1、强对流全氢罩式炉技术
1.1 强对流
冷轧带钢罩式炉退火采用间歇式生产方式, 以焦炉煤气为燃料, 通过保护罩对钢卷进行间接加热。罩式炉退火是以流体力学传导理论为基础。炉料得到的热量多少取决于保护罩壁的辐射传热和气体对流传热的能力。
由于轧制后的带钢横向存在着中间厚、两个边部薄的横向偏差, 所以即使在较大轧制张力下卷曲钢卷, 仍会出现带钢中间部位层间压力大、两个边部层间压力小的情况, 因此带钢层间存在间隙； 其次, 为了减少退火工序中由于带钢层间压力过大而产生的粘结缺陷, 在保证齐卷的条件下, 应尽量降低轧制张力,这样更增大了间隙。而间隙中间充满着空气, 由于空气导热系数远远低于钢板的导热系数, 因此, 带钢卷的径向导热能力很差, 影响了钢卷径向辐射传热效果。提高辐射传热的效果, 只有提高保护罩壁的温度, 形成较高的温度差, 这势必导致钢卷外圈过热。增强保护罩壁与保护气体之间对流传热的主要途径是加大保护气体的流速。采用保护气体流速高、流量大的循环系统, 增强对流传热速度, 把保护罩壁上的热量尽快地传递给钢卷。
1.2 全氢
所谓全氢是指用100% 氢气作为保护气体, 取代过去常规的氮氢型保护气体( 氮氢型保护气体, 一般指2%~ 4%H2、96% ~ 98%N2 ) 。选择全氢作为保护气体, 主要是从氢的理化性质考虑的, 氢气的密度仅是氮气的114, 而氢气的导热系数是氮气的7 倍。氢气重量轻, 渗透能力强, 可以渗入钢卷层间, 充分发挥导热系数大的特点, 显著提高传热效率; 同时提高了炉温均匀性, 保证了钢卷的力学性能, 提高了冷轧板的内在质量和表面质量。
氢气是还原性气体, 在高温下能使FeO 还原为铁, 而氢气又能引起钢脱碳, 生成的H2O 可在退火过程中采取热清洗手段将其除去。氢气在钢卷中夺走碳, 引起钢脱碳, 应该设法避免。氢气在退火过程中脱碳是有一定条件的, 干燥的氢气脱碳的作用很小,因为这时反应速度很慢, 但是氢气中只要含有0.2%~ 0.3% 的水蒸气, 它就会成为强的脱碳性气体。同时, 在低于700℃时, 氢气的脱碳作用并不显著, 可以忽略它的影响。因此, 针对氢气脱碳的条件, 制定了避免脱碳的操作工艺。首先炉内供应的氢气保护气体露点在-40℃~-70℃，属于高干燥性气体, 对钢卷不会产生脱碳, 同时在加热阶段进行长时间的热清洗, 以减少炉内水分。
1.3 规格
单垛式紧卷罩式炉的规格是用炉型来表示的, 炉型大小取决于装料的几何尺寸。例如我厂所用EB-NER罩式炉炉型为200/650 型的罩式炉, 200 代表退火钢卷最大外径为200cm; 650代表退火钢卷垛最大高度为650cm, 采用厘米作为单位, 是一种通常的表示方法。
1.4 技术性能
型号:HICONH2 型强对流全氢罩式炉;
用途: 在全氢保护气体下对带钢进行再结晶光亮
退火;
退火钢卷最大外径: φ1950mm;
钢卷垛最大高度: 6 500mm;
最大装炉重量: 100t;
最高退火温度: 710℃;
加热罩最高温度: 850℃。
2 强对流全氢罩式炉设备构成
主要设备包括: 全封闭炉台、炉台循环风机、加热罩、冷却罩、保护罩、对流板等。
2.1 全封闭炉台
2.1.1 炉台的结构
全封闭炉台由炉台钢结构本体、扩散器以及底部对流板组成。
2.1.2 炉台的作用
全封闭炉台是罩式炉的主体设备, 从某种意义上也可以说是罩式炉的永久性设备。
炉台要承受钢卷和保护罩的全部重量。炉台应该具备承载能力、抵抗反复加热和冷却变形能力, 并具有不漏气、绝热性能好、蓄热量小以及结构简单等特点。在炉台底部连接氢气进气管和出气管, 通入绝热纤维层内部, 使炉台金属壳体受炉内压力和温度影响相适应, 也可以说和炉内压力相平衡, 以保证金属壳体不变形或开裂, 延长使用寿命。
2.2 炉台循环风机
