王海濤， 高 寧

（河鋼集團(tuán)衡水板業(yè)有限公司， 河北 衡水 053000）

引言

河鋼集團(tuán)衡水板業(yè)有限公司連續(xù)退火爐在生產(chǎn)T3 厚規(guī)格高溫產(chǎn)品時，會出現(xiàn)爐壓不穩(wěn)，尤其是下降段爐壓波動較大并伴隨出現(xiàn)爐內(nèi)露點(diǎn)異常造成帶鋼氧化現(xiàn)象。爐壓的不穩(wěn)定嚴(yán)重影響了公司的生產(chǎn)秩序，為確保設(shè)備運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，對爐內(nèi)爐壓的異常進(jìn)行分析和控制顯得越來越重要。本文分析了北京鋼研院為我司設(shè)計成套的連續(xù)退火爐爐壓在生產(chǎn)過程中的異常波動現(xiàn)象，并提出了解決措施，滿足了連續(xù)退火生產(chǎn)機(jī)組的穩(wěn)定生產(chǎn)。

1 連退爐爐壓不穩(wěn)伴隨露點(diǎn)異常對帶鋼退火質(zhì)量的影響

1.1 爐壓的穩(wěn)定性對退火爐運(yùn)行的重要性

連續(xù)退火爐爐內(nèi)存在易燃易爆的氫氣，所以爐內(nèi)必須保持正壓運(yùn)行，防止外部空氣進(jìn)入爐內(nèi)造成事故。連續(xù)退火爐控制爐內(nèi)壓力時，首先要為各個路段設(shè)置恰當(dāng)?shù)膲毫χ?。因?yàn)閴毫χ颠^高，會導(dǎo)致保護(hù)氣體的消耗量增加，生產(chǎn)成本過高；壓力低時，會增加爐外空氣進(jìn)入爐內(nèi)的風(fēng)險，導(dǎo)致控制爐內(nèi)氣氛難度增大。爐壓異常波動，尤其過低時會造成外部空氣及淬水槽處的水蒸氣進(jìn)入爐內(nèi)造成爐內(nèi)露點(diǎn)的異常。

1.2 爐壓的變化會引起露點(diǎn)的異常，露點(diǎn)對帶鋼的影響的機(jī)理

帶鋼暴露在空氣中與空氣中的氧氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使帶鋼表面附著一層氧化鐵皮，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

連退爐在對冷軋帶鋼退火提高機(jī)械性能的同時，爐內(nèi)保護(hù)氣體會與帶鋼表面氧化鐵皮發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其表面的氧化鐵皮還原為鐵。如下反應(yīng)式：

正產(chǎn)生產(chǎn)時，爐內(nèi)保護(hù)氣體成分的變化情況和帶鋼表面被氫氣還原的狀態(tài)無法直接得到，而是通過爐內(nèi)露點(diǎn)的檢測和分析間接地推斷爐內(nèi)的這些變化[1]。因此，如何保證爐壓的穩(wěn)定性，防止退火爐內(nèi)的露點(diǎn)發(fā)生異常升高，是解決此問題的關(guān)鍵。

2 連退爐爐壓異常的原因分析

我司連續(xù)退火爐在10 年的生產(chǎn)運(yùn)行中，出現(xiàn)過多次爐壓波動并伴隨露點(diǎn)異常的現(xiàn)象，對生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的影響。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，爐壓波動伴隨露點(diǎn)異常產(chǎn)生的原因分為如下幾類：

1）保護(hù)氣體供氣系統(tǒng)出現(xiàn)問題，保護(hù)氣斷供或者供氣量減少，造成爐壓迅速降低；

2）入口段的密封輥間隙過大，致使氮封不起作用；

3）爐體密閉不嚴(yán)，爐壓低；

4）淬水槽處液位波動，致使水封破壞，爐內(nèi)下降段密封箱氮?dú)馔庑梗?/p>

5）緩冷段、快冷段、終冷段循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)出口泄露對爐壓及露點(diǎn)的影響。

針對以上可能引起爐內(nèi)壓力異常的原因進(jìn)行逐一分析，并提出有效的控制措施及可行的辦法。

2.1 保護(hù)氣體供氣系統(tǒng)出現(xiàn)問題對爐壓的影響

爐內(nèi)充滿氮?dú)浔Ｗo(hù)氣體，為了防止發(fā)生安全事故，必須要保證爐壓始終處于正壓，并且處于合理的壓力控制值。我司對退火爐每段爐區(qū)均配備了爐壓檢測，壓力均符合我公司《連續(xù)退火爐生產(chǎn)工藝作業(yè)指導(dǎo)書》的標(biāo)準(zhǔn)，并且沒有異常波動，如果供氣量出現(xiàn)異常，爐壓會立即發(fā)生變化并示警。

