浦项热镀锌退火炉工艺研究

2019-01-16张胜群吴迪

中国设备工程 2019年23期

张胜群，吴迪

（本钢浦项冷轧薄板有限责任公司，辽宁本溪 117000）

某钢厂浦项热镀锌机组是由两条热镀锌线的重要生产线组成，而在热镀锌工艺中最重要的设备就是退火炉，退火炉具有对带钢表面进行清理处理及对带钢进行退火处理的重要作用。本文重点讲解某钢厂浦项1#热镀锌生产线，通过退火炉的退火法、炉型选择、功能区分、加热系统等方面全面剖析热镀锌线重要设备——退火炉。

1 浦项退火工艺简介

某钢厂浦项1#连续热镀锌线主要由上料段、入口段、清洗段、工艺段、后处理段、出口段和卸料段这几部分组成，而工艺段就是从带钢进入全辐射管立式连续退火炉时开始的。

某钢厂浦项1#连续热镀锌线退火炉主要由9 个部分组成，每个部分的定义为喷射式预热段(JPF)，辐射管加热段(RTF)、均热段(SF)、缓冷段(SCS)、快冷段(RCS)、过时效段(OAS)、最终冷却段(FCS)、感应加热段(IHS)和出口段。现将各段主要功能及作用详列如下。

1.1 喷射式预热段(JPF)

带钢首先在清洗段经过初步清理后通过入口密封进入退火炉预热段，入口密封保证了退火炉内部N2H2 保护气体不外泄，隔绝了退火炉外部空气的进入，带钢在喷射式预热段通过经过热交换器后的热的氮氢保护气进行加热，在离开喷射式预热段时把带钢加热到退火温度（根据具体钢种进行细微调节）。

而由法国斯坦因设计的退火炉喷射式预热段是圆柱形炉壳设计，同其他的同类预热段相比，减轻了压力集中，提高了抗压性。另外，根据废气动力学和几何学原理，排废管道设置在带钢中线位置处与喷箱连接的设备，能提高带钢稳定性和加热效率。同时，因为采用特种钢材对温度的耐热性，可以将保温材料安装于炉壳外部，避免陶瓷纤维掉落在带钢表面。

1.2 辐射管加热段(RTF)

在辐射管加热段带钢通过辐射管进行辐射加热，采用辐射管间接加热。辐射管一般有U 型、W 型及P 型，某钢厂浦项热镀锌机组辐射管采用W 型辐射管，在带钢每侧都分布着“W”型辐射管，分为15 个加热控制区域。目前采用烧嘴多为鼓抽式低NOx 自预热烧嘴，此烧嘴的助燃空气由助燃风机输送到各烧嘴空气管道中，其燃烧产物由废气风机排出。辐射管内为负压，避免辐射管破裂时烟气进入退火炉内破坏炉内气氛，导致带钢脱锌。烧嘴换热器具有自预热装置，可利用燃烧后的废气将助燃空气加热至500℃以上，保证点火成功率。

某钢厂冷轧热镀锌机组选用的是ON/OFF 控制烧嘴，其组成部分为烧嘴、换热器、辐射管、BCU 控制器、点火枪、火焰检测器等部件组成，采用的ON/OFF 控制模式可以有效地控制退火炉温度，对加热段各道次温度进行分区控制，对带钢加热及能源消耗方面有极大优势。

1.3 均热段(SF)

因带钢需保持一段的退火时间，均热段与加热段一般是直接相连的，这样可以有效的对带钢温度进行控制，保证退火效果。

1.4 缓冷段(SCS)

带钢从均热段出来后在缓冷段用较低的冷却速率进行喷气冷却，使带钢冷却到固定温度。缓冷段在工艺上对BH、DP和TRIP 钢的加热曲线有要求，使用缓冷段相当于增大了冷却能力。

1.5 快冷段(RCS)

缓冷段后在快冷段通过气体喷射冷却喷箱以高冷却速率使带钢温度达到降到要求的温度，对于BH、DP 和TRIP 钢的加热曲线来说，冷却速率要低。气体喷射冷却喷箱的风机由交流变速马达来驱动，通过工艺控制系统来控制风机速度。

