对连续退火炉快冷段露点的控制研究

宁晓斌

摘要：影响连续退火炉炉内露点温度升高的主要因素，包括管式换热器的泄漏、闭路冷却水泄漏和风机主轴机封泄漏三个方面。在连续退火炉炉内露点温度高故障处理时采用传统方法不仅处理时间长，影响生产线产量，还增加了备件费用。文章结合生产实践研究得出了一套较高效的检测方法及控制措施。

关键词：连续退火炉；露点温度；泄露；检测与控制

前言

露点是指空气中在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象的说就是空气中的水蒸气变成露珠时的温度就是露点温度。连续退火炉中．露点温度的高低代表着氧化性的强弱。露点温度越高，炉内氛围中水蒸气含量就越大，氧化性就越大。生产实践表明：连续退火炉炉内露点偏高会导致产品表面发黄或发蓝等，造成降级品。同时露点高事故一般需要停炉处理，且处理时间较长，影响产线产量，增加了备件费用。

1. 连续退火炉、快冷段概述

1. 连续退火炉使用

退火是将钢加热到一定温度保温后再缓慢冷却的工艺操作，是冷轧带钢生产中最主要的热处理工序之一；退火的目的是降低钢的硬度，消除冷加工硬化，改善钢的性能，恢复钢的塑性变形能力；消除钢中残余内应力，稳定组织，防止变形；均匀钢的组织和化学成分。我厂使用的连续退火机组将冷轧后带钢的清洗，退火，平整等工序集中在一条作业线上，具有生产周期短，布置紧凑，便于管理，劳动生产率高以及产品质量优良等优点；特别对于生产汽车用高强度钢，因为连续退火过程中带钢的一次冷却速度大大高于罩式炉，显得更为有利。

2连续退火炉快冷段使用和优点

连退炉快冷段的功能就是在退火后，钢带在此通过喷气冷却器（风箱）以适当冷却速率进行快速冷却。快冷可以通过增加H2含量实现新的冷却曲线以满足新钢种对冷却速率的要求。这种特性使得买方可以适应市场的需要，还能适应冶金技术的改变。我厂使用的快冷技术是斯坦因的研发成果，包含多项优势，包括：气氛成分和压力控制：通过含有专利的膨胀节提高气密性；安装了H2含量，H2泄露，O2含量，露点等气氛分析仪；所有电气设备（电机，电加热元件，仪表，控制阀等）都做了防爆实验；所有的安全功能都采用延迟技术以防止软件出问题时发生危险。钢带通过稳定辊来稳定钢带，防止钢带颤动及由于钢带接触风箱可能造成的废料。圆柱形的炉壳使用的是8mm厚12%铬不锈钢，能够耐高压，耐高温，而且不需设内衬，这样能防止在内衬覆板损坏时纤维被吹到钢带，造成对钢带的污染。结合喷吹装置，除冷却均匀和高效之外，还具有使钢带更加稳定的优点。整个风箱都是由喷嘴组成，这样能够有效防止冷瓢曲，而且还更有利于温度的均匀；每个风箱都配备了2个位置挡板以调节横截面的喷吹效果，同时沿横截面最优的气体流量分配比例有利于提供带钢的稳定性；依靠风箱的冷却作用在高氢的气氛下能达到高的冷却速率。

二、炉内露点高原因分析

连续退火炉炉内露点高的原因在于炉内直接或者间接形成水引起的，前者表现形式为水直接泄露到炉内，包括管式换热器泄露和闭路冷却水泄露，后者表现为空气(氧气)与炉内的氢气在高温环境下进行化学反应生成水，包括风机主轴机封泄漏。以某厂情况分析：

1.管式换热器泄露

管式换热器主要用在连续退火炉的冷却段，目的在于对炉内抽出来的保护气进行冷却，然后回送到炉内对带钢进行冷却。以满足退火工艺要求。连续退火炉使用的水／气型换热器均为翅管式．每个换热器内有100～200对数量不等的U型铜管阵列，铜管管径为10mm。由于能源中心输送过来的水中含有大量的颗粒杂物，容易造成铜管堵塞，长期积累在高温条件下最终形成水垢，结垢使得管式换热器换热效率降低，局部温度升高，导致铜管烧穿。2017年6月，缓冷段1区换热器出现泄露导致炉内露点高：2018年2月快冷段2区出现换热器泄露导致炉内露点高。