2.2 入口段的密封輥間隙對爐壓的影響

帶鋼通過一個入口密封裝置垂直進(jìn)入加熱段。該入口密封裝置設(shè)置于加熱段入口端的底部，并與爐體聯(lián)接。入口密封裝置由兩根單獨(dú)驅(qū)動的密封輥組成并設(shè)有N2封，以增加氣阻的方式保證鋼帶運(yùn)行時空氣不進(jìn)入爐內(nèi)。運(yùn)行時兩密封輥閉合貼近鋼帶，中間有留有5～8 mm 間隙，從而保證在不劃傷鋼帶表面的前提下更好的起到氮?dú)饷芊庾饔谩?/p>

我司氮封流量控制在200 m3，密封輥間距調(diào)整為5.5 mm，完全符合我公司《連續(xù)退火爐生產(chǎn)工藝作業(yè)指導(dǎo)書》的標(biāo)準(zhǔn)，因此生產(chǎn)T3 厚規(guī)格高溫料時的爐壓波動于密封輥間隙與入口氮封無直接關(guān)系。

2.3 爐體密閉不嚴(yán)對爐壓與露點(diǎn)的的影響

連續(xù)退火爐工作是處于正壓狀態(tài)，我司爐壓控制在55～130 Pa。一般在正壓的條件下，爐外的空氣和水蒸汽是不可能進(jìn)入爐內(nèi)的。并且由于目前我司只有在生產(chǎn)T3 厚規(guī)格高溫料時，才會出現(xiàn)爐內(nèi)壓力波動并伴隨氧含量超標(biāo)及露點(diǎn)偏高的異?，F(xiàn)象，可以初步認(rèn)定造成爐內(nèi)氣氛異常不是爐體密閉不嚴(yán)造成。

2.4 淬水槽水位對爐壓的影響

淬水槽的槽內(nèi)存有一定液位的脫鹽水，脫鹽水液位高于下降段出口150～200 mm，形成水封，確保爐內(nèi)的爐壓正常，防止外部空氣進(jìn)入爐內(nèi)，還對帶鋼進(jìn)行冷卻，減少了蒸汽的生成。廢氣風(fēng)機(jī)將鋼帶入水淬槽產(chǎn)生的蒸汽通過排汽管路排到室外。

淬水槽液位較低時，在下降段通道處形不成水封，會造成爐壓的快速降低，外部蒸汽、空氣會迅速進(jìn)入爐內(nèi)，造成氧含量、露點(diǎn)迅速發(fā)生升高。在生產(chǎn)T3不同厚度規(guī)格產(chǎn)品，進(jìn)行了淬水槽水溫、爐壓、露點(diǎn)進(jìn)行了測量，測量數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 水溫、露點(diǎn)、爐壓的檢測

從表1 測量數(shù)據(jù)來看，當(dāng)生產(chǎn)厚規(guī)格T3 產(chǎn)品時，隨著水溫的升高，下降段的爐壓及露點(diǎn)發(fā)生了明顯的異常，與本文提到的生產(chǎn)T3 厚規(guī)格高溫料時爐壓不穩(wěn)伴隨露點(diǎn)異常的情況相吻合。

2.5 緩冷段、快冷段、終冷段循環(huán)風(fēng)機(jī)進(jìn)出口泄露對爐壓及露點(diǎn)的影響

緩冷段、快冷段、終冷段在帶鋼運(yùn)行方向分為不同區(qū)域，每個區(qū)域配有循環(huán)風(fēng)機(jī)。退火爐內(nèi)的保護(hù)氣體被氣密性很好的循環(huán)風(fēng)機(jī)抽出來，在氣水換熱器的作用下冷卻，然后送到爐內(nèi)風(fēng)箱，從風(fēng)箱的噴嘴噴出，對鋼帶進(jìn)行強(qiáng)制冷卻[2]。帶鋼的溫度控制，通過調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制保護(hù)氣體循環(huán)量來實(shí)現(xiàn)。

假如風(fēng)機(jī)進(jìn)出口出現(xiàn)泄漏的情況下，由于風(fēng)機(jī)的風(fēng)量很大會立即引起爐內(nèi)氣氛的波動，因此在停爐保壓保溫的情況下，模擬生產(chǎn)T3 厚規(guī)格料的工藝，對各段風(fēng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，觀察測量數(shù)據(jù)。檢測結(jié)果如表2。

從表2 和表3 可以看出造成爐內(nèi)氣氛異常的原因是快冷段1 號、2 號風(fēng)機(jī)進(jìn)出口的某處存在裂口，在風(fēng)機(jī)頻率較大的情況下，對爐內(nèi)氣氛產(chǎn)生了致命影響，造成該段的爐壓下降，露點(diǎn)升高。在爐壓及氣氛恢復(fù)正常后，為了節(jié)省時間對快冷段1 號和2 號風(fēng)機(jī)進(jìn)行重新檢測時不對爐壓進(jìn)行測量，對露點(diǎn)及氫氣、氧氣含量進(jìn)行測量比較，確定是哪個存在泄漏。

