浅析连续退火炉生产硅钢的原理及工艺设计

1、. - . 可修编.首首 钢钢 工工 学学 院院 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 题题 目：目：浅析连续退火炉生产硅钢的原理与浅析连续退火炉生产硅钢的原理与工艺工艺 系系 别别：建筑与环保工程系建筑与环保工程系专专 业业：冶金技术冶金技术高端金属材料高端金属材料 班班 级级： 高端材料高端材料 131131 姓姓 名名：指指导导教教师师：红文教师红文教师 20212021 年年 5 5 月月 3 3 日日. - . 可修编.摘 要本篇论文通过自己查阅的相关资料。比较详细的介绍了硅钢生产中连续退火炉的工艺和技术。论文主要分为三个局部。第一局部介绍了硅钢及硅钢生产中连续退火的重要性并简单的介绍了

2、连续退火的原理和设备情况，第二局部则介绍了硅钢生产中连续退火炉的工艺技术，其中重点介绍了在硅钢生产中退火炉的气体的操作技术；最后介绍了硅钢生产中退火炉的现状与开展前景。关键词：关键词：冷轧；硅钢；退火炉工艺；开展. - . 可修编.目 录摘要摘要 1 1目录目录 2 2前言前言 3 31.1.硅钢生产中退火炉的现状与前景硅钢生产中退火炉的现状与前景 4 41.1 硅钢生产中退火炉的现状 4国外退火炉的现状 4国退火炉的现状 41.2 未来开展前景 52.2.硅钢生产中连续退火炉的重要性及工作原理硅钢生产中连续退火炉的重要性及工作原理 6 62.1 退火炉在硅钢生产中的重要性 62.2 退火炉的

3、工作原理 62.3 退火炉设备 73.3.硅钢生产中退火炉的工艺技术硅钢生产中退火炉的工艺技术 8 83.1 退火炉点火升温 8点火升温的条件 83.1.2 点火升温本卷须知 83.2 连续脱碳退火 9脱碳原理：93.3 退火炉降温 103.4 退火炉抽穿带本卷须知 10退火炉穿带 10退火炉抽带 113.5 退火炉气体操作 113.5.1 NH 混合气的使用 113.5.2 N2 的使用 113.5.3 H2 的使用 13异常时的处理方法 13结论结论 1515参考文献参考文献 1717致致 1818前 言硅钢又称电工钢，电工钢是一种软磁合金，是电能和磁性能进展最-. z有效地交换能量的钢板

4、。电工钢板在磁性材料中用量最大，也是一种重要的节能型功能材料。主要用作制造变压器和电动机的铁芯以及其他导磁元件等，是电力、电子、机械和军事工业中不可缺少的关键性材料。电工钢板包括含碳量很低的 0.5Si 电工钢和 0.56.5Si 电工钢硅钢两类。而对于冷轧电工钢主要是指 3.5Si 的电工钢。冷轧电工钢主要用作制造电机、变压器和其他电磁元件，要求电气设备效率高、能耗少、体积小和重量轻。电工钢通常是以铁损和磁感作为产品磁性的保证值。对于电工钢性能的要求如下：1.铁损低；2.磁感高；3.对磁各向异性的要求；4.好的冲片性 5.外表光滑平整，厚度均匀； 6.好的绝缘涂层；7.磁时效小； 以上这些根

5、本性能主要是靠退火炉来完成，并获得以上性能，在硅钢生产中退火的目的是得到所需要的磁性、力学性能、良好的板形及外表。退火分为中间退火和成品退火两种。中间退火：对于采用二次冷轧工艺的高牌号无取向硅钢，在第一次冷轧后需进展中间退火，其目的是将碳脱至一定围，并使晶粒适当长大。成品退火：成品退火主要有两个目的，一是脱碳，二是控制磁性。对于采用一次冷轧法的钢带，脱碳任务更重。由此看来生产硅钢的退火技术将在我国取得较大的开展。1.硅钢生产中退火炉的现状与前景1.1 硅钢生产中退火炉的现状1.1.1 国外退火炉的现状国际上从 70 年代就开场了硅钢退火炉工艺的研究，近十年来，由于工艺技术以及智能控制技术的迅速

