现代热镀锌退火炉的特点

现代热镀锌退火炉的特点

摘要:本文分析了近年来热镀锌退火炉出现的一些新的特点,针对带钢的热镀锌连续退火工艺,提出了提高控制带钢质量的措施和重视热能利用的方法。

关键词:热镀锌退火技术质量控制热能利用

1 前言

退火炉是冷轧薄板连续热镀锌生产的关键设备,用于完成冷轧带钢热镀锌前的退火工艺,对钢带的热镀锌后的性能起到至关重要的作用。它的功能归纳为同时实现完成退火处理和表面净化处理两个方面作用。完成退火和还原后的钢带在退火炉内通过快冷和均衡后,准确的控制入锌锅的温度。热镀锌的退火工艺经历了由老式熔剂法热镀锌的线外退火到森吉米尔法线内退火法,再到1965年美国阿姆柯公司研究成功改良森吉米尔法,直至目前广泛采用的美钢联法,退火工艺随着时代的进步发生了历史性的长足进步,近年来,退火炉的控制出现了许多新的技术和特点。

2 炉内带钢张力分布更趋合理

连续退火炉的出口即锌鼻处设立热张紧辊。可将连续退火炉区和镀层区的带钢张力分开,使带钢在炉内以低张力运行,在镀层内以高张力运行,分别满足不同的工艺要求。各炉辊传动采用单独的交流调速,连续退火炉一般由加热、均热、冷却和均匀化等炉段组成,由于各炉段工况不一,带钢在各炉段甚至各行程的张力就有差异。为使带钢运行速度和各炉辊的线速度保持一致,各炉辊均采用单独交流传动。

3 设立均匀化段

在冷却段后、锌鼻前设立均匀化段,一般为1～2个行程,炉内设有电加热元件,该炉段的作用为:(1)可减少沿带钢宽度方向上的温差,有利于改善带钢的板形。(2)可有效地防止锌蒸汽、空气从锌鼻处直接进入冷却段,净化炉内气氛,确保镀锌板的粘附力。( 3)为在该段的顶部设立纠偏辊提供了空间。

4 炉内带钢质量保证技术

4.1 防止炉辊结疤技术

炉辊结疤的主要影响因素有:a. 带钢进炉内前,表面残余轧制油和铁粉的含量,尤其是铁粉;b. 带钢的运行速度和炉内各炉辊的线速度是否一致;c. 炉辊的工作温度和炉辊表面的抗温度性。为此,防止炉辊结疤的主要措施如下:一是需在退火炉前设立清洗段,进行碱洗、电解清洗、刷洗、漂洗、挤干和烘干等,使带钢表面轧制油和铁粉量双面含量应小于8mg/m2。二是各炉辊传动采用单独的交流调速,使带钢运行速度和各炉辊的线速度保持一致,减少带钢和炉辊产生的相对运动。三是炉辊表面喷涂一定厚度的耐高温陶瓷。

4.2 防止带钢热瓢曲技术

热瓢曲是带钢热变形不均引起的,当热应力大于相同温度下带钢屈服应力值时就产生热变形,而热应力则是由带钢沿宽度方向上温度差产生的,当这一温度差大于60℃,带钢就产生热瓢曲。

根据带钢热瓢曲产生的机理, 防止带钢热瓢曲技术主要有:1) 采用先进的加热装置,使炉内温度场更加均匀。在以辐射管为加热元件的退火炉内,采用先进的辐射管烧嘴。在无氧化退火炉内,采用高冲量、强对流预混无氧化烧嘴,使炉内温度场均匀。2)炉辊热凸度控制技术,在立式炉内,带钢反复缠绕在上下炉辊上,为保证带钢在冷态下稳定运行,各炉辊都加工有一定的初始凸度,且各炉辊的初始凸度值随着炉辊所处的位置的不同而不同;然而,在正常生产条件下,由于炉辊的两端和带钢遮蔽的中部受热条件的不同,炉辊将产生热凸度。在加热段,炉辊将产生负凸度;在冷却段则正相反,炉辊将产生正凸度。负凸度将引其带钢跑偏,引其带钢张应力分布不均,使带钢产生皱摺;正凸度将引其带钢热瓢曲。

