高氫高速噴氣冷卻技術(shù)在汽車(chē)板高強(qiáng)鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘要：降低車(chē)身重量同時(shí)提高安全性，是當(dāng)前汽車(chē)板用鋼的主要發(fā)展方向。在退火過(guò)程中投用快冷段高氫功噴射冷技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度汽車(chē)用鋼的一種途徑。通過(guò)對(duì)熱鍍鋅線快冷段高氫高速噴冷技術(shù)的攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了高氫模式的功能投入及穩(wěn)定運(yùn)行，提高了帶鋼的冷卻速率。由于氣氛均勻，溫度的控制也均勻，帶鋼板型得到了更好的保障。通過(guò)對(duì)高氫冷卻技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了冷卻段風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，有效的降低了能源損耗。

關(guān)鍵詞：高氫高速；安全保障；控制；節(jié)能

隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)高強(qiáng)鋼的開(kāi)發(fā)一直是鋼鐵行業(yè)探索研究的重要方向。河鋼邯鋼邯寶冷軋廠連續(xù)熱鍍鋅1#線定位于高檔家電板以及汽車(chē)面板的生產(chǎn)，其退火爐采用高氫保護(hù)氣體噴射冷卻技術(shù)提升帶鋼的冷卻速率；此外通過(guò)對(duì)快冷段移動(dòng)風(fēng)箱技術(shù)的開(kāi)發(fā)，減少帶鋼與風(fēng)箱的距離來(lái)增大氣體噴射壓力，從而增加氣體流速，進(jìn)一步提高帶鋼的冷卻速率，以滿足高強(qiáng)鋼生產(chǎn)需求。

1 高氫投入的安全保障

氫氣作為一種易燃易爆的氣體，其爆炸極限在4%～756%，危險(xiǎn)性非常高。快冷段要想完成高氫注入，首先就必須保證氫氣注入的安全性。由于氫氣的易燃、易爆及易泄漏的特點(diǎn)，快冷段循環(huán)管道需要有較好的氣密性，并且需要獨(dú)立的監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)保證安全。

1.1 膨脹節(jié)氣密性監(jiān)測(cè)設(shè)備優(yōu)化

為保證膨脹節(jié)內(nèi)壓力穩(wěn)定，及時(shí)快速的排查泄漏，在每一路膨脹節(jié)氮?dú)庾⑷牍艿郎?，都安裝有一個(gè)壓力低報(bào)監(jiān)測(cè)器和一個(gè)流量高報(bào)監(jiān)測(cè)器。由于膨脹節(jié)內(nèi)部壓力要高于爐內(nèi)壓力以及標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，當(dāng)出現(xiàn)泄漏時(shí)，必將出現(xiàn)膨脹節(jié)內(nèi)部壓力偏低和保壓氮?dú)饬髁吭龈叩默F(xiàn)象。

1.2 泄露監(jiān)測(cè)設(shè)備投用

為了監(jiān)測(cè)氫氣泄漏情況，快冷段的4個(gè)循環(huán)管道上方分別設(shè)有氫氣泄露監(jiān)測(cè)設(shè)備，并將監(jiān)測(cè)值送到測(cè)爆儀柜CEX上。只要任何一處的氫氣泄漏量超過(guò)3%，CEX進(jìn)行就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，并將此信號(hào)送到控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)通過(guò)控制邏輯停止高氫注入程序，并啟動(dòng)氫氣泄漏緊急處理程序。

2 高氫模式的調(diào)試開(kāi)發(fā)

2.1 爐壓控制及壓力平衡修正

爐內(nèi)壓力的分布情況影響著快冷段氫氣向各個(gè)區(qū)域擴(kuò)散速度，而爐壓的控制是調(diào)整各個(gè)爐內(nèi)保護(hù)氣注入點(diǎn)的注入量來(lái)完成的。壓力平衡修正即為通過(guò)安裝在加熱爐各區(qū)域的壓力變送器檢測(cè)加熱爐各區(qū)域的爐壓，選取最小的壓力值與當(dāng)前操作人員設(shè)定的爐壓相比較，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行流量補(bǔ)償。該補(bǔ)償流量是由控制程序中壓力平衡PID控制器的輸出、區(qū)域最大設(shè)定流量以及壓力修正因數(shù)計(jì)算所得。

2.2 氫氣平衡功能

氫氣平衡修正是通過(guò)一臺(tái)氫氣分析儀，將爐內(nèi)各區(qū)域的氫氣含量測(cè)出，通過(guò)比較快冷段前后區(qū)域的氣氛中的氫氣濃度，調(diào)整各區(qū)域爐內(nèi)氣氛的注入量，以達(dá)到保證前后氫氣含量基本相等，防止氫氣通過(guò)入口密封輥或爐鼻子溢出，產(chǎn)生安全事故。補(bǔ)償流量是由控制程序中氫氣平衡PID控制器的輸出、各區(qū)域流量的設(shè)定值以及實(shí)際值計(jì)算所得。

