全氢罩式退火炉培训教材_Word文件下载.doc
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在对流传热能力和所用保护气体种类一定的条件下，F也是不变的。
因此，欲提高Q值，只有提高α值。
而提高α值，必须降低d或提高ω0值。
D值取决于内罩内壁与钢卷外圈的环形空间。
钢卷几何尺寸是一定的，尤其是钢卷外径作为炉型的主要标志，是固定不变的，同时，考虑到吊扣内罩操作等原因，内罩内壁是不能缩小的。
一般正常情况下，内罩与钢卷最大外径之间一侧间隙为100mm左右，因此，d也是定值。
这样以来，只有提高ω0值才能提高Q值。
因此，采用大功率、大风量的炉台循环风机即可加速气体流速，提高ω0值，从而相应提高t2和F，达到提高Q值的最终目的。
这就是采用强对流技术的理论基础。
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2－1所示。
表2－1标准状况下几种气体和低碳钢的密度和导热系数
项目
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
从表2－1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，而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，但是氢气中只要含有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。
3.规格
单垛式紧卷罩式炉的规格是用炉型来表示的，炉型大小取决于装料的几何尺寸。
例如我厂炉型为200/650型的罩式炉，200代表退火钢卷最大外径为200㎝；
650代表退火钢卷垛最大高度为650㎝，采用㎝作为单位，是一种通常的表示方法。
4.技术性能
现以我厂HICON/H2型强对流全氢罩式炉为例进行叙述。
4.1技术性能
技术性能主要包括：
型号：
HICON/H2型强对流全氢罩式炉；
用途：
在氢保护气体下进行再结晶光亮退火；
退火钢卷最大外径：
φ1950㎜；
钢卷垛最大高度：
6500㎜；
最大装炉量：
112.5t；
平均装炉量：
100t；
最高退火温度：
710℃；
炉台小时能力：
2.13～2.92t/h；
加热罩小时能力：
3.85～6.62t/h；
燃料种类：
焦炉煤气
焦炉煤气发热值：
4050kal/m3
烧嘴类型：
高速烧嘴
烧嘴分布：
炉墙分2环，每环烧嘴错开，呈切向布置；
煤气压力：
80～100mbar
煤气最大消耗量：
1400kW（297m3/h）
空气压力：
95mbar
空气最大耗量：
1600m3/h
空气预热温度：
380—420℃
保护气体成分：
100%H2
保护气体质量：
氧含量＜5ppm，纯度：
99.999％，露点：
－40℃
保护气体最大消耗量：
40m3/h
炉内保护气体压力：
炉台循环风机风量：
100000m3/h
冷却用水供水温度：
最高33℃
冷却用水供水压力：
3～5bar
冷却用水排水温度：
最大60℃。
冷却用水量：
1.8m3/h
工艺用水供水温度：
工艺用水供水压力：
工艺用水量：
28m3/h
清洗用氮气质量：
99.999％，
露点：
－50℃
清洗用氮气压力：
3～5bar
清洗用氮气用量：
120m3/h
5.设备构成
强对流全氢罩式炉技术是在氮氢型单垛型紧卷罩式炉的基础上发展起来的，它的主要特点是以强对流和全氢为出发点，相应的对设备进行改造，以适应强对流循环和全氢保护气体严密性的要求。
主要设备包括：
全封闭炉台、炉台循环风机、加热罩、冷却罩、内罩、对流板。
5.1全封闭炉台
5.1.1炉台的作用
