全氫罩式退火爐安全控制

1、全氫罩式退火爐安全控制 1概述強(qiáng)對(duì)流全氫罩式退火爐（以下簡稱全氫罩式爐）是在原低氫罩式爐的基礎(chǔ)上于70年代發(fā)展起來的，具有低能耗、高效率、退火產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良等眾多特點(diǎn)。國外在1984年開始大量應(yīng)用于寬帶鋼卷的退火，至今已有近千座全氫罩式爐在世界各地建成。在奧地利的奧鋼聯(lián)、德國的克勒克納冷軋廠和蒂森冷軋廠、美國的ltv鋼廠和usx鋼廠等鋼鐵企業(yè)中，都可以見到正在工作的全氫罩式爐。直到80年代末、90年代初，全氫罩式爐這項(xiàng)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝才隨著國外生產(chǎn)工藝、控制技術(shù)的成熟逐步引進(jìn)到國內(nèi)，并迅速得到推廣。國內(nèi)已有鞍鋼、武鋼、本鋼、上海益昌冷軋薄板廠、海南鵬達(dá)冷軋薄板廠等單位先后引進(jìn)、建成了全氫罩式爐，生

2、產(chǎn)、使用情況良好。近年建設(shè)或改造的冷軋薄板廠正在大量采用全氫罩式爐，原有的低氫罩式爐正面臨被全氫罩式爐替代的局面。全氫罩式爐的安全性是至關(guān)重要的，這主要是由干在退火過程中采用了易燃、易爆的氫氣充當(dāng)退火產(chǎn)品的保護(hù)氣體和熱傳導(dǎo)體，稍有不慎即有可能發(fā)生著火或爆炸事故。如果沒有可靠的安全保障措施，即控制系統(tǒng)沒有完善的控制策略，不僅全氫罩式爐的生產(chǎn)不能進(jìn)行，而且還有破壞整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施的可能。本文針對(duì)全氫罩式爐保護(hù)氣體應(yīng)用的安全性，介紹全氫保護(hù)氣體控制過程的安全控制策略，以增強(qiáng)對(duì)這問題的認(rèn)識(shí)。2全氫罩式爐設(shè)備及工藝過程簡介全氫罩式爐是用來消除由冷軋變形而使帶鋼產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的一種處理裝置。通過使帶鋼升溫、保溫

3、、降溫的過程進(jìn)行帶鋼的再結(jié)晶退火。一座全氫罩式爐的基本設(shè)備包括：（1）一個(gè)帶有底部循環(huán)風(fēng)機(jī)的爐臺(tái)及其附屬介質(zhì)供給管路。（2）一個(gè)底部敞開、其余封閉焊接成整體的保護(hù)罩（以下簡稱內(nèi)罩）。將它扣在爐臺(tái)上即與爐臺(tái)構(gòu)成一個(gè)封閉的小空問（以下簡稱退火空間），退火帶鋼就置于退火空間之中。在退火過程中，退火空間即充滿純氫氣以保護(hù)帶鋼在高溫下不至干氧化。（3）一個(gè)制成罩形的加熱裝置（以下簡稱加熱罩）。加熱罩扣在內(nèi)罩之上，兩罩之間形成一個(gè)燃燒室，燃料在此燃燒，熱量通過內(nèi)罩傳遞到退火空間內(nèi)。（4）一個(gè)制成罩形的帶冷卻風(fēng)機(jī)的冷卻裝置（以下簡稱冷卻罩）。（5）一套快冷裝置。這種裝置有兩種，一種為在冷卻罩內(nèi)向內(nèi)罩噴水的噴

