宏文罩式退火培训教材最终稿Word下载.doc
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3.4.4冷却罩 21
3.4.5内罩 22
3.4.6对流板 23
3.4.7管路阀站 24
3.4.7.1管路阀站的组成 24
3.4.7.2技术数据 24
3.4.8液压夹紧系统 25
3.4.8.1液压夹紧系统组成 25
3.4.8.2液压夹紧技术数据 25
3.4.9炉台导向杆 25
3.5工艺控制过程描述 26
第4章安全生产 28
4.1氢气爆炸与防爆 28
4.1.1氢气爆炸 28
4.1.2氢气防爆 29
4.1.2.1试漏 30
4.1.2.2清洗 30
4.1.2.3保证炉内正压操作 30
4.1.2.4氢气监测器 31
4.1.2.5通风机 31
4.1.2.6设备安全设施 31
4.2宏文10万吨全氢罩式退火炉生产线安全性能介绍 31
4.2.1内罩及外罩超温保护功能 31
4.2.2内罩密封性的自检及报警功能 32
4.2.3内罩中气氛压力的自调功能及压力报警功能 32
4.2.4紧急停电及非正常停电时的安全保护功能 32
4.2.5燃烧系统安全控制 32
4.2.6应急安全 33
第5章罩式退火炉退火卷常见的缺陷及解决方法 33
5.1粘结 33
5.1.1粘结缺陷生产的机理 33
5.1.2影响粘接产生的几个因素 33
5.1.3粘结缺陷的控制措施 34
5.1.3.1轧制工艺的控制 34
5.1.3.2控制退火工艺，减少粘结 35
5.2碳黑 35
5.2.1碳黑缺陷生产的机理 35
5.2.2影响碳黑形成的因素 35
5.2.3碳黑缺陷的控制措施 36
第四篇全氢强对流罩式退火炉
第1章冷轧钢带再结晶退火
1.1退火的目的
不经加热的室温状态的钢，经过锻造、轧制、拉拔、挤压等压力加工，便产生不能自行恢复原形状和尺寸的变化，说明钢所受加工压力大于钢的弹性极限，引起了钢的塑性变形，这一变形过程叫钢的冷塑性变形。
钢在轧制时，钢外形和尺寸的改变实际上是内部晶粒的变形总和。
当变形程度很大时，晶粒会被拉长或破碎，表现为钢组织结构的变化；
在钢材中的冷塑性变形过程中，各种因素导致变形不均匀，使变形时所施加的能量约有10%～15%以弹性能的形式保留在钢内部，其具体形式就是钢材中的弹性畸变和变形内应力；
同时，随着变形程度的增加，各晶粒的取向大致趋于一致，使晶粒具有择优取向，也影响着钢材的性能。
在冷塑性变形过程中，钢的强度、硬度、塑性等力学性能发生了变化，不能符合标准要求。
例如08号碳钢的加工硬化形变与变形量的关系如下：
冷轧后的钢带σb（强度极限）高达680MPa以上，而产品标准要求是260～350MPa；
σs（屈服极限）是670～660MPa，标准要求不大于240MPa；
HB（硬度）标准要求为45,实际高达190～200,δ10约为2%，而标准要求不小于39%；
B（冲压深度）标准要求不小于10.3mm,而冷轧后仅为6.7mm。
由此可见，带钢经压下率为70%左右的冷轧，晶粒组织被延伸和硬化，这样的带钢几乎不能进行任何进一步利加工，需要进行退火，退火是将带钢加热到一定温度保温后再缓慢冷却的工艺操作。
通过退火的钢带，塑性得到恢复，以得到标准要求的力学性能和良好的成形性。
退火的主要目的是：
（1）降低钢的硬度，消除冷加工硬化，改善钢的性能，恢复钢的塑性变形能力。
（2）消除钢中的残余内应力，稳定组织，防止变形。
（3）均匀钢的组织和化学成分。
根据所生产产品最终性能的不同要求，其退火工艺制度也各不相同。
