本鋼冷軋罩式退火爐機(jī)組生產(chǎn)概況

1、第38卷第5期鋼鐵V o l.38,N o.52003年5月I RON AND ST EEL M ay2003本鋼冷軋罩式退火爐機(jī)組生產(chǎn)概況佟強(qiáng)崔勇胡光遠(yuǎn)黃海荊江(本溪鋼鐵(集團(tuán)公司摘要對本鋼冷軋罩式退火爐機(jī)組的工藝特點及對產(chǎn)品的力學(xué)性能、性能均勻性、生產(chǎn)效率和表面清潔性的影響進(jìn)行了論述,比較了本鋼冷軋廠引進(jìn)的一、二、三期德國LO I公司和奧地利EBN ER公司的罩式退火工程主要設(shè)備和工藝技術(shù)參數(shù),并對現(xiàn)行的退火工藝和工藝制度的優(yōu)化情況進(jìn)行了介紹。提出了現(xiàn)本鋼冷軋產(chǎn)品的性能分布情況和退火過程常見缺陷及解決辦法。關(guān)鍵詞罩式退火爐設(shè)備比較生產(chǎn)工藝APPL I CAT I ON OF BELL AN

2、NEAL ING FURNACES AT BX ISCTON G Q iangCU I YongHU GuangyuanHUAN G H aiJ I N J iang(B enx i Iron and Steel(GroupCo.ABSTRACTT he bell annealing fu rnaces i m po rted from LO I,Ger m any and EBN ER A u striaare com pared in ter m s of equ i pm en t specificati on and techno logy.T he ex isting op ti m

3、 ized an2nealing schedu le is in troduced w ith the facto rs influencing m echan ical p roperties,un ifo r m ityand su rface quality of the p roducts and p roductivity.T he m echan ical p roperties and comm ondefects of p roducts are described w ith p ropo sed coun ter m easu res.KEY WOR D Sbatch an

4、nealing fu rnace,com parison in equ i pm en t,annealing p rocess1前言本鋼冷軋廠共引進(jìn)單垛式全氫強(qiáng)對流罩式退火爐45座對帶鋼進(jìn)行再結(jié)晶光亮退火,其中引進(jìn)德國LO I公司H PH退火爐36座,引進(jìn)奧地利EBN ER 公司的H I CON H2退火爐9座。設(shè)計產(chǎn)量822267 t,可生產(chǎn)CQ、DQ、DDQ、EDDQ、H SLA及鍍鋅DDQ后退火產(chǎn)品。全氫強(qiáng)對流罩式退火爐是目前世界上最先進(jìn)的間歇式退火爐,其主要優(yōu)點是利用氫氣的強(qiáng)還原性和密度小、熱傳導(dǎo)性高等特點,與高速旋轉(zhuǎn)的爐臺循環(huán)風(fēng)機(jī)相配合,使?fàn)t內(nèi)氣氛具有高的流動速度和傳熱速度,爐溫均

5、勻。冷軋鋼卷經(jīng)退火后,力學(xué)性能優(yōu)良、均勻,帶鋼表面清潔光亮,生產(chǎn)效率高。2設(shè)備組成及主要參數(shù)本鋼冷軋廠罩式退火爐機(jī)組由武漢鋼鐵設(shè)計院設(shè)計,隨著產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的需要,分三期引進(jìn)。由于投產(chǎn)時間、制造廠不同,設(shè)備情況和產(chǎn)品規(guī)格、生產(chǎn)能力也有一定差別(見表1。3設(shè)備主要區(qū)別及優(yōu)缺點LO I公司和EBN ER公司是世界上兩家著名的全氫罩式退火爐公司,其設(shè)計理念和采用的技術(shù)有一定的區(qū)別。根據(jù)生產(chǎn)實際中遇到的問題對其主要設(shè)備做以比較。311爐臺退火爐臺是罩式爐的關(guān)鍵設(shè)備,兩家公司的設(shè)計都有其各自的特點。LO I公司采用敞開式爐臺,其成本低、易于加工制造。但由于爐內(nèi)氣氛和爐臺內(nèi)相通,爐臺內(nèi)的隔熱保護(hù)氈