全封闭炉台是罩式炉的主体设备，从某种意义上讲，也可以说是罩式炉的永久性设备。
炉台要承受钢卷垛和内罩的全部重量。
炉台应该具备承载能力、抵抗反复加热和冷却变形能力，并应具有不漏气、绝热性能好、蓄热量小以及结构简单等特点。
5.1.2炉台的结构
全封闭炉台由炉台钢结构本体、扩散器以及底部对流板组成。
全封闭炉台外形及钢结构如图5－1所示。
井字型钢结构梁采用
图5－1全封闭炉台钢结构
工字钢焊接而成，并与炉台底板焊接在一起，构成一个坚固的圆形承重底座。
在炉台底板内部对应工字钢位置上布置有支承柱，内部填实绝热纤维毯。
支承柱底面焊在炉台底板上，支承柱顶部与凹型球面金属壳下面支承座平稳接触。
支承柱只承受支承力，而不承受径向位移力和向上离开约束力。
这样，金属壳体因温度变化和外力作用不受限制，所以活动自由，可延长使用寿命。
金属壳体制作成凹形球面的目的，其一是可以控制径向力；
其二是与炉台循环气流方向相适应。
在炉台底部内部连接氮气进气管和出气管，通入绝热纤维层内部，使炉台金属壳体受炉内压力和温度影响相适应，也可以说和炉内压力相平衡，以保证金属壳体不变形或开裂，延长使用寿命。
金属壳体成型后，与炉台底板气密性焊接。
金属壳体内部填充绝热纤维毯，各个死角都要填实，以达到绝热效果。
这种全封闭炉台的特点是：
结构简单、坚固耐用。
首先，全封闭炉台可防止炉台绝热层内空气、水分以及杂物污染钢卷，保证炉内氢保护气体露点和含氧量，提高钢板表面质量。
其次，全封闭炉台还可以防止高导热率的氢进入炉内绝热层而破坏隔热效果，保证炉台底板不过热和炉台密封橡胶圈不过热。
扩散器及底部对流板是采用耐热钢板焊接而成的，可在高温下承受重载荷而不变形，适应于大功率炉台循环风机的气流方向，通道合理，气流分布均匀，且阻力小。
5.2炉台循环风机
炉台循环风机是强对流全氢罩式炉的重要设备，也是核心设备，又是强对流技术的出发点。
全氢型炉台循环风机结构如图5-2所示。
该风机叶轮固定在电动机出轴端，轴与叶轮采用锥形体用普遍扁
图5-2全氢炉台循环风机
形螺母并加防松片固定。
电动机上部专用法兰与炉台中心的下法兰用螺栓联接。
电动机用一个专用的封闭水套包起来，该水套与炉台另外一个较大中心法兰密封联接。
氢气通过电动机上部端盖沿着风机轴周围缝隙进入炉内，电动机周围充满和炉内相同的氢保护气体。
电动机上部安装一个导叶片，形成一个小风扇，具有离心作用，可将氢气通过专用的封闭水套内侧，从下端抽入电动机定子和转子之间，这样形成一个电动机内外冷却循环系统，可以充分冷却电动机和清洗其空间气体，对于钢板表面质量和安全生产有着重要保证。
冷却水套内侧焊有翅片，可增大冷却面积。
翅片包围着电动机，可对电动机及其轴承进行充分冷却。
由于炉内温度越高，氢保护气体密度越低，风机消耗功率越低，因此风机功率消耗较少。
这种炉台循环风机是目前比较先进的结构形式，主要有以下突出优点：
（1）风机与炉台联接轴承不需要进行密封处理，用封闭水套包围着电动机，与炉台用螺栓密封联接，将容易造成炉内氢气漏出或外界空气吸入的动密封改为静密封结构。
这项新技术从根本上解决了炉台循环风机轴泄漏的关键难题，对于采用全氢作为保护气体更有其重要意义。
（2）整体风机处在高温环境下工作，封闭冷却水套结构合理，效果好。
（3）风机采用两级变速电动机，可以变速。
（4）风机结构简单，减少维修工作量，使用寿命长。
5.3加热罩
加热罩外形如图5－3所示。
加热罩由钢结构的金属壳体、炉顶横梁、燃烧系统、排烟系统、空气预热器以及绝热炉衬等组成。
加热罩是由型钢加固并进行气密性焊接的圆筒形钢板壳体。
顶部设计成可用吊钩提升的结构形式。
底部的支承腿可使加热罩立放在专为它安装的工字钢梁上。
下部边缘由环形板组成，其下部安装密封件。
