取向硅鋼罩式爐高溫退火鋼卷溫度測試分析

石良，宋清陽

（鞍鋼股份有限公司冷軋硅鋼廠，遼寧 鞍山114021）

高溫退火是取向硅鋼生產(chǎn)過程中的重要工藝環(huán)節(jié)。取向硅鋼鋼卷經(jīng)前工序脫碳退火及涂MgO隔離層后裝入罩式爐內(nèi)進(jìn)行高溫退火。退火過程中，升溫階段（室溫→1 200℃）、1 200℃高保溫階段及1 000℃以上冷卻階段 （1 200→1 000℃）為外罩爐溫控制，1 000℃以下冷卻階段為內(nèi)罩溫度控制，而鋼卷的實(shí)際溫度無法檢測。本文根據(jù)三垛式罩式爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取在爐內(nèi)3個(gè)鋼卷的外側(cè)和中心分別埋入熱電偶以檢測鋼卷實(shí)際溫度的方法，根據(jù)溫度記錄數(shù)據(jù)曲線對外罩爐溫、內(nèi)罩溫度、3個(gè)鋼卷的溫度趨勢和一致性進(jìn)行了分析，確定了鋼卷實(shí)際溫度與生產(chǎn)工藝曲線的關(guān)系。

1 測試裝置

取向硅鋼高溫退火三垛式罩式爐為周期性加熱設(shè)備，鋼卷隨時(shí)間周期在爐內(nèi)完成加熱、保溫及冷卻的退火過程。三垛式罩式爐示意圖如圖1所示，包括一個(gè)外罩（加熱罩）和三個(gè)內(nèi)罩，每個(gè)內(nèi)罩內(nèi)一個(gè)鋼卷，鋼卷立放在底盤上。在外罩的內(nèi)側(cè)安裝電加熱元件，保證外罩爐溫并加熱內(nèi)罩，內(nèi)罩再傳熱給鋼卷。內(nèi)罩內(nèi)根據(jù)工藝要求，在不同階段分別通入N2或N2+H2或H2。其主要特點(diǎn)為① 外罩（加熱罩）采用電加熱，溫度均勻穩(wěn)定；② 操作靈活性強(qiáng)，退火周期及工藝曲線容易調(diào)整，探索新工藝更為便捷，生產(chǎn)初期試生產(chǎn)更為便利；③ 可以多品種小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模容易擴(kuò)大；④ 爐襯均采用輕型結(jié)構(gòu)，為陶瓷纖維內(nèi)襯，可有效地減少爐體散熱和蓄熱損失，降低爐子的控制惰性。

圖1 三垛式罩式爐示意圖

2 測試方法

（1）分別測試罩式爐內(nèi)3個(gè)鋼卷中心點(diǎn)和外側(cè)溫度各1處、外罩爐膛溫度1處、內(nèi)罩氣體溫度1處。圖2為鋼卷內(nèi)埋入熱電偶位置示意圖，其中位置①、③、⑤為鋼卷縱向、橫向中心，檢測鋼卷中心溫度；位置②、④、⑥分別距鋼卷上端面、外側(cè)50 mm，檢測鋼卷外側(cè)溫度；位置⑦檢測外罩爐膛溫度；位置⑧檢測內(nèi)罩氣體溫度。

圖2 鋼卷內(nèi)埋入熱電偶位置示意圖

（2）3個(gè)鋼卷在前工序生產(chǎn)卷取時(shí)分別在中心點(diǎn)和外側(cè)插入4 mm厚U型鋼板，鋼板開口側(cè)朝向鋼卷工作側(cè)，鋼板開口側(cè)的邊緣與鋼卷外側(cè)的邊緣平齊，長鋼板插在鋼卷圓環(huán)的中部，短鋼板插在距離鋼卷邊緣50 mm處。鋼卷放置到罩式爐底盤后從U型鋼板處插入熱電偶。