表1－1列出了各种退火的目的。
表1－1各种退火的目的
名称
主要目的
扩散退火
使钢的成分均匀化，消除应力，降低硬度
完全退火
消除组织缺陷，降低硬度，细化组织
不完全退火
细化组织，降低硬度
等温退火
减少变形，细化组织，降低硬度，防止白点产生
球化退火
获得球状碳化物，降低硬度，提高塑性
再结晶退火
消除冷加工硬化
去应力退火
消除内应力
1.2再结晶退火
再结晶退火是将经冷塑性变形的金属加热到再结晶温度以上、Ac1（727℃－奥氏体转变为铁素体和渗碳体时的温度）以下，经保温后冷却的热处理工艺。
经过冷塑性变形的金属在随后的热处理过程中能够发生组织和性能变化。
随着加热温度的升高，组织和性能的变化可经过3个阶段，即回复、再结晶、晶粒长大。
如图1-1所示。
1.2.1回复
当加热温度不高时冷变形金属中微观内应力显著降低，强度、硬度变化不大，塑性和韧性稍有上升，显微组织无显著变化，新的晶粒没有出现，这种变化过程称为回复。
在回复阶段，位错密度及亚结构尺寸无明显改变，因而金属的力学性能变化不大。
1.2.2再结晶
冷变形金属加热到较高温度时，将形成一些位向与变形晶粒不同的和内部缺陷较少的等轴小晶粒，这些小晶粒不断向周围的金属扩展长大，直到金属的冷变形组织完全消失为止，这一过程称为金属的再结晶。
再结晶后冷变形金属强度和硬度显著下降，塑性和韧性大大提高，内应力完全消除，加工硬化消除。
图1－2表示冷变形金属在加热时力学性能的变化。
冷变形金属的再结晶过程一般是通过形核和长大过程完成的。
实践证明，当变形组织中存在着尺寸较大的夹杂物或第二相粒子时，由于它们的相界面处晶格畸变较大，因而再结晶核心优先在夹杂物或第二相粒子的表面上形成，已经形成的再结晶核心，将扩展长大，直到变形组织完全消失，再结晶过程即告结束。
能够进行再结晶的最低温度称为金属的再结晶温度。
具体说再结晶温度与下列情况有关：
（1）预先的变形程度。
变形程度越大，金属畸变能越高，向低能量状态变化的倾向也就越大，因此再结晶温度低。
（2）原始晶粒度。
原始晶粒粗大，变形阻力小，变形后内能集聚较少，所以要求再结晶温度较高。
（3）金属纯度和成分。
金属的化学成分对再结晶温度的影响比较复杂。
当金属中含有少量合金元素和夹杂时，在多数情况下要提高再结晶温度，这可能是由于少量的异类原子与变形中产生的结构缺陷空位和位错交互作用，阻碍了这些缺陷的运动，使再结晶过程难以进行。
（4）加热速度的影响。
加热速度越快或加热时间越短，再结晶温度越高，因此在生产中退火温度一般比最低结晶温度高100℃～200℃。
1.2.3晶粒长大
再结晶完成后，继续升高温度或延长保温时间，晶粒会继续长大。
它使晶界减少，能量降低，组织变得更加稳定。
在一般情况下，晶粒长大是逐渐进行的，称为正常晶粒长大。
从再结晶完成到正常晶粒长大，称为一次再结晶。
一次再结晶形成的晶粒称为一次晶粒。
但是当加热到较高温度或保温时间时，对有些钢来说，将产生二次再结晶，即有少数晶粒吞并其周围的一次晶粒并迅速长大，这种现象称为二次结晶，其晶粒称为二次晶粒。
对于碳素钢，晶粒粗大会降低强度、塑性、冲击韧性及冷弯工艺性能，因此不希望发生二次再结晶。
在生产中一次晶粒长大不不可避免的，重要的任务是要将晶粒度控制在一定范围之内，尽量获得细小均匀的晶粒，这就是在制定退火制度时应予以考虑的重要问题。
1.3冷轧带钢热处理简介
工厂选用炉形的不同，热处理工艺制度亦不同。
一般情况下分为连续退火和氮氢或全氢罩式退火炉等退火工艺，本节仅就一般的罩式退火工艺加以介绍。
