浅析罩式退火炉加热时间的影响因素

１．前言
罩式退火炉为间断式炉，炉温按规定的加热制度随时间变化，因此罩式退火炉的退火周期直接影响到炉子的生产率。

罩式炉的退火周期包括加热时间、冷却时间、装出料时间。

本文主要讨论加热时间的影响因素。

罩式退火炉加热时间的影响因素很多，主要有循环气氛的种类、温度及循环量，带卷参数如带钢宽度及厚度、钢卷外径和内径、装料重量等，升温期的供热量，对流环的有无和结构等。

下面分别加以探讨，以求为罩式炉的生产操作提供参考。

２．影响因素分析
２．１循环气氛对加热时间的影响
（１）循环气体种类
罩式退火炉的循环气体通常采用氮氢和纯氢两大类。

近年来多采用纯氢作为循环气体即全氢罩式退火炉。

这是由于氢的导热率约为氮气的７倍，而钢卷缝隙间的传热主要依靠循环气体的导热，可见用１００％纯氢作为保护气体，能大大提高钢卷径向导热率，加快钢卷的径向传热。

另一方面，氢气的密度仅为氮气的１／１４，这就使得气氛循环风扇直径得以增大，气体的循环量大大增加，加之氢气的动力粘度仅为氮气的５０％，因此使用纯氢作为炉内保护气氛，无疑会大大提高炉内的对流换热系数，（如图１）从而增强了传热能力，使加热与冷却速度提高４０％～５０％，加热时间与冷却时间都大大缩短。

（２）循环气体流量
循环气体流量的变化直接影响对流换热表面气体速度变化，从而引起对流换热系数的变化。

循环气体与内罩的对流换热量，钢卷与循环气体的对流换热量都随之变化，最终可引起退火加热时间的变化。

在实际生产中，循环气体流量的变化对退火
浅析罩式退火炉加热时间的影响因素
刘凤芹１，胡伟２
（１．唐山钢铁设计研究院，河北唐山０６３０００；２．唐钢动力能源部，河北唐山０６３０００）
摘要：本文简要分析了影响罩式退火炉加热时间的因素，为罩式炉的生产操作提供参考。

关键词：罩式退火炉；加热时间；循环气氛；钢卷结构参数
ＡｎａｌｙｓｉｓｔｏｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｈｅａｔｉｎｇｔｉｍｅｏｎｔｈｅＢｅｌｌ－ｔｙｐｅｆｕｒｎａｃｅ
ＬｉｕＦｅｎｇ－ｑｉｎＨｕＷｅｉ
（１．ＴａｎｇｓｈａｎＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．Ｌｔｄ．，
Ｔａｎｇｓｈａｎ，Ｈｅｂｅｉ，０６３０００２．ＴａｎｇｓｈａｎＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌｇｒｏｕｐＣｏ．ＬＴＤ，０６３０００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅｈａｖｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｈｅａｔｉｎｇｔｉｍｅｏｎｔｈｅＢｅｌｌ－ｔｙｐｅｆｕｒｎａｃｅ．ＷｅｈｏｐｅｉｔｃｏｕｌｄｂｅａｕｓｅｆｕｌｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅＢｅｌｌ－ｔｙｐｅｆｕｒｎａｃｅａｎｎｅａｌｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｍａｋｅｉｔｃｏｎｄｉｍｅｎｔｔｏｔｈｅｏｐｅｒａｔｏｒｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｅｌｌｔｙｐｅｆｕｒｎａｃｅ；ｈｅａｔｉｎｇｔｉｍｅ；Ｃｉｒｃｌｉｎｇａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ；Ｃｏｉｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
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钢卷温度场的影响是很小的。