2．闭路冷却水泄露

闭路冷却水主要是用来对与炉内直接接触设备如炉辊轴承、摄像头和高温计进行冷却，防止其长期处于高温状态而损坏。闭路冷却水泄露途径主要是由这些设备的冷却水套破损点直接进入炉内。设备冷却水套损坏原因包括两个：一是由于闭路冷却水中杂质含量高，在高温环境下，水套中容易结垢．出现烧穿现象：二是由于炉辊轴承的损坏或者装配精度不够导致轴承在运行过程中与轴承座水套间存在附加磨损．导致水套被磨穿。2018年6月，快冷段底辊轴承水套导致炉内露点高；2019年2月．缓冷段导辊轴承水套出现泄露导致炉内露点高。

3.风机主轴机封的泄漏

快冷上行段共设置了三组风箱，每组风箱配套一台F型离心风机，在风机吸风侧管道及风机主轴处腔体内呈负压状态。风机主轴密封采用三瓣式石墨碳环密封，长期使用机封存在磨损后，在风机转速较高时，风机主轴出腔体内负压较大，空气会从机封进入炉内与炉内氢气反应导致露点升高。2019年5月，生产双相钢时快冷风机输出达到85%，炉内露点达到-35℃,造成带钢板面出现色差。

三、传统处理方式弊端

1.管式换热器泄漏处理

对于管式换热器泄漏检测，传统的做法是停炉，然后将存在疑问的换热器拆卸下来，浸入水槽进行打压测试，进行换热器泄漏确认，然后更换新备件。这种处理方法存在泄漏的换热器直接排废，整个处理过程费时费力，影响生产，还造成备件费用提高。

2.闭路冷却水泄漏处理

闭路冷却水系统连接的设备众多，一旦出现泄漏很难查找出具体的泄漏点。当闭路冷却水出现泄漏时，传统的做法是对现场的相关设备挨个排查，寻找泄漏点，这样会导致整个事故处理时间偏长。

3.风机主轴机封泄漏处理

由于机封安装在风机主轴上的，生产期间无法进行检查更换，一般是等到停炉检修时，安排人员对石墨碳环进行外观检查，然后对磨损严重的进行更换。这样存在问题是从机封出现泄漏到检修期间，炉内露点温度持续恶化，影响快冷段冷却能力及部分钢种的生产。

四、故障检测与控制的改进

1.由于连续退火炉是一个封闭式的整体，炉内某区段出现故障会对相邻区段产生影响，尽管连退线各区段在设计时进行了隔离，但是实际生产中由于气流的扰动，相互间的影响还是比较显著的，这经常给故障点的分析判断带来困扰。

2.经过摸索验证，总结出有效的炉内露点温度高故障处理方法：一是趋势图分析法；二是对比分析法。趋势图分析法是利用控制系统提供的趋势分析软件，调出露点温度出现异常区域的历史数据，根据露点升高趋势进行故障点判断。对比分析法是指改变故障区域的设备状态，对比相应区域段露点温度变化情况，缩小故障范围，快速找到造成露点温度升高的问题设备。在实际使用的时候，需要两种方法相互结合才可以确定产生露点温度升高的具体位置，在快冷段内可以通过测试三台循环风机在不同转速状态时炉内露点及氧含量的变化情况从而判断存在泄漏的区域，并对该区域存在泄漏的设备采取相应的临时措施，维持机组的正常生产。

结束语

连续退火炉炉内露点高低反应的是炉内氛围氧化性的强弱．关系到退火带钢的表面质量。本文对连续退火炉内露点高故障进行了针对性分析，给出了具体原因，并指出了传统处理办法的弊端。通过生产总结，给出了相应的检测和措施，有力的保证了炉内露点值。

参考文献：

[1]邢巍，戚新军.冷轧带钢退火原理及连退炉内露点测量与控制.热处理技术与装备，2015