因钢种及生产工艺不同退火又分为初退火、中间退火、成品退火。
初退火主要用于45号以上碳钢和合金钢、高合金钢的热轧板卷。
因为这些钢，强度高、硬度高，冷轧难以进行，所以要进行初退火，以降低硬度消除硬化，为冷轧做好组织准备。
生产中优质高中碳钢的初退火一般采用再结晶退火，而对于中合金钢和高合金钢可根据要求采用不完全退火或再结晶退火。
中间退火目的是为了消除第一次冷轧的加工硬化、消除内应力、降低硬度、恢复塑性，以便继续进行冷轧。
中间退火一般采用再结晶退火。
除非特殊需要，一般尽量合理选用原料，不搞中间退火和二次轧制。
成品退火目的用于消除冷轧造成的内应力和加工硬化，使钢板具有标准所要求的力学性能、工艺性能及显微组织结构。
为达到这上目的，一般采用再结晶退火。
当生产50号钢，而又要求其组织为片状珠光体时，只能采用完全退火来达到这一要求。
根据钢种和性能要求也可进行其他相应的热处理。
第2章退火炉的类型及技术特点
2.1退火炉的类型
冷轧带钢热处理生产是冷轧带钢生产工序中的一个主要组成部分。
热处理技术的发展是伴随着冷轧机技术的发展而逐渐发展起来的。
目前使用的退火炉形式如下所示：
单垛式紧卷罩式退火炉
间歇式退火炉（罩式炉）松卷罩式退火炉
退火炉立式炉多垛式－紧卷罩式退火炉
连续式退炉
卧式炉
2.2退火炉工艺技术比较
2.2.1间歇式（罩式）退火炉与连续式退火炉对比
间歇式退火炉的优点是：
（1）不受带钢宽度、厚度和品种的限制，生产灵活，应用范围广泛。
（2）开发早，历史较长，炉型比较成熟。
（3）投资少。
间歇式退火炉的缺点是：
（1）退火生产周期长，生产率低。
（2）热耗高。
（3）温度均匀性差。
连续式退火炉的优点是：
（1）适用于单品种、大批量生产。
（2）退火周期短，生产率高。
（3）温度均匀性好，表面质量好。
连续式退火炉的缺点是：
（1）技术复杂，一次性投资费用高。
（2）带钢厚度受限制。
板厚大于1.2mm时，回转辊直径太大，设备显得笨重。
2.2.2单垛式罩式炉与多垛式罩式炉对比
罩式退火炉按炉型分为单垛式罩式炉和多垛式罩式炉两种，它们在退火操作上是基本一样的。
多垛式罩式炉相当于几台单垛式罩式炉的集合。
单垛式和多垛式对比情况如表2－1所示：
表2-1单垛式罩式炉与多垛式炉对比
项目
单垛式
多垛多
生产性
多品种，万能型
同一品种大生产
操作性
炉台和加热罩多，操作频繁
炉台和加热罩少，操作次数少
退火周期
较短
较长
燃料费
较高
较低
占地面积
较大
较小
建设费
综合对比来看，多垛式罩式炉占地少、产量高，但加热罩庞大，增大吊车负荷，且炉温均匀性差。
综合利弊，一般宽带钢多采用单垛式罩式炉。
2.2.3紧卷罩式炉与松卷罩式炉对比
紧卷罩式炉有充分的加热和均热时间，通过缓慢的加热和冷却过程，可以生产出各种性能良好的钢材，用以制造各种加工制品。
同时紧卷式炉还具有容易建设、操作简单、便于生产管理等优点。
但是紧卷式炉也存在着一定的缺点。
例如，由于紧卷传热缓慢，所以生产率低，成卷张力不能太大；
由于紧卷内温度均匀性差，所以如局部温度高和成卷张力过大，会出现粘结缺陷。
松卷罩式炉是在克服紧卷罩式炉缺点的基础上开发的。
松卷罩式炉是加热和冷却气氛在松卷的带钢间循环，这样加热和冷却比较快，与紧卷罩工炉相比退火时间大大缩短。
而且保护气氛与整个带钢表面相接触，这样通过适当改变保护气氛的成分，可改善钢板表面质量。
但松卷退火在多层重叠时，底层的带钢卷边部易和变形等，从而影响产品质量，成以重叠层数和装入重量受到限制，这成为大容量退火炉的难点。
