轧无取向硅钢连续退火线干燥炉设计.doc

冷轧无取向硅钢连续退火线干燥炉设计龚彦兵摘要：以理论与实践经验为基础,详细阐述了用于冷轧无取向硅钢片绝缘涂层的干燥炉的设计及生产工艺、结构特点等全部要素的设计方法,同时简单地介绍了漂浮器这一新设备。关键词：冷轧无取向硅钢干燥炉设计DESIGN OF DRYING FURNACE IN CONTINUOUS ANNEALING LINE FORCOLD ROLLED NONORIENTED SILICON STRIPGong Yanbing(Wuhan Iron & Steel Design And Research Institute)Abstract：On the base of theoretical and practical experiences the present article described in detail the design method about the drying furnace used for treatment of the insulation coating on the surface of the silicon steel, including design task, heating process and structure features.In addition a new equipment floater was briefly introduced.Keywords：cold rolled non orientedsilicon stripdrying furnace design1前言在近年的国内无取向硅钢生产中,实践已经严峻地证明了干燥炉在连续退火线(APL)上的价值和地位。它在让人们品尝顺利生产的喜悦的同时,也在扮演着制约生产的“瓶颈”的角色。然而科技毕竟是无可质疑的,只要严格遵从先进的设计方法,“自顶向下,逐步求精”,和系统论原则,“整体等于部分之和”,不遗漏、不忽视任一设计要素,干燥炉一定是切实可靠的。幸运的是,实践也正在毫不含糊地证明这一点。2干燥炉的作用无取向硅钢带经最终退火处理后,进行绝缘涂层,随及进入干燥炉干燥、烧结,然后送到精整车间。绝缘涂层的研究与开发一直在不断的发展之中。目前国内主要采用所谓的“无机盐+有机盐”的半有机绝缘膜。经干燥炉处理后的绝缘膜应具有以下性能:(1)耐热性好;(2)绝缘膜薄且均匀;(3)层间电阻高;(4)附着性好;(5)冲片性好;(6)耐蚀性和防锈性好;(7)焊接性好。以上各项性能的检测和要求都具有相应的国家标准。3确定干燥炉的工艺干燥炉处理涂层的理论是在生产实践的基础上总结出来的,并在“设计生产检验优化设计”的反复过程中得到了强化。在何忠治编著的电工钢中总结的涂层处理工艺为:半有机涂层烧结时,在加热到130时,以15/s(辐射管加热炉)或20/s(高频感应加热炉)速度加热,然后再以2530/s升到250450,使绝缘膜硬化(约130时)前将涂料中水(占80%90%)充分蒸发,可防止绝缘膜表层龟裂和出现孔洞,附着性和绝缘性提高,层间电阻30.cm2/片1。可将这一工艺归纳为带钢温度T()与带钢温升速率V(/s)及加热时间t(s)或炉长L(m)之间的函数关系,即T=f(v,t/L),或绘制成曲线(见图1)。图1带钢温度与炉长的关系曲线在国内完全国产化的第一条连续退火机组CA-5(武钢硅钢片厂)的干燥炉设计中,以上述理论为指导,结合传热理论计算,制定了干燥炉的炉内板温曲线(见图2),作为干燥炉的设计基础。图2炉内板温曲线其中,有关参数为:钢种为低牌号无取向硅钢(S20,S23,S3060);规格为0.50.9 mm(厚)7501 050 mm(宽);带钢速度为150 m/min;绝缘涂层为半有机涂层(L涂层)。CA-5机组在1997年建成并成功投产,验证了干燥炉设定工艺的合理性。