2.3 快冷段內(nèi)不同濃度的氫氣含量對(duì)冷卻功率的影響

研究表明[1]，帶鋼冷卻效果的決定因素在于對(duì)流換熱系數(shù)和冷卻氣體溫度，其中氣體冷卻溫度取決于水冷換熱器的換熱效果。而影響對(duì)流換熱系數(shù)的因素主要有導(dǎo)熱系數(shù)、噴嘴形狀、噴嘴間距、噴嘴與帶鋼表面間距以及氣體噴出流速等[2]。帶鋼的冷卻效果取決于對(duì)流換熱系數(shù)，而氣體的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)對(duì)流換熱系數(shù)影響極大。與氮?dú)庀啾?，氫氣的?dǎo)熱系數(shù)極大，大約是其的7倍左右，因此將固定區(qū)域內(nèi)氫氣含量提高，是提高帶鋼冷卻速率非?？尚械姆椒ā?/p>

通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，在快冷段單獨(dú)注入20%氫含量相較于退火爐各段整體注入4%左右氫氣濃度時(shí)，氫氣含量并沒(méi)有增加，但由于快冷段氫氣濃度的增加，提高了保護(hù)氣的對(duì)流傳熱系數(shù)，降低了冷卻風(fēng)機(jī)的功率。噸鋼可降低電耗約12度左右，大幅降低了電耗，節(jié)省了生產(chǎn)成本。

通過(guò)增加快冷區(qū)域氫氣含量，快冷段三個(gè)區(qū)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速都有明顯的下降趨勢(shì)。因此，我們可以在保證帶鋼溫度保持不變的前提下，通過(guò)增加快冷區(qū)域氫氣的含量，從而保證產(chǎn)線可以達(dá)到一個(gè)更高的生產(chǎn)速度。當(dāng)快冷段入出口之間溫差設(shè)定固定時(shí)，帶鋼的冷卻速率和生產(chǎn)線運(yùn)行速度成正比。因此，對(duì)一種固定規(guī)格的高強(qiáng)鋼來(lái)說(shuō)，帶鋼進(jìn)入和離開(kāi)快冷段時(shí)的板溫設(shè)定是固定的，當(dāng)我們進(jìn)行產(chǎn)線提速的時(shí)候，帶鋼的冷卻速率也會(huì)提高。

2.4 移動(dòng)風(fēng)箱與帶鋼間距對(duì)冷卻速率的影響因素

當(dāng)風(fēng)機(jī)負(fù)荷一定的時(shí)候，保護(hù)氣體的噴射壓力取決于移動(dòng)風(fēng)箱與帶鋼的間距。保護(hù)氣體的噴射壓力會(huì)隨著間距的增大而減小，間距的減小而增大。HNX保護(hù)氣體與帶鋼之間的傳熱系數(shù)受到保護(hù)氣體的噴射壓力影響明顯。間距固定不變時(shí)，當(dāng)HNX保護(hù)氣體的噴射壓力升高，帶鋼與保護(hù)氣體之間的傳熱系數(shù)也隨之變大。因此，移動(dòng)風(fēng)箱與帶鋼的間距對(duì)帶鋼的冷卻速率有直接的影響。間距變小，帶鋼的冷卻速率會(huì)隨之提升，間距變大，帶鋼的冷卻速率會(huì)隨之降低。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)邯寶冷軋廠熱鍍鋅線快冷段高氫功噴射冷卻技術(shù)的攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了高氫模式的功能投入及穩(wěn)定運(yùn)行，提高了帶鋼的冷卻速率。由于高濃度氫氣具有還原性，帶鋼表面不易被氧化，入鋅鍋前表面質(zhì)量得到提升，鍍鋅后的板面有了明顯的提升。實(shí)現(xiàn)了DP600+Z、DP780+Z等具有代表性的高強(qiáng)鋼批量穩(wěn)定生產(chǎn)，填補(bǔ)了河北省的相關(guān)產(chǎn)品空白。通過(guò)對(duì)高氫冷卻技術(shù)的應(yīng)用，大大降低了冷卻段風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，有效的降低了能源損耗。

高氫噴射冷卻技術(shù)不僅在汽車(chē)用高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)中效果明顯，而且應(yīng)用在其它鋼種上時(shí)，同樣可顯著降低冷卻風(fēng)壓及冷卻功率，減小了因帶鋼抖動(dòng)造成劃傷的風(fēng)險(xiǎn)且降低了噸鋼電耗，有效地降低了生產(chǎn)成本，故高氫噴射冷卻技術(shù)具有其廣泛的推廣意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙鎮(zhèn)男.傳熱學(xué)[M].高等教育出版社，2008：195.

[2]向順華，黃霞蘭，馬建華.帶鋼連續(xù)退火爐中氣霧冷卻速度的計(jì)算[J].寶鋼技術(shù)，2004（1）：6264.

作者簡(jiǎn)介：只煒，男，工程師。