浅析连续退火炉生产硅钢的原理与工艺

1、首首 钢钢 工工 学学 院院 毕毕 业业 设设 计（论计（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（高端金属材料）冶金技术（高端金属材料） 班班 级级： 高端材料高端材料 131 姓姓 名名： 指指导导教教师师： 张红文老师张红文老师 2016 年年 5 月月 3 日日 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。论文主要分为三个部分。第一部分介绍了硅 钢及硅钢生产中连续退火的重要性并简单的介绍了连续退火的原理和设 备情

2、况，第二部分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 中退火炉的现状与发展前景。 关键词：关键词：冷轧；硅钢；退火炉工艺；发展 目 录 摘摘 要要.1 目目 录录.2 前前 言言.3 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 1.1 硅钢生产中退火炉的现状.4 1.1.1国外退火炉的现状.4 1.1.2国内退火炉的现状.4 1.2 未来发展前景.5 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 2.1 退火炉在硅钢生产中的重要性.6 2.2 退火炉的工作原理.6

3、 2.3 退火炉设备.7 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 3.1 退火炉点火升温.8 3.1.1点火升温的条件.8 3.1.2 点火升温注意事项.8 3.2 连续脱碳退火.9 3.2.1脱碳原理：.9 3.3 退火炉降温.10 3.4 退火炉抽穿带注意事项.10 3.4.1退火炉穿带.10 3.4.2退火炉抽带.11 3.5 退火炉气体操作.11 3.5.1 NH混合气的使用.11 3.5.2 N2的使用.11 3.5.3 H2的使用.13 3.5.4异常时的处理方法.13 结结 论论.15 参考文献参考文献.17 致致谢谢.18 前 言 硅钢又称电工钢，电工钢是

4、一种软磁合金，是电能和磁性能进行最 有效地交换能量的钢板。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、 5.表面光滑平整，厚度均匀； 6.好的绝缘涂层；7.磁时效小； 以上这些基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 板形及表面。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行中间退火， 其目的是将碳脱至一定范围，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 的发展。 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

6、的现状 国际上从 70 年代就开始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发展，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、低成本方向的发展，传统的工艺技 术不断发展改进的同时，现代工艺理论也在不断发展。70 年代以来，发 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 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

7、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 国内退火炉的现状 我国十分重视能源的开发和利用。对设备的要害部件进行了改进

8、.还 对各类成型机进行比较分析，综合其长处进行了设备改造。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，从而推动工业炉技 术的商业化发展。 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 发展比较迅速。国内的企业都己看准了硅钢的发展前景，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，以满足广大用户的需求。 80 年代以后，国内对硅钢生产退火炉的工艺技术进行了广泛研究， 并且随着技术的发展，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行高温退火，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

9、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，更无法保持最佳配比，和国外也无 法保持在一个水平上。 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，成本低廉，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，能达到普通硅钢生产的要求。 1.2 未来发展前景 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

10、能 力用足。为此，通过开展一系列的研究工作，以达到通过设备调整改造 和工艺优化提升产品质量、节能降耗并最终降低产品成本的目的。 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行 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行热交换，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

11、电能等的消耗，因而在保证产品质量的前提下，要降低产品成本， 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 炉技术有很大的发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。 2.1 退火炉在硅钢生产中的重要性 在硅钢生产过程

12、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内部的碳含量，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 用高温加热的过程中通入水蒸气从而产生碳在高温下扩散到表面与水蒸 气发生可逆反应： H2O+C=CO+H2 当反应达到平衡时，PCO*PH2/PH2O=K（脱碳反应平衡常数） ，PH2O/PH2代

13、表气氛的氧化性，一般控制在 0.200.28（弱氧化性气氛） 。炉内气体流 动方向与钢带运行方向相反的，易将脱碳反应形成的 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行简单的介绍： （进口密封室）：用来隔离炉内气体与炉外空气，阻止炉外空气进 入炉内。 （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

14、倒流入 RTF 和 SF，污染炉膛 （辐射管加热炉）：防止带钢在 NOF 内出现带钢氧化、断带、降低 磁性. （均热炉）：用来使带钢在规定温度下进行脱碳和再结晶。 （2#炉喉）：用于挡住 SF 对冷却段的热辐射。 （冷却管炉）：采用冷却管对带钢进行间接冷却，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

15、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（煤气管路内的氧浓度 O2%1.0%） ， 且吹扫煤气管路的 N2阀已关闭。 3）炉内及烟道的吹扫已结束。 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。 6）RJC 循环风机已全部启动。 7）炉压为正压。 8）仪表、电气系统能正常运行，且已准备就绪。 3.1.2 点火升温注意事项 图 2-1 退火炉升温曲线 1）点火时，若着火后马上熄灭时则立即关闭煤气，待炉内气体彻底 吹扫干净后再重新进行点火操作。 2）如图 2-1 所示

16、：升温时，为了保护耐火材料，应将升温速度控制 在 100/h 以下，当炉温达到 600时进行炉内穿带。 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 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： 若 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）进行光亮退火，速度可加快。 若 C 在 0.005%0.015%退火时需脱

17、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 ） ，碳在高温下扩散到表面与水蒸气发生可逆反应： H2O+C=CO+H2 当反应达到平衡时，PCO*PH2/PH2O=K（脱碳反应平衡常数） ，PH2O/PH2代 表气氛的氧化性，一般控制在 0.200.28（弱氧化性气氛） 。炉内气体流 动方向与钢带运行方向相反的，易将脱碳反应形成的 CO 气体排出。 如图 2-2 所示：最适合脱碳的温度在 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

