全氫罩式爐的技術(shù)特點(diǎn)及其在不銹鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐的技術(shù)特點(diǎn)及其在不銹鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用李 鈞 （寶鋼股份不銹鋼分公司 冷軋廠，上海 200431）摘要：介紹了強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐的一般結(jié)構(gòu)，分析比較了強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐技術(shù)特點(diǎn)，闡述了強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐在不銹鋼帶材冷軋生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。關(guān)鍵詞：強(qiáng)對(duì)流全氫罩式退火爐 技術(shù)特點(diǎn) 不銹鋼生產(chǎn)The technical characteristics of HPH furnace and the application in stainless steel productionLI Jun(Baosteel Stainless Steel Branch, Cold Rolling mill, S

2、hanghai 200431 China)ABSTRACT The basic configuration and technical characteristics of HPH furnace were discussed, and its main application was also simply introduced.KEY WORDS HPH furnace technical characteristics stainless steel production1 引言強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐是目前世界上最先進(jìn)的間歇式退火爐之一，它采用氫氣作為保護(hù)氣體，利用高速循環(huán)風(fēng)機(jī)，使氫氣在內(nèi)罩內(nèi)

3、快速對(duì)流傳熱，達(dá)到快速、均勻地加熱和冷卻退火材料，產(chǎn)品性能均勻、生產(chǎn)效率高，被廣泛地應(yīng)用于鋼鐵、有色金屬的退火處理。2 強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐的基本結(jié)構(gòu)1-加熱罩2-內(nèi)罩3-鋼卷4-中間對(duì)流板5-爐臺(tái)6-爐臺(tái)閥站7-循環(huán)風(fēng)機(jī)圖1 強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐結(jié)構(gòu)示意圖圖1為強(qiáng)對(duì)流全氫罩式退火爐的結(jié)構(gòu)示意圖，強(qiáng)對(duì)流全氫罩式退火爐主要由強(qiáng)對(duì)流爐臺(tái)、加熱罩、內(nèi)罩、冷卻罩、爐臺(tái)閥站等部分組成。(1)強(qiáng)對(duì)流爐臺(tái)爐臺(tái)是罩式爐的基礎(chǔ)部分，退火鋼卷放置在爐臺(tái)上，同時(shí)內(nèi)罩也扣在上面，形成密閉的退火空間。設(shè)有高功率的耐高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)，在鋼卷加熱和冷卻時(shí)，保持內(nèi)罩內(nèi)保護(hù)氣體的強(qiáng)循環(huán)。 (2)加熱罩由殼體、燒嘴、換熱器、耐火材料及配管組

4、成。它主要作用是與內(nèi)罩形成燃燒空間，使燃?xì)馀c空氣在燃燒空間混合燃熱，對(duì)內(nèi)罩加熱。(3)內(nèi)罩由耐熱鉻鎳鋼焊接成的圓柱形罩體，其作用是將鋼卷與燃燒空間隔離開，使鋼卷在保護(hù)氣氛下進(jìn)行退火處理。(4)射流冷卻罩鋼板焊接成的圓筒結(jié)構(gòu)，四周及頂部布置空氣噴嘴，上部安裝冷卻風(fēng)機(jī)，用于對(duì)內(nèi)罩進(jìn)行快速冷卻。(5)爐臺(tái)閥站每個(gè)爐臺(tái)配置一套閥站，由公輔管道、控制閥門和儀表組成。用于公輔介質(zhì)的輸入與輸出、以及壓力和流量的控制。3 強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐的技術(shù)特點(diǎn)3.1強(qiáng)對(duì)流全氫罩式退火爐和連續(xù)式退火爐的特點(diǎn)比較(1)產(chǎn)品種類在罩式爐中，由于是以靜止的方式進(jìn)行熱處理，其加熱、冷卻及保溫時(shí)間均可方便的控制。特別是針對(duì)特殊性能鋼