4、淋冷卻裝置，一種為將保護(hù)氣體循環(huán)通過換熱器進(jìn)行快冷的底部循環(huán)快冷裝置。（6）一套全氫罩式爐過程控制系統(tǒng)。全氫罩式爐一個(gè)生產(chǎn)周期包括：裝帶卷、扣內(nèi)罩；退火空間冷密封試驗(yàn)；氮?dú)獯祾?；扣加熱罩加熱；帶鋼保溫；退火空間熱密封試驗(yàn)；加熱罩吊走和扣冷卻罩進(jìn)行風(fēng)冷；快速冷卻；退火空間氮?dú)夂蟠祾?、吊走冷卻罩；吊走內(nèi)罩和帶鋼。3典型爐型的保護(hù)氣體安全控制策略在一般情況下，空氣中氫氣的爆炸濃度為472，且著火點(diǎn)很低。因此，安全使用全氫保護(hù)氣體進(jìn)行退火生產(chǎn)的核心就是讓氫氣和氧氣隔離或使混合氣體無法達(dá)到爆炸濃度。全氫罩式爐使用含微量氫氣的氮?dú)庾鳛闅錃夂脱鯕獾母綦x氣體。在正常情況下，這種氮?dú)鈨H用來吹掃退火空間。只有在故

5、障處理等不得已情況下才用這種氮?dú)鈱?duì)退火空間進(jìn)行事故吹掃或充當(dāng)保護(hù)氣體繼續(xù)完成退火過程。全氫罩式爐在其過程控制系統(tǒng)監(jiān)控下按固定的操作次序一步一步自動(dòng)完成退火全過程，僅在吊扣加熱罩、冷卻罩時(shí)需等待人工操作，通常情況下，過程控制系統(tǒng)通過不斷的測試和監(jiān)控保證整個(gè)退火過程安全進(jìn)行。一旦發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象出現(xiàn)，控制系統(tǒng)即刻按照預(yù)先編制的處理程序一步一步使過程轉(zhuǎn)為正?；虬踩C(jī)。根據(jù)快速冷卻工藝方式的不同，目前世界上流行兩種全氫罩式爐，以奧地利ebner公司為代表的采用冷卻罩噴淋快冷方式的全氫罩式爐（以下簡稱ebner型爐），其保護(hù)氣體系統(tǒng)流程見圖1；以德國loi公司為代表的采用底部循環(huán)快冷方式的全氫罩式爐（以

6、下簡稱loi型爐）。在一個(gè)爐臺(tái)正常的退火周期中，保護(hù)氣體的充入和排出包括下列步驟：（1）氫氣進(jìn)口閥的泄漏性試驗(yàn)。這是為了測試兩級(jí)氫氣電磁閥是否具有良好的關(guān)斷性能，每個(gè)退火周期開始時(shí)必須進(jìn)行一次這種測試。ebner型爐是向兩級(jí)電磁閥17a、b和c之間充入隔離氮?dú)獠y量壓力能否被保持來判斷電磁閥是否關(guān)斷良好。隔離氮?dú)鈮毫Ρ葰錃鈮毫Ω?，這種測試隨時(shí)都可進(jìn)行。如果氫氣進(jìn)口電磁閥有泄漏，爐臺(tái)就不能投入工作。ebner型爐還用隔離氮?dú)夥舛聝杉?jí)氫氣電磁閥。（2）退火空間冷態(tài)密封試驗(yàn)。這是在全氫罩式爐裝完鋼卷扣好內(nèi)罩后進(jìn)行的，它測試退火空間是否有效地與外界隔離，其方法是打開氮?dú)忾y（如圖1中的閥15）向退火空間

7、充入一定壓力的氮?dú)?，然后關(guān)閉所有進(jìn)氣閥、排氣閥，通過壓力開關(guān)（如圖1中的7）測量退火空問內(nèi)能否在一定時(shí)間內(nèi)保持壓力。如果測試不能通過，則發(fā)出警報(bào)，爐子不能進(jìn)行退火過程，必須人工處理后再進(jìn)行泄漏試驗(yàn)。（3）退火空間氮?dú)獯祾?。這是將退火空間的氧氣吹出去。這個(gè)過程既要保證一定的吹氣量，又要保證一定的吹氣時(shí)間，吹氣量、吹掃時(shí)間是通過計(jì)算和試驗(yàn)確定下來的。ebner型爐分大流量、小流量等幾種方式吹掃。這個(gè)過程必須保證將退火空問的氧氣降低到一個(gè)很低的濃度。（4）退火空間充入氫氣及吹掃。氮?dú)獯祾呓Y(jié)束后即可向退火空問充入大量純氫氣，整個(gè)退火過程即可在全氫的保護(hù)氣體情況下進(jìn)行。所謂氫氣吹掃就是要把在加熱過程中帶

