冶金动力2018年第11期退火炉闪冷段高氢控制技术
许翔1，汪红兵1，侯莉庆2摄像机广角镜头
(1.马鞍山钢铁股份有限公司冷轧总厂，安徽马鞍山243000；2.马鞍山钢铁股份有限公司工程与设备管理部，安徽马鞍山243000)
【摘要】介绍了马钢连退线立式退火炉闪冷段高氢设备的组成，主要包括快冷段出入口密封装置、氢气含量、炉内压力、安全连锁、泄漏密封测试、循环风机风量、风箱稳定辊调整、事故氮系统、分析仪系统等，研究了其控制技术，分析了存在的问题并提出了相应对策。 【关键词】连退线；立式退火炉；闪冷段；高氢
【中图分类号】TG335.12【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2018)11-0074-03 High Hydrogen Control Technology for the Flash Cooling Section
of Annealing Furnace
XU Xiang1，WANG Hongbing1，HOU Liqing2
(1.Cold-rolling Mill of Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.;2.Project and Equipment Management Dept.of Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui243000,China)
【Abstract】The paper introduces the composition of the high hydrogen equipment in the flash cooling section of the vertical annealing furnace at Masteel,including the sealing devices
at both the entrance and exit,hydrogen content,furnace pressure,safety interlink,leakage seal test,air volume of the circulating fan,adjustment of the stabilizing roll of the bellows,emer-gency nitrogen system,analyzer system and so on.The control technology for the equipment is studied and countermeasures for existing problems are also put forward.
【Keywords】continuous annealing line;vertical annealing furnace;flash cooling section; high hydrogen
引言
动静压主轴马钢2130连续退火生产线是冷轧后处理生产线，主要生产汽车板及家电板等高附加值产品。该生产线采用了法国斯坦因设计立式退火炉，该退火炉是连退线的核心工序，直接影响到产品的质量。随着汽车用钢轻量化、及提高碰撞安全性的要求，冷轧高强钢的开发与应用是当前重要的发展趋势。其中连
续退火机组可以通过提高冷却速率实现该工艺路径。马钢2130连续退火生产线退火炉的闪冷段采用了高氢冷却技术，最高氢气含量达35%，采用高速气体喷射冷却技术，最高冷却速率达100℃/s·mm，实现了对带钢的高速冷却，在高强钢DP、TRIP钢的生产上得到了很好的应用。
1退火炉闪冷段介绍
