冷軋薄板廠1號退火爐工藝設計

1號屠宰場由美國bricen公司設計，與中國制造商一起生產。這是中國唯一的“l”退火爐。退火爐主要處理冷軋原料的CQ、DQ、HSLA級產品。年總退火能力為46萬t。產品主要用于建筑業、輕工業和家電內板等。1帶鋼的燃燒過程“L”型退火爐各段工藝布置:①向上的預熱段通道;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循環保護氣體噴射冷卻段;⑥爐鼻子系統。在退火過程中,帶鋼首先通過向上行程的預熱段的雙密封輥進入爐內開始退火,預熱段的加熱由直燃段的燃燒產物來完成。帶鋼通過垂直的預熱段通道后,經頂部雙轉向輥轉向180°到達下行程的無氧化直燃段;直燃段的爐子有4個控制區,共42個燒嘴,前3個控制區每區有12個燒嘴,第4個控制區有6個燒嘴。空氣與過量焦爐煤氣混合燃燒,保證爐內的還原氣氛。帶鋼通過直燃段后,經底部轉向輥轉向90°進入水平輻射管加熱段(水平輻射管加熱段分5個控制區,共60個輻射管),將其加熱到產品等級所要求的最終退火溫度(在保護氣氛下的輻射管加熱段完成)后到均熱段(均熱10s左右),再進入保護氣體噴射冷卻段,冷卻器將保護氣體循環噴吹至帶鋼兩面促其快速冷卻(35℃/s)。當帶鋼達到合適的溫度后通過出口段。出口段由轉向斜滑槽組成。帶鋼在涂鍍前需保持一小段時間的溫度均衡,然后其通過斜向下的合金爐鼻子進入布置在下方的鋅鍋內。2節能技術及其應用2.1量：5.h若采用水冷爐底輥則冷卻水會從爐內帶走熱量,而該退火爐水平爐段爐底輥采用特殊Ni-Cr合金材料,可確保加熱后不發生彎曲變形。根據其他同等規模退火爐且采用水冷爐底輥的經驗,水冷輥進、回水年平均溫差為7.5℃,流量275m3/h。水的比熱、密度按20℃時計算(CP=4.183kJ/(kg·K),ρ=998.2kg/m3),每小時冷卻水熱損失(Q1)為:Q1=CP×m×Δt(1)=4.183×275×998.2×7.5=8.61×106kJ/h1號鍍鋅線退火爐設計平均噸鋼能耗777000kJ,年總生產能力460000t,年有效生產時間6500h,則平均小時能耗(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%計算結果表明采用無水冷爐底輥可節能15.7%。2.2耐火纖維熱容的確定傳統退火爐的典型結構是爐頂采用低熱容耐火材料,其他區域則在內側采用耐火磚,外側采用輕質粘土磚結構;而耐火纖維熱容只為耐火磚的1/72、為輕質粘土磚的1/42。因此,與傳統爐襯相比,采用低熱容耐火纖維可使爐襯儲存更少的熱量。這意味著在實際操作過程中,當產品規格改變且需調整爐溫時,退火爐的低熱容可快速實現爐溫的升降,迅速改變加熱制度,可滿足不同規格帶鋼的加熱要求。迅速改變加熱制度還能節省能源。2.3性煙氣混合燃燒退火爐余熱利用分4級:①1級余熱利用,即預熱段帶鋼在開始階段就從直燃段產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級余熱利用,即在預熱段距出口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情況下為275℃。正常生產時直燃段產生的煙氣均在自燃溫度(760℃)以上。在整個預熱段,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級余熱利用,即在正常運行情況下,離開預熱段燃燒產生的煙氣溫度還很高(800℃),因此在煙氣出口設計1臺對流熱交換器,利用廢煙氣的余熱預熱直燃段的助燃空氣,提高熱利用率。④4級余熱利用,即直燃段內的帶鋼被煤氣燃燒直接加熱,同時存在熱傳導、對流、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,以使保護氣體不被污染,因此煤氣在特殊的Ni-Cr合金輻射管內燃燒,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是斯蒂芬-玻爾茲曼熱力學定律。在兩種不同溫度的物體之間會發生能量的傳遞,發出熱量的物體(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。煤氣在輻射管內燃燒時會產生高溫廢煙氣。為利用高溫廢煙氣,在輻射管的廢煙氣出口側安裝熱交換器來預熱助燃空氣,以提高燃料的熱利用率。輻射管預熱器的應用可節能15%。2.4退熱周期比較對冷軋帶鋼來說,其在退火時加熱速度越快,則在不同溫度區域停留時間較短,所需再結晶溫度越高;反之,帶鋼在退火時加熱速度較慢,即在均熱區域停留時間較長,則再結晶溫度就越低。這就產生了高再結晶溫度退火熱周期和低再結晶溫度退火熱周期。2種帶鋼退火熱周期見圖1。高再結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(有時在快速冷卻前先進行短時間的慢冷,以獲得穩定的金屬結構),其優勢是可應用在較短的、不復雜的(投資少的)生產線上;不足是帶鋼被加熱到較高溫度,而在冷卻過程中又被浪費掉了,故消耗能量較多。低再結晶溫度退火熱周期就是帶鋼的退火溫度低于峰值溫度,為了補償能量,對帶鋼進行較長時間的均熱,然后快速冷卻。其優勢是帶鋼被加熱的溫度較低,能源消耗少,對冷卻過程的要求不是很嚴格;不足之處是均熱時間較長,一般用于較長的(投資多的)生產線上。該退火爐采用的是低再結晶溫度退火熱周期,以體現能源消耗更低的設計要求。2.5帶鋼溫度控制方案退火爐直燃段分4個控制區,在直燃段采用次序燃燒控制系統,通過嚴格調整直燃段各個控制區的燒嘴燃燒個數及開度來控制最終的帶鋼溫度,并將其控制在理論值附近。不同規格的帶鋼所需退火溫度亦不同。在退火爐正常生產時,其出口端的溫度檢測設備監控帶鋼溫度。當帶鋼要求低的退火溫度時則需減少能量,這時主控制系統開始設定直燃段各控制區溫度,并向小的方向持續調節第1個控制區(在直燃段的入口端)燒嘴的煤氣供應量,直到該區的燒嘴煤氣量到最低設定值。然后,確認帶鋼所需溫度還應進一步降低時,繼續向小的方向調節第2個控制區的燒嘴煤氣供應量,直到供需相匹配。反之,在帶鋼需更高退火溫度時,次序控制是相反的:首先,向大的方向調節直燃段第4控制區(在直燃段的出口端)燒嘴煤氣供應量直到最大,確認帶鋼所需溫度還需進一步升高時,繼續向大的方向調節第3控制區燒嘴煤氣供應量,直到能滿足帶鋼所需溫度時止。第1控制區將是最后全能力燃燒的區段。由于從直燃段第4控制區中產生