全氫罩式退火機組主要設備問題及預防措施

許 威，滕 云，張春杰，侯延偉

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司鍍錫板事業部，河北唐山 063200）

0 引言

目前，國內冷軋帶鋼再結晶退火爐主要分為連續退火爐和罩式退火爐兩種方式。對一些具有特殊工藝需求的沖壓鋼，尤其是對深沖性能帶鋼的熱處理方面，罩式爐更能顯示其優越性。罩式退火爐從氮氫爐臺逐步發展到目前以全氫和強對流全氫（HICON/H2）爐臺為主，業內知名的罩式爐供貨商主要有奧地利EBNER 公司和德國LOI 公司。主要針對EBNER 罩式爐在使用過程中的存在的設備問題進行分析研究。

1 罩式退火機組工藝及設備組成

罩式退火工藝步驟主要分為以下步驟：裝爐→冷密封泄漏測試→吹掃加熱升溫→保溫→熱泄漏測試→帶罩冷卻→風冷→噴淋冷卻（水冷）→吹掃→出爐→終冷臺冷卻→入平整庫。罩式退火工藝步驟如圖1 所示。

圖1 罩式退火工藝步驟

罩式爐主要設備組成分為“三罩一臺”，即加熱罩、冷卻罩、內罩、爐臺。還包括一些輔助設備，由終冷臺、閥站、液壓站、對流板、廢氣排放系統等組成。罩式爐各組成設備的穩定運行，對罩式退火產量、質量、安全生產、能耗成本、環保排放指標都有著重要的影響。

2 罩式退火機組主要設備問題

罩式爐設備往往在使用過程中，因設備老化、功能精度降低等多方面原因，導致設備故障率高發，造成機組生產效率持續降低、質量問題等頻繁發生[4-6]。

2.1 爐臺使用過程中易出現的問題

爐臺是罩式爐永久性主體設備，主要由爐臺鋼結構、擴散器、底部對流板、爐臺循環風機、液壓夾緊裝置及其他附屬部件等組成。由于爐臺要承受鋼卷及內罩的全部重量，因此爐臺需要具備承載能力、抵抗反復加熱和冷卻變形的能力；同時由于爐臺要與內罩形成一個密封的工作空間，并且要求保證一定壓力，作為鋼卷退火的工作空間，因此要求爐臺具備密封性好、絕熱性好、蓄熱小以及結構簡單等特點。

在退火過程中，爐臺易發生以下4 個方面的問題：

（1）在退火過程中，由于爐臺密封圈在使用過程中老化失去彈性、擠壓變形、異常損壞等情況易造成內罩與爐臺之間密封失效，爐內氣體外泄造成緊急吹掃，對爐臺產量及鋼卷質量造成較大影響。

（2）爐臺循環風機振動超過設定值，易造成爐臺停機，無法正常進行退火，嚴重時，持續振動易造成與電機連接的介質管道螺栓松動，密封失效泄漏，爐臺空間壓力降低，發生緊急吹掃事故。

（3）爐臺與內罩之間液壓夾緊裝置由于長時間在高溫環境下工作，使用頻繁，易造成夾緊液壓缸缸體密封磨損、老化，缸體內部出現磨損、卡阻情況導致夾緊液壓缸壓頭轉動不到位或不轉動，造成壓頭未正常壓下起到壓緊作用；或因密封老化造成缸體發生內泄，夾緊力達不到，從而導致爐臺與內罩之間未壓緊，引發緊急吹掃故障。

（4）鋼卷在組垛過程中堆垛超過允許高度，裝爐高度過高或者鋼卷碼放位置偏斜造成內罩筒壁與弧形封頭焊縫連接處被鋼卷頂起產生縫隙，內罩與爐臺之間發生泄漏。

2.2 加熱罩使用過程中易出現的問題

加熱罩與內罩之間形成一個燃燒室，其主要由鋼結構金屬殼體、爐頂橫梁和導向臂、燃燒系統以及內部耐火爐襯組成。在加熱過程中加熱罩易出現以下3 個方面的問題：

（1）燒嘴無法正常點火。罩式爐加熱罩上燒嘴分為上、下兩排，每排4 個高速燒嘴環繞在加熱罩上，燒嘴沿內罩切向方向布置，保證在加熱的時候，火焰圍繞內罩的外壁形成一個火焰環，能對內罩均勻加熱，使爐溫均勻。往往在加熱過程中，部分燒嘴出現故障，無法正常點火，造成升溫速度慢，同時內罩受熱不均，長期使用，內罩筒壁在燒嘴區域易發生鼓包變形情況。

