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(chǎn)。這是中國唯一的“l(fā)”退火爐。退火爐主要處理冷軋原料的CQ、DQ、HSLA級產(chǎn)品。年總退火能力為46萬t。產(chǎn)品主要用于建筑業(yè)、輕工業(yè)和家電內(nèi)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(huán)保護氣體噴射冷卻段;⑥爐鼻子系統(tǒng)。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(nèi)開始退火,預熱段的加熱由直燃段的燃燒產(chǎn)物來完成。帶鋼通過垂直的預熱段通道后,經(jīng)頂部雙轉(zhuǎn)向輥轉(zhuǎn)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(qū),共42個燒嘴,前3個控制區(qū)每區(qū)有12個燒嘴,第4個控制區(qū)有6個燒嘴。空氣與過量焦爐煤氣混合燃燒,保證爐內(nèi)的還原氣氛。帶鋼通過直燃段后,經(jīng)底部轉(zhuǎn)向輥轉(zhuǎn)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(qū),共60個輻射管),將其加熱到產(chǎn)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(huán)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(zhuǎn)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(nèi)。2節(jié)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(nèi)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(fā)生彎曲變形。根據(jù)其他同等規(guī)模退火爐且采用水冷爐底輥的經(jīng)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(chǎn)能力460000t,年有效生產(chǎn)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(jié)果表明采用無水冷爐底輥可節(jié)能15.7%。2.2耐火纖維熱容的確定傳統(tǒng)退火爐的典型結(jié)構(gòu)是爐頂采用低熱容耐火材料,其他區(qū)域則在內(nèi)側(cè)采用耐火磚,外側(cè)采用輕質(zhì)粘土磚結(jié)構(gòu);而耐火纖維熱容只為耐火磚的1/72、為輕質(zhì)粘土磚的1/42。因此,與傳統(tǒng)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(chǎn)品規(guī)格改變且需調(diào)整爐溫時,退火爐的低熱容可快速實現(xiàn)爐溫的升降,迅速改變加熱制度,可滿足不同規(guī)格帶鋼的加熱要求。迅速改變加熱制度還能節(jié)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(chǎn)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(chǎn)情況下為275℃。正常生產(chǎn)時直燃段產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(jù)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(fā)生能量的傳遞,發(fā)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(nèi)燃燒時會產(chǎn)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(cè)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(jié)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(qū)域停留時間較短,所需再結(jié)晶溫度越高;反之,帶鋼在退火時加熱速度較慢,即在均熱區(qū)域停留時間較長,則再結(jié)晶溫度就越低。這就產(chǎn)生了高再結(jié)晶溫度退火熱周期和低再結(jié)晶溫度退火熱周期。2種帶鋼退火熱周期見圖1。高再結(jié)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(wěn)定的金屬結(jié)構(gòu)),其優(yōu)勢是可應用在較短的、不復雜的(投資少的)生產(chǎn)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(jié)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(yōu)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(chǎn)線上。該退火爐采用的是低再結(jié)晶溫度退火熱周期,以體現(xiàn)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(qū),在直燃段采用次序燃燒控制系統(tǒng),通過嚴格調(diào)整直燃段各個控制區(qū)的燒嘴燃燒個數(shù)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(guī)格的帶鋼所需退火溫度亦不同。在退火爐正常生產(chǎn)時,其出口端的溫度檢測設備監(jiān)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(tǒng)開始設定直燃段各控制區(qū)溫度,并向小的方向持續(xù)調(diào)節(jié)第1個控制區(qū)(在直燃段的入口端)燒嘴的煤氣供應量,直到該區(qū)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(xù)向小的方向調(diào)節(jié)第2個控制區(qū)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(diào)節(jié)直燃段第4控制區(qū)(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(xù)向大的方向調(diào)節(jié)第3控制區(qū)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(qū)將是最后全能力燃燒的區(qū)段。由于從直燃段第4控制區(qū)中產(chǎn)生