全氫罩式退火爐培訓(xùn)教材20111122

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1、全氫罩式退火爐培訓(xùn)教材20111112第一章全氫罩式退火爐的工藝與設(shè)備一、概述全氫型保護(hù)氣體單垛式緊卷罩式爐，實(shí)際上不單純只是采用全氫而與氫氮保護(hù)氣體相區(qū)別，而同時(shí)這種全氫型罩式爐在設(shè)備和工藝上還采取了相應(yīng)的技術(shù)措施，以適應(yīng)于全氫保護(hù)氣體新技術(shù)的發(fā)展，從而建成了以提高退火產(chǎn)量和質(zhì)量為目的的新一代全氫型保護(hù)氣體單垛式緊卷罩式爐。全氫作為保護(hù)氣體，早在70年代初期，國(guó)外某工業(yè)爐公司就開(kāi)發(fā)了這項(xiàng)新技術(shù)，當(dāng)時(shí)應(yīng)用于銅基金屬工業(yè)，70年代末推廣到鋼鐵工業(yè)，80年代中期進(jìn)行普遍推廣應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料記載至1993年這家工業(yè)爐公司制造并投產(chǎn)的全氫罩式爐共有500多座，分布在世界20個(gè)國(guó)家和地區(qū)。隨著冷

2、軋帶鋼生產(chǎn)的迅速發(fā)展，世界各國(guó)面臨著興建和改造老式罩式爐的新形勢(shì)。目前世界上具備全氫單垛式緊卷罩式爐新技術(shù)和提供全套設(shè)備的能力的廠(chǎng)家還不太多，據(jù)了解首先是歐洲一家工業(yè)爐公司，其次是歐洲另一家工業(yè)爐公司。前者生產(chǎn)的罩式爐稱(chēng)作“強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐”（奧地利EBNER工業(yè)爐公司），主要特點(diǎn)是采用全封閉退火爐臺(tái)、全封閉爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)、橫波形內(nèi)罩以及氣－水組合式冷卻罩。后者生產(chǎn)的罩式爐稱(chēng)作“高效能全氫罩式爐”39（德國(guó)LOI工業(yè)爐公司），主要特點(diǎn)是采用敞開(kāi)爐臺(tái)、將爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)分開(kāi)的彈性連軸器、平面形內(nèi)罩以及外部分流快速冷卻設(shè)備和空氣冷卻罩等。上述兩家公司采取的設(shè)備手段雖然有所不同，但其技術(shù)實(shí)

3、質(zhì)均遵循著強(qiáng)對(duì)流和全氫技術(shù)這個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)，適應(yīng)全氫退火的嚴(yán)密性和安全性，從而達(dá)到提高退火產(chǎn)量和質(zhì)量的目的。二、強(qiáng)對(duì)流全氫罩式爐技術(shù)1.強(qiáng)對(duì)流冷軋帶鋼卷罩式爐退火采用間歇式生產(chǎn)方式，以高爐和焦?fàn)t混合煤氣作為燃料，通過(guò)內(nèi)罩對(duì)帶鋼卷進(jìn)行間接加熱。罩式爐退火是以流體力學(xué)傳導(dǎo)理論為基礎(chǔ)。爐料得到熱量多少取決于內(nèi)罩壁的輻射傳熱和氣體對(duì)流傳熱的能力。由于軋制后的帶鋼橫向存在著中間厚、兩個(gè)邊部薄的橫向偏差，所以即使在較大軋制張力下卷曲鋼卷，仍會(huì)出現(xiàn)帶鋼中間部位層間壓力大、兩個(gè)邊部層間壓力小的情況，因此帶鋼層間存在間隙；其次，為了減少退火工序中由于帶鋼層間壓力過(guò)大而產(chǎn)生的粘結(jié)缺陷，在保證卷齊鋼卷的條件下

