燃气退火炉在我国铝板带行业的应用

2012-12-09张建辉

有色金属加工 2012年3期

张建辉

(洛阳有色金属加工设计研究院，河南洛阳471039)

在铝板带加工行业，退火炉是最为常用的热处理工艺设备。一般说来，退火处理是极其重要的处理工序，其处理效果直接影响产品质量和成品率，因此，对退火炉的基本要求就是根据退火处理工艺曲线，提供准确的升温、保温及降温操作，同时保证炉内各处的温度均匀。在目前实际生产中，退火炉的种类很多，按加热方式分为燃油退火炉、燃气退火炉、电阻加热式退火炉等，其中电阻加热式退火炉市场占有率在80%以上。由于铝板带表面质量要求较高，对温度精度要求也很严，目前燃油退火处理炉一般采用轻柴油作为燃料，但轻柴油价格比较昂贵，成本太高，国内铝板带行业至今尚未采用这类退火炉，国外企业也未规模化使用，故本文对此类退火炉不做进一步讨论。

在以气体燃料为热源的退火炉中，根据火焰炉加热要求，其燃烧装置应保证以下三点：

1) 在规定的热负荷条件下保证燃料的完全燃烧；

2) 燃烧过程稳定，能向炉子连续供热；

3) 火焰的方向、外形、刚性和铺展性符合炉型及加热工艺的要求。

若铝板带行业所用退火炉采用煤气为燃烧介质，前两条满足没有技术障碍，但第三条很难保证，目前该行业采用的燃气退火炉均采用天然气作为燃料。

1 燃气退火炉的组成和结构

燃气退火炉由以下几部分组成：箱式炉体、空气循环系统、导流装置、吹洗和排气系统、燃气加热系统、炉门及密封、炉门升降及压紧机构、冷却水系统、控制系统等。

1)箱式炉体

燃气退火炉炉体为箱式炉体，炉壁、炉底、炉顶全部采用双层钢板中间填以用锚固件固定的绝热材料，炉子外壳用钢板并用型钢加强，采用连续气密焊缝保证具有足够的强度、钢度和气密性。炉子内壁考虑到受热膨胀，在结构上作相应处理。炉子绝热材料内层采用硅酸铝纤维针刺毯，外层采用岩棉板；在硅酸铝纤维针刺毯和岩棉板之间加一层铝箔以防止气流窜动。

2)空气循环系统

该系统是决定产品是否能够达到加热速度和温度均匀性要求的核心系统。根据吨位或炉卷分区，一般来说，每个区设1台大风量高温离心风机(电机采用变频器变频调速)，使炉内气体定向循环，并可使炉内循环气流的速度根据工艺情况改变。该系统不但具有节能、降低噪音、改善炉子特性、延长皮带寿命等优点，且可使炉气温度的均匀性达≤±3℃。

3)导流装置

导流系统主要包括水平导流板和垂直导流板，水平导流板和垂直导流板之间为450倒角连接，可改善气流分布情况，提高炉膛特别是上部区域的温度均匀性。炉膛两侧的垂直导流板上设有喷出口，由喷出口喷出的热风吹到卷材端面上，提高了炉气与卷材之间的对流换热效果，加快了卷材的升温速度。

4)吹洗及排气系统

该系统主要用来及时排除制品受热产生的挥发物(主要是轧制油和低粘度的油品)。由于上游工序冷轧采用高速轧制，冷轧机吹扫系统特别是国产冷轧机吹扫系统无法将轧制油吹扫干净，一般情况下，铝卷双面残油量超过80mg/m2，如在高温不及时排出这些油品，一方面可能变成很小的油斑附在铝卷表面影响表面质量，另一方面长时间累积高温油品可能发生箱式炉体爆炸。

吹洗电机采用变频器变频调速，通过调节电机转速改变吹洗风机的风量，吹洗风机的风量可连续调节，风量调节范围可从设置的最小风量到风机额定风量。

5)燃烧系统及排烟系统

该系统采用辐射管烧嘴对炉料进行间接加热，辐射管烧嘴安装在炉顶，垂直悬挂在炉子两侧。烧嘴燃烧具有连续调节及On-Off两种调节模式，采用特殊的脉冲控制，烧嘴能根据炉温需要进行设定顺序的脉冲燃烧，这样可以充分搅动炉内温度，有利于炉温均匀。

系统设有排烟系统，将燃烧废气物及时排除，以保证烧嘴的连续正常工作。

6)炉门及密封

炉门密封采用双刀、双槽密封，密封圈采用硅酸铝编织盘根(内有不锈钢丝)，使用新型的断面型式提高了密封效果。

7)炉门升降及压紧机构

炉门升降采用链传动方式，将减速机及链轮直接放到炉顶，充分发挥链传动平稳，定位精度高等优点，炉门导向采用导轮加导轨形式，使炉门升降平稳；炉门压紧是通过4个气缸(位置控制)实现的；同时设有手动炉门压紧螺栓，以确保压缩空气管路出现故障时炉门仍能维持一定的气密性。

8)冷却水系统

用于向循环风机的水冷轴承座、炉门框提供冷却水，进水处留有转接车间消防用水的予留接口，防止停水造成生产事故。

9)控制系统

炉门、台车全部采用电动，有操作控制台，操作人员能方便地控制炉门、炉车运行。炉门、台车有行程控制，到限定极限位置能自动停止运行，以确保安全。

燃烧系统有全套的点火、大、小火运行、检测、熄火报警、熄火切断和再点火功能，且每区各有一个独立的控制箱，能够做到单独控制。每个控制箱接口可和仪表间温控仪连接，使整套系统全部做到自动控制。

