強對流全氫罩式爐工藝控制及緊急吹掃應對措施

蔣曉剛， 徐其亮， 程曉娟， 吳咸圣

(1.首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司冷軋部，河北 唐山 063200；2.首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司制造部，河北 唐山063200）

目前，世界上冷軋帶鋼再結晶退火采用的爐型有連續退火爐和罩式退火爐兩種方式。罩式退火爐按保護氣體分類分為氮氫型罩式爐和全氫型罩式爐。京唐罩退采用強對流全氫罩式退火爐，退火類型為再結晶光亮退火。

京唐罩式爐的技術特點為強對流及全氫，罩式爐退火參數一般都由二級模型計算后下發爐臺執行。由于氫氣在一定條件下會爆炸，因此生產安全要求十分嚴格。當系統判定發生氣密性問題時，爐臺將自動啟動緊急吹掃，以保證生產安全。

1 罩式退火工藝制度的確定

制定罩式爐退火工藝制度時要綜合考慮生產組織、成本控制、質量控制等因素，各個鋼廠的情況有所不同，但大體包括以下幾個方面。

1.1 加熱速度

室溫到400℃階段，幾乎所有的鋼廠都采用全功率加熱模式。此階段加熱速率對鋼卷性能無影響，快速加熱有利于縮短生產周期，并降低綜合能耗成本。

從400℃加熱到保溫溫度，各個鋼廠的工藝控制有所不同。部分鋼廠采用大功率（非全功率）快速升溫，以縮短生產周期，并降低綜合能耗成本；更多的鋼廠對該階段的加熱速率進行控制，加熱速率一般按照30-50℃/h控制。京唐罩式爐的加熱速率為40℃ /h。

1.2 冷卻速度

鋼卷的冷卻速度對性能影響很大，另外，冷卻速度也是影響粘結缺陷的一個重要因素。冷卻階段一般包括帶加熱罩冷卻、風冷、水冷階段。如鋼卷粘結缺陷較嚴重或者沖壓開裂問題較多，可考慮增加帶罩冷卻階段的時間；水冷階段的起始溫度一般在380℃左右，如鋼卷粘結缺陷較多，可考慮進一步下調水冷階段的起始溫度。

1.3 出爐溫度

出爐溫度的要求，根據各個鋼廠情況不同區別很大。一般來講，在不影響質量的前提下，盡量提高出爐溫度，有利于提高產量、降低能耗。鋼卷出爐后，在放置冷卻過程中，如發生氧化色、端部銹蝕等缺陷，說明出爐溫度偏高，此時應立即降低出爐溫度。另外，應控制鋼卷在平整機的上線溫度不超過50℃，如不能通過其他措施保證，則也應降低出爐溫度。

1.4 組垛原則

每個鋼廠不盡相同，但通常包含如下幾個方面：①不同鋼種盡量不混裝，如確實不方便組垛，可用對沖壓性能無要求的普板與其他鋼種混搭。②卷徑小的放上面，卷徑大的放下面；卷徑相差不大時，厚規格放下面，薄規格放上面。③如來料未脫脂，須在400℃增加2小時保溫時間，以使得乳化液充分揮發。④二次退火卷或者計劃外鋼卷，按特殊要求組垛。⑤目測外觀存在塔形的鋼卷，必須放在堆垛最上方。⑥若來料嚴重溢出邊(≥5mm)，可甩料并上報工程師。

組垛操作方面，可分為人工組垛和二級模型組垛。在模型堆垛方面，吳鳴[1]以最小化堆垛數和最大化爐臺生產效率為目標，提出了堆垛優化方法，可用于指導實際生產。

2 罩式退火工藝流程及典型退火曲線

正常的操作程序是通過計算機進行控制的，其基本工藝流程圖如下：

圖1 罩式退火基本工藝流程圖

圖2 典型退火工藝曲線

不同鋼種的退火制度差別很大，但整體構成上都包括加熱、保溫、冷卻階段。加熱階段中，400℃以下為全功率加熱，400℃以上為限速加熱（不同鋼廠速度有所不同）；熱點溫度與氣氛溫度一致；冷卻階段包括帶加熱罩冷卻（帶罩冷卻非必需，根據情況確定是否保留）、風冷、水冷階段。典型鋼種的退火工藝曲線如圖2。

罩式爐退火參數一般都由二級模型計算后下發爐臺執行，為確保退火模型的準確性，必須通過插片試驗對其進行修正。葉明成、林攀等[2]在前人研究的基礎上，結合現場工藝，對馬鋼罩式爐的模型進行了優化，使得退火時間縮短了0.5-1h。

3 緊急吹掃的影響因素及預防措施

緊急吹掃就是在爐臺發生氣密性問題的情況下，緊急通入氮氣進行大流量吹掃，以保證安全生產。其大部分發生在保溫段氫氣吹掃結束后或冷卻階段。爐臺一旦發生緊急吹掃，可能造成整卷氧化色缺陷，并導致退火周期延長50%左右。

緊急吹掃的影響因素很多。主要包括內罩、設備、操作、原料等。汪月松[3]經過統計后發現，影響緊急吹掃的因素包括內罩泄漏、密封膠圈、液壓缸、爐臺循環風機泄漏、管網設備泄漏等，其中，內罩、密封膠圈、壓腳液壓缸占比較多。

此外，避免天車操作事故也是一個重要因素：罩式爐區域需要進行大量天車操作，加熱罩、冷卻罩、內罩、對流板、鋼卷，均需天車吊運，吊運過程中，爐臺操作工要做好安全監督，隨時與天車工做好溝通，務必避免天車吊運物碰撞爐區的加熱罩、冷卻罩等罩子，一旦發生碰撞，不可避免的會發生緊急吹掃，因此，規范天車工的操作以及合理規劃天車行進路線，是投產初期一項十分重要的工作。

4 結語

（1）京唐罩式爐的技術特點為強對流及全氫。制定罩式爐退火工藝制度時要綜合考慮生產組織、成本控制、質量控制等因素，一般來講，大功率升溫、小功率保溫、在不影響質量的前提下快速冷卻有利于提高產能，并降低生產成本。當鋼卷發生質量問題時，根據問題情況可采取相應的對策。

（2）不同鋼種的退火制度差別很大，但整體構成上都包括加熱、保溫、冷卻階段。熱點溫度與氣氛溫度一致，冷點溫度不是熱電偶直接測得的，而是模型計算的結果，模型計算的準確性由投產初期的插片試驗來保證。

（3）緊急吹掃就是在爐臺發生氣密性問題的情況下，緊急通入氮氣進行大流量吹掃，以保證安全生產。只要加強對設備、操作等方面的管理，PDCA持續改進，緊急吹掃完全可以得到控制。