6、易污染、產(chǎn)生碳沉積,長時間運行影響帶鋼表面質(zhì)量,需定期更換。分體式的擴(kuò)散器和底部對流板便于安裝,但長時間生產(chǎn)運行后產(chǎn)生一定的串動,使固定件開焊,必須定期進(jìn)行調(diào)整,影響爐臺作業(yè)率。EBN ER公司采用全封閉式爐臺,擴(kuò)散器和底部對流板整體放在封閉的爐臺上,整個爐臺密封性能好,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,和爐內(nèi)氣氛沒有交換,沒有敞開式爐臺的碳沉積現(xiàn)象。爐臺循環(huán)風(fēng)機(jī)是退火爐臺的核心,表2給出了聯(lián)系人:佟強(qiáng),工程師,本溪(117000本溪鋼鐵(集團(tuán)公司技術(shù)中心表1本鋼罩式爐機(jī)組設(shè)備組成及主要參數(shù)T able1Equi pm ent and m ain param eters of bell annealing furna

7、ces項目一期二期三期制造商德國LO I公司德國LO I公司奧地利EBN ER公司退火爐型號HU GF2202520H PH HU GF2202520H PH HO g2202550St H2投產(chǎn)時間199619982001爐臺 座24129加熱罩 個1275冷卻罩 個1164厚度范圍 mm015310015310012310寬度范圍 mm700152570015257001525最大卷重 t303030最大堆垛高度 mm52005200 543015500最大堆垛重量 t120120 15011501改造后參數(shù)一、二、三期爐臺循環(huán)風(fēng)機(jī)的主要區(qū)別。(1短軸循環(huán)風(fēng)機(jī)與長軸循環(huán)風(fēng)機(jī)相比,結(jié)構(gòu)簡單,

8、運行穩(wěn)定性好,便于高速運轉(zhuǎn),并減少了維護(hù)量和備件量。(2應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可以根據(jù)爐內(nèi)氣氛中氫氣含量及退火溫度自動控制循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)。既提高了退火過程中風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù),也避免了一期雙速控制風(fēng)機(jī)速度切換產(chǎn)生的瞬間電流增大。循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)提高,縮短了退火周期,提高了產(chǎn)品性能均勻性。(3循環(huán)風(fēng)機(jī)采用整體氫氣密封和整體水冷,密封和水冷保護(hù)均比一期效果好。整體密封采用純氫氣通入循環(huán)風(fēng)機(jī)內(nèi),用壓力保證爐內(nèi)氣體不能進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī),使循環(huán)風(fēng)機(jī)內(nèi)更潔凈,減少爐內(nèi)氣體對循環(huán)風(fēng)機(jī)的損害。而一期循環(huán)風(fēng)機(jī)在風(fēng)機(jī)軸上采用三道硅橡膠密封環(huán),密封效果相對較差,爐內(nèi)氣體把軋制油等污染物帶到循環(huán)風(fēng)機(jī)軸承箱內(nèi),使軸承損害加劇。一期循環(huán)風(fēng)機(jī)只冷

9、卻上軸承箱,二、三期循環(huán)風(fēng)機(jī)整體帶有水冷套,對整個循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)行冷卻,冷卻效果好。表2一、二、三期爐臺循環(huán)風(fēng)機(jī)的主要區(qū)別T able2M ain difference of base recirculati on fans項目一期二期三期控制方式雙速控制變頻調(diào)速變頻調(diào)速電機(jī)功率 k W15 222222風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)rm in-1750 150021002200風(fēng)量 m3h-15000055000900001000000風(fēng)機(jī)軸類型長軸離心風(fēng)機(jī)短軸離心風(fēng)機(jī)短軸離心風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)密封方式三道橡膠密封環(huán)整體氫氣密封整體氫氣密封冷卻方式水冷上軸承整體水冷套整體水冷套軸承潤滑方式油霧潤滑耐高溫潤滑脂耐高溫潤滑脂(4用

10、耐高溫潤滑脂潤滑風(fēng)機(jī)軸承,減少了一套油霧潤滑系統(tǒng)。312加熱罩LO I公司和EBN ER公司加熱罩燒嘴控制方式有一定差別。LO I公司采用開 關(guān)式控制,在控制加熱和保溫階段,通過控制燒嘴開、關(guān)的數(shù)量提供退火所需熱量。煤氣 空氣配比為手動調(diào)節(jié)。EBN ER公司在燒嘴開度<20%時采用開 關(guān)式控制,20%時采用連續(xù)式控制,使內(nèi)罩受熱更均勻。若有兩個或兩個以上燒嘴故障退火爐停止運行,避免了由于燒嘴故障產(chǎn)生的退火延時引起的帶鋼力學(xué)性能問題和表面質(zhì)量問題。煤氣 空氣配比可自動比例調(diào)整。兩家公司助燃空氣換熱器的形式不同。LO I公司每個燒嘴配有一個換熱器,安裝在加熱罩內(nèi)襯中,長時間運行易造成內(nèi)襯分層