6、开展，退火炉工艺的应用日趋广泛，目前应用于多种钢种，技术水平明显提高，取得了一些应用成果。 随着退火炉类型向小型、快速、大容量、低本钱方向的开展，传统的工艺技术不断开展改进的同时，现代工艺理论也在不断开展。70 年代以来，开展了多种新型的退火炉，如：连续光亮退火炉；罩式退火炉；箱式退火炉；井式退火炉；台车式电阻炉等。它们在硅钢生产过程中得到成功应-. z用，它的工艺由于突破了传统思想的约束，在控制方面采用了预测模型，滚动优化，反镇校正和多步预测等新的思想，获取了更多的系统运行信息，因而使产品效果得以提高。如日本目前在硅钢生产中采用的是低温退火，对环境保护和能耗等方面都有很大的改善，极大的提高的

7、产品的经济效益。再如美国在其硅钢生产过程中退火炉工艺控制系统中应用的广义预测极点配置加权控制，其控制系统中考虑到煤气压力随机波动，变化频繁，且当煤气压力低时，煤气管道阀门开度为 100%,煤气压力仍不能恢复到正常值，对炉温影响较大，所以在工艺要求中将煤气总管压力作为可测干扰量来处理。再考虑到现场随机噪声干扰影响，退火炉可用一个带可测煤气压力干扰，有控制项的自由回归滑动平均模型来描述。1.1.2 国退火炉的现状我国十分重视能源的开发和利用。对设备的要害部件进展了改进.还对各类成型机进展比较分析，综合其长处进展了设备改造。但生产率低的问题需进一步研究解决.并加快退火炉的研发步伐，从而推开工业炉技术

8、的商业化开展。目前硅钢退火炉主要用于工业生产，近些年来，退火炉的生产企业开展比较迅速。国的企业都己看准了硅钢的开展前景，越来越多的退火炉生产企业将研发出多档次的退火炉新产品，以满足广阔用户的需求。80 年代以后，国对硅钢生产退火炉的工艺技术进展了广泛研究，并且随着技术的开展，退火炉工艺的控制逐步进入实用化阶段。相比于日本我国生产硅钢目前只能进展高温退火，我国在硅钢生产退火方面距离国外还有一定的差距。在控制方面以前控制系统中，处理燃料与空气的关系通常采用配比调节，由于燃料与空气调节回路的响应速度不一致，燃料的热值的不稳定及烧嘴特性等的变化，这种配比关系难以保证。特别是在燃烧负荷发生变化的情况下，

9、更无法保持最正确配比，和国外也无法保持在一个水平上。-. z总体来说，我国的硅钢生产退火炉有如下特点:设备的技术原理比较先进，本钱低廉，适合我国国情。退火炉操作简便、点火容易、火力强度大且易控制、热效率高，能到达普通硅钢生产的要求。1.2 未来开展前景当前钢铁工业产能已严重过剩，国际金融形势依然严峻，要使钢铁企业立于不败之地，根本的途径就是要努力提高产品市场竞争力。降本挖潜的方法有很多，关键是要立足于企业自身把生产工艺水平与设备能力用足。为此，通过开展一系列的研究工作，以到达通过设备调整改造和工艺优化提升产品质量、节能降耗并最终降低产品本钱的目的。针对退火炉来说，硅钢的退火实际上是经过一个加热

10、升温、保温和快速冷却的工艺过程，使硅钢性能得到改善。退火是依一定的曲线进展的，并且不同的退火炉曲线反映不同的产品特性，加热保温过程中预报段、加热段及均热段完成。烦热段回收加热段废咽气的余热来加热钢带。在须热段，氮氢气氛气体与加热段废气通过换热器进展热交换，氮氢混合气体被加热。采用预热段可使煤气消耗降低7%-8%。预热段出口钢带的温度约180。综上所述，退火炉硅钢退火是以能源消耗为代价的，其间有冷却水、燃气及电能等的消耗，因而在保证产品质量的前提下，要降低产品本钱，就必须降低单位合格产品的能源消耗，在整个的硅钢生产过程中，退火炉技术有很大的开展前景且有很高的经济效益。2.硅钢生产中连续退火炉的重

11、要性及工作原理硅钢是指含硅量在 3%5%左右、其它主要是铁的硅铁合金。 其特点是铁损低、磁各向异性小、无磁时效、冲片性能好和填充系数高。是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，亦是产量最大的金属功能材料，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁心。它的生产工艺复杂,制造技术严格,国外的生产技术都以专利形式加以保护 ,视为企业的生命。-. z2.1 退火炉在硅钢生产中的重要性在硅钢生产过程中碳是一个有害元素，连续退火炉主要是在硅钢生产中起到降低碳含量的作用一般控制在 0.003%30ppm以下，超出这个限制将会带来以下几个有害影响：塑性变坏；磁感下降，铁损升高；磁时效现象。所以连续退火炉在硅钢

