冷軋薄板廠1號(hào)退火爐工藝設(shè)計(jì)

冷軋薄板廠1號(hào)退火爐工藝設(shè)計(jì)

1號(hào)屠宰場(chǎng)由美國(guó)bricen公司設(shè)計(jì)，與中國(guó)制造商一起生產(chǎn)。這是中國(guó)唯一的“l(fā)”退火爐。退火爐主要處理冷軋?jiān)系腃Q、DQ、HSLA級(jí)產(chǎn)品。年總退火能力為46萬(wàn)t。產(chǎn)品主要用于建筑業(yè)、輕工業(yè)和家電內(nèi)板等。1帶鋼的燃燒過(guò)程“L”型退火爐各段工藝布置:①向上的預(yù)熱段通道;②向下的直燃段通道;③水平輻射管加熱段;④電輻射管均熱段;⑤循環(huán)保護(hù)氣體噴射冷卻段;⑥爐鼻子系統(tǒng)。在退火過(guò)程中,帶鋼首先通過(guò)向上行程的預(yù)熱段的雙密封輥進(jìn)入爐內(nèi)開(kāi)始退火,預(yù)熱段的加熱由直燃段的燃燒產(chǎn)物來(lái)完成。帶鋼通過(guò)垂直的預(yù)熱段通道后,經(jīng)頂部雙轉(zhuǎn)向輥轉(zhuǎn)向180°到達(dá)下行程的無(wú)氧化直燃段;直燃段的爐子有4個(gè)控制區(qū),共42個(gè)燒嘴,前3個(gè)控制區(qū)每區(qū)有12個(gè)燒嘴,第4個(gè)控制區(qū)有6個(gè)燒嘴。空氣與過(guò)量焦?fàn)t煤氣混合燃燒,保證爐內(nèi)的還原氣氛。帶鋼通過(guò)直燃段后,經(jīng)底部轉(zhuǎn)向輥轉(zhuǎn)向90°進(jìn)入水平輻射管加熱段(水平輻射管加熱段分5個(gè)控制區(qū),共60個(gè)輻射管),將其加熱到產(chǎn)品等級(jí)所要求的最終退火溫度(在保護(hù)氣氛下的輻射管加熱段完成)后到均熱段(均熱10s左右),再進(jìn)入保護(hù)氣體噴射冷卻段,冷卻器將保護(hù)氣體循環(huán)噴吹至帶鋼兩面促其快速冷卻(35℃/s)。當(dāng)帶鋼達(dá)到合適的溫度后通過(guò)出口段。出口段由轉(zhuǎn)向斜滑槽組成。帶鋼在涂鍍前需保持一小段時(shí)間的溫度均衡,然后其通過(guò)斜向下的合金爐鼻子進(jìn)入布置在下方的鋅鍋內(nèi)。2節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用2.1量：5.h若采用水冷爐底輥則冷卻水會(huì)從爐內(nèi)帶走熱量,而該退火爐水平爐段爐底輥采用特殊Ni-Cr合金材料,可確保加熱后不發(fā)生彎曲變形。根據(jù)其他同等規(guī)模退火爐且采用水冷爐底輥的經(jīng)驗(yàn),水冷輥進(jìn)、回水年平均溫差為7.5℃,流量275m3/h。水的比熱、密度按20℃時(shí)計(jì)算(CP=4.183kJ/(kg·K),ρ=998.2kg/m3),每小時(shí)冷卻水熱損失(Q1)為:Q1=CP×m×Δt(1)=4.183×275×998.2×7.5=8.61×106kJ/h1號(hào)鍍鋅線退火爐設(shè)計(jì)平均噸鋼能耗777000kJ,年總生產(chǎn)能力460000t,年有效生產(chǎn)時(shí)間6500h,則平均小時(shí)能耗(Q2)為:Q2=(777000×460000)/6500(2)=5.50×107kJ/h冷卻水熱損失占總能耗的百分比為:Q1/Q2=(8.61×106)/(5.50×107)(3)=15.7%計(jì)算結(jié)果表明采用無(wú)水冷爐底輥可節(jié)能15.7%。2.2耐火纖維熱容的確定傳統(tǒng)退火爐的典型結(jié)構(gòu)是爐頂采用低熱容耐火材料,其他區(qū)域則在內(nèi)側(cè)采用耐火磚,外側(cè)采用輕質(zhì)粘土磚結(jié)構(gòu);而耐火纖維熱容只為耐火磚的1/72、為輕質(zhì)粘土磚的1/42。因此,與傳統(tǒng)爐襯相比,采用低熱容耐火纖維可使?fàn)t襯儲(chǔ)存更少的熱量。這意味著在實(shí)際操作過(guò)程中,當(dāng)產(chǎn)品規(guī)格改變且需調(diào)整爐溫時(shí),退火爐的低熱容可快速實(shí)現(xiàn)爐溫的升降,迅速改變加熱制度,可滿足不同規(guī)格帶鋼的加熱要求。迅速改變加熱制度還能節(jié)省能源。2.3性煙氣混合燃燒退火爐余熱利用分4級(jí):①1級(jí)余熱利用,即預(yù)熱段帶鋼在開(kāi)始階段就從直燃段產(chǎn)生的廢煙氣中獲取能量,廢煙氣以自然的熱交換形式將入爐的冷帶鋼加熱。②2級(jí)余熱利用,即在預(yù)熱段距出口10m位置,加裝2次空氣入注管,該位置的帶鋼溫度在正常生產(chǎn)情況下為275℃。正常生產(chǎn)時(shí)直燃段產(chǎn)生的煙氣均在自燃溫度(760℃)以上。在整個(gè)預(yù)熱段,噴入的空氣與還原性煙氣(含直燃段未燃盡的燃料)混合并燃燒,加熱帶鋼。