表2 T3（0.25～0.35 mm）產(chǎn)品生產(chǎn)工藝下的各爐段數(shù)據(jù)

表3 T3（0.38～0.4 mm）產(chǎn)品生產(chǎn)工藝下的各爐段數(shù)據(jù)

從表4 可以看出造成爐內(nèi)氣氛異常的原因是快冷段1 號風(fēng)機(jī)管路發(fā)生泄漏，在風(fēng)機(jī)頻率較大的情況下，對爐內(nèi)氣氛產(chǎn)生了致命影響，造成爐內(nèi)氧含量迅速上升，漏點(diǎn)升高。

表4 快冷段1 號、2 號風(fēng)機(jī)不同頻率下的爐內(nèi)氣氛

3 解決連續(xù)退火爐爐壓及露點(diǎn)異常的措施

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，連續(xù)退火爐出現(xiàn)爐壓不穩(wěn)定露點(diǎn)異常的現(xiàn)象是不可避免的，問題是能夠采取一些措施來減少此類生產(chǎn)事故的發(fā)生，使?fàn)t壓波動控制在允許范圍之內(nèi)，滿足工藝生產(chǎn)要求，以及帶鋼一旦發(fā)生爐壓不穩(wěn)定露點(diǎn)異常的現(xiàn)象后如何采取合理的保護(hù)措施來減少對生產(chǎn)及設(shè)備帶來的損害[3]。

爐壓不穩(wěn)定露點(diǎn)的異常影響因素眾多，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來看，盡可能地減少此類現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)從設(shè)備、保護(hù)氣供氣系統(tǒng)、淬水槽液位及水溫、各爐段的風(fēng)機(jī)管路、爐體密閉性等幾個方面來解決。根據(jù)我公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，采取了如下措施：

1）定期對爐體進(jìn)行密閉性進(jìn)行檢查，并制定相關(guān)巡檢表，形成制度；

2）保證檢測裝置測量的準(zhǔn)確性，確保爐壓及爐內(nèi)氣氛的正常；

3）根據(jù)不同規(guī)格、不同品種的生產(chǎn)，制定合適的工藝；繼續(xù)優(yōu)化完善我公司的《連續(xù)退火生產(chǎn)工藝操作規(guī)程》；

4）爐區(qū)所有冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)出口的管路，尤其是緩冷段及快冷段風(fēng)機(jī)的管路，加裝壓力檢測裝置，一旦發(fā)生泄漏，可以隨時發(fā)現(xiàn)，繼續(xù)優(yōu)化完善我公司的《連續(xù)退火爐操作規(guī)程》。

4 結(jié)語

連續(xù)退火爐出現(xiàn)爐壓不穩(wěn)定露點(diǎn)異常是一個多因素綜合作用下呈現(xiàn)的現(xiàn)象。要想從中找出具體原因，必須根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從設(shè)備、工藝、檢測裝置等多個方面逐個分析排除。結(jié)合我公司連續(xù)退火爐的爐壓不穩(wěn)定伴隨露點(diǎn)異常始終是生產(chǎn)厚規(guī)格的T3 高溫產(chǎn)品時出現(xiàn)，主要對以下幾個方面進(jìn)行了調(diào)整：

1）爐體密閉情況制定了巡檢檢查制度，認(rèn)真填寫巡檢表。

2）淬水槽液位控制實(shí)現(xiàn)自動控制；對淬水槽的水溫進(jìn)行了閉環(huán)檢測，當(dāng)溫度快速升高時，自動開啟備用循環(huán)泵及備用冷卻器，并能夠自動開啟下降段的廢氣風(fēng)機(jī)，將水蒸氣立即排出。

3）建立測量點(diǎn)的檢查、校驗(yàn)制度，加強(qiáng)巡檢。為了檢查各監(jiān)測點(diǎn)是否工作正常，實(shí)行作業(yè)長制，嚴(yán)格考核，要求當(dāng)班職工用手提式多功能露點(diǎn)儀逐點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)，特別是測量出的露點(diǎn)突然異常時要及時校驗(yàn)。

4）快冷段的冷卻循環(huán)風(fēng)機(jī)管路進(jìn)行了補(bǔ)漏處理。

5）爐壓檢測實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，當(dāng)爐壓快速降低時，相應(yīng)爐段的流量控制閥開口度進(jìn)行迅速調(diào)節(jié)，進(jìn)行大流量補(bǔ)充；在2 min 內(nèi)爐壓不能達(dá)到爐壓要求的，工藝段進(jìn)行急停。

6）編寫了保護(hù)氣供應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的應(yīng)急預(yù)案。經(jīng)此次各個方面的調(diào)整，我公司連續(xù)退火爐生產(chǎn)穩(wěn)定，爐壓及露點(diǎn)異常問題得到了很好的控制。