带钢生产线方案及缺陷措施详解

退火炉气体对流热交换设计案例

1. 预热段喷气加热

在带钢连续退火炉的预热段，采用加热段的400℃~600℃的废气对带钢进行预热，可以使得带钢由环境温度预热到180℃~250℃，对提高热效率很有意义。

理论和实际经验均表明，如果不对带钢采用喷射废气方式进行对流热交换，只是将带钢置于废气中运行的话，换热效果非常之差。当然，带钢预热的速度也不能太快，否则会影响板形，造成带钢跑偏。因此，预热段一般采用最为简易的方法，即采用管形喷梁上开圆形喷孔的结构，这种结构不但制造简单方便，而且逸流通道畅通无阻，带钢振动较小，使用中也不易变形，寿命较长。一般采用圆筒形炉膛，上下两节，中间设计两对稳定辊，这种炉膛结构紧凑合理，刚度高，不易变形，便于做外保温，炉膛内没有保温材料，可以大幅度提高炉内气体的清洁度，防止气流内的杂质吹到带钢表面。一般镀锌线设计一个圆筒形炉塔，两个行程；连退线设计两个圆筒形炉塔，四个行程。

某镀锌生产线退火炉预热段总体布置如图4.3-21所示。

气体流向及与带钢的作用如图4.3-22所示。

现场照片如图4.3-23所示。

该退火炉预热区喷箱设计参数如表4.3-2所示。

表4.3-2 喷箱设计案例

2.缓冷段喷气冷却

缓冷段根据工艺要求对带钢进行缓慢冷却，因此与带钢的热交换不是很强烈，一般采用普通的立方形炉塔，喷箱采用在管形喷梁上开圆形喷孔的结构。

某镀锌生产线退火炉缓冷段总体布置如图4.3-24所示。带钢从上部炉喉进入，从下部炉喉离开，一共有三个行程，但只有前后两个有效冷却行程，中间一个是空行程。设计有上下两台风箱，上风箱从炉塔的下部吸入热气，经过冷却水换热器冷却成冷风后喷向上部的带钢；下风箱从炉塔的上部吸入热气，经过冷却水换热器冷却成冷风后喷向下部的带钢。每台风箱分别设计有四组冷却模块，每个冷却模块有16个喷梁，分别向两个行程的带钢两侧喷射冷却气体。

喷箱结构以及冷却介质流向如图4.3-25所示。

快冷段分区冷却箱

为了进一步提高快冷段冷却速率和带钢在横向的温度均匀性，SELAS公司采用了分区冷却箱加高速“气线”的方案，一方面将带钢在垂直方向分为5个区独立进行冷却，另一方面将HN气体以高速度、小直径的“气线”冲击带钢，进行热交换后立即吸离带钢，取得了很好的效果。

某镀锌线快冷段在一个行程内设计了两个冷却单元。每个单元在带钢两侧均并排布置了5个纵向冷却风箱，在风箱上横向安装了若干排喷气片，每个喷气片末端设计有扁形高速喷气管道，可以喷出高速度、小直径的“气线”冲击带钢进行强烈的热交换，热交换后的热气流立即通过喷气片之间的逸流区被吸出炉膛外，汇集于一个集气塔内，经过一次热交换器冷却后进入高压离心风机，并经过二次热交换器冷却后再次通过各管路进入冷却风箱，如此循环往复流动。

图4.3-36（b）是炉膛水平剖视图，从中可以看出在带钢的左右两侧均安装有5只风箱，从图4.3-36（f）C-C向旋转视图可以看出5个风箱分别对应带钢的中心区域、两个次边缘区域、两个边缘区域，风箱的宽度依次减小。图4.3-36（a）是炉膛的纵向剖视图，可见风箱都是长方形的，进气管道在空间上是错开的，对应带钢的中心区域和两个边缘区域的3只风箱从下方进气；对应带钢两个次边缘区域的2只风箱从上方进气。图4.3-36（c）是图4.3-36（a）中A区的放大，可见喷气片内的喷气管道截面在垂直方向上是逐渐减小的。图4.3-36（e）是图4.3-36（b）中D区的放大，可见喷气片的末端有三角形凹槽，使得喷气管道截面在水平方向上也是逐渐减小的。图4.3-36（d）也可以说是图4.3-36（e）的剖视图，从图4.3-36（c）的E-E向视图4.3-36（d）可以看出喷气片内的喷气管道截面末端是圆形的，所以能够高速度、小直径的“气线”。

喷气片的实物照片如图4.3-37所示，为了防止喷气片变形和发生断带时带钢断头进入喷气片之间的逸流区，在喷气片之间增加了连接的加强筋。

图4.3-37 喷气片的实物图

冷却介质气体控制图如4.3-38所示，可以看出，上下两个冷却单元共用一套控制系统，但带钢的中心区域、两个次边缘区域、两个边缘区域所对应的冷却风箱采用单独控制的3台高压变频离心风机，可见该方案是以带钢横向温度均匀性为重点设计的，可以非常精确地进行带钢温度的分区控制。

