退火炉

退火炉培训
在整个硅钢退火工艺中最重要的工艺环节就是是带钢的炉内退火过程，带钢经过连续退火要达到以下两个目的：
（1）将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温一定的时间，使形变后破碎、纤维状的晶粒从新结晶成均匀的等轴晶粒以消除形变硬化和残余残余应力，恢复金属的塑性，改善机械性能；
0与带钢中的C （2）在SF段通入湿的氮氢保护气体，利用保护气体中的H
2
进行反应达到脱碳降低铁损的作用，以保证磁性、硬度和磁时效符合要求条件。

1、退火工艺
1.1 冷轧带钢在退火前要先用碱液去除表面上的轧制油和污垢，然后采用高温高温短时迅速的将带钢加热到退火温度，然后通入湿气进行脱碳，最后将带钢进行冷却，炉子的出口和入口用氮气密封保证退火炉炉压稳定。

（冷轧带钢在退火前要先用碱液去除表面上的轧制油和污垢，防止带入炉内破坏保护气氛，影响脱碳效率，甚至引起增碳现象。

油污也使钢带表面质量变坏，引起炉底辊结瘤而后造成钢带划伤等缺陷。

）
整个退火炉主要分为预热、无氧化加热段、辐射管加热段，均热段、控冷段，快冷段。

（1）PH预热段
利用NOF排出烟气的物理热、NOF未燃烬气体和SF流过来的氢气燃烧的化学热预热带钢，该炉段为氧化性气氛；
（2）NOF无氧化加热段
NOF采用高速隧道烧嘴明火加热的方式将带钢快速加热到规定的温度，同时控制空气和煤气的空燃比（0.92-0.98）使煤气过剩防止带钢氧化，该炉段为无氧化气氛。

（3）RTF辐射管加热段
为了防止NOF内带钢氧化、断带、降低磁性，带钢在NOF内的加热温度不宜过高，该炉段采用煤气在辐射管燃烧然后通过热辐射的方式将带钢继续加热到工艺所要求的温度。

（4）SF电阻带均热段
通过电阻带加热的方式来均与的加热带钢保证带钢横向温度的均匀性，通入湿的
0与带钢中的C进行反应达到脱碳降低铁损氮氢保护气体，利用保护气体中的H
2
的作用。

(5)SRJC控冷段
控冷段共有8台变频风机，采用均匀缓冷的方式将带钢冷却到要求的工艺温度。

(6)RRJC快冷段
快冷段共有9台恒速风机，采用快速冷却的方式将带钢冷却到要求的工艺温度。

1.2 退火温度必须在相变点以下。

在α－相区内退火温度增高和退火时间延长，晶粒尺寸增大，铁损降低。

由于硬度随温度的升高而降低，冲片性变坏。

为了提高产量和磁性，一般选用高温短时间退火方法。

冷轧钢带含碳量大于0.005%退火时需要脱碳，氮氢混合气经过加湿器将水蒸气带入炉内，使炉内形成弱氧化性气氛。

弱氧化行脱碳气氛也使钢带氧化，表面形成的氧化膜有阻碍脱碳的作用。

气氛中含有一定量的氢气就是为了减轻钢带表面的氧化。

影响脱碳的因素还有：
（1）相变的影响：碳在bcc的α－Fe中扩散的速率比在fcc的γ－Fe中大256
倍，因为前者的原子排列密度小，在α－相区脱碳更有利。

（2）原始碳含量的影响：原始碳含量越高，脱碳速度越快。

（3）钢带厚度的影响：钢带越薄，碳往表面扩散越快，脱碳速度也越快。

（4）硅和铝含量的影响：（Si+Al）量增高，加快钢中碳的扩散，促进脱碳。

因为硅和铝不形成碳化物，有排斥碳原子的作用。

2、退火工艺控制要点
2.1控制退火气氛和露点
退火气氛DP高时，形成10μm厚的内氧化层，DP≤0℃时，不形成内氧化层，当气体中H2少量会形成氮化层，因为高温下N2从表面扩散到钢中形成AlN，如果H2≥45%，DP≤0℃时，在900×1-5min，不会形成内氮化层。

