全氢罩式炉的技术特点及其在不锈钢生产中的应用

强对流全氢罩式炉的技术特点及其在不锈钢生产中的应用李钧（宝钢股份不锈钢分公司冷轧厂，上海200431）摘要：介绍了强对流全氢罩式炉的一般结构，分析比较了强对流全氢罩式炉技术特点，阐述了强对流全氢罩式炉在不锈钢带材冷轧生产中的具体应用。关键词：强对流全氢罩式退火炉技术特点不锈钢生产ThetechnicalcharacteristicsofHPHfurnaceandtheapplicationinstainlesssteelproductionLIJun(BaosteelStainlessSteelBranch,ColdRollingmill,Shanghai200431China)ABSTRACTThebasicconfigurationandtechnicalcharacteristicsofHPHfurnacewerediscussed,anditsmainapplicationwasalsosimplyintroduced.KEYWORDSHPHfurnacetechnicalcharacteristicsstainlesssteelproduction1引言强对流全氢罩式炉是目前世界上最先进的间歇式退火炉之一，它采用氢气作为保护气体，利用高速循环风机，使氢气在内罩内快速对流传热，达到快速、均匀地加热和冷却退火材料，产品性能均匀、生产效率高，被广泛地应用于钢铁、有色金属的退火处理。2强对流全氢罩式炉的基本结构1-加热罩2-内罩1-加热罩2-内罩3-钢卷4-中间对流板5-炉台6-炉台阀站7-循环风机图1强对流全氢罩式炉结构示意图图1为强对流全氢罩式退火炉的结构示意图，强对流全氢罩式退火炉主要由强对流炉台、加热罩、内罩、冷却罩、炉台阀站等部分组成。(1)强对流炉台炉台是罩式炉的基础部分，退火钢卷放置在炉台上，同时内罩也扣在上面，形成密闭的退火空间。设有高功率的耐高温循环风机，在钢卷加热和冷却时，保持内罩内保护气体的强循环。(2)加热罩由壳体、烧嘴、换热器、耐火材料及配管组成。它主要作用是与内罩形成燃烧空间，使燃气与空气在燃烧空间混合燃热，对内罩加热。(3)内罩由耐热铬镍钢焊接成的圆柱形罩体，其作用是将钢卷与燃烧空间隔离开，使钢卷在保护气氛下进行退火处理。(4)射流冷却罩钢板焊接成的圆筒结构，四周及顶部布置空气喷嘴，上部安装冷却风机，用于对内罩进行快速冷却。(5)炉台阀站每个炉台配置一套阀站，由公辅管道、控制阀门和仪表组成。用于公辅介质的输入与输出、以及压力和流量的控制。3强对流全氢罩式炉的技术特点3.1强对流全氢罩式退火炉和连续式退火炉的特点比较(1)产品种类在罩式炉中，由于是以静止的方式进行热处理，其加热、冷却及保温时间均可方便的控制。特别是针对特殊性能钢种的特殊工艺要求，罩式炉便显示出优越性。而连续式退火炉常常受到带钢宽度、厚度和钢种的制约，产品范围比较窄。(2)加工产品性能罩式退火炉加热时间长，氢气在炉内强对流循环，加热均匀性好，冷却速度可控。而连续退火炉是连续作业，加热和冷却速度迅速，表现在加工后的产品性能上：罩式炉退火产品的深冲性能、塑性要比连续炉产品好。(3)生产工艺和能力罩式炉退火时为了充分保证钢温的均匀性通常要进行长时间的均热过程，加上装卸料占用时间，生产周期较长。而连续退火炉生产周期极短，大批量生产，生产效率高。(4)投资及运营成本罩式退火炉一次性投资少，并且可分阶段进行模块化扩建，而且运行维护成本低，连续退火炉技术复杂，投资费用高，维护费用也高。3.2强对流全氢罩式退火炉和传统罩式退火炉的特点比较(1)生产能力比较表1是强对流全氢罩式退火炉与传统罩式炉产能对比表，可以看出强对流全氢罩式炉的炉台小时产能比传统罩式炉炉台小时产能提高一倍以上。表1强对流全氢罩式炉与传统罩式炉产能对比炉子类型传统HNX罩式退火炉强对流全氢罩式炉循环风机转速1000rpm最大2500rpm，变频循环风量20000m3130000m3保护气体H2、N2混合气体100%H2炉台产能0.5~1.2t/h2.0~2.4t/h从表中还可以看出，其产能提高的主要原因是采用了强对流技术和全氢作为保护气体。这是因为钢卷在罩式炉内退火传热主要受对流换热系数和钢卷径向等效导热系数影响。图2显示了退火过程中炉内对流换热与辐射换热热流密度之比，可以看出对流换热在炉内起决定性作用，开始和将近结束阶段，热流密度之比可达250，在均热阶段也保持在20倍。而对流换热系数与保护气体的流速和特性密切相关。氢气密度仅为氮气的1/14，动力粘度仅为氮气的一半，因此使用纯氢气，再提高循环风机转速，可以显著提高炉内对流换热系数。