12、生产中起到重要的作用。2.2 退火炉的工作原理连续退火：是指利用高温和辅助气体来消除带钢部的碳含量，一般控制在 0.003%30ppm以下，在硅钢的生产中连续退火炉主要是利用高温加热的过程入水蒸气从而产生碳在高温下扩散到外表与水蒸气发生可逆反响：H2O+C=CO+H2当反响到达平衡时，PCO*PH2/PH2O=K脱碳反响平衡常数 ，PH2O/PH2代表气氛的氧化性，一般控制在 0.200.28弱氧化性气氛 。炉气体流动方向与钢带运行方向相反的，易将脱碳反响形成的 CO 气体排出从而到达脱碳的目的。2.3 退火炉设备图 1-1 退火炉设备简图如图 1-1 所示退火炉设备简图，以下对退火炉设备进展

13、简单的介绍：进口密封室：用来隔离炉气体与炉外空气，阻止炉外空气进入炉。预热无氧化炉：PH 利用 NOF 排出烟气的物理热、NOF 未燃尽气体和 SF 流过来的氢气燃烧的化学热预热带钢至要求温度。1*炉喉：位于 NOF 与 RTF 之间，既能阻挡 NOF 对 RTF 的热辐射，又能在必要时，阻止 NOF 炉气倒流入 RTF 和 SF，污染炉膛辐射管加热炉：防止带钢在 NOF 出现带钢氧化、断带、降低磁性.均热炉：用来使带钢在规定温度下进展脱碳和再结晶。2*炉喉：用于挡住 SF 对冷却段的热辐射。-. z冷却管炉：采用冷却管对带钢进展间接冷却，以保持良好的板形。保护气体循环喷射冷却：用来按规定的冷

14、却速度将带钢冷却至工艺要求的温度。出口密封室：用来密封来自 RJC 的保护气体和阻止外界空气进入 RJC最终冷却：用来冷却带钢，FJC 出口带钢温度低于 100。3.硅钢生产中退火炉的工艺技术3.1 退火炉点火升温3.1.1 点火升温的条件必须确认以下条件全部满足才能点火升温。1管路的检漏试验，气密试验已经完成。2煤气管路的 N2吹扫已经完成煤气管路的氧浓度 O2%1.0% ，且吹扫煤气管路的 N2阀已关闭。3炉及烟道的吹扫已完毕。4与炉子相关的冷却水已全部通水。5炉底辊正在运转。因为当炉温高于 150时，炉底辊如长时 间不转，则会弯曲和损伤。6RJC 循环风机已全部启动。7炉压为正压。8仪表

15、、电气系统能正常运行，且已准备就绪。3.1.2 点火升温本卷须知图 2-1 退火炉升温曲线1点火时，假设着火后马上熄灭时则立即关闭煤气，待炉气体彻底吹扫干净后再重新进展点火操作。2如图 2-1 所示：升温时，为了保护耐火材料，应将升温速度控制在 100/h 以下，当炉温到达 600时进展炉穿带。3用 N2吹扫配管及通入煤气时要注意环境缺氧致人窒息，防止意-. z外事故。4升温及操作时，手接触炉体、烟道时要十分小心，防止烫伤。5点火混合气配管上的点火指示器以及 PH、NOF 点火用辅助烧嘴在炉外燃烧，要防止烫伤。6不要用手接触驱动装置，否则有被卷入的危险。3.2 连续脱碳退火3.2.1 脱碳原理

16、：假设 C0.005%，一般不需脱碳，通入干性保护气露点 DP 低于 0 ，20%H2+80%N2进展光亮退火，速度可加快。假设 C 在 0.005%0.015%退火时需脱碳，通入湿保护气 20%H2+80%N2通过 505水温的加湿器带入 5%15%水蒸气入炉，露点 DP在+35+45 ，碳在高温下扩散到外表与水蒸气发生可逆反响： H2O+C=CO+H2当反响到达平衡时，PCO*PH2/PH2O=K脱碳反响平衡常数 ，PH2O/PH2代表气氛的氧化性，一般控制在 0.200.28弱氧化性气氛 。炉气体流动方向与钢带运行方向相反的，易将脱碳反响形成的 CO 气体排出。如图 2-2 所示：最适合