18、线 降温时炉子降温时，必须注意以下事项： 1）PH，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（防止泄漏用安全管） 。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，炉内必须是 N2 保护气体，不能停止氮气供应。但作业线停止时，因炉温约有 50回升， 故 350之前炉内必须是 N2保护气体，不能停止氮气供应。 4）炉温超过 150时，炉底辊不能长时间停止运转，RJC 的风机也 不能停止运转。 5）炉温即使已下降

19、，除非万不得已，冷却水不应停止供应。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，要立即停止加湿装置工作 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 退火炉抽穿带注意事项 3.4.1 退火炉穿带 进行退火炉穿带时，必须注意以下事项： 1）炉内气氛必须是 N2保护气氛。炉内有 H2时，必须用 N2置换，使 H2体积浓度0.5%后方可进行穿带。 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

20、/4 转的最慢速度转动。 5）进口密封室穿带时，因两设备顶部要打开，会有氮气泄漏出来而 导致局部缺氧，所以操作时要注意安全。 干燥炉穿带 干燥炉穿带时，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。炉内抽带 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。 干燥炉抽带 必须注意，炉温在 100以上时，AJC 要保持运转。 3.5 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行反应退火炉最主要的 就是气体的操作，它直接影响硅钢生产中

21、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。在达到一定的温度时，通入 含有水的氢气已达到脱碳的目的。 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 持炉内的压力，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。为间断使用。 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，进行一次新的作业时，要 用 N2吹扫炉内和配管。 1）N2吹扫

22、炉内和配管前，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，然后打开所有炉前 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部分（旁通阀的前后）处，稍稍打开旁 通阀，让 N2流通一段时间后关闭。 3）当炉内 O2小于或等于 1.0%时，吹扫结束。进行炉内 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注意事项来进行其 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

23、用及 RJC 用） 。注意，循环 风机密封用及 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。 6）进行一次非常 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。 炉内炉内 N N2 2吹扫吹扫 1）在通干 N2气时，保持炉温 760以上。 2）N2吹扫从 H2入侧（高 H2%）开始进行分析，当 H2小于或等于 0.5%时， 炉内 N2吹扫结束。 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，但停止作业线时，因炉温有 约 50的回升降，到 350之前，必须是 N2 保护

24、气氛。当炉温到了 400以下， （停止作业线时是 350以下）时，可以停止全部 N2 气。 7）停止 N2后，如有必要，可以打开炉子的人孔。 8）如有必要检查炉内，请进行炉内抽带。 在炉温到了 150以下时，炉底辊，RJC 等都可以停止。 3.5.3 H2 的使用 通入 H2 气前，必须熟读“通用注意事项”及“炉内通 H2的场合” ， 并确认后，再开始操作。 1）HN 混合气管道按下列要领进行 N2吹扫：H2管道 N2吹扫要在炉温 400以下进行，或者与炉内通 N2同时进行。 2）当炉内已完成穿带，且炉内通 H2的条件全部满足后，根据工艺 要求向炉内通入 H2（炉子接点前燃气专业 HN 混合气

25、配管通 H2操作请参 见燃气专业的操作说明） 。 3)注意事项 （1）把炉温设定在 760 （2）停止加湿装置。 （3）切断 H2。 （4）进行 H2气配管的 N2吹扫（同时从 N2配管线路开始吹扫炉内） 。 当 H2小于或等于 0.5%时，吹扫结束。 3.5.4 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安全地工作。 1).停电时，炉子将成为如下状态。 （1）作业线将停止，炉内仍有钢带且炉底辊停止。 （2）所有炉子的燃烧都停止，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

26、）将关闭 并停止供给，但是，干燥炉的主空气的 FCV 将全开因为主风机将停止， 不会供给空气。 （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）所有的风机将停止。 2).恢复来电时 （1）只要操作人员不重新对马达进行启动操作，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行从再点火开始的点火顺序操作，炉 子也不会自动点火燃烧。 （3）保护气氛的部分将成为 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） ，

27、流量调节阀 保持全开。电磁阀（非常用 N2吹入 SOV）是手动打开状态，恢复来电后， 根据炉子状况继续炉内 N2吹扫，而后判断是暂时停炉还是开始点火升温 作业。 3).停电时的处理 （1）保护炉内压力，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，努力增加允许范围内的 N2用量，用 N2吹扫炉内 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，将吹扫工作结束。 （4）把炉底辊驱动电源从“正常”切换到“紧急” ， “紧急”电源

28、通 电后，会转动炉底辊。炉底辊以 10%的速度进行旋转。 （5）对 PH，NOF，RTF 以及 DF 全部采取停炉处理。 （6）一边进行以上作业，一边等待恢复供电。 （7）来电后，根据当时炉况，决定是马上开始点火升温作业，还是 暂停炉，是从炉中抽带，还是原封不动的等待最佳处理方法。 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 止往炉内通 H2，并用 N2气吹扫炉内。 （5）以上所述是关于平台上的连续退火炉的处理措施，而干燥炉因 为是空气气氛，故除成品外，不需要紧急处理。 5).风机故障 (1)点火风机、助燃风机出