图２为这两者之间的关系。

由图中可以看出：循环气体流量从６６６７０ｍ３增加到７２６７０ｍ３，增加了６０００ｍ３，退火加热时间从１８．４ｈ减少到１７．９ｈ，仅缩短了０．５ｈ。

在生产过程中，循环气体流量经过设计者的合理计算作为定值进行生产操作，但是由于长期生产后，循环风机可能出现老化现象，如果再按设计风量生产，风机会出现震动。

此时为了确保安全生产，可以适当调小风量，灵活操作。

图２不同气体流量冷点达到６２０℃所需时间
（３）循环气体温度
在生产过程中，需要根据钢种和用户要求选取不同的循环气体温度制度进行退火生产。

温度制度的选取直接关系到产品质量的好坏。

退火温度过高，钢卷易出现粘结现象；退火温度过低，易出现轧硬现象。

这两种现象都是出现废品的主要
原因。

此外，现场生产中由于加热罩上烧嘴出现故障，也会造成循环气体温度低于设定值，导致钢卷加热时间延长。

因此，循环气体的温度变化对退火生产中加热时间的影响非常重要。

而循环气体的温度决定了升温期的供热量的多少。

图３退火工艺制度曲线
图３是唐钢冷轧厂罩式退火炉实际生产时的
加热曲线（以ＣＱ为例）。

可以看出，在加热中前期，气体温度升高或降低对冷点温度影响不大，随后气体温度对冷点温度的影响明显增加。

图４显示了５种温度制度下达到工艺要求的冷点温度所需加热时间的差别。

在实际生产温度制度下，冷点达到６２０℃需１９．０ｈ，若将该温度制度提高２０℃，则为１７．８ｈ，缩短１．２ｈ；将温度制度降低２０℃，则为２０．６ｈ，延长１．６ｈ；而最高温度制度比最低温度制度下的退火加热时间缩短２．８ｈ。

图４不同工艺制度冷点达到６２０℃所需时间
图１氢气与氮气介质对流换热系数的比较
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图５钢卷ＤＱ及ＤＤＱ退火工艺制度曲线
２．２钢卷品种及结构参数对加热时间的影响（１）钢卷品种
图５中２和３为唐钢罩式退火炉不同钢种退火卷（以ＤＱ、ＤＤＱ为例）的加热曲线。

可见，钢种不同加热时间是不同的，ＤＱ达到冷点所需的时间为１７．７小时，而ＤＤＱ需２２小时。

这是由不同钢种的成分决定的。

（２）钢卷外径及高度
在退火过程中，钢卷自身的热传导包括导热和径向导热。

①钢卷外径
钢卷径向导热是钢卷内、外表面积将获得的热量向冷点传递的过程。

在径向等效导热系数不变时增大钢卷外径，相当于增加钢卷径向导热热阻，因此热量向冷点传递的时间必然延长。

随着钢卷外径的增加，冷点在退火过程中升温和降温的速度减慢。

图６显示了不同外径下的加热时间。

钢卷外径从１．６ｍ增加到２．４ｍ时，钢卷退火加热时间由１７．８ｈ增加到２１．７ｈ，延长３．９ｈ。

由图中还可以看出，钢卷外径从１．６ｍ变化到２．０ｍ时，曲线斜率较大，随后斜率减小。

这是因为随着外径的增加，一方面径向导热热阻增加，减少了钢卷的径向导热量；另一方面，钢卷外表面与内罩内表面之间的保护气体循环通道截面积减小，导致气体循环流量增大，从而增加了钢卷内、外表面的对流换热量，这两方面的作用相互抵消。

故在
炉台允许的外径范围内，增加钢卷外径会延长加热时间。

但随着外径的增加，它对加热时间的影响
越来越小。

图６不同外径冷点达到６２０℃所需时间
②钢卷高度
钢卷的轴向导热，是钢卷上下表面向冷点传
递热量的过程。

钢卷的轴向导热系数等于该钢种钢的导热系数，钢种一定，钢卷的轴向导热系数即为定值。

卷制钢卷的带钢宽度增加，就会使得钢卷的高度增加。

此时相当于在导热系数不变的情况下增加轴向导热系数，钢卷退火的加热时间必然延长。

随着钢卷高度的增加，其退火加热时间延长。

此外，钢卷高度变化对于退火加热时间的影响比径向等效导热系数和钢卷外径变化对加热时间影响显著。

因此在生产中，应格外注意根据带钢宽度的变化，来调整退火的工艺制度。

图７显示了退火加热时间随钢卷高度增加的
（下接第６１页）
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变化情况。

