信息化背景下探析连续退火炉辐射管换热器对镀锌研究现状

信息化背景下探析连续退火炉辐射管换热器对镀锌研究现状

河北河钢集团邯钢邯宝冷轧厂河北邯郸056001

摘要当辐射管换热器出现开裂、泄漏缺陷后，将使烧嘴已调整好的空燃比遭到破坏，使设计的过氧燃烧不能实现，使退火炉的加热能力降低，从而导致机组产量降低。而且会导致辐射管、辐射管热风管道、废气管道等在线设备的损坏，威胁到设备及人身安全。

关键词连续退火炉；辐射管；换热器；缺陷；空燃比

基于提高退火炉加热能力、节能及降低烟气温度而设计的辐射管换热器是该类型炉子十分关键的辅助设备之一，冷轧厂冷镀锌线辐射管换热器在线数量为XXXXX台。

1 连续退火炉概述

冷镀锌线退火工艺段主要是连续退火炉，它采用利用烟气余热加热保护气体喷射预热带钢、全辐射管加热和均热、箱式窄缝喷嘴喷吹保护气体快速冷却和镀后空气喷射冷却等技术。连续退火炉由预热段、加热均热段、喷射冷却段、均衡段、出口段和镀后冷却段组成。预热段能够通过加热段排放的废气余热预热钢带；加热均热段加热带钢到退火温度并且将温度保持必要的时间，以便于带钢内晶粒的重结晶；带钢在喷射冷却段，进行快速冷却，以防止晶粒的进一步长大，在保护气氛下快速冷却到镀锌温度；炉子均衡段可以使带钢温度均衡，目的是在最好的条件下将带钢输送到镀锌部分；经过均衡段之后，带钢通过出口段进入锌锅，进行镀锌，出口段把炉内的张力和镀后冷却段的张力分开，并且调节炉内的张力，同时通过炉鼻子输送带钢进入锌锅镀锌；带钢出锌锅后在镀后冷却段，温度下降到锌液凝固温度以下，避免锌液黏附在塔顶辊上[1]。

2 连续退火炉的作用

2.1 改善金属的机械性能

板带经过冷轧变形后，金属内部组织发生变化，晶粒拉长，晶粒破碎和晶粒缺陷大量存在。冷轧变形越大晶粒的破碎和位错密度越大，金属的塑性变形抗力增大，也就是硬度和强度显著增加塑性和韧性下降产生所谓的“加工硬化”现象。板带经过冷轧变形后外力对金属所做的功有90%以上在发生金属变形时使金属的温度升高，随后散掉。然而有小于10%的功转化为内应力残留于金属中，使金属产生内应力。退火是将冷塑变形的金属加热到再结晶温度以上，经保温后冷却的处理工艺。从而冷变形金属强度和硬度显著下降，塑性和韧性提高。内应力完全消失，加工硬化消除。

2.2 保证板带进入锌锅的温度

对于不同的钢种和不同的锌液成分，要求的板带进入锌锅温度不同，而且要求板带温度均匀。炉子可以使板带确保精确且均匀的温度进入锌锅，提高板带表面锌液的附着性。

2.3 改善板带板形

由于炉内炉辊有特殊的凸度，在炉内由于板带在高温状态下运行，高温强度和硬度在一定温度的情况下大大降低，而且炉内张力控制为微张力，这样在微张力的作用下对于板形的微小变形会有一定的改善作用，而且不会在炉内造成板带的板形的损坏[2]。

3 连续退火炉辐射管换热器工作原理

连续退火炉采用抽鼓式的燃烧方式。助燃空气通过助燃风机供入烧嘴，同时烟气被排烟风机从辐射管吸出。而辐射管换热器安装于“W”型辐射管顶部直段、烧嘴燃烧产物出口处，并以此为边界形成了内外两个相对独立的通道。外通道输送辐射管烧嘴的燃烧产物-高温废气，高温废气在流经换热器外部时，通过外套上的鱼翅状外棘片将大量热量传导到换热器，同时使废气温度大幅度降低；内通道则传输助燃空气，处于常温的助燃空气由冷风口进入换热器，从内套筒到达换热器端部，再流经内、外套间的换热通道到達热风出口，助燃空气最高可预热到450℃左右。经高温废气预热后的助燃空气经热风通道送入到烧嘴，与煤气混合后进行燃烧，可大幅度提高燃烧产物温度，对提高带钢加热温度、提高生产线产量及节能均起到重要作用[3]。

4 辐射管换热器缺陷对镀锌生产的影响

在定修检查中发现，部分辐射管换热器的内、外通道端部出现开裂、泄漏，通过技术和实践分析，这些缺陷对镀锌生产将产生以下几个方面的影响：

4.1 辐射管加热功率无法保证

辐射管烧嘴的燃烧属空气过剩燃烧，辐射管换热器内外通道间的开裂、泄漏使一部分助燃空气进入废气烟道，减少了进入烧嘴的助燃空气量。而进入烧嘴的煤气量依然为设定值，导致空气过剩系数严重不足，煤气将不能完全燃烧，降低了设定的发热量，导致辐射管加热功率的降低，其结果是机组的小时产量将大为降低。若泄露特别严重，则极有可能使带钢不能加热到退火所需的工艺温度，根本就不能组织生产。

4.2 加速热空气管道的烧损

设计中，为降低废气中的氮氧化物含量，部分废气将混入助燃空气参与烧嘴的燃烧。由于辐射管换热器的泄漏，造成了烧嘴的不完全燃烧，废气中部分未燃烧的煤气在进入热风管道后与助燃空气相遇，发生二次燃烧将直接导致热风管道

的烧损[4]。

4.3 缩短辐射管的使用寿命

助燃空气部分泄漏后，使进入烧嘴的助燃空气量不足，煤气在辐射管内将不能完全燃烧。辐射管内长期存在未被燃烧的煤气，将使管内呈现为还原气氛，在高温下会使辐射管管壁形成渗碳体，使管子变脆，易产生裂纹，导致辐射管损坏[5]。

5 结束语

冷镀锌线连续退火炉辐射管换热器在生产使用过程中，容易出现内外通道开裂、泄漏等问题，此类缺陷出现后，将使烧嘴预先设置好的空燃比遭到破壞，过氧燃烧不能实现，并且对辐射管设备、废气管道等造成损坏，对冷镀锌生产产生重要影响。

参考文献

[1] 陈军，伏小燕，李清.冷轧立式连续退火炉的探讨与分析[J].电子世界，2012，（22）：104-105.

[2] 于海.冷轧连续退火炉炉辊涂层失效分析[J].科技传播，2011，（09）：200，205.

[3] 中冶集团.辊底式连续退火炉投产[J].有色设备，2009，（06）：54.

[4] Masui T，Kaseda Y，Isaka K.Basic Examination on Strip Wandering in Processing Plants[J].Isij International，2000，40（10）：1019-1023.

[5] 包仁人，张杰，李洪波，等.冷轧板形平坦度计算方法[J].钢铁，2014，49（12）：50-53.