（2）加熱罩底部陶瓷纖維密封繩損壞失效，造成加熱罩底部溫度過高。加熱罩底部設備如夾緊液壓缸在高溫環境內長期工作壽命縮短，易發生各類故障，同時密封損壞后，外部空氣進入燃燒室，會增加高溫燃燒時氮氧化合物（NOx）的產生，使得煙氣內氮氧化合物指標超標。

（3）加熱罩內部耐火陶瓷纖維內襯發生開裂、粉化塌陷甚至脫落時，隔熱效果將會大幅降低，加熱罩外殼溫度升高，對加熱罩外部線纜及設備造成較大影響，嚴重時導致加熱罩無法使用。

2.3 內罩使用過程中易出現的問題

生產時內罩位于組垛的鋼卷與加熱罩之間，通過內罩對鋼卷進行間接加熱或冷卻。罩退內罩筒身及頂部封頭主要采用耐熱不銹鋼309S 焊接而成，底部法蘭與內罩焊接成一體，目前主流內罩大多采用筒壁橫波紋設計，一方面能夠保證水能均勻并穩定地布滿整個內罩，另一方面可以提高抵抗徑向熱變形能力，提高內罩使用壽命，增加傳熱面積，縮短加熱和冷卻時間，從而提高爐臺小時產量。罩退現場新舊內罩實物如圖2 所示。

圖2 罩退現場新舊內罩實物

（1）在退火過程中，內罩長期在冷卻→高溫加熱→冷卻狀態下工作，冷熱狀態變化頻繁，極易產生熱疲勞和腐蝕，使得內罩頂部封頭及內罩筒壁腐蝕變薄，變薄位置強度降低發生凹陷變形甚至直接穿孔。

（2）內罩頂部的吊環肋板在上述環境中腐蝕變薄，強度降低，頂部吊環與內罩頂部封頭上焊接的連接立板脫開，內罩在吊運過程中易發生跌落，有砸壞周邊設備及人員的安全隱患。

（3）由于煤氣或者助燃空氣壓力波動，以及點火電極或電磁閥故障等情況，會造成個別燒嘴點不著火或者點火后熄火，會造成內罩整體溫度的不均勻，局部溫度較其他部位偏高，內罩筒壁在長期存在比較大的溫度梯度的情況下，受高溫和應力的綜合作用，容易使內罩材料的高溫蠕變強度降低，很容易導致內罩筒壁正對燒嘴區域發生凹凸不平、膨脹的情況。嚴重時內罩在吊運過程中膨脹部位會損壞加熱罩內襯，內罩無法繼續使用（圖2b為燒嘴區域膨脹鼓包情況，白色為內罩膨脹鼓包部位與加熱罩耐材發生剮蹭痕跡）。

3 預防措施

3.1 針對爐臺的設備管理及維護

（1）加強對爐臺液壓夾緊裝置的檢查。每3～4 個退火周期手動檢查一次爐臺液壓夾鉗動作執行情況，包括夾緊裝置壓頭是否擺動到位、轉動缸體是否存在泄漏等情況，對有問題的液壓夾鉗及時更換處理并更換記錄。同時定期查看爐臺日志信息，檢查是否存在液壓泄漏補壓等報警信息，做到提前檢查處置。

（2）加強對爐臺密封圈的檢查更換。結合爐臺密封圈的使用情況制定更換周期，同時注意爐臺密封圈異常損壞時的調查跟蹤。在工藝控制上要定期對爐臺表面殘油、殘鐵等雜物進行清理，防止異物壓入損壞密封圈，同時對剛換罩的加熱罩嚴格進行管控，放在專門的放罩區域，不允許將高溫換罩下來的加熱罩直接扣在爐臺上，燙壞爐臺密封圈。

