1420冷轧连续退火炉剖析

1420 冷轧连续退火炉剖析 邵其滨 (老干部处) 　　摘要 　宝钢 1420 冷轧 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 引进的连续退火机组 ,是镀锡原板退火处理的最先进设备。概 要介绍了连续退火炉采用的新技术 ,剖析其主要特征。 　　关键词 　冷轧带钢 　镀锡原板 　连续退火 Analysis on the Continuous Annealing Furnace for 1420 Cold Tandem Mill Shao Qibin ( Veteran Carders Department) 　　ABSTRACT 　The new technologies adopted and main features of the continuous annealing train introduced for 1420 mm cold tandem mill project ,which is the most advanced equipment for the annealing of black sheet ,are discribed in the article. Key Words 　Cold rolled strip steel 　Black sheet 　Continuous annealing 1 　前言 生产镀锡板是宝钢三期 1420 冷轧工程的主 要目标之一。 1420 冷轧连续退火联合机组是引进新日铁 公司的工艺和装备 ,在 1998 年 3 月顺利实现热负 荷试车 ,并一次成功地生产出符合要求的退火钢 卷 ,为宝钢提供有市场竞争能力的优质镀锡板的 原料板创造了条件。 镀锡板生产的传统工艺是冷轧后的轧硬卷 , 先经电解清洗脱脂 ,然后在罩式炉中退火 ,再经双 机架平整机平整 (或二次冷轧) ,其后进行电镀锡。 必要时在镀锡之前在准备机组上对原板进行切 边、矫直、缺陷检查等预处理。采用这种传统工艺 的主要缺点是周期长 ,退火温度不均 ,板形和表面 质量欠佳。连续退火联合机组于 1972 年问世 ,集 表面清洗、退火、平整 (矫直) 、精整等工序于一体 , 实现高速连续化生产 ,大大缩短了退火周期。经 连续退火联合机组处理的带钢在材质均匀性、板 形和表面质量上都优于罩式炉退火。在连续退火 邵其滨　高级工程师　邮编　201900 机组发展初阶段由于退火技术和冷轧前有关工序 技术上的不成熟因素 ,当初连续退火机组只能处 理硬质镀锡原板如 T4 以上。近几年来随着冶炼、 连铸和连续退火技术的飞跃进步 ,特别在开发低 碳铝镇静钢为镀锡板材质后 ,连续退火处理软质 镀锡板的工艺发展 ,连续退火机组已成为国际上 镀锡板卷生产的重要前道工序。 2 　1420 冷轧连续退火联合机组的概况 宝钢二期 2030 冷轧工程首次引进了连续退 火联合机组 (简称 2030 CAPL) 。该机组属世界上 早期的连续退火机组 ,主要生产冷轧板卷。在近 十年的生产中不断暴露出其工艺、装备上一系列 弱点。1420 冷轧连续退火联合机组 (简称 1420 CAPL)则是为满足生产镀锡板卷而引进的专用生 产设备 ,其技术和装备水平比 2030 CAPL 有很大 的发展和进步 ,其主要工艺参数对比见表 1。 