1、強對流全氫罩式爐技術
1.1 強對流
冷軋帶鋼罩式爐退火采用間歇式生產方式, 以焦爐煤氣為燃料, 通過保護罩對鋼卷進行間接加熱。罩式爐退火是以流體力學傳導理論為基礎。爐料得到的熱量多少取決于保護罩壁的輻射傳熱和氣體對流傳熱的能力。
由于軋制后的帶鋼橫向存在著中間厚、兩個邊部薄的橫向偏差, 所以即使在較大軋制張力下卷曲鋼卷, 仍會出現帶鋼中間部位層間壓力大、兩個邊部層間壓力小的情況, 因此帶鋼層間存在間隙； 其次, 為了減少退火工序中由于帶鋼層間壓力過大而產生的粘結缺陷, 在保證齊卷的條件下, 應盡量降低軋制張力,這樣更增大了間隙。而間隙中間充滿著空氣, 由于空氣導熱系數遠遠低于鋼板的導熱系數, 因此, 帶鋼卷的徑向導熱能力很差, 影響了鋼卷徑向輻射傳熱效果。提高輻射傳熱的效果, 只有提高保護罩壁的溫度, 形成較高的溫度差, 這勢必導致鋼卷外圈過熱。增強保護罩壁與保護氣體之間對流傳熱的主要途徑是加大保護氣體的流速。采用保護氣體流速高、流量大的循環系統, 增強對流傳熱速度, 把保護罩壁上的熱量盡快地傳遞給鋼卷。
1.2 全氫
所謂全氫是指用100% 氫氣作為保護氣體, 取代過去常規的氮氫型保護氣體( 氮氫型保護氣體, 一般指2%~ 4%H2、96% ~ 98%N2 ) 。選擇全氫作為保護氣體, 主要是從氫的理化性質考慮的, 氫氣的密度僅是氮氣的1??14, 而氫氣的導熱系數是氮氣的7 倍。氫氣重量輕, 滲透能力強, 可以滲入鋼卷層間, 充分發揮導熱系數大的特點, 顯著提高傳熱效率; 同時提高了爐溫均勻性, 保證了鋼卷的力學性能, 提高了冷軋板的內在質量和表面質量。
氫氣是還原性氣體, 在高溫下能使FeO 還原為鐵, 而氫氣又能引起鋼脫碳, 生成的H2O 可在退火過程中采取熱清洗手段將其除去。氫氣在鋼卷中奪走碳, 引起鋼脫碳, 應該設法避免。氫氣在退火過程中脫碳是有一定條件的, 干燥的氫氣脫碳的作用很小,因為這時反應速度很慢, 但是氫氣中只要含有0.2%~ 0.3% 的水蒸氣, 它就會成為強的脫碳性氣體。同時, 在低于700℃時, 氫氣的脫碳作用并不顯著, 可以忽略它的影響。因此, 針對氫氣脫碳的條件, 制定了避免脫碳的操作工藝。首先爐內供應的氫氣保護氣體露點在-40℃~-70℃，屬于高干燥性氣體, 對鋼卷不會產生脫碳, 同時在加熱階段進行長時間的熱清洗, 以減少爐內水分。
1.3 規格
單垛式緊卷罩式爐的規格是用爐型來表示的, 爐型大小取決于裝料的幾何尺寸。例如我廠所用EB-NER罩式爐爐型為200/650 型的罩式爐, 200 代表退火鋼卷最大外徑為200cm; 650代表退火鋼卷垛最大高度為650cm, 采用厘米作為單位, 是一種通常的表示方法。
1.4 技術性能
型號:HICON??H2 型強對流全氫罩式爐;
用途: 在全氫保護氣體下對帶鋼進行再結晶光亮
退火;
退火鋼卷最大外徑: φ1950mm;
鋼卷垛最大高度: 6 500mm;
最大裝爐重量: 100t;
最高退火溫度: 710℃;
加熱罩最高溫度: 850℃。
2 強對流全氫罩式爐設備構成
主要設備包括: 全封閉爐臺、爐臺循環風機、加熱罩、冷卻罩、保護罩、對流板等。
2.1 全封閉爐臺
2.1.1 爐臺的結構
全封閉爐臺由爐臺鋼結構本體、擴散器以及底部對流板組成。
2.1.2 爐臺的作用
全封閉爐臺是罩式爐的主體設備, 從某種意義上也可以說是罩式爐的永久性設備。
爐臺要承受鋼卷和保護罩的全部重量。爐臺應該具備承載能力、抵抗反復加熱和冷卻變形能力, 并具有不漏氣、絕熱性能好、蓄熱量小以及結構簡單等特點。在爐臺底部連接氫氣進氣管和出氣管, 通入絕熱纖維層內部, 使爐臺金屬殼體受爐內壓力和溫度影響相適應, 也可以說和爐內壓力相平衡, 以保證金屬殼體不變形或開裂, 延長使用壽命。
2.2 爐臺循環風機