其中快冷段中每个风箱的宽度方向用四个隔板隔开，目的是对带钢横向的风力进行调整，这个系统提高了在相同的时间内使风速在宽度方向得到更好的分配，改善了带钢的稳定性。

同时，快冷段与预热段一样采用了圆形炉壳设计，减轻了压力集中，提高了抗压性。另外，在带钢中心的循环管道中，有良好的空气几何动力学原理设计，喷箱设备既可保证带钢的稳定性，又提高了带钢的冷却速率。同时，圆柱形炉壳设计减少了吹扫时间。

1.6 过时效段(OAS)

在过时效段，对于TRIP 和BH 钢的加热曲线来说，要保持冷却后加热曲线所要求的温度一段时间，这段炉室主要是为维持带钢温度设计的，主要通过电辐射管进行保温。

1.7 最终冷却段(FCS)

过时效后，对于特殊钢种(DP1)，通过最终冷却段来完成。

1.8 感应加热段(IHS)

对于BH、TRIP 和DP2 钢种的加热曲线，在冷却到400℃或350℃后，要在感应加热段通过2 套感应加热器将带钢重新加热到入锌锅温度。

1.9 出口段

出口段和热张紧辊把感应加热段和锌锅连在一起，保持带钢入锌锅温度，让带钢在保护气氛下进入锌锅。

因为带钢在退火炉内的运行需要一定张力驱使，由于工艺条件不同，各区对带钢的张力要求是不同的。由于各段的工况不同，带钢在各段的张力就存在差异。某钢厂浦项热镀锌机组镀后冷却塔一般较高，达60m 以上，加上气刀的喷气速度很高，造成带钢极易抖动，容易破坏镀层的均匀性，因此该区域应以高张力运行，一般控制在28 ～30kN。在退火炉内，带钢温度很高，有的品种达到950℃，为减少带钢变形和断带，应以低张力运行，一般控制在8 ～10kN。为保证张力合理分布，在退火炉的出口即张力辊室设立三根张力辊，将退火炉区和锌锅区的带钢张力分开，满足不同规格不同钢种的要求。3 辊式热张紧辊组把炉内和涂层段、冷却段的张力分开。增加热张辊的目的是在炉内采用低张力，避免带钢塑性变形；在涂层段和冷却段采用高张力，防止气刀喷吹时带钢抖动。

为保证在热镀锌退火炉维护、检修等人员的安全，对于目前热镀锌连续退火炉炉内衬多采用轻型结构，除底部采用轻质隔热砖与纤维模块组合结构外，炉内衬全部采用陶瓷纤维或陶瓷纤维与硅钙板的复合结构，并用不锈钢板覆面，因此从根本上解决了砖砌炉体蓄热能力大、炉温控制响应速度慢、严重影响带钢的表面质量的缺点。水平炉中要注意防止炉顶耐火材料受到还原性H2 的影响，使纤维起渣球剥落在带钢表面而影响镀锌质量。

新型退火炉除炉底用耐火砖外,炉墙内衬各层材料全部采用陶瓷纤维保温结构,并用1.0mm 不锈钢板覆盖,用锚固钉固定，从根本上解决了炉内粉尘问题,有效保证了带钢表面质量。

另外，节能是工业炉设计的永恒主题，是贯彻国家开源节流能源方针的重点工作内容。因此，在某钢厂浦项热镀锌机组连续退火炉上也要采取一些节能措施，提高热效率。具体措施如下：

（1）预热助燃空气。辐射管加热多采用自身预热式烧嘴，辐射管的末端安装热交换器，可将助燃空气预热到500℃；直接无氧化加热的烧嘴，其助燃空气在烟道内可被烟气通过换热器预热到450 ～600℃。

（2）预热带钢。利用加热段烧嘴燃烧后的废气通过大型换热器将预热段炉内气体进行预热到280℃，并通过循环风机将预热后的保护气通过喷风管直接加热带钢，可将带钢预热到260℃以上。

（3）生产热水。加热段排出的烟气在预热完带钢后仍达600℃左右，可利用烟气通过水气换热器来加清洗段所需的脱盐水。