5、種的特殊工藝要求，罩式爐便顯示出優(yōu)越性。而連續(xù)式退火爐常常受到帶鋼寬度、厚度和鋼種的制約，產(chǎn)品范圍比較窄。(2)加工產(chǎn)品性能罩式退火爐加熱時(shí)間長，氫氣在爐內(nèi)強(qiáng)對(duì)流循環(huán)，加熱均勻性好，冷卻速度可控。而連續(xù)退火爐是連續(xù)作業(yè)，加熱和冷卻速度迅速，表現(xiàn)在加工后的產(chǎn)品性能上：罩式爐退火產(chǎn)品的深沖性能、塑性要比連續(xù)爐產(chǎn)品好。(3)生產(chǎn)工藝和能力罩式爐退火時(shí)為了充分保證鋼溫的均勻性通常要進(jìn)行長時(shí)間的均熱過程，加上裝卸料占用時(shí)間，生產(chǎn)周期較長。而連續(xù)退火爐生產(chǎn)周期極短，大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。(4)投資及運(yùn)營成本罩式退火爐一次性投資少，并且可分階段進(jìn)行模塊化擴(kuò)建，而且運(yùn)行維護(hù)成本低，連續(xù)退火爐技術(shù)復(fù)雜，投資費(fèi)

6、用高，維護(hù)費(fèi)用也高。3.2強(qiáng)對(duì)流全氫罩式退火爐和傳統(tǒng)罩式退火爐的特點(diǎn)比較(1)生產(chǎn)能力比較表1是強(qiáng)對(duì)流全氫罩式退火爐與傳統(tǒng)罩式爐產(chǎn)能對(duì)比表，可以看出強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐的爐臺(tái)小時(shí)產(chǎn)能比傳統(tǒng)罩式爐爐臺(tái)小時(shí)產(chǎn)能提高一倍以上。表1 強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐與傳統(tǒng)罩式爐產(chǎn)能對(duì)比爐子類型傳統(tǒng)HNX罩式退火爐強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1000rpm最大2500rpm，變頻循環(huán)風(fēng)量20000m3/h130000m3/h保護(hù)氣體H2、N2混合氣體100%H2爐臺(tái)產(chǎn)能0.51.2t/h2.02.4t/h從表中還可以看出，其產(chǎn)能提高的主要原因是采用了強(qiáng)對(duì)流技術(shù)和全氫作為保護(hù)氣體。這是因?yàn)殇摼碓谡质綘t內(nèi)退火傳熱主要受對(duì)流換熱

7、系數(shù)和鋼卷徑向等效導(dǎo)熱系數(shù)影響。圖2顯示了退火過程中爐內(nèi)對(duì)流換熱與輻射換熱熱流密度之比，可以看出對(duì)流換熱在爐內(nèi)起決定性作用，開始和將近結(jié)束階段，熱流密度之比可達(dá)250，在均熱階段也保持在20倍。而對(duì)流換熱系數(shù)與保護(hù)氣體的流速和特性密切相關(guān)。氫氣密度僅為氮?dú)獾?/14，動(dòng)力粘度僅為氮?dú)獾囊话耄虼耸褂眉儦錃?，再提高循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以顯著提高爐內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)。另一方面鋼卷層與層之間存在間隙，會(huì)降低徑向?qū)嵯禂?shù)，徑向傳熱主要通過保護(hù)氣體的導(dǎo)熱、帶鋼間輻射換熱及通過接觸點(diǎn)的導(dǎo)熱。鋼卷徑向傳熱是帶鋼金屬導(dǎo)熱和帶鋼層內(nèi)氣體傳熱的綜合效應(yīng)。因此增加保護(hù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，能有效提高徑向?qū)嵯禂?shù)，而氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)

8、是氮?dú)獾?倍，因此采用氫氣作為保護(hù)氣體也能顯著提高鋼卷的徑向等傳熱能力。圖2爐內(nèi)對(duì)流換熱與輻射換熱熱流密度之比隨退火過程的變化(2)產(chǎn)品質(zhì)量比較強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐處理的鋼卷表面質(zhì)量的溫度比較均勻，外圈和芯部的溫差可以縮小到20以內(nèi)，因此性能更加均勻，塑性和深沖性能優(yōu)良，而傳統(tǒng)罩式爐處理鋼卷時(shí)則存在外圈過熱和晶粒粗化現(xiàn)象，由于保護(hù)氣氛中氮?dú)獗戎馗撸嘶鹉茉斐梢欢ǔ潭鹊?，降低產(chǎn)品的深沖性能。另外強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐處理的鋼卷表面質(zhì)量也優(yōu)于傳統(tǒng)罩式爐的產(chǎn)品。(3)能耗比較強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐由于熱效率高退火周期大大縮短，與傳統(tǒng)罩式爐相比縮短了30%40%，能耗大大降低。另外強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐風(fēng)機(jī)采用變頻無級(jí)調(diào)

