全氢罩式退火炉培训教材20111122

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1、全氢罩式退火炉培训教材20111112第一章全氢罩式退火炉的工艺与设备一、概述全氢型保护气体单垛式紧卷罩式炉，实际上不单纯只是采用全氢而与氢氮保护气体相区别，而同时这种全氢型罩式炉在设备和工艺上还采取了相应的技术措施，以适应于全氢保护气体新技术的发展，从而建成了以提高退火产量和质量为目的的新一代全氢型保护气体单垛式紧卷罩式炉。全氢作为保护气体，早在70年代初期，国外某工业炉公司就开发了这项新技术，当时应用于铜基金属工业，70年代末推广到钢铁工业，80年代中期进行普遍推广应用。据有关资料记载至1993年这家工业炉公司制造并投产的全氢罩式炉共有500多座，分布在世界20个国家和地区。随着冷

2、轧带钢生产的迅速发展，世界各国面临着兴建和改造老式罩式炉的新形势。目前世界上具备全氢单垛式紧卷罩式炉新技术和提供全套设备的能力的厂家还不太多，据了解首先是欧洲一家工业炉公司，其次是欧洲另一家工业炉公司。前者生产的罩式炉称作“强对流全氢罩式炉”（奥地利EBNER工业炉公司），主要特点是采用全封闭退火炉台、全封闭炉台循环风机、横波形内罩以及气－水组合式冷却罩。后者生产的罩式炉称作“高效能全氢罩式炉”39（德国LOI工业炉公司），主要特点是采用敞开炉台、将炉台循环风机与电动机分开的弹性连轴器、平面形内罩以及外部分流快速冷却设备和空气冷却罩等。上述两家公司采取的设备手段虽然有所不同，但其技术实

3、质均遵循着强对流和全氢技术这个基本出发点，适应全氢退火的严密性和安全性，从而达到提高退火产量和质量的目的。二、强对流全氢罩式炉技术1.强对流冷轧带钢卷罩式炉退火采用间歇式生产方式，以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。罩式炉退火是以流体力学传导理论为基础。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。由于轧制后的带钢横向存在着中间厚、两个边部薄的横向偏差，所以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，因此带钢层间存在间隙；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

4、，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，这是不允许的。增强内罩39壁与保护气体之间对流传热的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。对流传热计算公式为：Q=α(t2-t1)F式中Q－钢卷吸收的热量，kJ/h；t2－气体温度，℃；t1－钢卷温度，℃，一般为20℃；F－钢卷受热面积，m2；α－对流传热系数，k

5、J/m2•h•℃。ω0－标准状况下气体流速，m/s；d－气体通道直径，m；若提高Q值，必须提高α值、t2值或F值。t1值为常数，一般为室温20℃。若提高t2值，必须增加燃料提高炉温。若单纯提高t2，而相应的条件不具备，仍然是自然对流传热或一般强对流传热，将导致钢卷外圈过热，这是不允许的。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39内壁是不能缩小的。一般正常

6、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）

7、氢气0.08990.172氮气1.2510.024空气1.2930.024低碳钢785069.8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：39FeO+H2=Fe+H2OC+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