3 　1420 冷轧连续退火机组的主要新技术 311 　采用可靠的 R2OA工艺 R2OA工艺是缓冷 ———快速冷却 ———再加热 22　　　　　　　　　　　　　　　　　　宝 　钢 　技 　术 　　　　　　　　　　　1999 年第 3 期 表 1 　2030 CAPL 和 1420 CAPL 主要工艺参数的比较 序号 比较项目　　 2030 CAPL 1420 CAPL 1 处理材质 电镀锌原板 及 冷 轧 板 CQ、DQ、DDQ 电镀锌原板 T215 (DI) 、 T3 (DI) 、 T4 (DI) 、T5 2 带钢规格厚度 ,mm 　　　　宽度 ,mm 015～210 900～1 550 0118～0155 730～1 230 3 入口钢卷规格外径 ,mm 　　　　　　内径 ,mm 出口钢卷规格外径 ,mm 　　　　　　内径 ,mm 1 200～2 470 610 1 200～2 470 610 1 250～2 020 　　508 1 200～2 000 　　420 4 卷重 ,t < 45 715～2615 5 机组最高速度 ,m / min (入口/ 工艺/ 出口) 320/ 250/ 320 1 060/ 880/ 1 070 6 机组总长 ,m 其中 :炉子长度 ,m 约 250 约 90 约 293 约 101 7 有效活套储量 　　入口活套 ,m 　　出口活套 ,m 395 570 1 020 1 720 8 碱洗与电解清洗槽型式 卧式 立式 9 退火炉组成及各段行程数 加热 (HF) 均热 (SF) 缓冷 (SCF) 一冷 (1C) 再加热 (RH) 1 过时效 (10A) 2 过时效 - 1 (20A - 1) 2 过时效 - 2 (20A - 2) 二冷 (2C) 水淬 (WQ) 16 8 4 12 14 5 18 20 3 2 1 17 21 22 5 4 10 平整机型式 单机架四辊轧机 双机架六辊 HC轧机 11 平整方式 湿平整 干平整 12 年产量　　万 t 56 43 ———倾斜过时效过程的总称 ,示意图见图 1。在 带钢经加热、均热达 710 ℃时实现再结晶后 ,先缓 冷到 670 ℃(对改善材质的延性有利) ,即进行快 速冷却 ,目的为使再结晶后溶解在铁素体中的碳 继续保持在过饱和固溶状态 ,快冷后又立即加热 到时效温度 (400 ℃左右) ,使过饱和固溶碳加快析 出。但随着固溶碳不断析出 ,铁素体内碳过饱和 度减少 ,析出速度变慢 ,工艺上采用缓慢降低过时 效温度 ,相当于改善了铁素体内碳的过饱和度 ,因 此过时效阶段温度曲线呈倾斜线 ,使最后残余的 固溶碳含量降至最低 ,对改善材质的抗时效性和 延性十分有利。实践证明深冲用铝镇静钢的快速 冷却终了温度对析出铁碳化合物的尺寸和数量有 密切关系 ,同样过时效处理时间与铁碳化合物粒 度和数量有密切关系。 在 1420 CAPL 机组上采用了 : (1) 加热、均热 温度达 710 ℃; (2) 均热缓冷后的快速冷却终点温 度低于过时效的开始温度 ; (3) 快速冷却速度为 100 ℃/ s ; (4) 较长的过时效阶段充分进行过时效 处理。经 R2OA 工艺处理后的镀锡板的机械性能 包括抗折纹性能得到充分的满足。 图 1 　1420CAPL R2OA 工艺示意图 312 　炉子加热及有关设备的技术水平有新提高 31211 　采用鼓—抽方式的燃烧控制 加热段 (HF)共设 263 支 W 型辐射加热器 ,布 置在炉内带钢行程的两侧 ,实现间接加热 ,沿辐射 管的管长温度分布比较均匀。主烧嘴使用混合煤 气 ,点火烧嘴使用焦炉煤气 ,燃烧控制采用“鼓 — 抽”方式 (见图 2) 。助燃空气由风机鼓入辐射加 热器 ,并由燃烧废气将空气加热。它不同于2030 CAPL 是靠辐射管内负压自然吸入的空气 ,有利于 控制空气、煤气的流速。空气和煤气的流量通过 交叉限幅控制电路使空燃比控制稳定 ,温度调节 更加准确 ,实现低空燃比 ,废气排放量减少 ,对环 境有害的 NOx 含量也减少 ,节约燃料约 10 %～ 15 %。 