（3）3個(gè)鋼卷的6支熱電偶、外罩爐膛溫度熱電偶、內(nèi)罩氣體溫度熱電偶一起接入爐外的溫度記錄器，溫度數(shù)據(jù)記錄周期為20 s。

（4）罩式爐生產(chǎn)工藝曲線如圖3所示。罩式爐按工藝曲線進(jìn)行升溫、保溫、冷卻，溫度記錄器記錄實(shí)際溫度曲線。

圖3 罩式爐生產(chǎn)工藝曲線

3 測試結(jié)果及分析

退火過程溫度測試數(shù)據(jù)及加熱、冷卻速率見表1。根據(jù)溫度記錄器從加熱開始到冷卻結(jié)束記錄的溫度數(shù)據(jù)，形成外罩爐溫、內(nèi)罩溫度和鋼卷溫度曲線，如圖4所示。結(jié)合表1和圖4可以看出：

（1）取向硅鋼高溫退火三垛式罩式爐外罩爐溫、內(nèi)罩溫度、鋼卷溫度符合工藝規(guī)律。爐內(nèi)3個(gè)鋼卷的溫度均勻一致，不同階段3個(gè)鋼卷的外側(cè)溫度一致、中心溫度一致。

（2）升溫階段：外罩爐溫高于內(nèi)罩溫度，內(nèi)罩溫度高于鋼卷溫度，鋼卷外側(cè)溫度高于鋼卷中心溫度。外罩爐溫、內(nèi)罩溫度、鋼卷溫度升溫速率基本一致，鋼卷升溫速率實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝曲線的設(shè)計(jì)目的。

（3）高保溫階段：鋼卷外側(cè)溫度先于鋼卷中心溫度達(dá)到高保溫溫度。鋼卷外側(cè)溫度及鋼卷中心溫度均能達(dá)到工藝高保溫溫度要求，鋼卷外側(cè)溫度和中心溫度的高保溫時(shí)間基本一致，符合生產(chǎn)工藝曲線的設(shè)計(jì)目的。

（4）冷卻階段，外罩爐溫低于內(nèi)罩溫度，內(nèi)罩溫度低于鋼卷溫度，鋼卷外側(cè)溫度低于鋼卷中心溫度，存在溫差，符合工藝規(guī)律；鋼卷外側(cè)冷卻速度較鋼卷中心冷卻速度快，符合工藝規(guī)律。

綜上所述，鋼卷的實(shí)際溫度能夠達(dá)到目標(biāo)值，升溫速率、高保溫溫度、冷卻速率和高保溫時(shí)間與生產(chǎn)工藝曲線趨于一致，能夠滿足產(chǎn)品需要。

表1 退火過程溫度測試數(shù)據(jù)及加熱、冷卻速率

圖4 外罩爐溫、內(nèi)罩溫度、鋼卷溫度曲線

4 結(jié)論

（1）取向硅鋼高溫退火三垛式罩式爐外罩爐溫、內(nèi)罩溫度、鋼卷溫度測試方法能夠正確評價(jià)生產(chǎn)工藝曲線的合理性。

（2）測試結(jié)果真實(shí)反映了鋼卷實(shí)際溫度與生產(chǎn)工藝曲線的關(guān)系。爐內(nèi)3個(gè)鋼卷的溫度均勻一致，不同階段3個(gè)鋼卷的外側(cè)溫度一致、中心溫度一致，且均符合工藝趨勢。升溫階段鋼卷外側(cè)溫度高于中心溫度，冷卻階段鋼卷外測溫度低于中心點(diǎn)溫度；鋼卷外側(cè)溫度和鋼卷中心溫度均能夠達(dá)到工藝設(shè)定的高保溫溫度要求，鋼卷外側(cè)溫度和中心溫度的高保溫時(shí)間基本一致。

（3）鋼卷溫度測試結(jié)果符合生產(chǎn)工藝曲線的設(shè)計(jì)目的。鋼卷實(shí)際升溫速率、冷卻速率與生產(chǎn)工藝曲線趨于一致。鋼卷實(shí)際溫度能夠達(dá)到高保溫溫度要求并保持一定時(shí)間。