当加热罩放在炉台上时，密封件压在内罩法兰槽内，使加热罩与外界隔绝。
加热罩配置两个导向环，入口为圆锥形，当扣加热罩时，套在两个导向杆上。
加热罩上分2层环形布置8个切向高速烧嘴，并通过一个控制系
图5－3
统调节。
大负荷高速烧嘴配置点火电极和火焰监测器。
大负荷是指一个加热罩最大煤气量，比氮氢型加热罩最大煤气量增加了59％，从而提高了加热能力（但必须有强对流大功率炉台循环风机以及全氢保护气体相匹配）。
高速烧嘴可以实现强化对流传热，促进炉气循环，均匀炉温，避免对内罩加热时出现热点。
加热罩炉衬由两部分组成：
炉衬下部是用纤维模块砌成，可以承受燃气冲刷。
炉衬上部和炉顶铺设耐火纤维毡。
为了节能和降低废气温度，烟道出口处安装一台集中空气预热器，利用燃烧废气将空气预热到400℃左右，作为助燃空气通入各烧嘴。
为了控制燃烧空气过剩系数，实现合理燃烧，采用空气和煤气比例调节系统，将烟气中含氧量控制在3％～4％，实现完全燃烧。
采用焦炉煤气气作燃料，煤气控制方式：
在100%和20%之间连续控制，在20%和0%之间开/关控制。
为了保证加热罩设备不受损坏，加热罩最高温度限定为850℃。
5.4冷却罩
冷却罩用于在加热结束揭掉加热罩后，加快冷却速度、提高退火产量，同时也降低车间环境温度、保护周围设备、改善操作环境。
冷却罩结构如图5-4所示。
这种冷却罩为气-水组合式，它的冷却效果一方面与常规的空气冷却罩基本相同；
而另一方面，这种冷却罩采用喷水方式直接冷却内罩，起到替代分流快速冷却的作用。
冷却罩是采用耐热钢板焊制的。
两台离心式风机置于冷却罩上部
图5-4
两侧，空气由内罩和冷却罩下部缝隙吸入，沿着内罩热表面向上抽出热空气。
当炉温降到270℃时，风机自动停止。
3min后水管道上电磁阀自动打开，分别向内罩顶部和中部喷冷却水，直到热点温度降到160℃为止。
喷水时冒出一部分蒸汽，约3min就结束了，对环境没有影响。
冷却罩风机的特点是克服了过去常规采用的轴流式风机，电动机长期处于高温状态工作的缺点。
此冷却罩设计成离心式风机，由风机轴向吸入热空气，沿叶轮离心方向抛出，这种结构只需要风机叶轮及机壳用耐热钢板，而电动机只选用耐温性能一般的标准电动机即可，大大降低了造价，减少维护量，提高了使用寿命。
这一点在设计上是新突破。
冷却罩上装有供水压力调节阀和流量控制阀，以保持水压、水量恒定，这对冷却效果和冷却罩使用寿命是十分重要的。
这种冷却方式结构简单、操作方便、投资少。
但内罩由于喷水而寿命有所降低。
综合考虑，这种冷却方式可以取消分流快速冷却设备，降低大量投资和日常维修费用，尤其对老厂改造具有现实意义。
5.5内罩
生产时内罩位于钢卷垛与加热罩之间，罩式炉通过内罩对钢卷进行间接加热或冷却。
内罩的作用是保护钢卷在保护气体中进行退火，保证内罩内保护气体具有一定的压力，防止保护气体泄漏和外部气体侵入。
内罩结构如图5-5所示。
内罩采用耐热钢板焊制辊压成形。
内罩的横波形结构可以加强径向抗变形能力、延长使用寿命、增加传热面积、提高加热和冷却能力。
图5-5
内罩与炉台采用精巧的液压压紧装置，8个液压缸对内罩法兰均匀压紧。
内罩法兰采取通水冷却，以降低法兰温度，防止热变形，降低橡胶圈使用温度，延长橡胶圈使用寿命。
5.6对流板
对流板的结构形式采用径向放射形，抗变形能力差些。
吊起时产生中间下凹，说明在结构上刚度差些。
为了解决上述缺点，保证安全生产，将导向板双面交叉成斜形。
经生产使用没产生变形，延长使用寿命近一倍。
对流板分为底部对流板、中间对流板以及顶部对流板。
底部对流板安装在炉台的分流盘上面，承受钢卷垛全部重量，因此较厚。
中间对流板位于钢卷之间，主要作用是保护气体气流通过钢卷端部进行加热或冷却，是热交换的主要手段，其次，对两个钢卷进行隔离，防止钢卷在退火过程中钢卷端部粘连。