8、鋼殘留乳化液的汽化物帶出退火空間，這個(gè)過程的時(shí)問長短取決于工藝要求。吹掃用氫氣量的大小也可以分檔調(diào)節(jié)。排出的氫氣可以放空也可以送到加熱罩燒掉，而且氫氣排出管一般單獨(dú)設(shè)立。（5）在整個(gè)用氫氣退火的過程中，退火空間的壓力不中斷地受到監(jiān)控。因?yàn)閴毫μ呷菀讓?dǎo)致設(shè)備損壞和密封被破壞，也表示有設(shè)備工作不正常。壓力太低容易因某種干擾使其變成負(fù)壓而吸入空氣產(chǎn)生危險(xiǎn)或表示發(fā)生了泄漏。ebner型爐采用一組壓力開關(guān)5、6、7監(jiān)控退火空間壓力，可監(jiān)控6個(gè)壓力值。一般來說，在整個(gè)退火周期中，氫氣供給閥總是打開的，而氫氣排出閥根據(jù)要求有時(shí)開、有時(shí)關(guān)。當(dāng)退火空間壓力降低到一個(gè)預(yù)定值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉正打開的氣體排出閥

9、，以期待壓力回升后再繼續(xù)退火，如果壓力繼續(xù)下降到報(bào)警值時(shí)，控制系統(tǒng)則自動(dòng)關(guān)閉全部排出閥和氫氣進(jìn)口閥，打開氮?dú)膺M(jìn)口閥向退火空間充氮?dú)狻Ｈ绻麎毫謴?fù)則可繼續(xù)通入氫氣退火。如果在給定的時(shí)間內(nèi)壓力不能恢復(fù)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)并用大流量氮?dú)獯祾咄嘶鹂臻g。如果退火空間壓力升高，則關(guān)閉氣體進(jìn)口閥、打開排出閥直到壓力恢復(fù)再按程序繼續(xù)退火。如果壓力繼續(xù)升高到報(bào)警值，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果這個(gè)壓力保持的時(shí)間超過設(shè)定的時(shí)間值時(shí)，控制系統(tǒng)就自動(dòng)關(guān)閉加熱系統(tǒng)，退火過程中斷，這時(shí)就需要操作人員處理故障后啟動(dòng)系統(tǒng)。（6）加熱結(jié)束前退火空間要進(jìn)行一次熱態(tài)密封試驗(yàn)。熱態(tài)密封試驗(yàn)主要是為了檢驗(yàn)內(nèi)罩經(jīng)過加熱過程是否出現(xiàn)了破損。因?yàn)樵诶?/p>

10、卻過程中，退火空間的氣體降溫、體積縮小，如果退火空間密封不嚴(yán)則有可能吸入空氣，這比加熱時(shí)如果密封不嚴(yán)而泄漏氫氣到燃燒室中要危險(xiǎn)得多。熱態(tài)密封試驗(yàn)和冷態(tài)密封試驗(yàn)方法基本相同，只是測試氣體為當(dāng)時(shí)用的保護(hù)氣體（一般為氫氣）。另外測試時(shí)應(yīng)盡量保持加熱功率穩(wěn)定以克服產(chǎn)生的影響。如果測試不能通過，則控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知操作人員處理。因?yàn)闊釕B(tài)密封試驗(yàn)不能通過也有可能是由干加熱系統(tǒng)故障或其他干擾造成的。必要時(shí)可人工再啟動(dòng)作一次熱態(tài)密封試驗(yàn)，然后根據(jù)情況選用氫氣或氮?dú)獬洚?dāng)保護(hù)氣體繼續(xù)完成冷卻過程。一般在熱態(tài)密封測試的同時(shí)還要對(duì)氫氣進(jìn)口閥進(jìn)行一次泄漏試驗(yàn)。（7）冷卻過程結(jié)束后，退火空間還要進(jìn)行氮?dú)夂蟠祾?。?/p>

