罩式退火爐設備的使用維護與改造

張會曉

（杭州富特帶鋼有限公司，浙江 杭州 311106）

退火是金屬加工行業(yè)用途特別廣泛的一種熱處理工藝。鋼帶退火，是使鋼帶通過特定工藝進行升溫、保溫、降溫的過程。在冷軋帶鋼生產(chǎn)過程中，退火主要是用來消除帶鋼在軋制過程中產(chǎn)生的加工硬化，或使其組織達到一定狀態(tài)，來滿足后續(xù)加工使用的一種工藝方法。

1 罩式光亮退火爐的基本特點

強對流罩式光亮退火爐，是一種間歇式退火作業(yè)方式，其特點是生產(chǎn)靈活、工藝調整方便，對于小批量、特種材料等，可執(zhí)行單獨工藝，尤其在新產(chǎn)品、新工藝開發(fā)過程中，可以進行小批量試驗或生產(chǎn)。

該爐建設周期短，維護使用相對容易。該退火爐每個生產(chǎn)單位包括2個爐臺，1個加熱罩和1個冷卻罩以及2個保護罩（內罩）。

生產(chǎn)過程中，1個爐臺進行加熱保溫，而另外1個爐臺則在第一個爐臺保溫完畢后，直接罩上加熱罩，并利用加熱罩余溫開始升溫；由于加熱罩起吊溫度為550 ℃左右，所以利用加熱罩余熱進行升溫，初始速度很快，在一定程度上節(jié)約了時間，同時減少了能源消耗，達到節(jié)能減排的目的。

退火材料處于強對流保護氣氛中，保護罩內部溫度均勻，保護罩內上部和底部以及退火材料四周的溫度差，基本在10 ℃以內。穩(wěn)定的溫度，保證了退火材料組織、應力的均勻分布，力學性能符合工藝的要求，降低了產(chǎn)品的次品率。

2 生產(chǎn)過程及基本設備構成

2.1 退火爐設備一般生產(chǎn)過程

一般生產(chǎn)過程為：爐臺吹掃及鋼卷吊裝→裝爐檢查→保護罩鎖緊→氣密性測試→保護氣置換→吊裝加熱罩加熱→保溫→隨爐冷卻→吊裝冷卻罩→風冷卻→水冷卻→氣體置換→出爐。

2.2 基本設備構成

退火爐設備主要部件，包括加熱罩、冷卻罩、保護罩（內罩）、爐臺、對流盤及部分輔助系統(tǒng)，如加熱控制系統(tǒng)、水冷卻循環(huán)系統(tǒng)及保護氣氛控制系統(tǒng)。

（1）爐臺。每組退火爐包括2個底部帶有循環(huán)風機的爐臺，及其附屬管路若干，如冷卻水供給管路、保護氣氛供給管路、抽真空管路、廢氣排放管路。

（2）保護罩。每組退火爐包括2個保護罩（內罩），其結構為底部敞開、其余封閉焊接成且保護罩本體圓周方向為波紋段。將其扣在爐臺上，即與爐臺構成一個封閉的小空間（簡稱退火空間），退火帶鋼就置于退火空間之中，在退火過程中，退火空間充滿保護氣體，以避免帶鋼在高溫下發(fā)生氧化脫碳。

（3）加熱罩。每組退火爐還包括一個罩形的加熱裝置即加熱罩，加熱罩扣在內罩之上，兩罩之間形成一個加熱空間，熱量通過內罩傳遞到退火空間內，加熱罩可根據(jù)加熱能源的不同，分為電加熱退火爐加熱罩和燃氣退火爐加熱罩。

（4）冷卻罩。相對于退火爐加熱罩，每組退火爐還包括一個罩形的冷卻裝置，即冷卻罩。冷卻罩在整個退火過程中，參與風冷和水冷兩個過程，所以每個冷卻罩上均安裝有冷卻風機和冷卻水管路，分別通過向保護罩提供冷卻吹風和水噴淋，來實現(xiàn)風冷和水冷過程。

（5）水冷卻裝置。即對退火爐進行降溫的裝置，這種裝置有兩套管路，一套為在冷卻罩內向內罩噴水的噴淋冷卻系統(tǒng)管路；另外一套為爐臺及高速風機電機提供循環(huán)水冷降溫，保護爐臺電機、保持爐臺密封性。

（6）保護氣氛控制系統(tǒng)。保護氣氛控制系統(tǒng)為退火爐供給保護氣體，其控制系統(tǒng)主要包括保護氣的制成、儲存、供給。因保護氣必須不間斷供給，一般保護氣系統(tǒng)包括2 套設施，其中一套使用，一套備用，且隨時切換。除此之外，有的生產(chǎn)現(xiàn)場還將為其獨立配備不間斷電源。

3 使用過程存在問題

公司退火爐設備在使用過程中，生產(chǎn)及設備人員會定期對各關鍵部位進行點檢，如檢查爐體加熱罩是否完好，內襯有無脫落、強對流風機運行過程是否有異響、冷卻風機是否運轉良好、冷卻水是否充足、保護氣氛是否足量等。

