热镀锌退火炉热工工艺分析

鞍 钢技 术 ANGANG TD HN()I Y 2005年第 2期 总第 332期 热镀锌退火炉热工工艺分析 贾丽娣 吕春风 李锋 李静z 林斌z 白世宏z (1．鞍钢集团技术中心 2．鞍钢集团新轧钢股份有限公司) 摘要 介绍了热镀锌退火炉的组成及退火工艺过程，从退火炉各段的温度、气氛对镀锌层 粘附性的影响方面对退火炉热工工艺进行了分析。 关键词 热镀锌 退火炉 温度 气氛 Analysis on Thermal Technology of An nealing Furnace for Hot Galvanizing Jia Ijdi Lu Chunfeng Li Feng (1．Angang Technology Center Ij Jing Lin Bin Bai Shihong 2．Angang New Steel Co．，Lt& ) Abstract This paper introduces the component of annealing furnace for hot galvanizing and the annealing proce~，analyzes the thermal technology of annealing furnace from the influence of the tem- perature and atmosphere of each section of the annealing furnace on the vi~osity of zinc coating ． Key W ords hot galvanizing annealing furnace temperature atn~ phere 0 概述 改 良森吉米尔法热镀锌退火炉 由无氧化段、 还原段、缓冷段、喷流冷却段四部分组成。无氧化 段的作用是将基板 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面残油挥发，并快速提高带 钢温度；还原段的作用是将带钢温度进一步提高 到再结晶温度，并还原表面氧化膜；缓冷段的作用 是在再结晶温度下保温、缓慢冷却 ．并还原带钢表 面氧化膜；喷流冷却段则用于将带钢快速冷却到 镀锌温度，并保证带钢表面以光亮状态进入锌锅。 因此 ，退火炉各段的温度工艺直接影响镀锌板表 面镀层的质量和性能。 鞍钢冷轧厂 1 、3 热镀锌机组均采用改良森 吉米尔法，退火炉部分为立式结构，其示意图见图 1 图 l 退火炉示意图 贾丽娣，高级工程师 ，1989年毕业于东北大学热能工程专业 ，现在鞍钢技术中心冶金工艺研究所从事冶金热工技术研究(114009)。 维普资讯 http://www.cqvip.com 贾丽娣 吕春风 李锋 李静 林斌 白世宏 热镀锌退火炉热工工艺分析 ·25· 1 退火炉各段温度特点 1．1 无氧化段 无氧化段实际由两部分组成：无烧嘴预热区 和有烧嘴燃烧区。带钢由密封辊入 口处在室温状 态下进入预热区，由于该机组没有清洗处理，因此 带钢表面残留的轧制油需通过无氧化加热工艺去 除。轧制油的主要化学成分是碳氢化合物，其裂解 温度通常在400~420℃左右(油脂种类不同，裂解 温度不同)L1]。从无氧化段炉形结构分析，预热区 内热量来自烧嘴区焦炉煤气燃烧后废气的热量， 温度相对较低。该段温度控制的重点是使带钢表 面油脂完全挥发，若控制不当，剩余的油脂进入烧 嘴燃烧区，油脂就会被碳化，使带钢表面出现较多 的结晶点 ，镀层表面锌花小、均匀性差 ，并伴有脱 锌现象，影响热镀锌表面质量。