冷轧带钢进入退火炉内保持一定的速度，经过预热、加热、均热、及缓冷处理后带钢温度一般在690℃，进入闪冷段，高氢含量的保护气体经过3台变频风机高速喷吹至带钢上，一个道次内冷却至290~300℃，实现工艺要求，后经过过时效1段、过时效2段、二次冷却段、终冷段完成整个退火工艺。
该闪冷段主要包括入口密封挡板、上行段炉室、下行段炉室、出口密封挡板、三组循环冷却风机和冷却风箱安装在上行段炉室、4根转向辊及9根稳定辊组成。高纯氢气通过与氮气的配比直接注入循环风机冷却风管处。
2退火炉闪冷段控制技术
出入口密封装置：入口密封挡板垂直安装在闪冷段与缓冷段之间，为上下两组双密封，间隔1m，形成密封区域，挡板闭合后与带钢距离不大于10 mm，该密封区域通过管道与抽排风机相连，经过高速风
机向高空室外抽排，密封挡板区域形成局部负压区，实现闪冷段与缓冷段的隔离，防止高氢气体流入其他炉室，出口密封挡板垂直安装在闪冷段与过时效1段之间，其结构与入口密封挡板相同，出入口
冶金动力
2018年第11
期总第期
密封挡板只允许在低氢模式打开。当闪冷段与缓冷及过时效段通道氢气含量大于8%时，该区域未能实现有效的密封隔离，氢气向其他炉室扩散，启动反吹扫程序，在通道区域注入大流量氮气，直至氢气含量小于5%。该密封方式结构简单，成本低，但由于与带钢距离小，带钢自身板型及高速喷吹冷却过程的抖动，会产生一定的划伤，虽然密封挡板前端材料有改进，采用石棉密封条，但该部分的划伤还是时有发生，目前新建该类生产线推荐采用4辊密封辊结构。退火炉入口密封为高氢系统设计了2辊密封加锁紧装置。
高氢含量控制：氢气含量设定大于6%即为高氢模式，最高氢气含量设定35%，高氢注入分快速与慢速控制模式，hmi 可以手动选择，快速模式为全氢注入切断氮气，氢气流量最大120m 3/h，达到目标氢气含量时切换回慢速模式；慢速为按照设定氢含量通过配比氮气量注入，以上均按照设定氢含量与闪冷段炉内检测最大实际氢含量闭环控制。退出高氢模式同样分为快速与慢速控制，快速为全氮气注入切断氢气氮气流量最大650m 3/h，慢速为按照设定氢含量配比氮气量注入。
沉砂池炉压控制：闪冷段顶部抽排风机，该风机电机为11kW2900r/min 高速电机，依据炉压控制器，通过调节阀调节抽排风量，保证闪冷段炉压略低于邻近炉室炉压，该风机运转是高氢投用的必要条件，只有转入低氢模式才可以停止。终冷段抽排风机阀门开
度设定最小35%，减少气体向低温段流动。主要通过炉顶放散阀开度调节实现，该顶部放散阀由切断阀与调节阀组成，由炉压控制器调节，高氢放散时需掺入一定量的氮气稀释氢气含量排放。
安全联锁：由于该段为高氢区域，所有电气设计按欧洲zone2防爆标准设计，安全要求极高，连锁条件多，循环冷却风机轴封氢气泄漏量、炉内氧含量、风管氧含量、事故氮压力均不能超标，各类控制阀门状态正常，炉顶抽排风机工作正常，氮气压力正常，密封挡板位置正常，控制系统正常，电源系统正常，仪表用气正常，一旦出现异常将自动触发炉内安全吹扫，快速切断氢气供应，大流量氮气吹扫，直至炉内氢气含量小于1%。安全吹扫模式也可以通过人工启动，该模式启动后，人工无法干预停止，直至炉内氢气含量小于1%才可以停止。
泄漏密封测试：由于氢气的渗透性强，该区域安全性要求高，闪冷段一般2年大修时，对该炉室出入口通过盲板密封，各类对外连接管道用盲板密封，做整个炉室的气密性测试，加入压缩空气正压4000Pa，经过8h 保压大于150Pa 合格，测试期间检测各类焊缝及连接件泄漏情况。
循环风机冷却控制模型：该风机抽入炉内热氮氢保护气体经过水冷换热器冷却至40℃再喷吹至带钢上，实现闪冷段炉内保护气体循环，冷却速率主要由3台1200kW 变频风机分段控制，电机升速、降速斜坡时间大于30s，最小转速10%，每台风箱分上下两部分组成，可以分别通过挡板控制，每台风机管路设置了旁通管路，以带钢温度为控制对象实现闭环控制。采用最大转矩限幅控制，最小功率限幅控制。
计算电机功率值：P U 2
=Q Tot.