但是隨著設備使用時間的增加，設備使用維護人員的疏忽和部分設備點檢內容不合理等，都將導致退火爐運行故障的發(fā)生，降低了生產(chǎn)效率，甚至造成生產(chǎn)事故。

以下將對公司退火車間存在的主要問題進行分析，并將各項改進措施和內容進行匯總，以求最大限度地減少設備故障發(fā)生，提高生產(chǎn)效率。

（1）通常退火爐內溫度最高可達800～900 ℃，為了保護電機，同時也確保保護罩的密封性，整個爐臺有一套水循環(huán)系統(tǒng)，在工作過程中持續(xù)運行。一般情況下，整個車間所有爐臺公用一套系統(tǒng)，配備2 臺水泵以及不間斷電源。但是無法保證水泵在故障停車情況下，能夠及時進行水泵切換和供水。

（2）退火爐臺電機，通過風機葉輪為保護罩內保護氣強對流提供動力，高速運行狀態(tài)下轉速可達1 500 r/min。日常使用過程中，主要通過手動轉動和觀察進行檢測葉輪整體狀況，并不能及時將葉輪靜平衡性情況科學真實地反映出來；一旦葉輪高溫高速運行狀態(tài)下疲勞失效，平衡被打破，將造成葉片損壞，生產(chǎn)陷入停滯；嚴重情況下，會導致電機軸發(fā)生彎曲變形，甚至電機報廢。

（3）罩式爐保護氣體控制，是罩式爐控制系統(tǒng)中極為重要的控制功能，也是退火工藝控制不可缺少的補充。保護氣在保護帶鋼退火過程中不發(fā)生氧化脫碳的同時，作為保護罩內的熱傳導介質，應具有一定壓力。為了保持壓力穩(wěn)定，退火過程中保護氣會持續(xù)地通過防爆箱以點燃的方式進行排放。長期壓力偏低，甚至負壓，會導致材料受熱不均、發(fā)生氧化脫碳甚至保護罩發(fā)生變形；保護氣壓力偏大，則造成浪費。

長期以來，設備使用人員一直通過觀察防爆箱燒嘴火焰，來判斷保護氣氛是否充足，對使用人員的依賴程度較大，無法做到實時控制。

4 解決方案

（1）針對水冷卻循環(huán)系統(tǒng)因電機突發(fā)故障，或工廠電力供應問題而導致冷卻水缺失的現(xiàn)象，在冷卻水系統(tǒng)管路，增加一水壓報警裝置和相應的電氣控制系統(tǒng)。當水壓超出檢測范圍后，進行持續(xù)聲光報警，同時電氣控制系統(tǒng)自動進行水泵切換；當水壓恢復正常時，聲光報警解除。

（2）針對高速風機葉輪疲勞失效的不確定性，修改點檢內容，制定保養(yǎng)規(guī)范，根據(jù)使用頻率確保每個葉輪的校驗周期為3個月到6個月不等，點檢內容主要是設備安裝檢查和平衡測試修復。

（3）針對保護氣不穩(wěn)定的問題，每套退火爐的保護氣氛管路，增加電接點氣壓報警裝置、進爐氣壓控制閥和相應的電氣配套設施。在退火作業(yè)過程中，氣壓達到設定低壓報警點時，旁路氣壓閥打開，增加保護罩進氣量；在達到設定高壓報警點時，氣壓閥關閉；另外，氣壓在從低壓報警點到高壓報警點的過程中，持續(xù)聲光報警。

（4）針對退火爐在生產(chǎn)過程中保護氣不間斷供給的要求，為預防保護氣生產(chǎn)系統(tǒng)突發(fā)故障，造成退火材料氧化脫碳等，特在保護氣供給管路上，增加一個氮氣儲罐。在保護氣生產(chǎn)裝置突發(fā)故障時，可關閉保護氣生產(chǎn)系統(tǒng)供氣總閥門，打開氮氣儲罐與供氣主管道連接的閥門，直接為整個退火車間供氣，同時將排廢氣閥門降低至最小甚至關閉，并時刻注意各爐臺保護氣氣壓表處于正壓狀態(tài)；待保護氣生產(chǎn)系統(tǒng)故障排除，將整個管路系統(tǒng)恢復至正常生產(chǎn)狀態(tài)即可。

5 結束語

設備改造完畢后，退火爐工藝及設備日趨成熟，保護氣供給在退火過程的穩(wěn)定性也得到了保證，可靠的設備、完善的過程控制系統(tǒng)、嚴格的安全操作規(guī)程，是科學生產(chǎn)的三大重要因素。

據(jù)統(tǒng)計，公司退火車間改造完畢后，爐臺不正常停產(chǎn)時間降低了約80%，單臺退火爐帶鋼成品率也有很大的提升，且由于生產(chǎn)能力得到保證，供設備保養(yǎng)維護改造的時間，在一定程度上也得到了增加，實現(xiàn)了設備的科學合理利用。

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