萊鋼高效罩式退火爐的研究與應用

張曉東

（山東鋼鐵集團有限公司萊蕪分公司板帶廠， 山東 萊蕪 271100）

山東鋼鐵集團有限公司萊蕪分公司（全文簡稱萊鋼）罩式退火爐自2008年投產，主體設備采用德國LOI公司產品，主要包括加熱罩、冷卻罩、爐臺及計算機控制系統，設計產能36萬t/a，主要生產普碳鋼、深沖用鋼及高強鋼。隨著生產節奏、組織模式的加快，罩式退火爐系統暴露出一系列設備問題，制約了設計產能的發揮，不利于產品質量的提升及設備運行的穩定，通過優化改造設備結構，調整工藝參數解決了此類問題，保障了設備順行，增加了退火卷年產量，提高了生產效率。

1 噴淋系統的優化改造

1.1 冷卻罩噴淋方式改造

冷卻罩原來的噴淋冷卻模式為冷卻水自上而下通過噴頭噴灑在內罩上的運行模式，此種噴淋冷卻方法的降溫速度主要依靠噴淋水流量及噴淋水的溫度，但冷卻水無法完全覆蓋內罩表面，冷卻效率低下。在冷卻罩外部中間部位安裝一圈不銹鋼管，不銹鋼管與冷卻罩連接處開孔打眼，與冷卻罩內部相通，同時將不銹鋼管與噴淋水上水管道連接，當爐臺進行噴淋冷卻時，冷卻水通過不銹鋼管上的開孔直接噴灑到內罩表面上，在冷卻罩內部形成一圈環形噴淋結構，同時冷卻罩頂部噴頭仍然噴灑冷卻水，冷卻水可以完全覆蓋到內罩表面，提高冷卻速度，見圖1。

1.2 冷卻系統的優化改造

圖1 冷軋噴淋系統優化示意圖

萊鋼罩式退火爐冷卻水管道系統主要是通過板式換熱器對冷卻水進行降溫，但板式換熱器換熱效果較差，在夏季天氣炎熱的時候，冷卻水換熱冷卻后溫度達不到工藝要求。在原有的冷卻水管道系統上增加1臺板式蒸發冷卻器，同時根據冷卻水溫度自動開啟，有效地降低了冷卻時溫度，保證了冷卻水溫度符合工藝要求（見圖2）。

圖2 冷卻水系統優化示意圖

2 加熱罩助燃風管道系統改造

加熱罩助燃風管道分為內部管道及外部管道2節，連接方式為對插方式，此種連接方式在加熱過程中由于助燃風管道發生熱膨脹，內外助燃風管道經常發生卡死現象，無法伸縮，造成內助燃風管道熱交換器部位發生斷裂問題，影響了加熱罩的正常使用。在內外助燃風管的之間安裝1個直徑為80 mm×100 mm的膨脹節，將內外助燃風管道的連接方式由原來的插入式改造成膨脹節連接方式（見下頁圖3），內外助燃風管分別連接到膨脹節法蘭上，當管路熱漲伸縮時，膨脹節拉伸，消除了管路應力集中問題，避免了管路斷裂。

圖3 加熱罩助燃風管優化示意圖

3 生產工藝優化升級

根據萊鋼罩式退火爐設備工藝特點，制定出了“一優、二組、三不落”罩退生產工藝制度。“一優”是指優化退火工藝，與連續退火相比，罩式退火最大的特點就是整個退火周期比較長，一般說來，退火溫度升高有利于晶粒{111}取向的發展長大，從而獲得高的r值。通過對不同厚度規格的SPCC鋼卷進行不同溫度下的延伸率性能退火試驗，得出圖4及以下結論。

圖4 延伸率與溫度的準關系圖（刻度向內）

從圖4中可以看出，隨著溫度的升高，延伸率先升高后降低，在700～720℃退火溫度區間達到一個峰值。不同規格試樣達到峰值的溫度不同，0.35 mm和0.60 mm兩種規格在700℃達到峰值，1.30 mm和1.77 mm厚度規格要到720℃之后才達到峰值。根據實驗結果，制定出了適合萊鋼不同厚度的退火卷最優加熱溫度。除了退火加熱溫度外，罩式退火升溫速度控制退火織構的一個重要手段。雖然不希望有不利于延伸率性能的{100}織構，但是各保溫時間下都有一定數量的{100}織構存在，通過試驗得出罩退3 h加熱時間，即80℃/h的加熱速度不利于產品的沖壓性能。而是采用38℃/h的冷點加熱速度試驗結果較佳，此速度最有利于產品的沖壓性能。通過上述實驗，得出了適合萊鋼退火卷生產的最佳退火工藝，在滿足了產品質量的同時，縮短了退火時間，取得較好的效果。

罩式退火爐在內罩放到爐臺上后，由1個壓力變送器及1個壓力開關檢測爐內壓力，只有爐內壓力不大于2×102Pa時，氣密性試驗才允許開始，但由于裝爐的原料卷溫度過高，系統內發生熱膨脹，導致壓力升高，氣密性試驗失敗，無法繼續生產。在控制系統中優化參數，將氣密性試驗開始的條件由原來的不大于2×102Pa提高到不大于5×102Pa，減少了爐內壓力波動造成的氣密性試驗失敗的可能，提高了生產效率。

罩式退火爐每個爐臺就地操作站上有1塊DP分配器，其作用是將加熱罩與PLC控制系統建立通訊，從而獲得加熱罩地址及其他相關信息，但DP分配器本身發生的干擾信號較強，極易造成加熱罩地址信息丟失，爐臺故障停止工作。為消除此問題，將就地操作臺DP分配器拆除，加熱罩從站直接與PLC系統連接，有效地杜絕了加熱罩地址信息丟失的故障，減少了停爐的發生。

4 終冷臺系統優化

4.1 終冷臺進風口位置優化

原終冷臺進風口在廠房外邊，大量水汽隨著冷卻風進入風道，造成出爐鋼卷銹蝕嚴重。為消除這一問題，將終冷臺進風口位置由廠房外部改為廠房內部，減少了冷卻風水汽含量，降低了鋼卷銹蝕速度。

4.2 終冷臺風機改造

傳統終冷臺風機為軸流式風機，風量小且易損壞，同時終冷臺運行模式為手動模式，需要人工開關風機，冷卻時間及鋼卷表面溫度掌握不精確。優化后終冷臺風機為離心式風機，風量大壽命長，同時為實現自動廢氣終冷臺風機，在終冷臺底座上安裝了接近開關，當鋼卷放置到終冷臺上后，風機自動啟動，鋼卷吊離終冷臺后，風機自動停止，準確有效地控制冷卻時間及鋼卷表面溫度。

4 結語

通過對萊鋼罩式退火爐一系列適應性改造，退火卷產量提高了9%，退火卷成材率提高了2%，加熱罩等主要設備故障率下降了40%，保障了罩式退火爐高效穩定的運行，為萊鋼冷軋產品檔次提升及新產品的研究開發奠定了基礎。