全氫罩式爐鋼卷埋偶試驗研究

摘要：介紹了全氫罩式退火爐埋偶測試的試驗原理、裝置和方法，分析了某爐臺退火試驗結果。試驗結果表明加熱期循環氣體溫度近似等于鋼卷表面溫度，冷卻期二者差別很大。以循環氣體溫度是否達到退火溫度作為加熱期結束的判據是合理的，而冷卻期缺乏鋼卷的溫度信息，有必要通過數學模型計算鋼卷溫度場。

關鍵詞：全氫罩式爐；埋偶測試；退火曲線；數學模型

中圖分類號：TG155．1 文獻標識碼：A 文章編號：1002—1639(2007)05—0043—02

Buried Thermocouple Test of Coil Temperature in Hydrogen Bell Furnace

DONG Gang ， LIU Hua—fei ，JIANG Ze—yi ，LU Yi—fan

(1．Baoshan SteelCo．Ltd．，Shanghai 200431，China；2．Beijing Science&TechnologyUniversity，Beijing，100083，China)

Abstract：A buried thermocouple test was conducted on a coil base of hydrogen bell furnaces to investigate the temperature trend of steel

coils．The experimental apparatus and test procedure were described．It is found that control tempera~re is approximately equal to coil surface

temperature in the heating phase， but~eatly diferent from it in the cooling phase． It is rational to use control temperature as the ending

criterion of heating phase． However, the information of coil temperature in cooling phase is absent and mathematical model for calculation

of coil temperature is necessary．

Key words：hydrogen bell furnace； buried thermocouple test；annealing curve； mathematical mode

    罩式爐內帶鋼以卷的形式完成加熱、保溫和冷卻等熱處理過程，畢渥數Bi≥0．1，在傳熱學上稱為“厚材”傳熱，其特征是被加熱物料的內部熱阻相對于外部熱阻是不可忽略的，鋼卷表面和內部的溫度存在差別 。從工藝和質量的角度講，鋼卷表面和內部的溫差應盡可能小以獲得均一的組織和性能。在生產中對鋼卷溫度的控制是通過循環氣體的溫度來間接實現，在加熱期，如果氣氛溫度達到退火溫度就轉入均熱期，經過一定時間均熱轉入冷卻期，當循環氣體溫度達到出爐溫度，退火停止 。但“厚材”的傳熱特性決定了鋼卷徑向和軸向存在溫差，循環氣體溫度并不能代表鋼卷溫度。

    為檢驗當前退火制度的合理性，獲得退火過程中鋼卷的溫度信息，埋設熱電偶直接測量鋼卷溫度是非常有必要。同時，鋼卷溫度的測量數據能為優化工藝制度，檢驗數學模型提供基本數據。

    本文通過埋偶方式測量了全氫罩式爐某鋼種退火過程的鋼卷溫度，對試驗結果進行了分析，并比較了鋼卷溫度場數學模型計算值與實際測量值。

1 試驗原理、裝置與方法

1.1 試驗原理

    帶鋼在卷取過程使帶鋼在徑向形成一定間隙，測溫熱電偶可埋設在帶鋼層與層之間，由于鋼卷打卷張力，使熱電偶能與帶鋼形成良好接觸，能真實反映測點溫度。為方便布置熱電偶，可在鋼卷打卷時預先卷入與熱電偶直徑相當厚度的插片。埋偶點選擇能反映鋼卷溫度分布特征的位置，靠近鋼卷表面的位置可代表熱點，鋼卷的中心位置可代表冷點。

1.2 試驗設備與試驗方法

    在如圖1所示罩式爐車間某爐臺進行試驗，采用發生爐煤氣加熱，內罩直徑 2 000／2 012~H5 206， 退火鋼卷的規格如表1。

   鋼卷溫度測量采用 3鎧裝鎳鉻一鎳硅熱電偶，測點布置如圖1上1～ 8所示位置。熱電偶信號通過型號為

DXll2-1-2的溫度采集儀記錄，采集頻率為1次/rain，測量結果保存在軟盤中。氣氛溫度測量值、加熱罩內溫度、氫氣流量、燃料流量由現場數據采集系統記錄在數據庫中，采集頻率為1次／6min。

     進行試驗時，每一卷鋼卷被吊裝上爐臺后，在預留的插片空間內插入熱電偶，空隙處填入石棉壓緊，確保熱電偶與帶鋼接觸良好，然后放上對流板繼續裝料。所有鋼卷的熱電偶固定好后，沿鋼卷表面通過爐臺的熱電偶預留孔連接到爐臺下記錄儀的相應位置處。

2、試驗結果分析

   埋偶試驗結果如圖2所示， 圖3為循環氣體和鋼卷外側表面溫度差。由圖可知，在加熱初期， 由于內罩突

然升溫， 內罩與循環氣體溫差大，氣體在罩內的快速流動，使得氣體從內罩吸收熱量，起到冷卻內罩的作用。氣體吸收內罩熱量的同時，還會向鋼卷傳熱，但由于氣體與內罩的換熱面積大于氣體與鋼卷的換熱面積，并且鋼卷吸熱還受到內部熱阻影響，使得氣體的升溫速度高于鋼卷表面的升溫速度，造成在加熱初期氣體和鋼卷表面存在大的溫差。隨著氣體溫度的迅速升高，氣體與內罩的溫差減小，氣體升溫減慢，循環氣體和鋼卷表面溫度差也很快降低至50℃以下，在加熱期結束，循環氣體與鋼卷表面溫差只有10℃左右。這說明在全氫罩式爐中以循環氣體溫度是否達到退火溫度作為加熱期結束的判據是合理的， 而且在加熱期循環氣體溫度在一定程度上代表了鋼卷表面溫度。在冷卻期，啟動冷卻后，循環氣體和鋼卷表面溫度升至極大值，并在隨后的冷卻過程中基本維持在50℃以上，并沒有象加熱期一樣溫差迅速下降。這表明，在冷卻期間，循環氣體溫度并不能代表鋼卷表面溫度，在這個期間，在操作運行中缺乏鋼卷的溫度信息。

圖2 退火試驗結果

圖3 退火過程中循環氣體與鋼卷外側表面溫差

圖4為退火過程中，鋼卷冷熱點溫差變化，由圖可知，加熱開始后，表面迅速升溫，冷熱點溫差升至最大值，并在加熱期間略有上升，保持在150～200 oC內。冷熱點溫差這種變化趨勢，表明鋼卷表面加熱接近于常熱流加熱。在均熱期，冷熱點溫差以拋物線形狀降低，可認為鋼卷表面溫度等于退火溫度的均熱過程。在冷卻期，啟動風冷和水冷后，冷熱點溫差均會升至極大值，隨后緩慢減小。單獨溫差水平上比較，加熱時冷熱點溫差為150～ 200℃，冷卻時冷熱點溫差<100℃，這反映了罩式退火工藝的特點，為避免冷卻過程熱應力過大產生粘卷等缺陷，通常在冷卻介質和被加熱體溫差高時采用較弱的冷卻方式，在溫差低時采用強冷卻方式，而加熱過程相反，在冷卻介質和被加熱體溫差高時就采用了大功率供熱。

3 結論

   本文介紹了全氫罩式退火爐埋偶測試的實驗，通過分析試驗數據，可以得出如下結論：

   (1)在加熱期，循環氣體溫度近似等于鋼卷表面溫度， 以循環氣體溫度是否達到退火溫度作為加熱期結束的判據是合理的。

   (2)在冷卻期，循環氣體溫度與鋼卷表面相差很大，缺乏鋼卷的溫度信息。