管路参数采用自动控制。助燃空气和燃料的管路压力可设定并自动调节，使助燃空气和燃料量控制在最佳比值，保证达到较高的燃烧效率，消除不完全燃烧。

炉压自动控制，通过压力变送器把炉膛压力信号与设定值比较，把信号传到烟囱的执行器，通过改变烟囱的开度自动控制炉膛内的压力。

炉内温度控制采用先进的数显温控仪，它和测温元件、烧嘴通信，具有高精度、高灵活性、抗干扰性和高可靠性。温控系统可对热处理生产工艺曲线进行自动计算、操作、显示、储存，实现全过程控制。

在仪表柜上设有温度、炉压、各烧嘴、各管路参数的操作值显示和异常情况报警及紧急保护措施，确保操作安全。

2 燃气退火炉与电阻加热式退火炉比较

1)加热单元

国内燃气退火炉是在电阻加热式退火炉设计和制造日趋完善的基础上，经过消化国外先进的同类炉型资料，并根据国内实际情况研发的，它秉承了电阻加热式退火炉的优点。

燃气退火炉和电阻加热式退火炉最根本的区别在加热单元。电阻加热式退火炉在加热单元采用卡口式加热器，一般情况下，卡口式加热器安装在炉顶，垂直悬挂在炉子两侧，它由螺旋形加热元件和陶瓷耐热绝缘件组成。而燃气退火炉也是将烧嘴布置在炉顶上，一般每区设4个燃嘴，烧嘴采用特殊的脉冲方式进行控制，用燃气加热其加热速度比电阻加热更具有可调性。

2)生产能力

退火炉的生产能力是与其所退火的制品品种和状态要求有直接的关系。一般来讲，燃气加热速度比电阻加热稍快一些，而且更具有可控性，燃气退火炉相对电阻加热式退火炉具备高效率的加热能力，但实际生产过程中控制加热速度、保持炉内制品的均匀性也是重要的环节。因此，笔者认为，同等吨位的两种炉型的生产能力基本相当。

3)生产成本

以笔者正在进行工程设计的山东某企业建设的90t退火炉为例，大致对比一下这两种炉型的生产成本。如生产铝箔坯料时，在一个退火周期内(约24小时)，加热需要耗电(不包括循环风机用电)约为8600度，当地电价为0.6元/度，其费用为5160元；加热需要耗气约为1150Nm3，天然气当地价格为3.0元/m3，其费用为3450元，即在一个退火周期内，用气比用电节省1710元。

3 应用现状

燃气退火炉具有较高的生产能力，能够保证产品的质量，并具有出色的成本节约能力，这无疑是给进入微利时代的铝板带行业增大了利润空间，不仅在国外板带行业得到了普遍应用，而且在国内同行业也逐步得到认可。

目前欧美铝板带行业有很多企业使用燃气退火炉，典型代表企业是海德鲁铝业设在德国的格雷文布(Grevenbroich)铝板带箔加工厂，该厂的燃气退火炉是由德国OTTO JUNKER设计制造的，主要产品是高附加值的CTP版基用带材、铝箔和罐盖料等，年产量为44万吨。该厂是全球生产CTP版基用带材最大的工厂，合金品种为该厂独创的HA1052合金，其性能指标可以满足所有的CTP版基用带材市场，成品厚度为0.1-0.5mm，最宽为1650mm。

目前国内已拥有燃气退火炉的铝板带生产厂有江苏常铝铝业有限公司、厦门夏顺铝板带有限公司和中铝瑞闽铝板带有限公司。其中江苏常铝铝业有限公司是国内最早使用燃气退火炉的厂家，该公司有两台60吨燃气退火炉，主要负责铝箔坯料的退火，运行效果良好。厦门夏顺铝板带有限公司为了生产高质量CTP版基用带材和铝箔坯料，先从德国OTTO JUNKER引进了两台105吨的燃气退火炉，后又从国内订购了3台105吨的燃气退火炉，每炉均为4个退火区，可装6个大卷，最大料宽为2150mm。而作为中铝的重点企业之一的中铝瑞闽铝板带有限公司，为了抢占CTP版基用带材和铝箔坯料等高端产品市场，新建了两台90吨燃气退火炉。目前包括中铝西南铝在内的国内多家铝板带生产企业正探讨使用燃气退火炉的可行性。

4 应用前景分析

目前在铝板带行业电阻加热式退火炉仍然作为主导炉型，燃气退火炉占有较低的份额，其原因如下：

1)国内退火炉设计制造部门在燃气方面研究起步较晚，将大部分精力投入到电阻加热式退火炉；火焰的方向、外形、刚性和铺展性需要符合加热工艺要求迟迟不能过关，产品质量保证不了；引进国外燃气退火炉价格不菲，使得燃气炉在国内难以批量推广使用。近年来，国内少量企业考虑生产成本问题开始尝试使用燃气退火炉，促使苏州新长光热能科技有限公司等国内退火炉设计单位开始燃气退火炉的研究，他们在消化吸收国外先进技术基础上开发了燃气退火炉，实现了燃气退火炉国产化。

2)国内不少企业厂区外未接天然气管道或供气气源保证不了，导致燃气退火炉在该地区无法使用。

3) 电阻加热式退火炉作为一种有效的退火处理备，以其控制简单、能源动力易满足等特点在生产中得到非常广泛的应用。这在一定程度上挤占了燃气退火炉的市场，但它的缺点是消耗大量电力。

据此分析，燃气退火炉在我国新一轮铝板带改扩建中仍拥有一席之地。