当3%Si+0.5%Al钢原始C＜0.005%和热轧板经850℃×0.5h预退火或常化时，冷轧板在800-1000℃，5%-45%H2+N2中（DP=-20-﹢10℃）退火后，表面形成0.1-10μm厚致密的氧化膜，这可防止形成内氧化层，P15低。

0.5mm厚P15≈2.4W/kg，氧化膜厚度＞10μm时形成内氧化层，P15增高。

见图2.5a。

也就是℃DP＞10℃时形成内氧化层，DP＜-20℃时不形成氧化膜和内氧化层，见图2.5b。

H2＜5%时难以控制表面氧化膜厚度，形成内氧化层，而H2＞45%时，不能形成致密的氧化膜，见图2.5c。

图2.5 气氛露点和氢含量与表面氧化膜，内氧化层和P15的关系
A表面氧化膜厚度与内氧化层形成和P15的关系；b气氛DP与表面氧化膜厚度和P15的关系；c气氛中氢含量与表面氧化膜厚度和内氧化层形成的关系
2.2升温速度、冷却速度和炉内张力
连续退火时钢带伸长率R应满足下式：0.0035T-3.8≤logR≤0.0035T-2.8。

由图2.6看出，退火温度T越高，R越大，P15也越低。

图6-52b和c证明以＞10℃/s速度快速升温到950-1100℃经短时间退火（＜60s）和施加约0.98MPa 张力，磁性最高。

有研究证明退火后冷却速度＜10℃/s2时，由于降低冷却应力，P15进一步降低。

在硅含量和相对应合适的退火温度下，钢带伸长率在0.1%±0.05%时磁性最好，相当于约0.98-2.9MPa张力。

这比图2.6所示的合适伸长率低一个数量级。

图2.6 退火温度，钢带伸长率与P15的关系
2.3退火温度和时间
0.5mm厚2.9%Si+0.43%Al冷轧板脱碳退火后在DP=0-﹢10℃的20%H2+N2中870-1030℃退火不同时间t，证明随着温度升高和时间延长，晶粒尺寸D增大，P15降低，μ15也下降，详见图2.7。

D与t成指数关系：D=kt n，n为时间指数，k为常数。

n和k都与材料和退火温度有关。

但高温长时间退火，由于晶粒长大到表面时形成晶界沟槽阻碍晶粒进一步长大，因此在≥980℃经很短时间退火，就使晶粒充分长大，P15达到最低值。

对2%Si钢的研究也得到同样的结果。

0.5mm厚的3.9%Si+0.6%Al钢最终退火温度（退火时间30s）与磁性的关系，可看出以20℃/s速度升温到950-1000℃×30s或以50℃/s速度升温在1000-1050℃×30s退火磁性最高。

图2.7 退火温度和时间与晶粒直径以及晶粒直径与μ15的关系
（4）退火气氛和防止钢带划伤方法
已证明退火气氛在DP≤0℃时不形成内氧化层。

气氛DP≤0℃并含有≥45%H2时也不形成内氮化层。

为防止炉底辊结瘤将钢带表面划伤，可采用石墨辊或陶瓷辊，其缺点是强度低，加工性差和成本高。

试验证明，连续退火脱碳时气氛DP高，炉辊更容易结瘤。

图3.8a表面在DP=+30℃和PH2O/PH2=0.07的60%H2+N2中900℃退火后冷却到700℃阶段将PH2O/PH2变为0.085-0.11，经过这样的处理150t钢带表面都出现划伤。