9、速控制保證了風(fēng)機(jī)速度與氣氛氣體的比重和溫度相匹配，顯著降低了電耗。4 強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐在不銹鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用400系列不銹鋼，如430、420、409等，是強(qiáng)對(duì)流全氫罩式退火爐重要的處理對(duì)象。一般不銹鋼帶材在冷軋過程中要經(jīng)歷兩次退火，分別是冷軋?jiān)暇硗嘶鸷屠滠埑善肪硗嘶?，有時(shí)在軋制過程中還需要中間退火。(1)冷軋?jiān)暇淼耐嘶馃彳埡髱т摃?huì)發(fā)生塑性變形，各晶粒順著軋制方向伸長，壓扁，破碎，在晶界形成大量位錯(cuò)，晶格變形，導(dǎo)致加工硬化。對(duì)于碳、氮含量較高的400系列不銹鋼來說，熱軋后在冷卻過程中組織發(fā)生馬氏體相變，常溫下得到全部或部分的馬氏體組織。因此采用罩式退火爐將材料加熱到馬氏體相變點(diǎn)以上，經(jīng)過長時(shí)

10、間保溫和緩慢冷卻，以消除軋制內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，使被拉長的晶粒變?yōu)榈容S晶粒，獲得良好的冷加工性能。馬氏體組織也分解為鐵素體基體上均勻分布球狀碳化物，帶鋼變軟，利于后續(xù)加工。圖3是430不銹鋼罩式爐退火的典型工藝曲線。430不銹鋼熱軋后，組織中含有部分馬氏體，導(dǎo)致材料變硬，不利于后續(xù)加工。通過加熱到相變溫度以上，約850，消除組織內(nèi)的馬氏體，得到較低的硬度。為了防止由于冷卻速度過快，重新生成馬氏體組織，通常帶加熱罩緩慢冷卻到760以下，再扣上冷卻罩進(jìn)行快速冷卻，當(dāng)芯部溫度冷卻到350，將鋼卷吊至終冷臺(tái)進(jìn)行最終冷卻。圖3 430不銹鋼罩式爐退火的典型退火工藝曲線(2)冷軋不銹鋼的中間退火400系列不

11、銹鋼冷軋過程中發(fā)生硬化。變形量越大，加工硬化的程度也越大。對(duì)于較厚的鋼帶來說，需要經(jīng)過兩次軋制甚至多次軋制才能獲得需求的厚度，因此需要中間退火。這類退火可以在連續(xù)爐中進(jìn)行，然后酸洗處理，除去氧化鐵皮，也可以采用強(qiáng)對(duì)流全氫罩式退火爐進(jìn)行退火，由于保護(hù)氣氛為純氫，露點(diǎn)低，可以獲得光亮的、光滑的表面，省去了酸洗工序，而且機(jī)械性能優(yōu)良。這類退火一般加熱溫度不超過馬氏體相變點(diǎn)，否則彌散分布的球狀碳化物會(huì)再次溶解。 至于不銹鋼冷軋成品卷的退火，一般不用罩式退火爐處理，這是因?yàn)槔滠埦黹L時(shí)間退火后表面都會(huì)略微氧化，有不均勻的的退火痕跡，影響表面使用；另外冷軋成品卷通常很薄，退火溫度較高時(shí)，容易發(fā)生粘結(jié)和層間擦傷等表面缺陷。5 結(jié)束語隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的不銹鋼的生產(chǎn)和消費(fèi)量都在迅速上漲，對(duì)不銹鋼的品種和質(zhì)量都提出了更