全氢罩式退火炉培训教材_Word格式文档下载.doc
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提高辐射传热的效果,只有提高内罩壁的温度,形成较高的温度差,这势必导致钢卷外圈过热,这是不允许的。
增强内罩壁与保护气体之间对流传热的主要途径是加大保护气体的流速。
采用保护气体流速高、流量大的循环系统,增强对流传热速度,把内罩壁上的热量尽快地传递给钢卷。
对流传热计算公式为:
Q=α(t2-t1)F
式中Q-钢卷吸收的热量,kJ/h;
t2-气体温度,℃;
t1-钢卷温度,℃,一般为20℃;
F-钢卷受热面积,m2;
α-对流传热系数,kJ/m2•h•℃。
ω0-标准状况下气体流速,m/s;
d-气体通道直径,m;
若提高Q值,必须提高α值、t2值或F值。
t1值为常数,一般为室温20℃。
若提高t2值,必须增加燃料提高炉温。
若单纯提高t2,而相应的条件不具备,仍然是自然对流传热或一般强对流传热,将导致钢卷外圈过热,这是不允许的。
在对流传热能力和所用保护气体种类一定的条件下,F也是不变的。
因此,欲提高Q值,只有提高α值。
而提高α值,必须降低d或提高ω0值。
D值取决于内罩内壁与钢卷外圈的环形空间。
钢卷几何尺寸是一定的,尤其是钢卷外径作为炉型的主要标志,是固定不变的,同时,考虑到吊扣内罩操作等原因,内罩内壁是不能缩小的。
一般正常情况下,内罩与钢卷最大外径之间一侧间隙为100mm左右,因此,d也是定值。
这样以来,只有提高ω0值才能提高Q值。
因此,采用大功率、大风量的炉台循环风机即可加速气体流速,提高ω0值,从而相应提高t2和F,达到提高Q值的最终目的。
这就是采用强对流技术的理论基础。
2.全氢
所谓全氢是指用100%氢作为保护气体,取代过去常规的氮氢型保护气体(氮氢型保护气体,一般指2~4%H2、96~98%N2)。
选择全氢作为保护气体,主要是从氢的理化性质考虑的。
标准状况下几种气体和低碳钢的密度和导热系数如表2-1所示。
表2-1标准状况下几种气体和低碳钢的密度和导热系数
项目
密度,kg/m3
导热系数,W/(m·
K)
氢气
0.0899
0.172
氮气
1.251
0.024
空气
1.293
低碳钢
7850
69.8
从表2-1中看出,氢气的密度仅是氮气的1/14,而氢气的导热系数是氮气的7倍。
氢气重量轻,渗透能力强,可以渗入钢卷层间,充分发挥导热系数大的特点,显著提高传热效率。
氢气是还原性气体,在高温下能使FeO还原为铁,而氢气又能引起钢脱碳,反应式如下:
FeO+H2=Fe+H2O
C+2H2=CH4
生成的H2O,可在退火过程中采取热清洗手段将其除去。
氢气在钢卷中夺走碳,引起钢脱碳,应该设法避免。
氢气在退火过程中脱碳是有一定条件的,干燥的氢气脱碳的作用很小,因为这时反应速度很慢,但是氢气中只要含有0.2%~0.3%的水蒸气,它就会成为强的脱碳性气体。
同时,在低于700℃时,氢气的脱碳作用并不显著,可以忽略它的影响。
因此,针对氢气脱碳的条件,制定了避免脱碳的操作工艺。
首先炉内供应的氢气保护气体露点在-40℃~-70℃,属于高干燥性气体,对钢卷不会产生脱碳,同时在加热阶段进行长时间的热清洗,以减少炉内水分。
全氢作为保护气体,不仅显著地提高了传热效率,从而提高了退火能力,同时提高了炉温均匀性,保证了钢卷的力学性能,提高了冷轧板的内在质量及表面质量。
3.规格
单垛式紧卷罩式炉的规格是用炉型来表示的,炉型大小取决于装料的几何尺寸。
例如我厂炉型为200/650型的罩式炉,200代表退火钢卷最大外径为200㎝;
650代表退火钢卷垛最大高度为650㎝,采用㎝作为单位,是一种通常的表示方法。
4.技术性能
现以我厂HICON/H2型强对流全氢罩式炉为例进行叙述。
4.1技术性能
技术性能主要包括:
型号:
HICON/H2型强对流全氢罩式炉;
用途:
在氢保护气体下进行再结晶光亮退火;
退火钢卷最大外径:
φ1950㎜;
钢卷垛最大高度:
6500㎜;
最大装炉量:
112.5t;
平均装炉量:
100t;
最高退火温度:
710℃;
炉台小时能力:
2.13~2.92t/h;
加热罩小时能力:
3.85~6.62t/h;
燃料种类:
焦炉煤气
焦炉煤气发热值:
4050kal/m3
烧嘴类型:
高速烧嘴
烧嘴分布:
炉墙分2环,每环烧嘴错开,呈切向布置;
煤气压力:
80~100mbar
煤气最大消耗量:
1400kW(297m3/h)
空气压力:
95mbar
空气最大耗量:
1600m3/h
空气预热温度:
380—420℃
保护气体成分:
100%H2
保护气体质量:
氧含量<5ppm,纯度:
99.999%,露点:
-40℃
