1、不锈钢光亮退火炉装备及工艺分析摘 要：根据相关的不锈钢 BA 板处理技术，对关键装备光亮炉的不同炉型，进行对比、分析。从炉体结构、保护气氛控制、加热及冷却方式和工艺操作等角度，全面分析、总结了三种不同炉型：立式马弗加热炉、立式电加热砌砖炉和立式电磁感应加热炉的特点和优劣；同时对实际生产运行过程中的存在的问题和操作特点进行讨论。得出不同炉型的控制关键点、提出有效的控制和操作方案，对生产有借鉴之处。 关键词：不锈钢光亮退火马弗电磁感应保护气氛露点 Analysis of Bright Annealing Furnace Equipment And Process Gao Jianbing Abst
2、ract This article focuses on the comparative analysis of different bright annealing furnace, according to related stainless steel bright annealing technique. Advantages and disadvantages for the 3 furnaces (vertical muffle furnace, vertical electrical heating brick furnace and vertical electromagnet
3、icheating furnace) are concluded by analyzing the furnace structure, protection atmosphere control, heating and cooling style and process operations. Meanwhile key control points are summarized via discussing the problems in actual production operation, which can provide guidance for production. Key
4、 words Stainless steel; Bright annealing; Muffle; Electromagnetic introduction; Protection atmosphere; Dew point 中图分类号：TF764+1 文献标识码：A 随着不锈钢 BA 板产品广泛应用和冶金装备、工艺技术的不断进步， BA 板生产的光亮炉得到了很快的发展。光亮炉作为不锈钢光亮退火的关键装备有很多的优点，钢带在保护气氛中实现退火不产生氧化，产品质量高、不产生酸烧损同时不污染环境。 目前，世界上比较流行的大型立式光亮退火炉有全马弗加热炉、砌砖电加热炉和电磁感应加热炉三种炉型。根据加
5、热方式的不同一般分为电加热、燃气加热及电磁感应加热。本文对这三种炉型的结构、气氛控制和工艺操作进行分析、对比，并结合实际生产进行讨论。 1.立式马弗光亮炉 1.1 布置结构 通常采用加热段在下、冷却段在上的上行加热方式，典型的全马弗光亮退火炉主要由进口密封室、马弗加热段、辐射冷却段、喷气冷却段、辊顶室、下降通道、出口密封室组成。 入口密封室（图 1）为密封辊密封，整个箱体充氮气，内装弹跳辊保证炉内带钢张力稳定，辊面包橡胶。马弗管和入口密封室之间通过油封方式连接，整体柔性吊挂在马弗管下。油封连接（图 2）能很好适应马弗高温蠕变伸长并保证炉内气体密封。此种方式结构不容易发生着火。 图 1：含弹跳辊
6、的密封结构 图 2：含弹跳辊的密封结构 加热段的马弗管是立式圆锥薄壁体结构，由于各生产线的产量不同，马弗长度也不同，一般其最大长度约 28m 左右，直径约 1800mm 左右，厚度：从上到下为 22mm10mm。马弗采用耐高温的高镍合金钢，其材质一般为 INCOLOY 600 系合金，马弗底部采用油封结构，马弗采用吊挂的方式和冷却段连接，法兰采用水冷结构。 马弗的寿命，不同的公司设计的炉温和选用的马弗材质各不相同，因此马弗的使用寿命也各不相同，一般为 25 年。 加热燃烧室（图 3）外形结构为圆柱体，内衬耐火陶瓷纤维，一般采用天燃气作为炉子燃料，利用低 NOx 高速烧嘴给马弗管加热，所配置烧嘴