31212 　选择新的炉辊材质 在立式退火炉上炉辊是一个重要部件 ,为提 高高温条件下炉辊的寿命 ,普遍采用耐热钢离心 浇注。在 2030 CAPL 炉上炉辊未经表面处理 ,在 连续使用中一些炉辊表面结瘤 ,炉辊表面硬度不 32邵其滨 　1420 冷轧连续退火炉剖析 图 2 　“鼓 —抽”方式燃烧控制示意图 够 ,易擦伤 ,对带钢表面质量有不良影响。在本退 火炉上 ,为提高炉辊表面硬度和耐磨性能 ,部分辊 使用表面镀铬辊。炉内张力辊和稳定辊为增强对 表面耐磨性 ,满足粗糙度要求和提高使用寿命采 用热喷涂炉辊。在低温区域炉辊采用低合金钢离 心浇注。 31213 　炉子密封性能提高 为确保镀锡原板质量 ,防止炉内氧化、脱碳 , 实现光亮退火 ,炉子的密封性十分重要。虽然退 火炉是个庞然大物 ,整个炉壳采用钢板全密封 (检 修用炉顶盖和炉底盖在正常状态下压紧封闭) ,炉 子仅有一个出口和一个进口。2030 退火炉的进 口密封采用陶瓷纤维毡式密封 ,磨耗快气密性不 理想 ;本炉子的进口密封采用带水冷套的密封辊 , 进口密封装置内还喷吹保护气体形成气封 ,并采 用气动调节密封辊辊缝 ,既使带钢自由通过又保 证气密性 ,对带钢表面擦伤现象将可避免。 本炉子出口密封较为复杂 ,这是工艺的需要 , 因为经过二次冷却 (2C) 后 ,带钢要通过喷淋槽 , 淬水冷却。为防止蒸汽侵入炉内 ,影响还原性气 氛 ,带钢在进入喷淋槽、淬水冷却之前先经过出口 密封装置 ,在其密封钢套内除装有双层可调密封 辊外 ,还设有可调单层喷气挡板和可调双层喷气 挡板 ,在带钢周围形成严密的气封 ,层层阻截蒸汽 的上升入炉 ,这对带钢质量十分有利。 31214 　新型耐火材料的应用 2030 CAPL 上加热段、均热段、过时效段等各 段炉内都采用轻质耐火砖砌成 ,长期使用中出现 耐火材料剥落、粉化 ,对炉辊、带钢都十分有害。 本炉子上炉子内衬采用陶瓷纤维 ,具有重量轻 (体 积密度仅 01117～01145 g / cm3) ,低热惯性 (导热 系数 ≤670 J / mm) 的特点 ,而且衬里还用耐热不 锈钢板 (用于高温区)或镀铝板 (用于低温区)全封 盖 ,防止了陶瓷纤维材料的粉化对炉内的污染。 炉顶盖、炉底盖内砌轻质耐火砖 ,外层也都用耐热 不锈钢板覆盖 ,使炉膛得到“净化”,对带钢表面清 洁的影响降到最低点。 313 　高速冷却( H- GJC)技术的应用 为满足软质镀锡板 T215 (DI) 、T3 (DI) 的处理 要求 ,本炉子冷却方式不同于常见的冷却方式 ( GJC) ,采用新型的高速喷气冷却 ( H - GJC) ,其特 点有 : (1)冷却速度快 ,可达 100 ℃/ s ,比常规冷却速 度有较大的提高 (见图 3) 。 图 3 　高速冷却方式的冷却速度 (2)为使运动着的带钢与喷气冷却喷嘴的间 距保持一定又不碰撞 ,风箱的间距可调控。在风 箱喷气侧面上突出圆柱状喷嘴的分布和断面大 小 ,使冷却系统具有最小能耗和一致的热传导系 数。 (3)采用的喷嘴系统能形成平滑的气回流 ,从 而使板宽方向实现均匀冷却。 42　　　　　　　　　　　　　　　　　　宝 　钢 　技 　术 　　　　　　　　　　　1999 年第 3 期 (4)为防止快速冷却时带钢的颤动 ,在风箱纵 向之间设置可调的稳定辊 (12 支) ,使运动着的带 钢的自由波幅减少 ,减弱带钢的颤动。在带钢宽 度方向冷却风箱分五段送风 ,中间一段设手动调 节挡板 ,两侧四段设电动挡板 ,有利于调节风量 , 特别当带钢宽度变化时确保宽度方向的冷却均 匀 ,不产生变形。 (5)快速冷却时带钢的颤动与炉内的张力有 关 ,调整合适的张力可减少颤动 ,因此 1C炉的进、 出口处设有张紧辊 ,使 1C 区保持着一定的张力 , 确保带钢稳定运行 (见图 4) 。 图 4 　炉内张紧辊示意图 314 　高速通板技术 1420 CAPL 工艺段带钢运行最高速度选择为 880 m/ min ,是目前世界上第三条高速连续退火炉 机组。在连续退火处理过程中 ,带钢依靠炉辊转 动在温度不同的各区域快速上下往返运行 ,带钢 在不同的温度场内热膨胀是不等的 ,容易产生热 瓢曲、边皱、跑偏等现象。为了防止和克服这些现 象 ,本机组采用了以下技术和装置。 31411 　防瓢曲与边皱的控制装置 在 2030 CAPL 退火炉上为防止跑偏 ,炉辊虽 具有原始凸度 ,但效果不明显 ,运行中炉辊表面温 度分布仍然是不均匀的 ,在加热段内未接触带钢 的炉辊两侧表面因受到周围炉墙和辐射管的辐射 热作用而温度偏高 ,由此产生炉辊热凸度的变化 对带钢两侧边缘 ,特别当带钢宽度规格变化时更 容易产生边皱 ,甚到引起跑偏。在本炉子加热段 中在上炉辊与最上层的辐射管之间设置隔热板 , 形成炉辊室减少辐射管的热辐射对炉辊影响 ,并 在炉辊室内增设喷 (保护气体) 冷却管 ,调节炉辊 室的温度 ,有利于控制带钢的瓢曲或跑偏的产生 (见图 5) 。 图 5 　加热段炉辊室结构示意图 相反在缓冷段 (SCF) 、快冷段 (1C) ,为防止炉 辊两侧温度偏低 ,带钢在向心力作用下易向炉辊 径向中心滑动而产生冷弯曲 ,本炉子在上述各段 上设炉辊室并在炉辊室内增设电加热辐射管 ,提 高炉辊两侧温度 ,消除带钢可能产生冷弯曲、折皱 等现象。 31412 　有效的张力调整 CAPL 能否实现高速度的退火处理 ,关键是确 保带钢稳定通过 ,因各炉段温度场不同 ,运行的带 钢其张力变化不可避免 ,此外还有操作上的原因 如 :入口段点动操作、焊接带钢会引起入口段张力 的变化 ,出口段带钢的分卷、卷取速度的增减也会 造成出口段张力的波动 ,在炉内带钢的加速、减速 或炉辊之间速度不匹配等都会造成炉内张力的变 化等。本机组张力调控较 2030 CAPL 机组有明显 完善 ,采用以下张力调控措施 : (1)根据各区域的不同要求设定了最佳的张 力分布设定图 ,入口活套前 NO11 张力辊、NO11 张力测量辊 ( TMI) 、NO11 张力辊 ( EX1) 等组成的 张力第一高峰区 ,使入口活套前带钢波动得到调 节。 (2)炉子入口前设 NO12、NO13 张力辊 ,NO12、 NO13 张力辊之间还设有跳动辊 ,它能自动进行调 52邵其滨 　1420 冷轧连续退火炉剖析 节 ,可吸收入口侧张力波动 ,确保炉子入口侧张力 恒定。跳动辊位置由 NO12 张力辊控制。出炉后 设 NO14 张力辊。同时各炉区内部设有张力测量 辊 ,可掌握炉内张力的变化 ,及时调节 ,保持炉内 张力稳定。 (3)为了使炉辊速度均匀 ,炉辊传动都采用交 流单独传动 , (2030 CAPL 炉辊采用成组直流马达 调速 ,速差大 ,张力不易均匀) 又具有 VVVF 矢量 控制在加速、减速时对炉辊进行补偿 ,减少外界干 扰 ,从而使各炉辊响应一致。 (4)在炉内温度场变化的区域内设有张力辊 (缓冷段 SCF 最后一行程前、再加热段 RH 的出口 和二次冷却段 2C入口处)以保证在上述有关区域 内 ,带钢运行时具有最佳的张力。 (5)在炉子入口活套的入口侧、出口侧 (出口 活套类同)都装有张力测量仪 ,通过信号反馈 ,活 套区的张力可自动得到调节。 (6)活套固定辊采用各单独马达拖动方式 ,同 样能减小带钢加速减速时的张力波动。 (7)平整机前后设 NO15、NO16 张力辊 ,形成 机组全线最高张力区 ,通过平整机前、中、后的张 力测量辊的反馈信息来调控张力波动。 (8)设出口侧 NO12 跳动辊 ,在剪切时调节出 口侧到平整机之间的张力偏差。 31413 　机组全线设置带钢位置控制系统 在高速运行下为防止带钢发生跑偏而引起灾 难性的后果 ,设计上作了精心考虑 ,全机组设立了 16 处带钢中心位置控制装置 (CPC) ,其中炉内有 7 套 F - CPC。可以说做到道道把关 ,全线部署 ,可 随时及时纠偏。 315 　自控系统登上新水平 与 2030 CAPL 相比 , 由于现 CAPL 上采用 ARMA 动态工艺模型 ,不但具有静态控制模型的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 ,还能描述炉子的过渡状态。当生产的顺序 发生改变 (如退火周期、钢种和带钢规格等变更) , 最佳预测控制为过渡周期安排最佳温度变化渐进 线 ,并能平衡控制变量和运算变量 (空燃比) 从而 实现平滑的生产变更。各炉区段都采用前馈、反 馈控制和参数自学习 ,提高了控制性能和水平。 近年来由于仪表自动化的迅速发展 ,功能不 断扩大 ,过去相当部分过程控制机的功能在本系 统中都已下移到基础自动化这一级来承担控制处 理 ,因此集散控制系统 (DCS) 在实现生产调控中 起着十分重要的作用。常规的检测量 (温度、压 力、流量)本炉子上配置齐全 ,各区域内均由 DCS 实现调控。 4 　结束语 1420 冷轧连续退火联合机组是当今世界上 高水平的连退机组 ,其设备国产化达 75188 % ,比 二期有了明显提高 ,其中炉子设备达 93138 % ,顺 利试生产的实践证明国产设备质量是好的 ,可以 与引进的同类设备媲美。对目前尚引进的部件 , 应积极地创造条件加快落实国产化的进程 ,如辐 射管、镀铬辊、热喷涂辊等。要加强宝钢技术中 心、设备制造公司、备件联合研究中心与设备制造 厂的通力合作。国内设备制造厂实现设备国产化 的条件不一定就是差 ,关键是宝钢要积极参与共 同开发研制工作 ,支持大胆使用 ,不能要求试制产 品完美无缺 ,只有通过试用才能不断完善提高 ,要 建立和健全试用设备的机制。在检测手段和三电 方面同样要依靠宝钢自己的雄厚实力和国内有关 单位协作研制开发 ,同样能较快提高国产化水平。 2030 CAPL 机组从 1988 年投产至今已近十 年 ,设备、工艺已暴露不少问题 ,不能满足宝钢冷 轧高要求的品种质量发展的需要 ,我们应在消化 吸收三期引进的 CAPL 机组的先进技术和生产实 践基础上 ,积极着手制定 2030 CAPL 自行改造的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,特别是一次冷却技术改造 ,使旧设备焕发青 春 ,更适合深冲用钢及高强度钢的生产。 从一分为二观点 ,本机组尚有不足之处 : (1)为了使炉子密封良好 ,设计上尽量采用焊 接结构是对的 ,但加热段所有 263 支辐射管管体 外部框结构与管体外侧炉壳框结构联接全直接焊 死 ,不尽合理 ;又如炉子上各段风机上的膨胀器与 风管联接也全部焊死 ,这些对正常的 检修 外浮顶储罐检修方案皮带检修培训教材1变电设备检修规程sf6断路器检修维护检修规程柴油发电机 带来十 分不利。 (2)机组上部分设备和结构件比较单薄 ,高速 运转时产生抖动 ,一部分已在试运转时进行了加 固。活套、清洗段支架负荷试车时也产生振动 ,但 要不要加固 ,涉及情况比较复杂 ,待今后运转一段 实践再作研究。 编辑 　龚根生 (收稿日期　1998 年 4 月 13 日) 62　　　　　　　　　　　　　　　　　　宝 　钢 　技 　术 　　　　　　　　　　　1999 年第 3 期