目前，退火炉预热 区在厚料生产时能够满足温度要求，但在薄料生 产时温度通常达不到要求，因此应研究如何提高 薄料生产时预热区的温度。具体操作工艺可通过 调节烟闸开启度，改变烧嘴燃烧区(一～四区)的 热量分配 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 来实现。 烧嘴燃烧区采用焦炉煤气为燃料，高温燃烧 产物直接加热带钢，带钢升温速度快，但同时要考 虑带钢宽度方向温度的均匀性，以避免影响锌花 尺 寸(带钢表面温度低则锌花小，温度高则锌花 大)。影响带钢表面温度均匀性的因素有：烧嘴结 构、烧嘴布置方式、烧嘴燃烧状况、炉温控制方式。 该炉烧嘴结构为直火焰结构，每一对烧嘴在带钢 宽度方向两侧交错布置，平行于带钢表面两侧进 行加热。从烧嘴结构和布置方式分析，烧嘴火焰长 度必须达到带钢宽度的大小且温度均匀，才能保 证带钢加热温度的均匀性。目前，炉温控制方式是 以区为控制单位，通过调节每个区的空煤气流量， 实现 目标温度闭环控制。但随着空煤气流量的调 节，气体喷出速度改变，火焰长度会发生变化，有 可能造成温度不均。因此减少热负荷时，应按一 区、二区、三区、四区的顺序关闭部分烧嘴以降温， 同时保证开启烧嘴在最佳额定状态下工作，以避 免因调节炉温而出现的横向温度不均问题。另外， 在调节一种温度制度后，对每个烧嘴的燃烧状态 应进行微调，尽可能保证各区烧嘴燃烧状态接近， 提高区内温度均匀性的控制精度。 1．2 还原段 连续热镀锌机组所用 的原料主要 为冷轧板 卷。在冷轧过程中会发生塑性变形 ，晶粒延长、扭 曲或破碎，产生加工硬化，所以必须通过再结晶退 火形成无应变的新晶粒[2]，以改善带钢的性能。还 原段的作用就是使带钢达到其再结晶退火温度， 同时对带钢表面的氧化膜进行还原。该段在保护 气氛下采用辐射管间接加热，带钢升温速度较慢。 目前主要生产 ( 、DQ、DDQ三种级别的镀锌板， 由于还原段设计能力略显不足及炉温调节缓慢， 不同产品退火温度的调节需要在与无氧化段配合 的同时进行调节。通过调节无氧化段带钢出炉温 度和还原段出炉温度来保证所需的退火温度。 1．3 缓冷保温段 带钢在还原炉出口达到再结晶温度，再结晶 开始，通过缓冷保温段保温一段时间保证再结晶 完全 ，再进行缓慢冷却。该段采用电加热保温，空 气辐射管缓慢冷却，以保证带钢表面氧化膜彻底 还原。 1．4 喷流冷却段 带钢出缓冷保温段时温度为 680℃左右，进入 喷流冷却段后，快速冷却到人锌锅所要求 的 475 C。带钢人锌锅温度的高低影响热镀锌板镀层 的粘附性，温度高时会造成镀层粘附性及韧性恶 化，同时易形成锌粒缺陷，影响镀锌板 的表面质 量，因此该段温度调节非常重要。喷流缓冷采用循 环风机将炉内气体抽到水冷换热器中，冷却后再 进入炉内，通过喷流装置的许多小孔直接喷到带 钢表面。由于气流流速高，对流传热快，带钢能够 快速冷却。冷却段共有 8台循环风机 ，通过调节循 环气体流量来控制一～四区的温度。 2 退火炉炉内气氛 2．1 氧化段炉内气氛控制 根据现代热镀锌理论，带钢进入锌液后，表面 应呈活性海绵铁状态 ，同时在锌液中加入适量的 铝 ，可以使钢基和铁一锌镀层之间形成阻止扩散的 中间层 Fe 化合物，使镀层能够牢固地附着在 钢基表面嘲。带钢经明火氧化炉去除表面油脂时， 同时在表面形成一层很薄的氧化膜，所以必须在 还原段、缓冷段完全去除，使基板表面以活性海绵 铁状态进入锌液镀锌，以免出现脱锌、露铁等现 象。 