③3級(jí)余熱利用,即在正常運(yùn)行情況下,離開(kāi)預(yù)熱段燃燒產(chǎn)生的煙氣溫度還很高(800℃),因此在煙氣出口設(shè)計(jì)1臺(tái)對(duì)流熱交換器,利用廢煙氣的余熱預(yù)熱直燃段的助燃空氣,提高熱利用率。④4級(jí)余熱利用,即直燃段內(nèi)的帶鋼被煤氣燃燒直接加熱,同時(shí)存在熱傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射3種加熱方式,所以直燃段有很高的熱效率。而在輻射管加熱段,使用的是間接加熱方式,以使保護(hù)氣體不被污染,因此煤氣在特殊的Ni-Cr合金輻射管內(nèi)燃燒,合金管由煤氣加熱,再將熱量輻射給帶鋼,這種方式是一種間接加熱方式,熱效率較低。這種能量傳遞的依據(jù)是斯蒂芬-玻爾茲曼熱力學(xué)定律。在兩種不同溫度的物體之間會(huì)發(fā)生能量的傳遞,發(fā)出熱量的物體(輻射管)與接收熱量的物體(帶鋼)的能量傳遞關(guān)系為Q=(Tfsg)4-(Tdg)4。因此,輻射管與帶鋼的溫差愈大,則輻射熱效率愈高。為更有效地提高能源利用率,在保證輻射管最佳使用壽命前提下,可將其加熱到最高溫度,以提高熱效率。煤氣在輻射管內(nèi)燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫廢煙氣。為利用高溫廢煙氣,在輻射管的廢煙氣出口側(cè)安裝熱交換器來(lái)預(yù)熱助燃空氣,以提高燃料的熱利用率。輻射管預(yù)熱器的應(yīng)用可節(jié)能15%。2.4退熱周期比較對(duì)冷軋帶鋼來(lái)說(shuō),其在退火時(shí)加熱速度越快,則在不同溫度區(qū)域停留時(shí)間較短,所需再結(jié)晶溫度越高;反之,帶鋼在退火時(shí)加熱速度較慢,即在均熱區(qū)域停留時(shí)間較長(zhǎng),則再結(jié)晶溫度就越低。這就產(chǎn)生了高再結(jié)晶溫度退火熱周期和低再結(jié)晶溫度退火熱周期。2種帶鋼退火熱周期見(jiàn)圖1。高再結(jié)晶溫度退火熱周期就是將帶鋼加熱到峰值溫度后立即快速冷卻(有時(shí)在快速冷卻前先進(jìn)行短時(shí)間的慢冷,以獲得穩(wěn)定的金屬結(jié)構(gòu)),其優(yōu)勢(shì)是可應(yīng)用在較短的、不復(fù)雜的(投資少的)生產(chǎn)線上;不足是帶鋼被加熱到較高溫度,而在冷卻過(guò)程中又被浪費(fèi)掉了,故消耗能量較多。低再結(jié)晶溫度退火熱周期就是帶鋼的退火溫度低于峰值溫度,為了補(bǔ)償能量,對(duì)帶鋼進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的均熱,然后快速冷卻。其優(yōu)勢(shì)是帶鋼被加熱的溫度較低,能源消耗少,對(duì)冷卻過(guò)程的要求不是很嚴(yán)格;不足之處是均熱時(shí)間較長(zhǎng),一般用于較長(zhǎng)的(投資多的)生產(chǎn)線上。該退火爐采用的是低再結(jié)晶溫度退火熱周期,以體現(xiàn)能源消耗更低的設(shè)計(jì)要求。2.5帶鋼溫度控制方案退火爐直燃段分4個(gè)控制區(qū),在直燃段采用次序燃燒控制系統(tǒng),通過(guò)嚴(yán)格調(diào)整直燃段各個(gè)控制區(qū)的燒嘴燃燒個(gè)數(shù)及開(kāi)度來(lái)控制最終的帶鋼溫度,并將其控制在理論值附近。不同規(guī)格的帶鋼所需退火溫度亦不同。在退火爐正常生產(chǎn)時(shí),其出口端的溫度檢測(cè)設(shè)備監(jiān)控帶鋼溫度。當(dāng)帶鋼要求低的退火溫度時(shí)則需減少能量,這時(shí)主控制系統(tǒng)開(kāi)始設(shè)定直燃段各控制區(qū)溫度,并向小的方向持續(xù)調(diào)節(jié)第1個(gè)控制區(qū)(在直燃段的入口端)燒嘴的煤氣供應(yīng)量,直到該區(qū)的燒嘴煤氣量到最低設(shè)定值。然后,確認(rèn)帶鋼所需溫度還應(yīng)進(jìn)一步降低時(shí),繼續(xù)向小的方向調(diào)節(jié)第2個(gè)控制區(qū)的燒嘴煤氣供應(yīng)量,直到供需相匹配。反之,在帶鋼需更高退火溫度時(shí),次序控制是相反的:首先,向大的方向調(diào)節(jié)直燃段第4控制區(qū)(在直燃段的出口端)燒嘴煤氣供應(yīng)量直到最大,確認(rèn)帶鋼所需溫度還需進(jìn)一步升高時(shí),繼續(xù)向大的方向調(diào)節(jié)第3控制區(qū)燒嘴煤氣供應(yīng)量,直到能滿足帶鋼所需溫度時(shí)止。第1控制區(qū)將是最后全能力燃燒的區(qū)段。由于從直燃段第4控制區(qū)中產(chǎn)生