7、的个数依据产量而定。燃烧室温度一般为 1150 左右。通过先加热马弗管来间接加热带钢，马弗罩内为保护气氛。马弗罩最高耐温 1150,炉温一般控制在 1100-1150，热效率为 50-55%。 图 3：加热燃烧室示意 辐射冷却段为方形钢结构，内衬隔热材料，外壁挂蛇形冷却水管，水管不和保护气氛接触，水管漏水不影响气氛露点；一般都安装有稳定辊（石墨辊） ，保证带钢运行在最佳位置。 喷气冷却段一般分 2-3 个冷却区，第一区沿带钢宽度方向气体流量分 5 个区可调，通过控制风压和流量实现均匀冷却，以保证带钢板形平展。其余冷却区可调整冷却风压来控制带钢低温段的冷却速率。冷却段整体结构和马弗管通过法兰连接
8、，设计有横向移动轨道可以整体横移，实现马弗管吊出更换。 辊顶转向辊室有一个纠偏辊和一个带有压辊的转向辊，并在顶部有穿带装置。下降通道采用气密钢结构焊接，法兰密封处采用 O 型密封圈密封。出口密封辊与入口密封辊结构基本相同，相对简单。 1.2 气氛控制 为使 BA 板在炉内退火时产品表面不被氧化，炉内必须充满保护气体，马弗炉通常保护气体为 100纯氢气体，炉内气体的露点在-60以下。氢气主要从冷却段进入炉体，另外一部分保护气体从炉子进、出口密封室进入以保证炉压。炉子有单独气体循环降露点系统保证气氛露点降低消耗，同时可进行离线白粉清除。整个炉体没有直接水冷却，炉内气氛露点容易保证。 保护气体必须满
9、足以下要求： H2 纯度：99999；含 O2 量：l0ppm；露点： -70；压力：0.55MPa。 N2 纯度：99999 ；含 02 量： 20ppm；露点： -40 ；压力：0.45MPa。 1. 3 加热及冷却模型 图 4：马弗炉加热冷却曲线 建立数模（图 4）可得出如上工艺曲线，304 钢种：加热速率最快25/s,高温段 16/s，缓冷段速率-16/s，冷却 1 速率-70/s，冷却2 速率-33/s。属于典型的传统加热方式。 1.4 马弗的切割和更换（图 5） 马弗在高温状态下会产生热膨胀及高温蠕变，每年高温蠕变伸长量一般为每年 1%（20mm 左右） ，因此需定期进行切割。马弗
10、更换时如果采用厂房外部的汽车吊将马弗向上吊出的方式，费用较高；如采用炉子侧面打开的方式，马弗在车间内存放、运输，占用面积大。对于上行加热式全马弗炉，将底部密封(油封)下降，露出马弗进行切割；更换时将上部冷却段移开，用厂房内行车将马弗向上吊出。对于下行加热式全马弗炉，切割时则采用移开下部冷却段，检修人员进入马弗内，从连接法兰上部切除一段马弗，然后再对焊在一起，更换时将上部转向辊室移开，用汽车吊将马弗从厂房顶部吊出。由此可见，上行加热式全马弗炉在马弗切割、更换操作等方面则较为简单。全马弗炉吊运更换马弗时间 30h，不包括停炉、降温、排气、充气、升温的时间。 图 5：马弗更换 1.5 生产运行特点
11、（1）主要能耗为燃气，热效率 50-55%，燃气吨钢能耗成本低，维护成本相对较高需定期切割和更换马弗。 （2）此炉型气密性好，保护气氛容易控制，露点低-60，升降温和降露点时间较短一般 24 小时以内。 （3）加热温度略低，马弗不能太长（目前最长有 26 米） ，炉子产能低。 （4）炉口不容易着火，炉内的白粉可以通过降露点系统离线人工去除。 （此炉型为提高产能可研究双马弗结构增加加热段长度，以 Ebner公司为代表） 2. 立式电加热砌砖光亮炉 2.1 布置结构 下行加热方式，加热段在上、冷却段在下。主体结构有：入口密封装置、入口溜槽通道，炉顶辊箱体结构，加热段、缓冷段、冷却段、出口密封装置。
