第三章 连续退火炉保护气氛的控制
第一节气氛控制的目的
硅钢的连续炉退火，不论是中间退火，还是成品退火，都要求脱碳而且保证钢带表面不氧化。脱碳反应主要靠湿的保护气氛(H2+N2+H20混合气体)中的水蒸汽，其化学反应式为： H20+C＝CO+H2……(3—1)
在此同时又可能发生下述两个反应：
Fe+H20=FeO+H2……(3—2)
Si+2H20＝2H2+SiO2……(3—3)
要保证脱碳反应的顺利进行，而又要避免硅钢带的氧化，尤其是避免铁的氧化反应式的发生，就要对炉内保护气氛，包括氢气、氮气的比例、水蒸汽的量、炉内保护气体的定向流动、炉压分布等进行严格的控制。对钢带中铁、硅等的氧化条件也必须尽量避免。
第二节几种常用保护气体的性质及制备方法硅钢连续退火炉用氢气和氮气的混合气体作保护气体，为了脱碳，加入一定的水蒸汽。 一、氢气
氢气是世界上所有已知的物质中最轻的物质，是一种无、无嗅、无味的气体。氢的原子量为1.008，克分子量为2.016g，在标准状况下的密度为0.08987g／L，对空气的相对比重为0.06952。
氢在水中的溶解度很小，在0℃和1个大气压下，1体积水仅能溶解0.02体积氢，氢的渗透性很强，能透过炽热铂、镍、铁等金属，在240℃时就可以穿透钯，在常温下氢可以透过有孔物质和橡皮，但不能透过玻璃。
氢气在空气里燃烧时发生浅兰火焰，生成水，并放出大量的热：
2H2+02=2H20+136.8kcal
2份氢气和1份氧气的混合气称为爆鸣气。爆鸣气在180℃时，氢、氧开始进行明显的化合反应。随着温度的升高，反应速度加剧。在火星、火焰或高温(700℃以上)作用下，2份氢和1份氧迅速地化合，并放出大量的热，使体积急剧扩大而发生爆炸。但干燥的爆鸣气即使在1000℃时也不会发生爆炸。当有催化剂和水蒸汽存在时，加剧了氢氧的化合反应，促进了爆鸣气体的爆炸。氢与氧或氢与空气混合物的爆炸范围如下：
H2：94.3％～5％O2 ：5.7％～95％
H2：73.5％～5％空气：26.5％～95％
氢是还原性气体，在高温下可从金属化合物中夺取氧、磷、硫、氮、氯、碳等，使化合
物还原如：
Fe3O4+4H2＝3Fe+4H20 (3—4)
WO3+3H20=W+3H20 (3—5)
SiCl4+2H2＝Si+4HCl (3一6)
氢的制取方法：
在实验中常用在金属活动性顺序表中排在氢前面的金属与酸反应来制取氢，如：
Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑(3一7)
硅钢片厂由于用氢量大，对氢气的质量要求较高，所以常用电解氢氧化钠水溶液制氢。另有加压提纯装置，向厂内各生产线送出氢的质量标准为：
纯度：99.99％(体积)以上
压力：0.22MP
含氧量：≤2PPM
露点：≤–60℃
由于纯水导电能力极弱，故采用20土3％的NaOH水溶液作为电解液，当电解槽接通直流电源后，溶液中的氢离子和氢氧根离子分别向阴极和阳极移动，在阴极上H+获得电子而析出氢气，在阳极上OH-离子释放电子而析出氧气，其反应如下：
1、在电解液中：
4NaOH—4Na+ + 4OH- ……(3—8)
4Na+ + 8H2O—4H3O++ 4NaOH ……(3—9)
8H2O—4H30 + + 40H-……(3—10)
2、在阴极：
4H30+—4H+ + 4H20 …… (3—11)
4H+ + 4e—4H ……(3—12)
4H—2H2↑……(3—13)
3、在阳极
4OH-+4e—2H20+02↑…… (3—14)