11、脫離,燒斷耐火氈內(nèi)的換熱器空氣管,產(chǎn)生燒嘴故障,更換也比較困難。EBN ER公司采用一個換熱器集中換熱,換熱器懸掛在加熱罩外,不易產(chǎn)生上述問題,使用壽命長,易于維護(hù),且換熱效果好。LO I公司加熱罩燃燒廢氣經(jīng)頂部廢氣罩收集后集中排出,使廠房頂部溫度高,天車作業(yè)環(huán)境溫度也高。EBN ER公司燃燒廢氣集中經(jīng)換熱器后直接排出,對作業(yè)環(huán)境幾乎沒有影響。EBN ER公司加熱罩底部與內(nèi)罩之間的密封采用特制紡織纖維帶與內(nèi)罩法蘭平面接觸配合,具有一定的補(bǔ)償功能,不易發(fā)生廢氣泄漏。313內(nèi)罩一、二期內(nèi)罩采用光滑圓筒式結(jié)構(gòu),生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)啟動分流冷卻系統(tǒng)后,分流冷卻進(jìn)、出口溫差較大,使內(nèi)罩法蘭產(chǎn)生局部變形,產(chǎn)生泄

12、漏,嚴(yán)重的進(jìn)行緊急吹掃,影響產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。三期內(nèi)罩采用波紋式圓筒形結(jié)構(gòu),相對光滑壁增加了傳熱面積。由于45鋼鐵第38卷 內(nèi)罩采用波紋式和均勻的噴水冷卻,整個內(nèi)罩筒體溫度均勻,且能抵減局部應(yīng)力帶來的變形。314冷卻方式LO I 公司采用分流冷卻方式,冷卻速度比較平穩(wěn),鋼卷冷 熱點溫差較小。但由于爐臺下增加一套系統(tǒng),地下室占用空間比較大,管線接點多,泄漏點相對比較多,維護(hù)比較困難。分流冷卻系統(tǒng)管線內(nèi)壁易殘留的乳化液,反復(fù)在爐內(nèi)循環(huán),影響帶鋼表面質(zhì)量。EBN ER 公司采用噴水冷卻方式,地下室所需空間小,除對內(nèi)罩結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的要求高以外,與分流冷卻相比沒有多余的管線,減少了泄漏點。但冷卻速度快,粘結(jié)

13、傾向比較大。4設(shè)備改造情況隨著軋機(jī)、平整、精整生產(chǎn)能力的提高,三期罩式爐工程安裝前對二期罩式爐進(jìn)行了改造。通過計算二期罩式爐加熱罩燒嘴能力、整個爐子的傳熱情況,對二期罩式爐加熱罩、冷卻罩和內(nèi)罩進(jìn)行加高改造,使最大堆垛高度由5200mm 提高到5430mm ,提高了裝爐量,退火小時產(chǎn)量提高了014t h 。為解決分流冷卻啟動時氣體進(jìn)、出口溫差大使內(nèi)罩產(chǎn)生局部變形,產(chǎn)生泄漏,引起緊急吹掃的現(xiàn)象,對一、,全部更換為波紋式結(jié)構(gòu),有效地解決了這一問題。根據(jù)生產(chǎn)實際運行中發(fā)現(xiàn)的問題,對一、二期加熱罩燒嘴區(qū)爐襯進(jìn)行了改造。用高密度的纖維折疊塊和纖維磚替代了原耐火磚和纖維氈,消除了掉磚和燒嘴區(qū)過熱現(xiàn)象,提高了

14、加熱罩壽命。5生產(chǎn)、工藝1996年6月罩式爐機(jī)組退火出第一爐鋼卷以來,生產(chǎn)水平、產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高,一、二期退火爐已達(dá)到設(shè)計能力,產(chǎn)品性能滿足了不同用戶的需求。并摸索出一套工藝制度研制、優(yōu)化和生產(chǎn)組織方法。1999年、2001年Q 195、St 12、St 13產(chǎn)品分別獲得國家冶金質(zhì)量體系認(rèn)證,產(chǎn)品出口到加拿大、美國。511工藝制度優(yōu)化、研制最初的退火工藝是根據(jù)外方提供的參考制度和國內(nèi)同類廠的情況確定的。生產(chǎn)初期經(jīng)常出現(xiàn)粘結(jié)和力學(xué)性能低于標(biāo)準(zhǔn)下限的現(xiàn)象,1998年對Q 195F 退火工藝制度進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)本鋼退火原料的特點,通過鋼卷內(nèi)夾熱電偶的方法,確定了退火加熱速度、保溫溫度和保溫時間