12、 2.1.1 加热段：由内到外高铝砖 230mm、陶瓷纤维 150mm、普碳钢壳体；长度 40 米，使用钼丝电加热（图 6） ，一般分 8 个区控制，温度控制精度高，最高温度 1250，炉温 1200，外壳 120.炉体的热效率 60-65%，砖体结构热惰性较大升降温速度较慢，毫米钢带最大加热速度：30度/秒。 图 6：加热钼丝及砌砖图 7：加热段外形 2.1.2 冷却段：包括缓冷段和风冷段，缓冷段一般采用冷却水管加碳套装置或电加热热风冷却；风冷段一般为 2-4 个冷却区，第一冷却区可以风压、温度单独控制并有边中边控制功能，保证带钢冷却速率和均匀。其余冷却段带钢上下表面单独风机、热交换器控制（
13、图 8） 。 图 8：冷却段结构 2.1.3 炉顶辊箱：采用全密封、无缝管水冷却壳体，一般采用双辊转向带有 CPC 纠偏装置并含张力测量元件，炉顶辊环境温度较高，辊面硅胶材质可耐温 200，炉顶辊对于保证钢带的稳定运行和表面质量非常重要，需要定期更换。炉顶辊箱有防爆、穿带装置等附属设备。 2.1.4 出入口密封装置：采取辊式密封、水冷壳体，保证炉内气氛不泄露和炉压的稳定，并设计有复杂的灭火系统和炉压控制系统。出口密封辊带有 CPC 纠偏系统，可以和出口转向辊同时动作，实现钢带稳定运行。此处容易着火。 图 9：入口密封室 2.2 气氛控制 采用氢气+氮气的混合气体，氢气含量 75%-97%，有独
14、立气体混合站进行气体配比然后进入炉体，炉体有 5 处气体分析点，重点控制加热及冷却段的氢气比例。氢气正常消耗量 300m3/h 左右，进气氢气最高含量97%露点-70，其余为密封及保压充入的氮气进入炉体，炉内气氛氢气含量 75%。整个炉子壳体采取钢板焊接气密性略差，加热段耐火砖气孔率高，炉内气氛露点为-45。炉子需设有单独气体循环降露点系统，能保证气氛露点，也降低了氢气消耗同时清理白粉。 电加热炉壳体多处采用水冷方式而且用水点非常多，特别是炉顶辊箱体和加热段两端，很容易出现泄漏，一旦发生问题很难查找严重影响炉内气氛，很多厂家发生过类似的情况。 2.3 加热及冷却模型 图 10：电加热炉加热及冷
15、却工艺曲线 建立数模（图 10）可得出如上工艺曲线，304 钢种：加热速率最快32/s,高温段 17/s，缓冷段速率-16/s，冷却 1 速率-68/s，冷却2 速率-32/s。炉温高可以采用高温高速工艺提高产能。 2.4 开炉、停炉 2.4.1 开炉的过程 炉子的体积大约 700 m3，吹扫 4 倍体积，约 2600 m3，O2 含量降到0.5%；N2 的吹扫流量 1300 m3/h；保温 8 小时,炉温 800之后吹扫 H2 500 m3/h 5 个小时，约 2500 m3 需要 7 小时的 H2 的浓度到 95%，开始降露点到-42，炉子开始运行。此过程大约需要 48 小时（图 11）
16、。 2.4.2 停炉的过程 停 H2 ,N2 的吹扫流量 1300 m3/h，约 1.9 个小时，降温到 250，可以停 N2，可以开炉，需要 3 小时炉子能置换成空气，此过程大约需要48 小时（图 11） 图 11：停炉、开炉过程 2.5 生产运行特点 （1）加热温度高，生产效率高、产能大。 （2）炉体热惰性高炉温升降速度慢；热效率 60-65%。 （3）炉体气密性较差，炉体水泄露几率高，露点-45。 （4）降露点需要时间长吹扫用气体的量大，开炉、停炉一般都需要48 小时； （5）炉口结构着火几率大，炉内的白粉可以通过降露点系统离线人工去除。 （目前世界上炉子公司在推广马弗+电加热式的炉型，
17、可以结合各自的优势，以 chugairo 公司为代表） 3电磁感应光亮炉 3.1 电磁感应加热技术原理 当一个变化的磁场作用在一个导体上时(例如金属)，它的内部将产生许多的电流环,叫做涡流,如图 12 所示 图 12：线圈产生磁场 根据“焦耳效应”这些涡流的电磁能将转化为热能，热能直接产生在导体内部,所以导致导体的温度上升。 3.1.1 纵向磁场（图 13） 由于电磁学当中的集肤效应，由纵向磁场产生的涡流只能位于材料表面，因此，纵向磁场不能均匀加热带钢。 图 13：带钢纵向磁场（青色为磁力线、黄色为感应电流、黑色的是线圈） 3.1.2 横向磁场（图 14） 横向磁场磁力线全部穿透带钢产生热量，可以全部的加热带钢。