当钢卷高度从０．９ｍ增加到１．５ｍ时，退火加热时间从１５．３ｈ增加到２１．２ｈ，延长了５．９ｈ。

从曲线的斜率来看，退火加热时间与钢卷高度几乎成线性关系，这也说明钢卷高度变化对加热时间影响显著。

图７不同高度冷点达到６２０℃所需时间
（３）钢卷的表面质量的影响
冷轧卷的表面质量如残油、残铁量及张力等都将影响加热时间。

当钢卷表面质量较差及张力较大时，为避免发生粘接等现象，退火时设定的循环气体温度相对降低，另外，较高的残油、残铁量会影响到钢卷的传热系数，退火时轧制油的蒸发也需要较高的热量，这些必然导致加热时间的延长。

钢卷的表面质量取决于冷轧机的工艺，唐钢罩式炉投产初期，由于冷轧机生产的钢卷张力大，残油量高，致使ＣＱ钢种的加热时间达到２３个小时
左右。

２．３对流板的影响
带卷在罩式炉中通常以堆垛的形式进行退火，在带卷之间应使用中间对流板。

中间对流板两面带肋。

由于带钢以成卷方式加热和冷却，径向传热时要穿过许多气层，热阻大，使用对流板后可控气氛沿钢卷边缘均匀流入，缩短了加热和冷却时间，提高了热效率。

唐钢罩式退火用中间对流板上肋的形状为切线型，切线型对流板的流速可增大，补偿了流动过程中的温度降，从而强化了钢卷端面的径向传热强度。

此外，在炉台的上表面也带有切线型的肋，起到底部对流板的作用。

因此，在退火过程中，对流板的使用对加热时间的影响至关重要。

３．结束语
通过以上简要分析可知，罩式退火炉的加热
时间的影响因素是多方面的，在生产操作中应根
据具体情况具体分析，设定合适的操作参数，在保证退火质量的前提下，尽量缩短加热时间，提高罩式退火炉的生产率。

参考文献
［１］林林，张欣欣等．全氢罩式退火炉退火过程传热的研究（Ⅱ）－－对流换热系数和钢卷径向等效导热系数的分析．北京科技大学学报，２００３，（３）：２５４～２５７
［２］工业炉设计手册，第２版，北京：机械工业出版社，１９９６［３］陈光，张丽徽等．宝钢ＨＰＨ全氢罩式退火炉钢卷加热时间的研究．冶金能源，２００５，（５）：２４～２８
ＫＴＢ以１３ｍｉｎ左右，可以使碳含量降至０．００２％以下，比ＲＨ常规脱碳所需要的时间缩短３ｍｉｎ。

脱碳速度常数Ｋ为０．２１４，最高０．２４３。

比ＲＨ的Ｋ＝０．１７９高０．０３５，使进一步深脱碳或提高出钢时的碳含量、减轻转炉负荷成为可能。

６．结语
在ＲＨ真空脱碳过程中，通过采取各种技术措施，可以使钢水中的含碳量控制在０．００３％以下。

参考文献
［１］黄稀祜．钢铁冶金原理（第３版）．北京：冶金工业出版社，２００５．Ｐ１～５２，Ｐ３３９～４１２
［２］赵沛主编．炉外精炼及铁水预处理实用技术手册．北京：冶金工业出版社，２００４．Ｐ２２３￣２５
［３］王新华．高品质超深冲钢的冶炼、连铸技术．北京：北京科技大学冶金与生态工程学院．２００６．
［４］刘良田．超低碳电工钢碳的控制．武汉：武钢技术，２０００．５
（上接第３６页）
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