检查炉辊结瘤成分4.1%SiO2，0.5%FeO，1.2%Al2O3,1.3%MnO，87.5%Fe。

退火前钢带表面附着的氧化物被氢气还原为Fe而堆积在炉辊表面，这是炉辊结瘤的主要原因。

在850℃到700℃较慢冷却阶段形成的炉辊瘤最大。

大于850℃时被还原的Fe与钢带粘在一起而不形成结瘤。

因此在850℃到700℃冷却阶段将PH2O/PH2增大到＞0.12，即减少氢气量和增加氮气量，减小气氛的还原性，可减小结瘤（见图3.8b）
图2.8 以前连续退火工艺示意图a和改进的退火工艺示意图b ＜2%Si钢退火温度较低（800-900℃），这对防止结瘤和划伤有利，≥2%Si 的纯净钢经800-900℃×20-60s退火也得到高磁性，钢带表面无划伤。

图 3.9看出，3%Si+0.2%Al的0.5mm厚冷轧钢带经880℃×50s退火后，钢中S＜15ppm 时P15达到S12以上牌号。

钢中氮和氧含量的影响与硫的影响相同。

≥2%Si钢在＞10%H2+N2中经二段退火时，控制前面气氛DP=-15-+5℃（弱还原性）和＜900℃退火可防止划伤，而后段DP＜-15℃和＞900℃。

如果前段退火温度大于
900℃，即使在还原气氛中也可以形成低熔点的Fe-Si系氧化层，被氢还原成铁
后，与炉辊烧结反应，前段炉辊结瘤明显，图2.10证明前段DP＞-15℃和板温＞900℃时发生划伤。

＜900℃时无划伤。

此外，热轧板卷取温度＞690℃也容易引起划伤。

图2.9 硫量与P15的关系图2.10 前段气氛露点与钢板温度与
划伤的关系 o-无划伤，×-划伤
退火过程中控制好温度、时间、和气氛（主要为P
H2O /P
H2
比和露点），使碳
先于氧化反应，温度过高，时间过长和水蒸气过多（P
H2O /P
H2
比和露点过高），都
会导致氧化反应先于脱碳反应进行，都会影响脱碳效果。

3、设备概要
3.1入口密封室（ESC）
1）功能—用来隔离炉内气体与炉外空气，同时能保持恒定的炉压。

2）结构—为碳钢气密焊的箱体结构，内衬耐火材料。

由炉壳、密封门、密封辊、N2喷管等组成。

为减小进口密封室断面，采用平顶吊挂结构，炉口只允许带钢和穿带工具通过。

为了防止前板受热变形，引起炉内气体泄露，前板采用水冷结构。

密封门借助于手动卷扬上下升降以调整它与密封辊的间隙；密封辊置于炉子进口处带钢通过线的上下方；N2喷管设置在进口密封室内部，带钢上下方各设置一根，经其上面的扁平喷嘴，将N2喷向带钢。

上喷吹管可转动，便于穿带时穿带棒可顺利通过。

3）技术参数：
—炉长800mm,炉膛净空尺寸1700mm（宽）
—炉壳侧板、底板厚6mm, 炉顶钢板厚4mm，材质为普碳钢
—密封辊：1根，水冷，外径150mm
—N2喷管：两根Ø140的耐热钢管，材质0Cr25Ni20
3.2 预热、无氧化加热炉（PH-NOF）
1）功能—预热炉利用NOF排出烟气的物理热、NOF未燃烬气体和SF流过来的氢气燃烧的化学热预热带钢，该炉段为氧化性气氛；NOF采用明火烧嘴将带钢快速加热到规定的温度，该炉段为氧化性气氛。