并且由紧卷到松卷和再返回紧卷需要两次重卷操作，并容易产生擦伤等缺陷。
因此，近几年来松卷罩式炉基本上不再发展了，只是在热处理工艺有特殊要求时才采用，如脱碳退火和化学热处理等。
2.2.4立式连续退火炉与卧式连续退火炉对比
立式连续退火炉应用广泛、占地面积小、产量高，但建设费用高。
卧式连续退火炉对比占地面积大，只限于产量低（）的机组上采用。
2.2.5氮氢型与全氢型单垛式紧卷罩式炉对比
1、设备方面对比
罩式炉技术发展的历史过程分为两个阶段，第一个阶段为氮氢型保护气体（含2%～4%H2,其余为N2），普通炉台循环风机（风量20000m3/h左右）；
第二阶段为全氢型保护气体（100%H2）,强对流炉台循环风机（风量50000～55000m3/h）。
全氢型罩工炉主要特点是采用全氢作为保护气体。
由于氢渗透性强，又具有爆炸性，因此，炉台、炉台循环风机以及保护罩的制造要求是非常严格的，对炉台及炉台循环风机要进行气密性试验，对保护罩焊缝要进行X射线探伤和作气密性试验。
同全氢型罩式炉所属设备的几何尺寸及其精度要求相对氮氢罩式炉也要严格得多。
2、生产能力对比
强对流全氢炉比氮氢炉生产能力有显著提高。
其中能力提高的大约一半是强对流的效果，而另一半是全氢作为气体的效果。
3、产品质量对比
产品质量主要包括力学性能和表面质量。
力学性能的好坏取决于炉温的均匀性。
强对流全氢炉的突出优点就是在缩小炉温温差，实现炉温均匀性的条件下，提高退火能力。
强对流全氢炉合整个钢卷的温度从内到外在加热过程中比较均匀，因此带钢表面很干净，粘结也很少。
2.3强对流全氢罩式炉技术
2.3.1强对流
冷轧带钢卷罩式炉退火采用间歇式生产方式，一般以焦炉及高炉和焦炉混合煤气作为燃料，通过内罩对带钢卷进行间接加热。
炉料得到热量多少取决于内罩壁的辐射传热和气体对流传热的能力。
轧制后的带钢横向存在着中间厚、两个边部薄的横向偏差，即使在较大轧制张力下卷曲钢卷，仍会出现带钢中间部位层间压力大、两个边部层间压力小的情况，带钢层间存在间隙；
其次，为了减少退火工序中由于带钢层间压力过大而产生的粘结缺陷，在保证卷齐钢卷的条件下，应尽量降低轧制张力，这样更增大了间隙。
而间隙中间充满着空气，由于空气导热系数远远低于钢板的导热系数，因此，带钢卷的径向导热能力很差，影响了钢卷径向辐射传热效果。
提高辐射传热的效果，只有提高内罩壁的温度，形成较高的温度差，这势必导致钢卷外圈过热，造成退火带钢性能不均，一般不采用提高辐射传热的方法来提高退火能力。
增强内罩壁与保护气体之间对流传热可提高退火能力，其主要途径是加大保护气体的流速。
采用保护气体流速高、流量大的强对流循环系统，增强对流传热速度，把内罩壁上的热量尽快地传递给钢卷。
2.3.2全氢
所谓全氢是指用100％氢作为保护气体，取代过去常规的氮氢型保护气体（氮氢型保护气体，一般指2～4％H2、96～98％N2）。
选择全氢作为保护气体，主要是从氢的理化性质考虑的。
标准状况下几种气体和低碳钢的密度和导热系数如表2－2所示。
从表2－2中看出，氢气的密度仅是氮气的1/14，而氢气的导热系数是氮气的7倍。
氢气重量轻，渗透能力强，可以渗入钢卷层间，充分发挥导热系数大的
表2－2标准状况下几种气体和低碳钢的密度和导热系数
密度，kg/m3
导热系数，W/（m·
K）
氢气
0.0899
0.172
氮气
1.251
0.024
空气
1.293
低碳钢
7850
69.8
特点，显著提高传热效率。
氢气是还原性气体，在高温下能使FeO还原为铁，同时氢气又能引起钢脱碳，反应式如下：
FeO+H2=Fe+H2O