15、,找出了分流啟動溫度、出爐溫度對退火時間的影響。使生產(chǎn)效率顯著提高,減少了粘結(jié)現(xiàn)象,并根據(jù)季節(jié)溫度變化調(diào)整分流啟動溫度和出爐溫度。根據(jù)爐內(nèi)氣體清潔程度,確定不同階段的吹氫量,減少了氫氣消耗。隨著連鑄投產(chǎn)、轉(zhuǎn)爐改造、爐外精煉設(shè)備的投入使用,冷軋的品種逐漸增加,試制、完善了Q 195、Q 235、St 12、St 13、St 14、St 37、耐候鋼N H 295、鐵路客車用鋼05CuPC r N i 等鋼種的退火工藝制度,產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量穩(wěn)步提高(圖1、2。St 14鋼種1998年開始試制,采用不同加熱速度控制的退火方式,不斷優(yōu)化、改進(jìn)退火工藝制度,2000年至今機(jī)能達(dá)標(biāo)率一直在95%以上。200

16、2年進(jìn)行了St 16(IF 鋼的退火試驗,一次試驗成功,目前正在進(jìn)行工藝制度的完善工作 。圖1退火機(jī)組生產(chǎn)情況F ig 11P roducti on of bell annealing furnaces512常見缺陷及解決辦法和其他罩式爐機(jī)組一樣,退火后存在粘結(jié)、氧化現(xiàn)象。通過一系列的試驗,找到了解決辦法。粘結(jié)問題是罩式退火的一個長遠(yuǎn)課題。產(chǎn)量和粘結(jié)現(xiàn)象一直是矛盾的,為了盡可能地不降低產(chǎn)量,除對不同厚度鋼卷的退火保溫溫度區(qū)別對待、降低高溫冷卻區(qū)的冷卻速度外,充分考慮帶加熱罩冷卻過程中的冷點溫度上升問題和季節(jié)溫度變化對冷卻速度影響因素,不同季節(jié)采取不同的冷卻速度,并適當(dāng)減少帶加熱罩冷卻退火的保溫

17、時間。同時降低軋機(jī)卷曲張力、提高軋輥粗糙度,減少粘結(jié)傾向。提高平整軋制速度,減少粘結(jié)印。緊急吹掃后的鋼卷產(chǎn)生邊部氧化現(xiàn)象。一般可以通過氧化色修復(fù)工藝制度消除,但降低生產(chǎn)效率。針對壓力開關(guān)誤信號、熱密封測試不合(不屬泄漏而產(chǎn)生的測試不合、緊急停電等原因而發(fā)生的緊急吹掃,在一、二期退火爐摸索出N 2氣氛退火情況下H 2重新置換的方法,使退火后不產(chǎn)生氧化色。這種方法還可以有效地縮短緊急吹掃后的退火周期,尤其對55第5期佟強(qiáng)等:本鋼冷軋罩式退火爐機(jī)組生產(chǎn)概況 圖2St 12和St 14鋼種力學(xué)性能情況F ig 12M echanical p roperties of St 12and St 14(a

18、St 12,s =199173;(b St 12,b =32618;(c St 12,=431317;(d St 14,s =169112;(e St 14,b =308150;(f St 14,=45156變頻調(diào)速循環(huán)風(fēng)機(jī)的爐臺更有效。6存在問題和展望隨著用戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高和網(wǎng)絡(luò)時代的要求,本鋼罩式退火產(chǎn)品質(zhì)量還需進(jìn)一步的提高。為提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量,適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)管理、生產(chǎn)的需要,研制退火工藝數(shù)學(xué)模型是一個重要課題。提高退火原料的表面清潔性,是得到良好表面清潔度的重要因素。良好的原料板形控制是減少粘結(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),同時可以提高退火機(jī)組的產(chǎn)量。隨著前部工序機(jī)組改造的完成和軋制油試驗工作的結(jié)束,退火的產(chǎn)品表面質(zhì)量將有很大水平的提高,產(chǎn)品的性能水平將更穩(wěn)定。(上接第39頁度,因而摩擦系數(shù)降低,軋制力減小,也會造成復(fù)映率降低。因此,實驗結(jié)果與212節(jié)中的理論分析相一致。表6不同形貌間距對復(fù)映關(guān)系的影響實驗結(jié)果T able 6T est result of influence of distance betw een m icro 2convexes on dup licati on rate試樣編號潤滑狀態(tài)微凸體間距S m m變形量h mm壓下率%軋制后長度mm 前滑值平均摩擦系數(shù)微觀凹坑深度m5干摩擦3320.1411.84100.02