×ΔP 1
1000
计算出的最小功率设定值：
P min.SP =P min.×ρ2ρ3×N
1
N ()
3
式中，P U 2
——
—计算功率；N ——
—
最大风速：1700r/min；最小风速：170r/min/；
N 1——
—实际的风速（设定速度）；Q Tot.——
—所有循环气流量，包括旁路气流量；ΔP 1——
—风机输入/输出压力差；P min.——
—最小压力，基于最大的吹风速度含35%H 2的N 2、H 2混合气体；
图1闪冷段结构图
冶金动力2018年第11期
P min.SP ——
—计算出的最小功率设定值，基于实
际的风速，实际的N2、H2混合气体密度，N2密度1.250kg/m3，H2密度0.089kg/m3；
ρ2——
—当前循环N2、H2混合气体密度；
ρ3——
—含35%H2的N2、H2混合气体的密度
0.843kg/m3。
风箱调整：通过移动风箱调节带钢与风箱距离，调整带钢冷却效果，60~200mm通过编码器可调，风箱边部手动可以调节风量，防止冷却不均在宽带钢产生浪形及冷瓢曲，在宽带钢一次调节定位，一般不需要调节，该风箱与带钢距离需要定期标定，对带钢抖动有重要影响。
稳定辊调整：通过移动稳定辊调节稳定辊与带钢的距离，0~100mm范围通过编码器可调，由于闪冷段密封挡板与带钢距离小实际生产过程中容易产生划伤，可以依据划伤产生的部位调整相应稳定辊的位置，调整带钢偏移位置，防止带钢划伤。
事故氮系统：为了保证系统安全运行，针对高氢的投运安装了氮气事故球罐系统，该球罐氮气供应气源与炉内非同一路，防止在高氢生产过程中，正常氮气供应发生故障，事故球罐通过单向阀压差自动切换，实现退火炉的安全吹扫，迅速降低炉内氢气含量，保证生产安全，该氮气球罐储气量以退火炉一次高氢安全吹扫量计算。
分析仪表系统：闪冷段上行、下行段各有氢气、氧气含量检测，是用来确定炉内高氢及氧气含量；3台冷却风机主引风管及炉室内均有氧气含量检测；炉顶安装了露点检测装置，3台风机前后轴封装有氢气含量泄漏检测装置；该区域仪表均参与了系统连锁控制。上行出口安装辐射高温计测量最终带钢温度，下行段安装5点扫描光学高温计，用来反映炉内带钢横向冷却均匀性。
炉内工业电视系统，监控炉内带钢在高速气体冷却状态下，带钢的抖动情况。
3存在问题及对策
ttbn该系统投运过程中，发生过以下问题：
隧道定位安全联锁触发安全吹扫，主要原因有快冷风机轴承密封处检测到氢气含量超1000×10-6，局部有氢气泄漏，更换该轴承密封后正常。该处密封为检修重要检查项。
快冷出入口密封挡板距离过大，造成快冷段与其他炉室密封隔离效果差，通道处氢气含量超8%，触发
反吹扫程序，无法正常生产。调节稳定辊偏移位置，调整出入口密封挡板位置，调节快冷段抽排风量，控制快冷段局部炉压与其他炉室压力平衡，得以正常生产，定期在停炉大修期间，更换该出入口挡板密封条，重新标定密封挡板与带钢中心线距离。
快冷段氢气含量达不到最大设定值35%，主要原因有密封挡板间隙过大，造成氢气向其他炉室外泄，整体炉室有泄漏，各类氮气密封量过大。主要对策对闪冷段按2年大修周期，对该炉室进行气密性测试，对各类泄漏点消缺处理。
此外分析仪表类故障影响到该系统的正常运行，尤其在极端气候条件下，分析仪的工况不稳定，分析仪管路局部密封不好直接影响仪表检测，该类仪表的升级更新是后期重要工作。
4结语
该高氢系统自投运以来，经过摸索与优化改进，工作状况正常，是目前马钢高强钢生产的重要保证，该生产线目前月均生产高强钢达1万余t，产品性能稳定，达到了设计要求，满足了生产需求。
收稿日期：2018－06－07作者简介：许翔（1971-），男，2011年毕业于安徽工业大学电气自动化专业，本科学历，工程师，现从事冷轧退火炉控制技术研究工作。
（上接第20页）从表4可看出，吹扫后产品氧气增加1345m3/h，液氧量增加约900m3/h，液氩量增加
约235m3/h。所有参数基本恢复到正常状态，吹扫效果明显。
5结论
制氧机组主换热器通道堵塞，若判断为粉尘、细小颗粒物、较轻的杂物等附着力小的异物造成，只要流程组织合理，完全可以通过反向吹扫的方法处理解决。
透风窗
运用反向吹扫的方案解决制氧机组主换热器堵塞的方案，大大简化了施工难度，节约了人力、物力；丰富了主换热器局部堵塞的处理思路，对同类问题的出现提供了新的解决方案；避免了对设备不必要的内部损伤，防止设备运行寿命缩短；避免了全塔扒砂的安全风险；避免了扒装珠光砂对环境的污染。
收稿日期：2018－07－18
收到修改稿日期：2018－08－05作者简介：幸钢（1973-），男，1996~1997年进修于西安交通大学能动学院低温专业，制氧技师，现从事制氧机的生产运行及设备管理工作。
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