顶部对流板盖放在钢卷垛顶部，主要作用是防止保护气体气流全部从钢卷垛中腔通过，影响炉温均匀性和退火能力。
顶部对流板在国内各种罩式炉中均有设计，可是在生产中绝大部分不使用，其原因是顶部对流板直径小于钢卷外径，又盖放到钢卷垛顶部，盖上或吊卸十分困难，又不安全，为了解决上述问题，顶部对流板外径和中间对流板外径可以采用同样的尺寸，同中间对流板同样操作，解决了上述操作困难的问题。
三、氢气爆炸与防爆
1.氢气爆炸
氢气是易燃易爆气体，氢气着火温度为530～590℃。
氢气着火浓度极限范围：
氢气与空气混合时为4％～75％H2；
与氧气混合时为4.5％～95％H2。
氢气被人们认为可怕的气体，只要我们了解了H2燃烧和爆炸的自然规律，并且在生产操作中严格遵循氢气的安全技术规程，氢气的爆炸是完全可以避免的。
氢气爆炸只有同时具备以下3个条件才能发生：
（1）密封的有限空间。
（2）氢气的含量在着火浓度极限范围以内（即爆炸极限以内），并充满整个有限空间。
（3）有火源引入或者氢气温度加热至着火温度以上。
一般，可燃气体发生剧烈的氧化反应称为燃烧。
在整个有限空间里，瞬时全容积的燃烧称作爆炸。
在有限的空间里，可燃物的含量在着火浓度极限范围以内时，爆炸的过程大致是：
火源引入，使火源附近的可燃气体燃烧，发出的热量加热并压缩其邻近层，使该层温度升高，继续燃烧，如此继续传播，最后全容积瞬间完成燃烧，产生高压出现爆炸现象。
有的资料认为，在炉内产生爆炸时，其压力可达0.7～0.8Mpa或更高，爆炸时火焰传播速度将超过1000m/s。
2.氢气防爆
为了避免氢气爆炸事故发生，点炉前，首先应该使炉内氢气含量在着火浓度极限范围以外，并用惰性气体如氮气清洗炉内空间，赶走炉内的空气或氢气，这是防爆的最有效办法。
当炉内充满氢气而没有空气或氧气且氢气在着火温度以上时，不会发生爆炸，因为炉内如果进入一点空气，空气中的氧就在附近燃烧掉，不会使氢气在整个炉内达到着火浓度极限范围以内。
当炉内温度降到氢气着火温度以下时（氢气着火温度530℃），如果某处吸入空气，不能燃烧掉，空气逐渐积聚，当空气增加到使氢气含量下降到着火浓度极限范围以内时（H2：
4％～75％），一旦炉内有火星存在就会发生爆炸。
为此，对于低温炉应该做到：
炉子密封性要好，炉内一定保持正压操作，以免空气吸入。
氢气与空气混合时，浓度极限范围规定为4％～75％H2的理由是：
当氢气含量超过75％时，氢气浓度很高，而空气很少，只有极少量氧气与氢气燃烧，大量的氢气因缺氧而不能燃烧；
相反，当氢气含量低于4％时，氢气很少，同样不能形成正常燃烧条件。
但是，必须指出：
氢气与空气的混合物全部加热至着火温度以上时，这时不管氢气含量多少，氢气会立即燃烧，直至燃烧结束为止。
全氢型罩式炉根据上述原理，采取几项安全防爆措施：
A试漏
试漏包括室温试漏和高温试漏：
（1）室温试漏：
装完炉扣上内罩后，在室温下进行试漏，检查炉内与外界密封性。
试验压力为50mbar，试验时间为15min压力降不低于40mbar为合格。
（2）高温试漏：
在加热结束吊卸加热罩前18min，在高温下试漏，第二次检查炉内与外界密封性。
试验压力为50mbar，试验时间为15min压力降不低于40mbar为合格，否则充氮气置换氢气，进行冷却阶段操作。
高温试漏目的是在加热阶段如果密封性不好，当进入空气时氧立即会被烧掉，没有爆炸的可能性，而在吊卸加热罩进入冷却阶段时，如果密封性不好，若进入空气且在着火温度以下，不能立即燃烧，逐渐积聚起来，达到氢气着火浓度极限75％以下（即空气量达到25％以上）时，遇到火源就有爆炸的可能性。
B清洗
清洗包括室温清洗、点火前清洗和出炉前清洗：
（1）室温清洗是在室温试漏合格后，用氮气清洗内罩内空气，使其O2≤1％。