电解NaOH水溶液制氢流程如下：
二、氮气
氮气是氧气厂制氧时的副产品，经加压后送至厂氢气站，经过提纯后要求达到下列质量标准，而后送往厂内各生产线。
压力：≥0．15MPa
纯度：99．999％
DP：≤一60℃
含氧量：≤10PPM
含氢量：≤0．2％
第三节保护气体通入炉内方式
连续退火炉用H2+N2混合气体作为保护气体，为了保持炉压及防止空气侵入炉内，炉子的进出口密封室及循环气体喷吹冷却段等处都通入一定量的氮气。在正常生产时通入炉内的保护气体的走向及位置如图3—1所示。
图3-1 保护气体布置示意图
一、N
2的通入 (指正常用低压N
气体混合器
2
)
1、进口密封室：其通入量的大小由设置在现场的转子流量计来控制。
2、RJC（循环气体喷吹冷却器）：其通入方式同进口密封室。其通入量根据工艺要求而定。
3、出口密封室：其通入方式同入口密封室。其通入量根据工艺对炉压的要求而定。
二、H
2+N
2
混合气体的通入
H2+N2混合气体分为干混合气及湿混合气（即经过加湿器）两种，均热炉从第七段至第十五段为止的炉子两侧，每一炉段都对称地布置着干、湿混合气体的通入口、各通入口前都有一手动阀，每一湿混合气通入口前手动阀下端都设置有一排除冷凝水的考克阀。混合气体中H2和N2的比例及通入量由氢气、氮气管道上分别设置的氢气流量阀及氮气流量调节阀控制。定量的H2及N2在混合器中充分混合， 从混合器出来的混合气体管道，其中一根通过加湿器加湿以后成为湿混合气体进入炉内；另一根不经过加湿器而直接作为干混合气通入炉内。干、湿混合气体的流量分别由设置于仪表操作程序内的流量调节器来控制。
三、气体加湿装置及混合气体的加湿
加湿装置是为了将H2、N2混合气体按脱碳退火工艺的要求加湿到所规定的露点而设置的。
增湿器的加热方式为电加热。
电源：380V，50Hz，3φ；
功率：增湿槽：60kw；给水予热槽，15kW；
增湿器的设备组成及控制系统见图3—2：
图3-2 加湿器控制示意图
1、混合气体预热器
该预热器是将进入加湿器之前的混合气体加热到加湿的温度，避免了冷混合气体直接进入加湿器后造成加湿器水温的波动，保证了加湿过程的稳定性。预热后的混合气体温度有指针式温度计直接显示和热电阻测量远传显示。其温度的控制可通过手动或自动调整通过预热器的过热蒸汽量的大小来实现。
2、加湿槽
加湿槽是加湿器的主体，混合气体就是在此槽中加湿到所要求的露点值。加湿过程如下：经过预热了的混合气体，由管道通入加湿槽底部，由底部管道上的小孔以分散的细流从加湿槽的底部喷出并经过加热到一定温度的软水逐渐上升，变为水份饱和的湿混合气体，然后由加湿器顶部的配管引到炉旁。在加湿器的底部有12根5KW的电加热器，用于对槽内软水进行加热，水温通过温度调节器TIC按照工艺设定值进行自动控制。加湿槽中的水份在使用过程中不断有所消耗，液位开关LC是检测加湿槽水位用的，当水位到达低限时，LC发出向加湿槽供水的信号，此时，SOV-1阀自动打开，由给水预热槽供给加湿器以同一温度的软水，液位到达上限后，SOV-1阀又自动关闭。
3、混合气体的加热器
经过加湿了的H2+N2气是水份饱和式混合气体，如果在管道输送过程中温度逐渐降低，就将结露而减少了保护气体内水份的含量，为了避免经过加湿的保护气体因结露而减少水份，所以经过加湿的保护气体出加湿槽后的管道上布置有一条伴热蒸汽管道。伴热蒸汽管道
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