C+2H2=CH4
生成的H2O，可在退火过程中采取热清洗手段将其除去。
氢气在钢卷中夺走碳，引起钢脱碳，应该设法避免。
氢气在退火过程中脱碳是有一定条件的，干燥的氢气脱碳的作用很小，因为这时反应速度很慢，但氢气中只要含有0.2％～0.3％的水蒸气，它就会成为强的脱碳性气体。
同时，在低于700℃时，氢气的脱碳作用并不显著，可以忽略它的影响。
因此，针对氢气脱碳的条件，制定了避免脱碳的操作工艺。
首先炉内供应的氢气保护气体露点在－40℃～－70℃，属于高干燥性气体，对钢卷不会产生脱碳，同时在加热阶段进行长时间的热清洗，以减少炉内水分。
全氢作为保护气体，不仅显著地提高了传热效率，从而提高了退火能力，同时提高了炉温均匀性，保证了钢卷的力学性能，提高了冷轧板的内在质量及表面质量。
2.4冷轧带钢罩式退火工艺制度的确定
冷轧带钢退火工艺制度主要根据钢的化学成分、产品的技术标准、带钢的尺寸和卷重等因素确定。
工艺制度必须保证生产中钢卷层间不粘结，表面不出现氧化，中高碳钢、合金钢退火过程中不脱碳，汽车板要能获得深冲性能等。
2.4.1保温温度和保温时间的确定
钢的再结晶温度不是固定的某一温度，因此，保温保温时间主要是依据产品标准、技术条件及钢种和带钢的厚度来确定。
保温时间、保温温度还与卷重、带钢厚度有关，卷重大、钢板厚，则保温温度高，保温时间也要长。
原因是卷越大、带钢厚度越厚，越不易烧透。
对于易产生层间缺陷的钢质和薄规格的带钢，保温温度可适当低些，保温时间可短些。
对强度偏高或塑性不足的钢质和厚规格带钢，保温温度适当高些，保温时间长些。
2.4.2加热速度的确定
钢的加热速度主要决定于钢的导热系数的大小。
钢质不同，导热系数也不同，所以确定加热速度时，钢质是考虑的主要依据。
钢中碳含量和合金含量对传导影响较大，如果含碳量高，则导热系数小，加热速度就要适当慢一些，避免内外温度差过大而造成组织和性能的不均。
根据再结晶过程的原理，带钢从室温加热到400℃,带钢内部组织无显著变化，所以从室温到400℃,加热速度一般是不加限制。
钢卷由400℃加热到保温温度，加热速度对带钢的性能和表面质量都有相当大的影响。
一般规定升温速度以30～50℃/h为宜，对特殊钢质、易出现质量问题的钢种和较厚的带钢，加热速度都有不同的规定。
带钢从400℃加热速度到保温温度723℃以下期间，正是再结晶形成阶段，因而在这个温度区间加热速度予以控制。
在带钢厚度较薄时，退火中不易出现性能缺陷，因而可适当提高加热速度；
带钢厚度较厚时，退火中出现的性能问题较多，相对的粘结缺陷较少，因而加热速度应适当缓慢，以使带钢卷加热均匀，性能才能得到保证。
2.4.3冷却速度和出炉温度的确定
罩式炉内钢卷冷却速度应当是越快越好，因为罩式炉的冷却速度本身是慢的，不影响钢的性能，快冷还可以提高炉台效率、改变台罩比。
对性能有特殊要求的钢种，如重深冲汽车板，在500℃以上冷却速度太快会使冲压性能变坏，因此，需要缓冷，即带大罩冷却。
单垛式炉带钢卷垛是套在内罩里的，在冷却过程中不与外界空气接触，而且钢卷垛本身冷却就很慢，因此不会因冷却速度而影响产品质量。
出炉温度的确定，是以带钢出炉后与空气接触不发生氧化为依据的，考虑到炉台利用率和确保表面质量，出炉温度应当以120℃～150℃为宜。
2.4.4光亮退火
要使带钢无脱碳、无氧化必须进行光亮退火。
防止的关键性问题之一是必须使保护罩内的压力满足工艺要求。
另一个关键问题是保护气体，保护气体必须要保证高纯度，含氧量要小于20ppm,露点在－50℃以下，这们才能保证炉内气氛的可靠性，实现光亮退火。