室温清洗的主要参数有：
（以负载空间空载容积20m3，装炉料85吨为例）
负载空间空载容积：
20m3
负载空间减去185t退火料后的容积：
8.5m3；
清洗时平均气体温度：
20℃；
清洗气体：
N2；
清洗系数为：
监控清洗流量：
138.3m3/h；
监控清洗时间：
30min
负载空间空载时所需清洗气体的最小量为：
负载空间减去85t退火料时所需清洗气体最小量为：
装满85t退火料，30min清洗时间的安全系数为：
上述计算表明，清洗用氮气量为150m3/h，按监控的清洗最小流量值138.3m3/h来计算，监控清洗时间30min，结果清洗安全系数为2.8，是完全可以达到清洗要求的。
（2）点火前清洗是指加热罩点火前，在加热罩与内罩之间用助燃风机送出的空气清洗残存的可燃气体，防止存在可燃气体，点火时发生爆炸。
（3）出炉前清洗是在炉温降到出炉温度（一般热点温度160℃）时，吊卸内罩前用氮气清洗内罩内氢气，使H2≤5%。
出炉前清洗的主要参数有：
负载空间容积：
负载空间减去85t退火料后的容积：
m3/h；
负载空间减去？
？
t退火料时所需清洗气体最小量为：
上述计算表明，清洗用氮气量是150m3/h，按监控清洗最小流量138.3m3/h来计算，监控清洗时间30min，结果清洗安全系数为2.9，完全可以达到清洗要求。
C保证炉内正压操作
炉内氢气压力控制在17.5～70mbar范围内，并进行自动控制或报警。
当供电和控制系统出现故障时，除了氮气阀（通电时是关闭的）外，所有炉台阀关闭，氮气阀自动打开，来保证炉内正压，这样具有安全保险作用。
D氢气监测器
地下室和车间里安装连续自动检测周围空间空气中氢气含量的氢气监测器，测量量程为0-20m，监测器调节范围为0－100％，设定值为氢气着火浓度下限的20％（即含0.8％H2），达到该值报警及指示灯亮。
另外，要求配置一台手提式测氢气分析仪、一台手提式氧气分析仪。
E通风机
有必要使用通风机向地下室连续通入冷风，不断的清除有害气体（H2、N2、煤气、天然气）。
F设备安全设施
加热罩安装温度控制热电偶，用来进行加热罩最高温度控制。
温度设定值为850℃＋10℃，超过此极限即报警，并自动停止煤气。
目的是保护加热罩设备不过烧。
炉台安装温度控制热电偶，用来进行炉台最高温度控制。
温度设定值为750℃＋5℃，超过此极限值即报警，并自动停止煤气，目的是保护炉料不过热。
四、冷轧带钢退火工艺
在工作负载空间室温条件下，进行试漏15min，接着加热罩扣放在炉台上，开始用氮气清洗45min，使O2≤1％。
氮气清洗流量是由通向负载空间入口处的一个系统来控制的。
氮气转换为氢气后进行热清洗工作，这与轧制液残留量有关，直到保温时停止热清洗工作，但必须控制好工作负载空间氢气压力，因为氢气传热速度比氮气快6倍，又由于强对流作用，所以热量很快即传递到带卷内部。
高温试漏合格后吊卸加热罩，将冷却罩放炉台上，这时空气冷却开始。
然后当炉温下降到270℃时，停止空气冷却，炉台风机停转。
3min后，开始喷水冷却，10min后炉台风机低速运行，再过10min后高速运行。
一直到最热点温度降到160℃时，炉台风机低速运行，并
用氮气再次清洗氢气，直到H2≤5％为合格，清洗时间30min。
最后吊冷却罩和内罩出炉。
五、冷轧带钢退火炉管路系统
冷轧带钢退火炉管路系统，对于每个炉台均由3部分构成：
保护气体阀组、炉台阀站气-水流程以及加热罩煤气布置等。
六、冷轧带钢退火工艺操作说明
退火工艺流程图
加热过程冷却过程
1.H2处理工艺的准备条件
负载空间充满着空气，在充入H2前必须满足以下条件：
（1）内罩必须
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