另一方面钢卷层与层之间存在间隙，会降低径向导热系数，径向传热主要通过保护气体的导热、带钢间辐射换热及通过接触点的导热。钢卷径向传热是带钢金属导热和带钢层内气体传热的综合效应。因此增加保护气体的导热系数，能有效提高径向导热系数，而氢气的导热系数是氮气的7倍，因此采用氢气作为保护气体也能显著提高钢卷的径向等传热能力。图2炉内对流换热与辐射换热热流密度之比随退火过程的变化(2)产品质量比较强对流全氢罩式炉处理的钢卷表面质量的温度比较均匀，外圈和芯部的温差可以缩小到20℃以内，因此性能更加均匀，塑性和深冲性能优良，而传统罩式炉处理钢卷时则存在外圈过热和晶粒粗化现象，由于保护气氛中氮气比重高，退火能造成一定程度氮化，降低产品的深冲性能。另外强对流全氢罩式炉处理的钢卷表面质量也优于(3)能耗比较强对流全氢罩式炉由于热效率高退火周期大大缩短，与传统罩式炉相比缩短了30%~40%，能耗大大降低。另外强对流全氢罩式炉风机采用变频无级调速控制保证了风机速度与气氛气体的比重和温度相匹配，显著降低了电耗。4强对流全氢罩式炉在不锈钢生产中的应用400系列不锈钢，如430、420、409等，是强对流全氢罩式退火炉重要的处理对象。一般不锈钢带材在冷轧过程中要经历两次退火，分别是冷轧原料卷退火和冷轧成品卷退火，有时在轧制过程中还需要中间退火。(1)冷轧原料卷的退火热轧后带钢会发生塑性变形，各晶粒顺着轧制方向伸长，压扁，破碎，在晶界形成大量位错，晶格变形，导致加工硬化。对于碳、氮含量较高的400系列不锈钢来说，热轧后在冷却过程中组织发生马氏体相变，常温下得到全部或部分的马氏体组织。因此采用罩式退火炉将材料加热到马氏体相变点以上，经过长时间保温和缓慢冷却，以消除轧制内应力和加工硬化，使被拉长的晶粒变为等轴晶粒，获得良好的冷加工性能。马氏体组织也分解为铁素体基体上均匀分布球状碳化物，带钢变软，利于后续加工。图3是430不锈钢罩式炉退火的典型工艺曲线。430不锈钢热轧后，组织中含有部分马氏体，导致材料变硬，不利于后续加工。通过加热到相变温度以上，约850℃，消除组织内的马氏体，得到较低的硬度。为了防止由于冷却速度过快，重新生成马氏体组织，通常带加热罩缓慢冷却到760℃以下，再扣上冷却罩进行快速冷却，当芯部温度冷却到图3430不锈钢罩式炉退火的典型退火工艺曲线(2)冷轧不锈钢的中间退火400系列不锈钢冷轧过程中发生硬化。变形量越大，加工硬化的程度也越大。对于较厚的钢带来说，需要经过两次轧制甚至多次轧制才能获得需求的厚度，因此需要中间退火。这类退火可以在连续炉中进行，然后酸洗处理，除去氧化铁皮，也可以采用强对流全氢罩式退火炉进行退火，由于保护气氛为纯氢，露点低，可以获得光亮的、光滑的表面，省去了酸洗工序，而且机械性能优良。这类退火一般加热温度不超过马氏体相变点，否则弥散分布的球状碳化物会再次溶解。至于不锈钢冷轧成品卷的退火，一般不用罩式退火炉处理，这是因为冷轧卷长时间退火后表面都会略微氧化，有不均匀的的退火痕迹，影响表面使用；另外冷轧成品卷通常很薄，退火温度较高时，容易发生粘结和层间擦伤等表面缺陷。5结束语随着国民经济的发展，我国的不锈钢的生产和消费量都在迅速上涨，对不锈钢的品种和质量都提出了更高的要求，强对流全氢罩式退火炉正是顺应这一趋势，在不锈钢制造领域不断发展壮大的，也必将在不锈钢生产制造领域发挥更重要的作用。参考文献：[1]陆世英等.不锈钢北京：原子能出版社，1995.7[2]林林等.全氢罩式退火炉退火过程传热的研究（Ⅱ）.北京科技大学学报,2003,(3):254~257[3]傅作宝.冷轧薄钢板生产(第二版).北京：冶金工业出版社，2005.6

附录资料：不需要的可以自行删除总装车间考核指标定义编号：0001指标名称差错率指标定义指工时录入时出现差错数量和录入数量的比率。计算公式差错率＝错误录入信息÷总录入量×100%数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对财务部统计周期每月/年一次统计方式数据和趋势图考核等级标准及操作说明考核等级：S、A、B、C、D考核标准：100%为S，95~100%为A、90~95%为B、85~90%为C、85%以下为D。考核得分：S得分为5，A得分为4，B得分为3，C得分为2，D得分为1操作说明：编号：0002指标名称及时性指标定义指工时录入能在规定时间内完成，不影响财务部的工资结算计算公式数据采集总装车间数据来源财务部数据核对财务部统计周期每月一次统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B考核标准：及时完成为A、不及时完成为B。考核得分：A得分为5，B得分为2。