这种分区冷却箱最大的特点是对带钢在横向的温度进行分区检测和闭环分区控制冷却，可以保证带钢在横向的温度差控制在3℃以内，不但能够提高产品性能的均匀性，更重要的是可以完全避免带钢因为横向温度差造成的瓢曲现象，确保稳定运行；同时，冷却介质气体在很密集的叶片中经过截面逐渐减小的通道，能够形成高速度、小直径的“气线”冲击带钢，确保每一份气体都能与带钢进行充分的热交换，因此换热效率很高；另外，冷却带钢后的热气能够快速、顺利地从喷气片之间的逸流区被吸出炉膛外，不会对后续气流带来影响，因此带钢与刀片的距离可以小至40mm，这也非常有利于提高冷却速率，对于0.8mm的带钢采用3~5%H₂浓度的保护气体，可以以170℃/s的冷却速度使带钢由750℃下降到460℃。不需要采用高氢就可以达到如此高的冷却速率，不但可以满足超高强度材质的需要，炉膛也不需要高氢冷却那样的高密封性能，是很有积极意义的。

煤气波动产生的炉辊结瘤案例

1 压印缺陷发生情况

某连退机组已经运行了三年多的时间，在一次中班正常生产时出现了圆珠状辊印缺陷，周期为2512mm，正好与炉辊的直径相吻合，分析生产线运行情况发现，缺陷是在产品的品种发生了变化，由高温曲线转向低温曲线，生产线速度上升以后发生的。于是停机打磨炉辊，但开机后辊印仍在，通过调整炉内张力，对重点炉辊进行在线磨辊，使缺陷消除，并临时调整计划，转产批量大的品种，生产线速度和炉内温度保持不变，也就没有发生压印。到了白班，为了完成生产任务，于是重新转到正常计划生产，生产线速度和炉温相应地发生了变化，压印缺陷再次发生。

2 压印产生时的异常分析

通过中班和白班两次辊印产生的经过来看，炉内辊印主要是机组在规格过渡过程中产生，主要涉及到速度的变化和温度的变化，在这个过程中发生变化的参数很多，到底根本性原因在哪里呢？

在进行综合分析时，发现了一个异常现象，就是随着炉温的上升，加热段炉内的氧气含量和露点发生了上升。本来这两者没有直接联系的，为什么关联起来了呢？

经过进一步分析，在炉温调整的时候，混合煤气流量存在较大幅度的波动，中班的波动范围在2200~11900 m3/h，白班的波动范围在3100~14500 m3/h。

3 炉内气氛变化原因分析

混合煤气的波动在辐射管内部，理论上是不会影响炉内气体氧含量和露点的。如果发生了影响，只有一个原因，有辐射管开裂。

原来，由于连退线炉子对辐射管的密封性没有镀锌线高，该公司对辐射管封闭的标准是检漏时氧含量在18%以下，而不是21%以下。于是查找辐射管档案，发现在前次大修以后，进行过一次辐射管检漏，对氧含量在18%以下的辐射管进行了封闭处理，但还有13套辐射管的氧含量在18%~19%没有做处理。

4 炉辊结瘤原因分析

正是由于部分辐射管存在细微开裂，导致辐射管与炉内窜气。理论上讲，炉内是正压，辐射管是负压，辐射管内的气体不可能泄漏到炉内，但是在炉温调整时，如果煤气调整产生的波动很大的话，有可能短时间压力升高，超过炉内的正压，辐射管内的煤气和助燃空气泄漏到炉内，造成炉内氧气含量和露点的升高。这是，随着煤气和助燃空气泄漏到炉内的还有煤气内的杂质以及辐射管内的细小异物颗粒，这些杂质颗粒就会落在带钢表面，粘附到炉辊上，产生结瘤。

5 压印问题的解决

根据以上分析，决定停机再次进行辐射管捡漏，发现部分辐射管氧气含量有所增加，说明裂纹变得更加严重。为了对辐射管细微裂纹问题进行加严控制，决定对对氧含量在18.5%以下的辐射管进行了封闭处理。同时，对燃烧PID控制系统进行了调整，避免产生煤气的大幅度波动。

 恢复生产以后，在产品规格调整，炉温和生产线速度发生变化时，炉内含氧量和露点不再发生升高现象，压印问题也没有发生。

两位专家的详细介绍如下：

专 家 介 绍

许秀飞，教授级高级工程师，九三学社社员、重庆市涪陵区政协四届常委，获得全国钢铁工业劳动模范、重庆市有突出贡献的中青年专家、重庆市工业先进个人等荣誉称号，享受国务院特殊津贴，现任中冶赛迪高级咨询师，建有重庆市组织部认定的专家工作室。

多次去POSCO研修汽车板生产技术，在长期的生产实践中积累了丰富的经验，出版了《钢带热镀锌技术问答》、《钢带连续涂镀和退火疑难对策》、《高档钢板生产技术与控制》和《汽车板生产工艺与管理》四本专业著作。

主持起草国家标准7项、行业标准10项。主持完成的多项成果，分获省部级科技进步奖一等奖2项、二等奖3项、三等奖2项。

张雨泉（ZhangYu Quan），男，1959年2月出生，教授级高级工程师，全国冷轧技术专家。

曾任武钢股份有限公司冷轧总厂厂长，宝武集团鄂钢强盛薄板公司总经理，现任中国金属学会冷轧板带学术委员会（全国冷轧协会）副主任，宝钢冷轧技术委员会常务委员。

从事冷轧技术、管理工作三十余年，赴蒂森克虏伯、奥钢联林茨钢厂、新日铁、英国塔塔等公司学习汽车板一贯制生产技术，自主开发冷轧轿车板年产量达300多万吨，面板产量达40多万吨，荣获全国五一劳动奖章。著作《汽车板生产技术与管理》。

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