2）结构—由炉子本体、烧嘴、炉压控制挡板、排烟系统、助燃风机、点火风机等组成。

炉子本体为碳钢气密焊的箱体结构，由炉壳和耐火材料组成。

炉压控制挡板设置在PH段，为碳钢焊接结构。

排烟系统由烟道、挡板、换热器、排烟机、烟囱等组成。

排烟系统将NOF燃烧废气经PH和换热器排往烟囱，为了调整炉压和操作安全，设有挡板和控制系统。

烟囱为碳钢焊接结构，换热器前烟道为碳钢焊接结构，内衬耐火材料，换热器后烟道为碳钢管，外包隔热材料。

在PH炉壳侧壁上装有补燃器，仅供空气。

NOF段烧嘴安装在炉子的侧墙上, 在带钢上下交错。

3）技术参数：
—PH炉长15000mm，炉膛净宽：1700mm，最高炉温1150℃。

—NOF炉长23500mm，炉膛净宽：1700mm，最高炉温1250℃。

—炉壳侧板9mm，底板厚6mm, 炉顶钢板厚4mm。

—预热炉炉温采用1段控制，由4套补燃器组成；无氧化加热炉分4段控制，每段8个烧嘴。

—PH主烧嘴：4套，鼓入型，空气鼓入量400Nm3/h，空气压力3500Pa
PH点火烧嘴：4套，电子点火，容量16.7MJ/h
—NOF主烧嘴：32个，为高速隧道烧嘴，加热能力1170MJ/h，空气压力3500Pa，煤气压力1500Pa
NOF点火烧嘴：32个，电子点火，容量16.7MJ/h
—助燃风机：一台
转数：2900r/min
流量x压力：(293~330) m3/min(15.7~15.9)kPa
电机：功率132kW，变频调速控制
—点火助燃风机：一台
转数：2900r/min
流量x压力：7m3/min7.8kPa
电机：功率7.5kW
—烟道：普碳钢，内衬225mm耐火材料，其中换热器至烟囱段为渗铝钢管，外包50mm的隔热材料。

—烟囱：为碳钢焊接结构，内衬50mm浇注料，直径Ф1320mm，高30m。

—换热器：空气预热温度530℃左右。

入口烟气温度850℃，出口烟气温度低于400℃，烟气量13075 m3/h，空气量12500 m3/h。

—汽水换热器：一台，用于加热清洗段漂洗水。

—排烟机：一台
型号：最高使用温度400℃
流量x压力：(560~900) m3/min(4.69~3.84)kPa
电机：功率132kW，变频调速控制
3.3辐射管加热炉（RTF）
1）功能—为了防止NOF内带钢氧化、断带、降低磁性，带钢在NOF内的加热温度不宜过高，为此设置了RTF，采用煤气辐射管将带钢继续加热到工艺所要求的温度。

2）结构—由炉子本体、烧嘴、辐射管、排烟系统、助燃风机、等组成。

炉子本体为碳钢气密焊的箱体结构，由炉壳和耐火材料组成。

排烟系统由烟管、烟囱组成。

炉内充满N2和H2+ N2混合气，呈还原气氛，为了维持炉内气氛，RTF采用了抽鼓型辐射管。

烧嘴安装在炉子的侧墙上, 布置在带钢上下。

炉墙、炉顶及炉底用耐火砖砌筑。

3）技术参数：
—炉长40000mm，炉膛净尺寸1700mm，最高炉温950℃。

—炉壳：气密性碳钢焊接结构。

—耐火材料：
—炉温分4段控制，1、2每段10个烧嘴，3、4每段5个烧嘴
—辐射管：为“W”型，数量为30个，管径φ195mm，材质Cr28Ni48W5。

—主烧嘴：30个，自身预热式L型辐射管烧嘴，抽鼓式，加热能力607MJ/h，空气压力14000Pa，煤气压力2500Pa，空气预热温度500℃。

—主风机：1台，流量×压力120M3/min×20KPa，功率90kW
—排烟风机：1台，流量×压力450M3/min×5.5KPa，功率90kW
—排烟管：普碳钢管和渗铝钢管。