11、的就是用氮?dú)鈱⑼嘶鹂臻g的氫氣吹掃出去。氮?dú)獾拇祾邥r(shí)間、吹氣量同樣要有嚴(yán)格的保證，否則就不能吊走內(nèi)罩。在退火過程中，如果出現(xiàn)閥門或其他設(shè)備的故障，全氫罩式爐控制系統(tǒng)可以在上述一系列測試中發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象而做出及時(shí)的反應(yīng)。對(duì)于控制系統(tǒng)本身1o接口出現(xiàn)故障，罩式爐控制裝置的自檢功能會(huì)發(fā)出警報(bào)，現(xiàn)場控制設(shè)備則盡量保持原狀，操作人員能很快更換上備用設(shè)備，退火過程即可繼續(xù)進(jìn)行。對(duì)于氫氣、氮?dú)夤┙o，全氫罩式爐控制系統(tǒng)有專門的功能來監(jiān)控。如果氫氣源出了故障則用氮?dú)獬淙胪嘶鹂臻g保持全氫罩式爐群處于安全狀態(tài)，并報(bào)警等待氫氣恢復(fù)。如果是氮?dú)庠闯隽斯收?，則報(bào)警并用球罐內(nèi)儲(chǔ)存的氮?dú)饩S持生產(chǎn)。ebner型爐控制系統(tǒng)還有一套爐

12、群控制聯(lián)鎖功能，在氮?dú)庠垂收嫌汕蚬薰?yīng)氮?dú)鈺r(shí)，如果氮?dú)鈨?chǔ)量低于一定值，則自動(dòng)停止啟動(dòng)新的爐臺(tái)退火過程以保證已經(jīng)生產(chǎn)著的爐臺(tái)能安全運(yùn)行下去。如果在退火過程中突發(fā)全廠停電事故，全氫罩式爐控制系統(tǒng)輸出全部復(fù)位，除了特別選定的氮?dú)夤┙o常開閥（enber為15）打開外，所有閥門均會(huì)關(guān)閉，氮?dú)饩蜁?huì)進(jìn)入退火空問。由于氮?dú)饷芏缺葰錃獯?，氮?dú)鈺?huì)在退火空間的下部頂住氫氣不會(huì)泄漏到內(nèi)罩之外。ebner型爐的隔離氮?dú)怆姶砰y11也是常開閥，隔離氮?dú)馔ㄟ^這個(gè)閥可以把氫氣電磁閥17也給封堵嚴(yán)密，防止氫氣泄漏。如停電時(shí)間過長，則可由操作人員手動(dòng)打開氣體排出閥，一爐一爐用氮?dú)獯祾咄嘶鹂臻g。但在正常情況下這種操作是不允許的。因?yàn)?/p>

13、開出口閥的聯(lián)鎖條件不滿足，控制系統(tǒng)立即會(huì)由于生產(chǎn)狀態(tài)的變化（如爐壓可能降低）而啟動(dòng)相應(yīng)的控制策略使退火過程中斷。4結(jié)束語全氫罩式爐保護(hù)氣體安全控制策略是全氫罩式爐控制系統(tǒng)中極為重要的控制功能，是工藝控制功能不可缺少的補(bǔ)充。安全控制策略已趨向成熟，全氫保護(hù)氣體在全氫罩式爐中應(yīng)用的安全性已經(jīng)有了可靠的保證。可靠的設(shè)備、完善的過程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的安全操作規(guī)程是安全生產(chǎn)的三大重要固素。不安全的操作，在全氫罩式爐這樣的機(jī)組生產(chǎn)過程中是應(yīng)該絕對(duì)禁止的。這種不安全的操作主要是指在各退火步驟中人為手動(dòng)操作各種供氣閥門或?qū)τ泄收系拈y門手動(dòng)開關(guān)操作。對(duì)于全氫罩式爐這種周期性生產(chǎn)的機(jī)組來說，一旦發(fā)現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)就應(yīng)根據(jù)安全的要求讓退火過程停下來，以供操作者排除故障，絕對(duì)不應(yīng)該讓設(shè)