维普资讯 http://www.cqvip.com ·26· 《鞍钢技术}2005年第 2期 总第 332期 无氧化炉主要通过烧嘴空气过剩系数的调节 来控制炉内气氛。一般炉气成分含有00 、H2O、 H2、CO、02，其中02、00 、H2O为氧化性气体，H2、 CO 为还原性气体。由于02的氧化性最强，为避免 自由 对钢的强氧化作用 ，烧嘴空气过剩系数必 须小于 1。00 、H2O与钢板的氧化反应是可逆的， 反应方向与 H2、CO 的浓度及温度有关。 Fe+00 与 FeO+C0 Fe+H20与FeO+H2 无氧化炉烧嘴区炉温一般为 1200℃左右，炉 内若要控制为还原性气氛，必须保证 HzO／H~≤ 0．79、00 ／C0≤0．317，空气过剩系数控制在 0．6 以下 ]。空气过剩系数这样低，燃烧起来很困难 ， 而且浪费燃料，因此实际操作中烧嘴的空气过剩 系数一般为 0．85～0．96，炉内控制为微氧化性气 氛，这样在无氧化段带钢表面实际仍形成很薄的 氧化膜，再通过退火炉后面几段进行还原处理。但 是，由于鞍钢焦炉煤气成分经常波动，影响理论空 气量，进而影响烧嘴实际空气过剩系数，所以目前 生产 中烧嘴空气过剩系数控制在 0．96～0．98左 右，有时大于 1。因此，为保证炉内气氛，可以在煤 气管道加设热值仪，参与烧嘴空气过剩系数调节， 以进一步稳定炉内气氛。另外，还原段保护气体中 剩余的 H2进入无氧化段，对形成还原性气氛有 利。 带钢表面氧化程度还与带钢在炉内的加热时 间有关。随着加热时间延长，氧化加剧。因此，在保 证带钢退火温度条件下，应适当提高机组生产率， 缩短带钢在炉内的停留时间，以减小氧化铁皮厚 度，改善锌层粘附性。 2．2 还原段气氛控制 无氧化段以后的还原段、缓冷段、快冷段炉内 气氛均控制为还原性气氛，目的是将带钢表面在 无氧化段形成的氧化铁薄膜还原，使带钢表面以 活性海绵铁状态进入锌液。炉内通人 H2+N2保护 气体，利用 H2将氧化铁还原为纯铁，同时生成 H2O。由于还原段带钢温度较高，带钢表面还原反 应激烈，氧化铁皮主要在该段去除。缓冷段、快冷 段进一步还原并保护带钢表面还原性。因此从带 钢人锌锅之前、锌鼻子处到还原段人 口，炉内 H2 含量逐渐减少。正常情况下 ，退火炉严密没有漏 气，退火炉内H2消耗量取决于带钢表面氧化铁皮 厚度，保护气体中H2含量必须大于其实际消耗 量 ，才能保证带钢还原彻底。还原段的气氛通过调 节保护气体H2的比例来进行控制。由于机组生产 率随带钢规格变化而变化，而带钢表面氧化铁皮 厚度很难估计。因此实际生产中，通过对炉内各段 露点的检测，确定炉内实际的H2O分压，再根据带 钢温度查取 H2一H2O分压的平衡常数，确定合适的 H2分压和流量。但从生产实际看 ，随着机组生产 率的变化，炉内剩余的 H2含量也产生波动，这关 系到生产工艺的调节。经济合理的使用 H2，随时了 解该参数，及时调节通人的保护气体 H2的比例参 数，会使炉内气氛控制更可靠。因此，还可考虑在 还原炉出 口处或第一区设置 H2含量检测仪或取 样孔，在线检测或定时进行取样分析 H2含量，以 便及时了解炉内气氛情况，稳定工艺。 参考文献 1 吕军等．无氧化工艺对连续热镀锌钢板锌层附着性的影响．钢 铁 ，2001，7 2 胡赓祥，钱苗根．金属学．上海；上海交通大学．1985 3 李九岭．带钢连续热镀锌(第二版)．冶金工业出版社，2001 4 陆钟武，宁宝林等．工业炉热工及构造．沈阳：东北大学 ，1983 (编辑 裒晓青) 收稿 日期 ：2OO4一O8—12 维普资讯 http://www.cqvip.com