另外，还要认真搞好冷吹和热吹。
冷吹和热吹的目的是利用保护气体驱走内罩中的空气和钢卷带进的油气水分。
一般在点炉前两小时打开通入炉内的保护气体阀，保护气体压力应大于800Pa，并打开保护气体排出阀，利用保护气吹赶罩中的空气。
冷吹正常且时间已经够两小时，才能点炉。
热吹的作用是除了将内罩中的残余空气进一步赶净之外，更重要的是将板卷带来的乳化产生的油烟、水蒸汽等有害物质全部驱走吹净，避免玷污钢板表面而降低钢板表面质量。
第3章宏文10万吨全氢罩式退火炉生产线
3.1生产工艺流程
罩式光亮退火炉为周期式热处理炉，用于带钢卷保护气氛条件下的再结晶光亮退火处理。
通过控制钢卷在罩式炉内加热、保温和冷却过程来完成金属组织和性能的变化，即将经冷轧变形的金属加热到再结晶温度以上、Ac1以下，经保温后冷却，同时通入还原性保护气氛，在完成金属组织恢复、再结晶、晶粒长大的同时达到光亮的目的。
通过再结晶退火可以消除冷轧加工硬化，消除内应力，降低硬度，恢复塑性，提高延伸率，使钢板达到要求的力学性能、工艺性能和显微组织结构。
一个完整的退火工艺流程（如图3－1）包括：
炉台清理→炉台装料（钢卷+对流板）→输入退火参数→扣上内罩→锁紧内罩→冷态密封检查→氮气吹扫→启动循环风机→扣放加热罩→充氢气（H2）保护→加热罩点火→按设定速率升温→风机按控制方式变换为高速运行→保温→热态密封检查（保温结束前）→吊走加热罩扣上冷却罩→风机冷却至设定温度→喷淋水冷至出炉温度→氮气吹扫→吊走冷却罩→松开内罩锁紧→吊走内罩→卸料→退火数据保存。
在一个退火过程中，带卷参数由人工输入到计算机工作站并下载到各组炉台的PLC上。
车间操作人员将需要退火的带卷按堆垛要求装在炉台上。
当一个炉台装完带卷后（料卷间放置对流盘），扣上内罩，启动液压夹紧系统夹紧内罩与炉台法兰，这样得到完好的密封。
然后在环境温度下进行炉子密封性试验，如密封性试验失败，控制系统给出相应报警，人工进行报警确认后，控制系统自动重新进行密封试验。
密封试验成功，则自动进行氮气吹扫，以设定的流量持续到设定的吹扫洗炉时间，使炉内氧含量降至安全限度，吹扫时炉台循环风机启动以750RPM的恒定转速运行。
接着设置加热罩，连接好燃气管线和电器管线。
在氮气吹扫结束后，自动向炉内充入保护气（氢气）。
加热罩准备点火，首先用空气对加热罩炉膛进行预吹扫。
然后点火，加热罩点火分上下两层进行。
炉子将按预定退火程序进行、升温、保温、降温、冷却等一系列工艺过程。
在此过程中循环风机将根据温度条件，时间条件和气氛条件的不同进行定速和变速自动变换调节，发挥风机最大的效能，促使炉内气氛高速循环，保证炉温更趋均匀，确保钢卷的机械性能和晶粒尺寸均匀。
保温结束后进入冷却阶段。
冷却分为带罩降温、空冷、水冷几个阶段。
在移开加热罩扣上冷却罩后，开始进行风冷，冷却风机把冷空气吸入，使内罩温度逐步降低直到达到设定温度值后开始进行喷淋水冷，并一直冷却到出炉温度。
冷却终了，进行后期氮气吹扫，用氮气置换出保护气。
吹扫结束，吊走冷却罩、释放夹紧装置。
吊走内罩，炉台卸料，将料卷放置料场或终冷炉台。
完成一炉退火，可准备下次退火工作。
计算机监控系统将退火数据保存并送给上位管理机。
生产报表可以随时打印。
3.2机组主要技术参数
炉型：
195/540型全氢罩式退火炉
额定温度：
750℃
料卷外径：
φ1950mm
堆垛高度：
5400mm
内罩直径：
φ215
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