爐臺循環風機是強對流全氫罩式爐的重要設備,也是核心設備, 又是強對流技術的出發點。
2.3 加熱罩
加熱罩由鋼結構的金屬殼體、燃燒系統、排煙系統、空氣預熱器以及爐內耐火纖維等組成, 它也是罩式退火的關鍵設備之一。
加熱罩是由型鋼加固并進行氣密性焊接的圓形鋼板殼體焊制而成。頂部設計成可用吊鉤提升的結構形式。底部的支承腿可使加熱罩立放在專為它安裝的工字鋼梁上。下部邊緣由環形板組成, 其下部安裝密封件。當加熱罩放在爐臺上時, 密封件壓在保護罩法蘭槽內, 使加熱罩與外界隔絕。加熱罩配置兩個導向管, 入口為圓錐形, 當扣加熱罩時, 導向管套在兩個導向桿上。
加熱罩爐襯由兩部分組成: 燒嘴和煙道用輕型耐火纖維砌成, 可以承受燃氣沖刷。爐襯和爐頂鋪設耐火纖維氈, 使用這些輕型耐火材料可以進一步減輕加熱罩重量, 降低加熱罩蓄熱損失。為了節能和降低廢氣溫度, 煙道出口處安裝一臺集中空氣預熱器, 利用燃燒廢氣將空氣預熱到350℃ , 作為助燃空氣通入各燒嘴。
加熱罩上分兩層環形布置八個切向高速燒嘴, 并通過一個控制系統調節。大負荷高速燒嘴配置點火電極和火焰監測器。大負荷是指一個加熱罩最大煤氣量, 比氮氫型加熱罩最大煤氣量增加了50% 左右,從而提高了加熱能力( 但必須有強對流大功率爐臺循環風機以及全氫保護氣體相匹配) 。高速燒嘴可以實現強化對流傳熱, 促進爐氣循環, 均勻爐溫, 避免對保護罩加熱時出現過熱點。為了控制燃燒空氣過剩系數, 實現合理燃燒, 采用空氣和煤氣自動比例調節系統, 實現完全燃燒。加熱罩最高溫度限定為850℃ 。
2.4 冷卻罩
冷卻罩用于在加熱結束揭掉加熱罩后, 加快冷卻速度、提高退火產量, 同時也降低車間環境溫度、保護
周圍設備、改善操作環境。冷卻罩為氣- 水組合式, 它的冷卻效果一方面與常規的空氣冷卻罩基本相同; 而另一方面, 這種冷卻罩采用噴水方式直接冷卻保護罩, 起到替代分流快速冷卻的作用。
冷卻罩采用耐熱鋼板焊制而成。兩臺離心式風機置于冷卻罩上部兩側, 空氣由保護罩和冷卻罩下部縫隙吸入, 沿著保護罩熱表面向上抽出熱空氣。冷卻罩風機的特點是克服了過去常規采用的軸流式風機,使電動機處于長期高溫狀態工作的缺點。設計成離心式風機, 由風機軸向吸入熱空氣, 沿葉輪離心方向排出, 這種結構只需要風機葉輪及機殼用耐熱鋼板,而電動機選用耐溫性能一般的標準電動機即可, 大大降低了造價, 減少了維護量, 提高了使用壽命。這一點在設計上是新突破。
冷卻罩上裝有供水壓力調節閥和流量控制閥, 以保持水壓、水量恒定, 這對冷卻效果和冷卻罩使用壽命都十分重要。
2.5 保護罩
生產時保護罩位于鋼卷與加熱罩之間, 罩式爐通過保護罩對鋼卷進行間接加熱或冷卻。保護罩的作用是保護鋼卷在保護氣體中進行退火, 保證罩內保護氣體具有一定的壓力, 防止保護氣體泄漏和外部氣體侵入。
保護罩使用耐熱鋼板焊制成形。保護罩的橫波形結構可以加強徑向抗變形能力、延長使用壽命、增加傳熱面積、提高加熱和冷卻能力。保護罩與爐臺采用精密的液壓壓緊裝置, 8 個液壓缸對保護罩法蘭均勻壓緊。保護罩法蘭采取通水冷卻, 以降低法蘭溫度, 防止熱變形, 降低橡膠圈使用溫度, 延長橡膠圈使用壽命。
2.6 對流板
對流板的結構形式為徑向雙面交叉成斜形, 具有較高的使用壽命。
對流板分為底部對流板、中間對流板以及頂部對流板。底部對流板安裝在爐臺的分流盤上, 承受鋼卷全部重量, 因此較厚。中間對流板位于鋼卷之間, 主要作用是使保護氣體流過鋼卷端部進行加熱或冷卻,是熱交換的主要手段, 其次對兩個鋼卷進行隔離, 防止鋼卷在退火過程中端部粘連。頂部對流板位于鋼卷頂部, 主要作用是提高對頂部鋼卷的加熱能力。
3 生產能力
冷軋廠EBNER 罩式退火設備共有40個爐臺, 包括21個加熱罩, 19個冷罩。設計能力為80萬t/a低耗優質冷軋退火板。