操作说明：编号：0003指标名称差错率指标定义指提供报表中错误数据与总数据量的比率。计算公式差错率＝错误数据÷总数据量×100%数据采集总装车间数据来源生产副总办数据核对生产副总办统计周期每月一次统计方式数据和趋势图考核等级标准及操作说明考核等级：S、A、B、C、D考核标准：100%为S，95~100%为A、90~95%为B、85~90%为C、85%以下为D。考核得分：S得分为5，A得分为4，B得分为3，C得分为2，D得分为1操作说明：编号：0004指标名称及时性指标定义指汇总、处理数据，提供报表能在规定时间内完成，不影响生产副总办的分析计算公式数据采集总装车间数据来源生产副总办数据核对生产副总办统计周期每月一次统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B考核标准：及时完成为A、不及时完成为B。考核得分：A得分为5，B得分为2。操作说明：编号：0005指标名称规范性指标定义指能否及时按照工作流程及相关规定，进行文件、资料的管理。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月1次统计方式部长工作记录考核等级标准及操作说明考核等级：A、B、C考核标准：能及时规范办理且无差错为A、无差错为B、不规范或有差错为C。考核得分：A得分为5，B得分为3，C得分为1操作说明：编号：0006指标名称及时性指标定义指根据需要，开领料单领用车间所需物质，不影响车间生产或其他人员工作计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月一次统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B考核标准：及时完成为A、不及时完成为B。考核得分：A得分为5，B得分为2。操作说明：编号：0007指标名称及时性指标定义指在得到质量问题的信息时，能迅速做出反应，分析原因，采取措施，解决问题计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月一次统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B考核标准：及时完成为A、不及时完成为B。考核得分：A得分为5，B得分为2。操作说明：编号：0008指标名称有效性指标定义指所采取的措施得到落实程度及对问题解决产生的效果。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对品保部统计周期每月一次统计方式数据考核等级标准及操作说明考核等级：A、B、C考核标准：措施落实到位且效果显著为A、措施落实且有一定效果为B、措施未被落实或落实后效果不明显为C。考核得分：A得分为5，B得分为3，C得分为1。操作说明：编号：0009指标名称提高程度指标定义指通过持续改进，各项指标提高的程度。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每年一次统计方式数据考核等级标准及操作说明考核等级：A、B、C考核标准：各项指标完全达到预期目标为A、各项指标虽未完全达到目标但都有提高为B、各项指标在原有基本上没有提高为C。考核得分：A得分为5，B得分为3，C得分为0。操作说明：编号：0010指标名称及时性指标定义指在新品试制中，按照工作流程完成生产技术文件的编制。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月一次统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B考核标准：及时完成为A、不及时完成为B。考核得分：A得分为5，B得分为2。操作说明：编号：0011指标名称可操作性指标定义指在编制的生产技术文件能够指导生产作业，并易被工人理解和使用。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月一次统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B、C考核标准：文件能被工人理解和使用为A、文件在通过解释后能被工人理解和使用为B、文件不能被工人使用为C。考核得分：A得分为5，B得分为3，C得分为1。操作说明：编号：0012指标名称有效性指标定义指所采取的措施得到落实程度及对问题解决产生的效果。