17、脱碳的温度在 750以上 870以下，因为在870以上时氧化膜增厚脱碳效率下降。图 2-2 脱碳温度3.3 退火炉降温图 2-3 降温曲线降温时炉子降温时，必须注意以下事项：1PH，NOF，RTF，SF 的炉温在 760以上时，必须用 N2将氢气彻底吹扫干净，将 H2浓度降到 0.5%以下。2关闭 H2总阀，取下 H2配管上的 U 型管防止泄漏用平安管 。但短期停炉且炉温在 760时，没有必要取下此管。3如图 2-3 所示：RTF，SF 的炉温降到 400之前，炉必须是 N2保护气体，不能停顿氮气供应。但作业线停顿时，因炉温约有 50上升，故 350之前炉必须是 N2保护气体，不能停顿氮气供应

18、。-. z4炉温超过 150时，炉底辊不能长时间停顿运转，RJC 的风机也不能停顿运转。5炉温即使已下降，除非万不得已，冷却水不应停顿供应。如果长时间停冷却水，冷却水配管不仅会产生堵塞，而且会加快腐蚀。6进入降温阶段后，要立即停顿加湿装置工作7长期停炉时，煤气管路以及保护气体管路要用 N2 吹扫。3.4 退火炉抽穿带本卷须知3.4.1 退火炉穿带进展退火炉穿带时，必须注意以下事项：1炉气氛必须是 N2保护气氛。炉有 H2时，必须用 N2置换，使 H2体积浓度0.5%前方可进展穿带。2炉温必须在 760以下，最好是在 500以下。3必须切断 SF 电阻带的电源。4炉温在 150以上，炉子出口部位

19、穿带连接作业需要较长时间时，用点动方式使炉底辊以每 3 分钟转 1/4 转的最慢速度转动。5进口密封室穿带时，因两设备顶部要翻开，会有氮气泄漏出来而导致局部缺氧，所以操作时要注意平安。枯燥炉穿带枯燥炉穿带时，炉温必须在 500以下。穿带时，首先把涂层机移动到离线位置，然后在穿带台上将二分割构造的穿带棒组装成一根后穿带。作业时，要防止被炉气烫伤。炉抽带3.4.2 退火炉抽带必须注意：炉温在 100以上时，RJC 要全数运转；必须切断 SF 电阻带的电源。枯燥炉抽带必须注意，炉温在 100以上时，AJC 要保持运转。-. z3.5 退火炉气体操作在硅钢生产中退火炉主要是靠气体和高温进展反响退火炉最

20、主要的就是气体的操作，它直接影响硅钢生产中脱碳的性质，炉用保护气体有正常用 N2、非常用 N2、HN 混合气。3.5.1 NH 混合气的使用NH 混合气主要用于脱碳。为连续使用。在到达一定的温度时，通入含有水的氢气已到达脱碳的目的。3.5.2 N2的使用1正常用 N2主要用于：开炉、停炉时吹扫炉膛；正常生产时，维持炉的压力，密封炉辊、RJC 风机及挡板的轴等，为连续使用。2非常用 N2主要用于：开炉、停炉、出现事故时吹扫炉膛及管道；正常生产过程中，炉压出现异常波动时维持炉压。为连续使用。N N2 2气通入气通入 当炉子检修或其它原因使炉子熄火降温，进展一次新的作业时，要用 N2吹扫炉和配管。1

21、N2吹扫炉和配管前，首先必须确认炉子接点前燃气专业保护气体配管已准备就绪，然后翻开所有炉前 N2各手动阀，并将其设定在试车时的位置，通入 N2。空煤气配管的吹扫要领请参见各段的操作说明。炉子接点前燃气专业保护气体配管的操作请参见燃气专业的操作说明。2在配管中途要形成死角的局部旁通阀的前后处，稍稍翻开旁通阀，让 N2流通一段时间后关闭。3当炉 O2小于或等于 1.0%时，吹扫完毕。进展炉 O2分析的同时，继续 N2吹扫，并根据所有退火炉操作相关的通用本卷须知来进展其他设备的启动。4通入入口密封用 N2及 NO.1 炉喉用 N2。5通入出口相关部位的 N2出口密封室用及 RJC 用 。注意，循环风