（3）加強對爐臺循環風機的振動情況檢查。根據爐臺振動監控曲線、劣化趨勢及現場點檢電機軸承等部位制定爐臺循環風機更換及維修保養計劃。在退火過程中應關注爐內壓力波動及H2消耗情況，及時發現并組織人員對現場管網及爐臺循環風機電機接口部位進行泄漏檢查。

（4）嚴格執行裝爐組垛管理規定。組垛高度不能超過內罩允許高度，同時鋼卷在爐臺組垛位置與中心線偏差不宜超過100 mm。

3.2 針對加熱罩的設備管理及維護

（1）定期對加熱罩助燃風機過濾網及加熱罩煤氣管道電磁閥、爐臺煤氣主閥門過濾網進行清理，保證煤氣及空氣供應流量，減少因為流量低造成無法點火或點火后熄滅問題。

（2）每班由罩式爐操作人員對加熱罩不能點火燃燒的燒嘴進行跟蹤統計，并反饋給機電點檢人員進行及時處理恢復。點火電極是燒嘴的重要部件，直接關系到是否能將混合的煤氣與空氣點燃，在使用過程中，點火電極易出現短路、接地及表面碳化的現象，需要針對有問題的點火電極及時更換以免燒嘴點不著，影響加熱罩點火升溫，同時也避免內罩加熱時受熱不均。

（3）加強對加熱罩燃燒情況進行管控。通過對加熱罩升溫時間及燃燒火焰、廢氣氧含量進行監控，同時使用便攜式壓力計測量煤氣壓力和空氣壓力值，調節煤氣控制閥及空氣閥到合適開度，使煤氣與空氣處于完全燃燒狀態，殘氧量控制在4%～5%，有助于降低燃燒期間產生的NOx 含量。

（4）加強對加熱罩外部殼體溫度進行檢查。加熱罩外殼平均溫度不應超過40 ℃，加熱罩頂部及燒嘴區域溫度應不超過75 ℃。當加熱罩燒嘴區域殼體溫度異常增高時，需要安排對該加熱罩內部耐材情況進行檢查，必要時對加熱罩內襯耐火材料進行修復或更換。加熱罩底部密封圈區域需要加強點檢測溫，當溫度超過50 ℃時，應當組織對加熱罩底部密封圈進行檢查更換。

3.3 針對內罩的管理及維護

（1）加強對內罩頂部封頭及吊環狀態的檢查與修復。內罩使用過程中應每隔2～3 個月就需要對內罩頂部吊環與內罩連接情況進行檢查，檢查內容包括吊環肋板腐蝕情況、封頭上立板腐蝕情況、肋板與立板連接的銷軸脫落情況等。發現腐蝕變薄、強度降低或者肋板與立板脫開情況應停用內罩并進行修復。可根據內罩高度制作專用的檢修平臺，方便維修人員直接到達內罩封頭處進行修復，保障作業安全。

（2）加強對內罩筒壁厚度及表面狀況進行檢查監控。內罩設計厚度一般設計頂部弧形封頭厚度為8 mm，內罩波紋筒壁厚度為6 mm。頂部封頭及燒嘴區域筒壁厚度應當重點進行監控測量（測量時應選擇測量點必須具有金屬光澤，沒有氧化層的部位），每3 個月應對內罩進行一次測量。測量部位厚度在低于4 mm 時，繼續使用時間應不超過600 h。每個退火周期結束后，應對內罩表面進行檢查，對明顯的膨脹鼓包、凹坑變形等表面狀況進行確認，提前制定維修計劃。

（3）加強對內罩的修復管理。針對日常檢查情況制定修復計劃，對于需要返廠修復的內罩做好登記，標注好下線時間、修復具體內容、修復檢測報告等身份信息，方便后續跟蹤使用情況。同時應根據使用壽命提前備好新的內罩備件，循環修復，避免集中修復，無內罩備件影響罩式爐正常生產。

4 結束語

通過掌握罩式爐關鍵設備的使用狀況及存在的典型問題，不斷提升罩式爐設備管理及維護水平，并進行有預防的維修保養，能夠有效的延長設備的使用壽命，減少設備故障的發生，對提高罩式爐的產量、質量、降低生產成本、安全風險等方面都有重要的意義。