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对品保部统计周期每月一次统计方式数据考核等级标准及操作说明考核等级：A、B、C考核标准：措施落实到位且效果显著为A、措施落实且有一定效果为B、措施未被落实或落实后效果不明显为C。考核得分：A得分为5，B得分为3，C得分为1。操作说明：编号：00一三指标名称及时性指标定义指按照生产进度完成设备、工装的调试，并按计划完成设备保养。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月一次统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B考核标准：及时完成为A、不及时完成为B。考核得分：A得分为5，B得分为2。操作说明：编号：0014指标名称规范性指标定义指能否及时按照工作流程及相关规定，进行调试、保养。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月1次统计方式部长工作记录考核等级标准及操作说明考核等级：A、B、C考核标准：能及时规范办理且无差错为A、无差错为B、不规范或有差错为C。考核得分：A得分为5，B得分为3，C得分为1操作说明：编号：00一五指标名称生产计划完成率指标定义指已完成的数量与计划数量的比率。计算公式生产计划完成率＝完成数÷计划数×100%数据采集生产副总办数据来源总装车间数据核对生产副总办统计周期每月统计方式数据和趋势图考核等级标准及操作说明考核等级：S、A、B、C考核标准：100%以上为S，95~100%为A、90~95%为B、90%以下为C。考核得分：S得分为5，A得分为4，B得分为3，C得分为1操作说明：编号：0016指标名称用户报警单数量指标定义指因计划无法及时完成，导致用户抱怨，发出报警单。计算公式数据采集生产副总办数据来源营销部数据核对生产副总办统计周期每月统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：S、A、B考核标准：没有为S，一张为A、2张以上为B。考核得分：S得分为5，A得分为2，B得分为0，操作说明：编号：0017指标名称及时性指标定义指按照开发计划和生产需要，完成新压接模具的开制，并交付使用。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月一次统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B考核标准：及时完成为A、不及时完成为B。考核得分：A得分为5，B得分为2。操作说明：编号：00一八指标名称模具质量鉴定报告指标定义指按照开发计划和生产需要，完成的新压接模具，由相关部门评价并出具报告。计算公式数据采集总装车间数据来源相关部门数据核对总装车间统计周期每月统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B、C考核标准：评价结果符合要求为A、评价结果有部分不符合但经修改后达到要求为B、评价结果不符合要求为C。考核得分：A得分为5，B得分为2，C得分为0。操作说明：编号：0019指标名称内部损失情况指标定义指生产现场因质量问题导致产品报废和返工用工产生的损失，该损失应在控制目标，并呈现下降趋势。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月一次统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B、C考核标准：损失在控制目标内为A、损失虽不在控制目标内，但呈现下降趋势为B、损失不在控制目标内并呈现上升趋势为C。考核得分：A得分为5，B得分为3，C得分为0。操作说明：编号：0020指标名称不良行为扣分指标定义指在公司、车间巡查中，被查到现场6S不符合要求而被扣分，对该扣分进行累加记录。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月一次统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B考核标准：没有扣分A、扣分在5分以内为B，扣分超过5分为C。考核得分：A得分为5，B得分为3，C得分为1。操作说明：编号：0021指标名称及时性指标定义指当生产现场发现异常情况时，班长按工作流程立即组织技术员到现场处理。计算公式数据采集总装车间数据来源总装车间数据核对总装车间统计周期每月统计方式考核等级标准及操作说明考核等级：A、B考核标准：及时组织为A、不及时组织为B。考核得分：A得分为5，B得分为0。操作说明：编号：0022指标名称