—汽水换热器：一台，用于清洗段1#热风干燥器。

—烟囱：1个，为碳钢焊接结构，高出厂房3m。

3.4 均热炉（SF）
1）功能—均热炉用来使带钢在规定温度下进行脱碳。

2）结构—由炉子本体、电阻带组成。

炉子本体为碳钢气密焊的箱体结构，由炉壳和耐火材料组成。

炉墙、炉顶及炉底用耐火砖砌筑。

炉内气氛为干的H2、N2混合气，设有炉内气氛露点连续检测和氢分析，对炉内气氛进行有效控制。

采用电加热，炉温用可控硅单独控制。

电阻带放在炉底耐火砖的沟槽内，这种结构可以避免加热元件在断带时被破坏。

电阻带横向布置，确保带钢宽度方向上温度的均匀性。

3）技术参数：
—炉长129000mm，最高炉温950℃。

—炉壳：气密性碳钢焊接结构。

—电阻带：14段，每段的电阻带功率为225KW。

3.5 循环喷射冷却器（RJC）段
1）功能—用来按规定的冷却速度将带钢冷却。

2）结构—由控制冷却段和快速冷却段组成，其中控冷段由15组构成，快冷段由15组构成。

控冷段和快冷段循环喷射的过程完全相同，结构一样。

每段都有炉壳、喷箱、循环通道、循环风机、换热器等组成。

不同点主要在于循环风量的控制方面。

控制冷却段的循环风机采用交流变频调速电机，通过调节风量控制带钢的冷却速度，使带钢在该段按工艺速度冷却。

快速冷却段的风量则不可调，始终以其最大风量循环喷射冷却带钢，快速冷却到200℃以下。

为了保证带钢冷却的均匀性，喷吹箱结构非常复杂；风道设有调节用挡板，以控制各通道的风量，使带钢宽度方向冷却速度保持一致。

RJC炉内压力分布极其复杂，可能有SF的H2
倒流至RJC。

如果一旦吸入空气，与H2汇合后，有引起爆炸的危险，造成设备、人身事故。

为防止这种异常现象的发生，除严格设置密封焊缝外，所有与外界相通的传动轴轴承处均采用特殊密封，例如循环风机的轴承及炉辊传动侧轴承等，以保证设备安全。

3）设备组成及规格：
—控冷段循环风机（要求耐热密封）8台，要求耐温密封，电机功率22kW （VVVF）。

流量×压力：425M3/min×1.37KPa。

—快冷段循环风机（要求耐热密封）9台，要求耐温密封，电机功率37kW。

流量×压力：650M3/min×2.06KPa。

—气体冷却器：水冷翅片式，17台。

—循环风道及喷吹箱：焊接气密结构，为了保证带钢冷却的均匀性，控制冷却段的风道设有调节阀，以控制各通道的风量。

—耐火材料：RJC控冷段炉墙、炉顶及炉底设有内衬，外包不锈钢板。

3.6出口密封室
1）功能—出口密封室用来密封来自RJC的保护气体和阻止空气进入RJC。

2）结构—由炉壳、双挡板密封装置、辉光加热器等组成。

炉壳、双挡板密封装置都为焊接结构。

出口密封系统除采用双档板密封装置外，还采用气封、密封帘、辉光加热器等多种装置和措施，阻止空气进入，保证安全生产。

密封帘置于出口密封室炉辊上方，陶瓷纤维布帘的下沿始终与带钢上表面接触，和炉辊一起构成出口的第一道密封；N2经数根小管垂直喷向带钢的上下表面形成气幕构成出口的第二道密封；设置两对档板(内衬耐热钢、外包陶瓷纤维布)，在带钢的上下表面以一定角度接触带钢，形成软硬结合的密封，构成出口的第三道密封，效果很好。

穿带时，上档板转动一定角度，穿带棒可顺利通过。

为了安全，在密封室顶部设有辉光加热器。

同时该处也是事故N2通入点之一。

此处设炉内压力检测点。

—出口密封室长度2500mm，炉膛宽1700mm
—辉光加热器2台，每台容量470W，使用电源AC100V、50Hz单相。

—炉壳：为气密性碳钢焊接结构。

—密封辊：碳钢辊2根，外径125mm。