743 kg

式中，ρ水為水的密度,1 000 kg/m3；e為含水附加層厚度，0.4×10-3m；A為干燥面積，A=3.5×1.3=4.55 m2,根據現場現有空間設計整個烘干機箱體內腔長度為3.5 m，帶鋼寬度為1.01 m，考慮到帶鋼跑偏因素等，為確保安全，干燥寬度取1.3 m。

參考相關文獻，環境溫度為10℃，相對濕度為80%，經120 ℃熱風吹掃處理后等于帶鋼加熱后的溫度70 ℃。比條件下干燥1 kg水所需風量為55.6 kg。

烘干帶鋼上下表面水分所需風量為55.6×0.743= 41 kg。折算成單位小時體積風量為V0=41/ρ空t，t為干燥時間，烘干機箱體內腔長度為3.5 m，生產線速度為27 m/min，因此t=3.527×60=0.0022 h。

V0=41/(ρ空t)=410.9×0.0022=20.7×103m3/h

V1的計算可根據熱平衡方程式進行，即熱風加熱帶鋼損失的熱量等于帶鋼吸入的熱量。即

Q空=Q鋼

式中，Q空為熱風損失的熱量，Q空=W空c空(T2-T1)，W空為熱風質量，W空=1 283.41.026×(120-70)=25 kg；c空為熱空氣比熱容，120℃空氣比熱容為1.026 kJ/kg·℃，T2為熱風初始溫度，120℃；T1為吹掃后熱風溫度，70℃；Q鋼為帶鋼吸入的熱量，Q鋼=W鋼c鋼(T1-T0)=1 283.4 kJ；W鋼為帶鋼質量，干燥面積A為4.55 m2，帶鋼厚度h為2.6×10-3m，因此帶鋼質量W鋼=7.85×103×4.55×2.6×10-3=93 kg。c鋼為鋼的比熱容，取0.46 kJ/kg·℃；T1為帶鋼加熱溫度；70℃，T0為水冷后帶鋼初始溫度，40℃。

因此，單位小時體積風量為

V1=25/ρ空t=12.7×103m3/h

總烘干風量為

V=(20.7+12.7)×103=33.4×103m3/h

本烘干機為4臺風機單獨供風形式，因此每臺風機排量為V/4=8.35×103m3/h。

3.5 熱交換器參數

現有蒸氣介質溫度 130℃；

進風溫度 10℃；

加熱后出風溫度 120℃；

每臺交換器處理的熱風風量 8.35×103m3/h；

3.6 理論和實際參數對照及分析

烘干機理論參數和實際選型參數比對見表1。

表1 理論參數和實際參數對比表

根據對比結果來看：風機風壓理論和實際數值基本相同，說明吹掃風速大小的確定與實際狀況基本符合；但是風量的數值兩者有所差異，主要原因是計算只是考慮了熱風烘干的強制對流及熱傳導的傳熱方式，沒有考慮到實際存在的箱體內部自然對流、熱擴散等傳熱因素，因此實際所需烘干風量略小于理論測算值，同樣滿足烘干要求。

4 應用效果

新型烘干機于2013年在該固溶廠投產，與原設備使用效果相比，帶鋼上、下表面全部烘干，而原有設備烘干率僅為40%左右；新設備的裝機容量僅為30 kW，為原裝備(75 kW)的40%。因此，該新型烘干機通過實際應用，充分驗證了其高效節能的顯著優勢，值得在帶鋼烘干等板帶處理產線上大力推廣應用。

[1] 劉廣文.干燥設備設計手冊[M].北京：機械工業出版社,2009.

[2] 胡宗武.非標準機械設備設計手冊[M].北京：機械工業出版社,2002.

[3] 陶全貴.我國干燥設備行業現狀及發展建議[J].河南化工,2005(05).

[4] 桐榮良主編.干燥裝置手冊[M].上海： 上?？茖W技術出版社, 1983.

[5] 史美中，王中錚.熱交換器原理與設計[M].南京：東南大學出版社,2014.

[6] 錢樹德 顧芳珍.干燥過程中的節能方法[J].化工進展，1988(02).

[7] 岑軍健，趙菊初.非標準設備設計手冊[M].北京：國防工業出版社，1978.

[8] 潘永康.干燥過程特性和干燥技術的研究策略[J].化學工程，1997(03).

A new type strip drying device and its application on the annealing plant

FENG Tie1，LIU Jin-fu2

(1.Baosteel Engineering & Technology Grop., Ltd.,Shanghai 201900, China；2.Baosteel Desheng stainless steel Ltd.Annealing plant, Fuzhou 350601, China)

As the strip surface is abnormal of some annealing plant, the general strip drying device is usually not fit for this bad condition, whose drying effect and equipment performance is affected. In this article, presentation about a new type drying device’s structural specialty and dissertation of this device’s novelty and advanced characteristic by presenting its main components. Based on some actual working condition and related parameter of an hot anneal pass line of the Baosteel, contracting the theoretical parameters and actual parameters, the device’s perfect drying effect is shown with lower energy consumption and higher efficient.

strip；drying device；heat exchange

2014-06-04；

2014-09-02

馮鐵(1974-)，男，寶鋼工程技術集團有限公司工程師。

TF351.4

A

1001-196X(2015)01-0027-05