4干燥炉的结构特点与一般卧式炉相比,干燥炉结构的特色之处在于干燥段的炉膛空间大小。由于钢带涂层烧结以前不能接触硬性物体,即带钢在炉内呈悬垂状,造成干燥段炉膛空间较高。确定干燥段的炉膛空间的前提有两个带钢垂度与传热效果。4.1带钢垂度的理论计算方法干燥炉内悬垂段的带钢由涂层辊及一个炉辊支撑,见图3。图3炉内带钢位置图任意点x处的悬垂量y的计算公式为:y=0.1x(L-x)/2N+2h/L式中y距炉辊x处带钢悬垂量/m带钢比重,硅钢为7.65 t/m3x距炉辊中心距离/mL炉辊与涂层辊中心距/mN炉内带钢张力/kgf.cm2h炉辊与涂层辊面高差/m显然,对于任一给定的带钢张力值,就有一个固定的垂悬曲线。这样,据此能方便地绘制出不同张力的带钢炉内轨迹,以供与其它因素(整个机组的张力匹配、张紧辊的张力范围选取)综合比较。4.2炉内带钢温度的计算在已经明确了供热方式的情况下,综合“炉子工艺”、“带钢悬垂量”的讨论,运用工业炉结构设计的理论,就能建立起干燥炉最佳传热物理模型。事实上,国内无取向硅钢生产中绝缘涂层的干燥均采用辐射加热(辐射管或电热体)的模式。对于这样的传热,炉温是随着带钢要求温度的升高而相应升高的2,它们之间的关系为:(TL/100)4=(TG/100)4+q/(4.882)式中TL炉温/KTG钢温/Kq有效热流/kcalm-2.h-12带钢表面黑度这样,根据热平衡计算,确定有效热流q后由设定的板温就能计算出相应的炉温。实际设计中的炉温是分区段控制的,而控制段数的决定又以所要求的控制水平为基础。最终用于自控设计和调试、生产的各段炉温是在该段选取23个点的计算值的平均值。4.3应用实例这里介绍一个最近设计,并已经在很好地生产的电加热干燥炉的有关性能参数,用以说明干燥炉设计理论的发展,并应用于实践的例证。炉型:卧式干燥炉;用途:无取向硅钢绝缘涂层的干燥与烧结;能耗:电能,2 500 kW;加热元件:电阻带;机组速度:60 m/min;炉内带钢张力：9 kg/cm2;炉内带钢最大悬垂量:约0.8 m;有效炉长:30.2 m;炉内宽:1 856 mm;炉温、板温:见表1。该炉干燥、烧结后的涂层质量检测结果:各项指标均满足国家标准要求。表1炉温设定值及板温测量值炉温控制段12345678炉温设定值440450470480490500520540板温测量值1553405一种新技术飘浮器宝钢三期工程1550冷轧厂硅钢生产线是国内首次、也是目前国内唯一地使用漂浮器的作业线,这些漂浮器完全从日本“川崎”引进,将于2000年建成投产。飘浮器实质上是一种能使带钢漂浮的喷箱,示意图见图4。图4飘浮器工作示意图大功能的循环风机吸入炉内热气体,经循环通道鼓入喷箱,气流从特别形状的孔高速喷出而托起带钢。这就是漂浮器的工作原理。毫无疑问,使用漂浮器替代炉辊具有重大意义。其一,避免了因炉辊而产生的带钢表面缺陷,产品更具有竞争力;其二,节省了炉辊这一耗材的费用;其三,避免了因换辊或炉辊检修的停机,提高了生产率。另外,值得指出的是,在干燥炉内使用漂浮器后,带钢不必再悬垂,因而减少了垂度控制系统的开支;同时,由于带钢轨迹的规则化而受热更均匀,同时改善涂层质量。但是,由于漂浮器整套系统都工作在高温的炉内,因而全部使用了昂贵的耐热钢材;再加之由于使用它,会使炉膛空间扩大一倍,一次性投资与生产常用能耗的增加都将大为可观。6结语冷轧硅钢片,这一“钢中工艺品”,在我国已有20年的生产历史。就在这20年里,广大的科研人员和生产实践者,凭自己的智慧与勤劳,完成了全套生产工艺与设备国外引进到完全国产化的重大转变。并且,一直还在坚持不懈地、卓有成效地进行新工艺、新型涂层的研究与开发。同时,也必须面对与发达国家存在较大差距的现实。随着科学技术,特别是电子电信、通讯、微电子等高科技产业的迅猛发展,冷轧硅钢片由于其卓越的电磁性能,需求范围正越来越广泛,质量要求越来越苛刻。涂层作为