炉台循环风机是强对流全氢罩式炉的重要设备,也是核心设备, 又是强对流技术的出发点。
2.3 加热罩
加热罩由钢结构的金属壳体、燃烧系统、排烟系统、空气预热器以及炉内耐火纤维等组成, 它也是罩式退火的关键设备之一。
加热罩是由型钢加固并进行气密性焊接的圆形钢板壳体焊制而成。顶部设计成可用吊钩提升的结构形式。底部的支承腿可使加热罩立放在专为它安装的工字钢梁上。下部边缘由环形板组成, 其下部安装密封件。当加热罩放在炉台上时, 密封件压在保护罩法兰槽内, 使加热罩与外界隔绝。加热罩配置两个导向管, 入口为圆锥形, 当扣加热罩时, 导向管套在两个导向杆上。
加热罩炉衬由两部分组成: 烧嘴和烟道用轻型耐火纤维砌成, 可以承受燃气冲刷。炉衬和炉顶铺设耐火纤维毡, 使用这些轻型耐火材料可以进一步减轻加热罩重量, 降低加热罩蓄热损失。为了节能和降低废气温度, 烟道出口处安装一台集中空气预热器, 利用燃烧废气将空气预热到350℃ , 作为助燃空气通入各烧嘴。
加热罩上分两层环形布置八个切向高速烧嘴, 并通过一个控制系统调节。大负荷高速烧嘴配置点火电极和火焰监测器。大负荷是指一个加热罩最大煤气量, 比氮氢型加热罩最大煤气量增加了50% 左右,从而提高了加热能力( 但必须有强对流大功率炉台循环风机以及全氢保护气体相匹配) 。高速烧嘴可以实现强化对流传热, 促进炉气循环, 均匀炉温, 避免对保护罩加热时出现过热点。为了控制燃烧空气过剩系数, 实现合理燃烧, 采用空气和煤气自动比例调节系统, 实现完全燃烧。加热罩最高温度限定为850℃ 。
2.4 冷却罩
冷却罩用于在加热结束揭掉加热罩后, 加快冷却速度、提高退火产量, 同时也降低车间环境温度、保护
周围设备、改善操作环境。冷却罩为气- 水组合式, 它的冷却效果一方面与常规的空气冷却罩基本相同; 而另一方面, 这种冷却罩采用喷水方式直接冷却保护罩, 起到替代分流快速冷却的作用。
冷却罩采用耐热钢板焊制而成。两台离心式风机置于冷却罩上部两侧, 空气由保护罩和冷却罩下部缝隙吸入, 沿着保护罩热表面向上抽出热空气。冷却罩风机的特点是克服了过去常规采用的轴流式风机,使电动机处于长期高温状态工作的缺点。设计成离心式风机, 由风机轴向吸入热空气, 沿叶轮离心方向排出, 这种结构只需要风机叶轮及机壳用耐热钢板,而电动机选用耐温性能一般的标准电动机即可, 大大降低了造价, 减少了维护量, 提高了使用寿命。这一点在设计上是新突破。
冷却罩上装有供水压力调节阀和流量控制阀, 以保持水压、水量恒定, 这对冷却效果和冷却罩使用寿命都十分重要。
2.5 保护罩
生产时保护罩位于钢卷与加热罩之间, 罩式炉通过保护罩对钢卷进行间接加热或冷却。保护罩的作用是保护钢卷在保护气体中进行退火, 保证罩内保护气体具有一定的压力, 防止保护气体泄漏和外部气体侵入。
保护罩使用耐热钢板焊制成形。保护罩的横波形结构可以加强径向抗变形能力、延长使用寿命、增加传热面积、提高加热和冷却能力。保护罩与炉台采用精密的液压压紧装置, 8 个液压缸对保护罩法兰均匀压紧。保护罩法兰采取通水冷却, 以降低法兰温度, 防止热变形, 降低橡胶圈使用温度, 延长橡胶圈使用寿命。
2.6 对流板
对流板的结构形式为径向双面交叉成斜形, 具有较高的使用寿命。
对流板分为底部对流板、中间对流板以及顶部对流板。底部对流板安装在炉台的分流盘上, 承受钢卷全部重量, 因此较厚。中间对流板位于钢卷之间, 主要作用是使保护气体流过钢卷端部进行加热或冷却,是热交换的主要手段, 其次对两个钢卷进行隔离, 防止钢卷在退火过程中端部粘连。顶部对流板位于钢卷顶部, 主要作用是提高对顶部钢卷的加热能力。
3 生产能力
冷轧厂EBNER 罩式退火设备共有40个炉台, 包括21个加热罩, 19个冷罩。设计能力为80万t/a低耗优质冷轧退火板。