4、，應(yīng)盡量降低軋制張力，這樣更增大了間隙。而間隙中間充滿(mǎn)著空氣，由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)，因此，帶鋼卷的徑向?qū)崮芰懿?，影響了鋼卷徑向輻射傳熱效果。提高輻射傳熱的效果，只有提高?nèi)罩壁的溫度，形成較高的溫度差，這勢(shì)必導(dǎo)致鋼卷外圈過(guò)熱，這是不允許的。增強(qiáng)內(nèi)罩39壁與保護(hù)氣體之間對(duì)流傳熱的主要途徑是加大保護(hù)氣體的流速。采用保護(hù)氣體流速高、流量大的循環(huán)系統(tǒng)，增強(qiáng)對(duì)流傳熱速度，把內(nèi)罩壁上的熱量盡快地傳遞給鋼卷。對(duì)流傳熱計(jì)算公式為：Q=α(t2-t1)F式中Q－鋼卷吸收的熱量，kJ/h；t2－氣體溫度，℃；t1－鋼卷溫度，℃，一般為20℃；F－鋼卷受熱面積，m2；α－對(duì)流傳熱系數(shù)，k

5、J/m2?h?℃。ω0－標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體流速，m/s；d－氣體通道直徑，m；若提高Q值，必須提高α值、t2值或F值。t1值為常數(shù)，一般為室溫20℃。若提高t2值，必須增加燃料提高爐溫。若單純提高t2，而相應(yīng)的條件不具備，仍然是自然對(duì)流傳熱或一般強(qiáng)對(duì)流傳熱，將導(dǎo)致鋼卷外圈過(guò)熱，這是不允許的。在對(duì)流傳熱能力和所用保護(hù)氣體種類(lèi)一定的條件下，F(xiàn)也是不變的。因此，欲提高Q值，只有提高α值。而提高α值，必須降低d或提高ω0值。D值取決于內(nèi)罩內(nèi)壁與鋼卷外圈的環(huán)形空間。鋼卷幾何尺寸是一定的，尤其是鋼卷外徑作為爐型的主要標(biāo)志，是固定不變的，同時(shí)，考慮到吊扣內(nèi)罩操作等原因，內(nèi)罩39內(nèi)壁是不能縮小的。一般正常

6、情況下，內(nèi)罩與鋼卷最大外徑之間一側(cè)間隙為100mm左右，因此，d也是定值。這樣以來(lái)，只有提高ω0值才能提高Q值。因此，采用大功率、大風(fēng)量的爐臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)即可加速氣體流速，提高ω0值，從而相應(yīng)提高t2和F，達(dá)到提高Q值的最終目的。這就是采用強(qiáng)對(duì)流技術(shù)的理論基礎(chǔ)。2.全氫所謂全氫是指用100％氫作為保護(hù)氣體，取代過(guò)去常規(guī)的氮?dú)湫捅Ｗo(hù)氣體（氮?dú)湫捅Ｗo(hù)氣體，一般指2～4％H2、96～98％N2）。選擇全氫作為保護(hù)氣體，主要是從氫的理化性質(zhì)考慮的。標(biāo)準(zhǔn)狀況下幾種氣體和低碳鋼的密度和導(dǎo)熱系數(shù)如表2－1所示。表2－1標(biāo)準(zhǔn)狀況下幾種氣體和低碳鋼的密度和導(dǎo)熱系數(shù)項(xiàng)目密度，kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）

7、氫氣0.08990.172氮?dú)?.2510.024空氣1.2930.024低碳鋼785069.8從表2－1中看出，氫氣的密度僅是氮?dú)獾?/14，而氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)是氮?dú)獾?倍。氫氣重量輕，滲透能力強(qiáng)，可以滲入鋼卷層間，充分發(fā)揮導(dǎo)熱系數(shù)大的特點(diǎn)，顯著提高傳熱效率。氫氣是還原性氣體，在高溫下能使FeO還原為鐵，而氫氣又能引起鋼脫碳，反應(yīng)式如下：39FeO+H2=Fe+H2OC+2H2=CH4生成的H2O，可在退火過(guò)程中采取熱清洗手段將其除去。氫氣在鋼