22、封用及 RJC 炉底辊轴承密封用只在驱动侧的 N2，在循环风机启动后通入。-. z6进展一次非常 N2的通入。当炉压比设定的炉压低时，非常用 N2就会自动通入。炉炉 N N2 2吹扫吹扫1在通干 N2气时，保持炉温 760以上。2N2吹扫从 H2入侧高 H2%开场进展分析，当 H2小于或等于 0.5%时，炉 N2吹扫完毕。3将 PH，NOF，RTF，SF 熄火。4切断辉光加热器的电源。5通材降温。6炉温降到 400之前，必须通入 N2，但停顿作业线时，因炉温有约 50的上升降，到 350之前，必须是 N2 保护气氛。当炉温到了400以下， 停顿作业线时是 350以下时，可以停顿全部 N2 气。

23、7停顿 N2后，如有必要，可以翻开炉子的人孔。8如有必要检查炉，请进展炉抽带。在炉温到了 150以下时，炉底辊，RJC 等都可以停顿。3.5.3 H2 的使用通入 H2 气前，必须熟读“通用本卷须知及“炉通 H2的场合，并确认后，再开场操作。1HN 混合气管道按以下要领进展 N2吹扫：H2管道 N2吹扫要在炉温400以下进展，或者与炉通 N2同时进展。2当炉已完成穿带，且炉通 H2的条件全部满足后，根据工艺要求向炉通入 H2炉子接点前燃气专业 HN 混合气配管通 H2操作请参见燃气专业的操作说明 。3)本卷须知 1把炉温设定在 7602停顿加湿装置。3切断 H2。4进展 H2气配管的 N2吹扫

24、同时从 N2配管线路开场吹扫炉 。当 H2小于或等于 0.5%时，吹扫完毕。-. z3.5.4 异常时的处理方法炉子设备在出现停电，煤气、N2及 H2压力低下等异常情况时，控制系统都有相应的措施保证炉子设备能平安地工作。1).停电时，炉子将成为如下状态。1作业线将停顿，炉仍有钢带且炉底辊停顿。2所有炉子的燃烧都停顿，也就是说，所有点火系统，主系统的燃烧空气，燃烧空气的切断阀SOV或者流量调节阀FCV将关闭并停顿供应，但是，枯燥炉的主空气的 FCV 将全开因为主风机将停顿，不会供应空气。3保护气氛的 H2系统的切断阀，压力调节阀及流量调节阀将自动地关闭，N2系统的所有电磁阀和流量调节阀将全开，另

25、外，N2压力调节阀将被锁定在当时的开度位置上。4所有的风机将停顿。2).恢复来电时1只要操作人员不重新对马达进展启动操作，即使恢复了原电路，马达也不会自动地接通。2只要操作人员不重新进展从再点火开场的点火顺序操作，炉子也不会自动点火燃烧。3保护气氛的局部将成为 N2吹扫状态。H2切断阀、压力调节阀、流量调节阀继续关闭；N2压力调节阀将成为自动A ，流量调节阀保持全开。电磁阀非常用 N2吹入 SOV是手动翻开状态，恢复来电后，根据炉子状况继续炉 N2吹扫，而后判断是暂时停炉还是开场点火升温作业。3).停电时的处理1保护炉压力，在入口密封室及出口密封室的取样口上装压力计。尽量将密封辊关小，让两处都

26、保持较高的正压。2一边观察装在入口密封室、出口密封室的压力计，一边与其它作业线充分取得联系，努力增加允许围的 N2用量，用 N2吹扫炉的 H2气，另外，全部关闭 H2系统的手动阀。3必须尽最大努力在炉温下降到 760以前，将吹扫工作完毕。-. z4把炉底辊驱动电源从“正常切换到“紧急， “紧急电源通电后，会转动炉底辊。炉底辊以 10%的速度进展旋转。5对 PH，NOF，RTF 以及 DF 全部采取停炉处理。6一边进展以上作业，一边等待恢复供电。7来电后，根据当时炉况，决定是马上开场点火升温作业，还是暂停炉，是从炉中抽带，还是原封不动的等待最正确处理方法。4).供煤气异常1根据煤气压力低下的程序，有两种情况，一是只有主烧嘴熄灭，二是主、点火烧嘴都熄灭。2炉温在 760以下，且有 H2的状态下降低炉温是很危险的，故要尽可能降低作业线速度。3煤气压力如果马上恢复时，就要立刻点火升温继续作业。4如果估计压力恢复要很长时间，且维持 760较困难时，应停顿往炉通 H2，并用 N2气吹扫炉。5以上所述是关于平台上的连续退火炉的处理措施，而枯燥炉因为是空气气氛，故除成品外，不需要紧急处理。5).风机故障(1