4.3 炉内带钢自动纠偏技术

带钢在退火过程中,带钢在立式炉内的长度达300m以上,且带钢在炉内的速度达200m/s,这么高的速度,在这么长的炉内,带钢不发生跑偏是不可能的,因而,在退火炉内,尤其在辐射管间接加热的退火炉内,进行带钢自动纠偏是非常必要的。炉内带钢自动纠偏辊有两种:双辊水平纠偏与单辊上下纠偏。在相同的跑偏量下,双辊纠偏较单辊纠偏,纠偏量大,纠偏效果显著。纠偏辊应设置在带钢温度变化较大和带钢跑偏量较大的炉辊上。

4.4 采用轻型炉内衬结构

在现代热镀锌连续退火炉中,炉内衬多采用轻型结构。即除局部外,炉内衬各层材料全部采用陶瓷纤维或陶瓷纤维+硅钙板,并用不锈钢板覆面,从而,从根本上解决了上述不足。不锈钢板的固定也采用新型结构,允许不锈钢板自由膨胀,可有效地避免不锈钢内衬板在使用过程中的变形。

4.5 采用先进的辐射管烧嘴

在大型立式热镀锌连续退火炉上,多采用煤气辐射管作供热装置,辐射管为“U”型或“W”型,这两种辐射管的烧嘴有以下两类:一是采用二段式甚至三段式燃烧方式的辐射管烧嘴,多段式燃烧过程可避免高温区过于集中,降低火焰根部温度,使燃烧产物中NOx的含量小于150ppm,且使得辐射管沿长度方向上温度分别均匀。二是采用蓄热式辐射管烧嘴:可以提高助燃空气的预热温度降低辐射管温差,还可以减少NOx 的生成量。

5 重视热能利用

过去,在冷轧退火炉中,热能的利用未受到充分的重视,以直接加热退火炉为例,其热效率在40%以下。近些年来,在带钢的退火质量倍受重视的同时,退火炉的热能利用也提到了一定高度,采用了许多节能措施,仍以直接加热退火炉为例,卧式炉的热效率达48%以上,立式炉的热效率达55%以上,以致更高。主要的节能措施如下:

(1)预热主助燃空气:辐射管加热采用自身预热式烧嘴,可将主助燃空气预热到350℃～400℃,蓄热式烧嘴可以将助燃空气的预热温度到800℃;直接无氧化加热的烧嘴,其主助燃空气采用集中预热,在烟道内设置集中换热器,可将主助燃空气预热到450℃～600℃。

(2)利用燃烧产物直接或间接预热带钢:在卧式直接加热退火炉延长加热段,不设供热装置,利用燃烧产物直接预热带钢,可将带钢预热到250℃以上;在立式退火炉加热段前设置预热段,可利用加热段的燃烧产物直接预热带钢,也可设置专用的换热器,利用热段的燃烧产物先加热保护气体,再用热保护气体预热带钢,可将带钢间接预热到120℃以上。间接预热较直接预热,更有利于带钢的表面质量。

(3)充分利用燃料和炉内保护气氛中的化学潜能:在无氧化直接加热退火炉中,采用煤气不完全燃烧,空气过剩系数为0.9～0.94之间,控制炉内燃烧气氛为还原性气氛,这些未燃尽的可燃成分,以及炉内HNx保护气氛中的可燃气体氢气通过烟道排出,造成了能源浪费。现代的无氧化直接加热退火炉,炉内和烟道内分别设有后燃烧装置,当废气温度大于700℃时,在炉内直接烧掉,当废气温度低于700℃时,通过烟道内设有点火烧嘴,将其烧掉,产生的这部分热能再通过集中换热装置加以回收。

( 4)利用加热段排出的废气加热热水,用于炉前的清洗段。

6 结语

近年来,连续热镀锌退火技术虽然在工艺和装备上都取得了较大的发展,但仍