保护气体最大消耗量:
40m3/h
炉内保护气体压力:
炉台循环风机风量:
100000m3/h
冷却用水供水温度:
最高33℃
冷却用水供水压力:
3~5bar
冷却用水排水温度:
最大60℃。
冷却用水量:
1.8m3/h
工艺用水供水温度:
工艺用水供水压力:
工艺用水量:
28m3/h
清洗用氮气质量:
99.999%,
露点:
-50℃
清洗用氮气压力:
3~5bar
清洗用氮气用量:
120m3/h
5.设备构成
强对流全氢罩式炉技术是在氮氢型单垛型紧卷罩式炉的基础上发展起来的,它的主要特点是以强对流和全氢为出发点,相应的对设备进行改造,以适应强对流循环和全氢保护气体严密性的要求。
主要设备包括:
全封闭炉台、炉台循环风机、加热罩、冷却罩、内罩、对流板。
5.1全封闭炉台
5.1.1炉台的作用
全封闭炉台是罩式炉的主体设备,从某种意义上讲,也可以说是罩式炉的永久性设备。
炉台要承受钢卷垛和内罩的全部重量。
炉台应该具备承载能力、抵抗反复加热和冷却变形能力,并应具有不漏气、绝热性能好、蓄热量小以及结构简单等特点。
5.1.2炉台的结构
全封闭炉台由炉台钢结构本体、扩散器以及底部对流板组成。
全封闭炉台外形及钢结构如图5-1所示。
井字型钢结构梁采用
图5-1全封闭炉台钢结构
工字钢焊接而成,并与炉台底板焊接在一起,构成一个坚固的圆形承重底座。
在炉台底板内部对应工字钢位置上布置有支承柱,内部填实绝热纤维毯。
支承柱底面焊在炉台底板上,支承柱顶部与凹型球面金属壳下面支承座平稳接触。
支承柱只承受支承力,而不承受径向位移力和向上离开约束力。
这样,金属壳体因温度变化和外力作用不受限制,所以活动自由,可延长使用寿命。
金属壳体制作成凹形球面的目的,其一是可以控制径向力;
其二是与炉台循环气流方向相适应。
在炉台底部内部连接氮气进气管和出气管,通入绝热纤维层内部,使炉台金属壳体受炉内压力和温度影响相适应,也可以说和炉内压力相平衡,以保证金属壳体不变形或开裂,延长使用寿命。
金属壳体成型后,与炉台底板气密性焊接。
金属壳体内部填充绝热纤维毯,各个死角都要填实,以达到绝热效果。
这种全封闭炉台的特点是:
结构简单、坚固耐用。
首先,全封闭炉台可防止炉台绝热层内空气、水分以及杂物污染钢卷,保证炉内氢保护气体露点和含氧量,提高钢板表面质量。
其次,全封闭炉台还可以防止高导热率的氢进入炉内绝热层而破坏隔热效果,保证炉台底板不过热和炉台密封橡胶圈不过热。
扩散器及底部对流板是采用耐热钢板焊接而成的,可在高温下承受重载荷而不变形,适应于大功率炉台循环风机的气流方向,通道合理,气流分布均匀,且阻力小。
5.2炉台循环风机
炉台循环风机是强对流全氢罩式炉的重要设备,也是核心设备,又是强对流技术的出发点。
全氢型炉台循环风机结构如图5-2所示。
该风机叶轮固定在电动机出轴端,轴与叶轮采用锥形体用普遍扁
图5-2全氢炉台循环风机
形螺母并加防松片固定。
电动机上部专用法兰与炉台中心的下法兰用螺栓联接。
电动机用一个专用的封闭水套包起来,该水套与炉台另外一个较大中心法兰密封联接。
氢气通过电动机上部端盖沿着风机轴周围缝隙进入炉内,电动机周围充满和炉内相同的氢保护气体。
电动机上部安装一个导叶片,形成一个小风扇,具有离心作用,可将氢气通过专用的封闭水套内侧,从下端抽入电动机定子和转子之间,这样形成一个电动机内外冷却循环系统,可以充分冷却电动机和清洗其空间气体,对于钢板表面质量和安全生产有着重要保证。
冷却水套内侧焊有翅片,可增大冷却面积。
翅片包围着电动机,可对电动机及其轴承进行充分冷却。
由于炉内温度越高,氢保护气体密度越低,风机消耗功率越低,因此风机功率消耗较少。
这种炉台循环风机是目前比较先进的结构形式,主要有以下突出优点:
(1)风机与炉台联接轴承不需要进行密封处理,用封闭水套包围着电动机,与炉台用螺栓密封联接,将容易造成炉内氢气漏出或外界空气吸入的动密封改为静密封结构。
这项新技术从根本上解决了炉台循环风机轴泄漏的关键难题,对于采用全氢作为保护气体更有其重要意义。
(2)整体风机处在高温环境下工作,封闭冷却水套结构合理,效果好。
(3)风机采用两级变速电动机,可以变速。
(4)风机结构简单,减少维修工作量,使用寿命长。
5.3加热罩
加热罩外形如图5-3所示。
加热罩由钢结构的金属壳体、炉顶横梁、燃烧系统、排烟系统、空气预热器以及绝热炉衬等组成。
加热罩是由型钢加固并进行气密性焊接的圆筒形钢板壳体。
顶部设计成可用吊钩提升的结构形式。
底部的支承腿可使加热罩立放在专为它安装的工字钢梁上。
下部边缘由环形板组成,其下部安装密封件。
当加热罩放在炉
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