許 翔，汪紅兵，侯莉慶

(1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司工程與設(shè)備管理部，安徽馬鞍山 243000)

引言

馬鋼2130連續(xù)退火生產(chǎn)線是冷軋后處理生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)汽車板及家電板等高附加值產(chǎn)品。該生產(chǎn)線采用了法國斯坦因設(shè)計立式退火爐，該退火爐是連退線的核心工序，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著汽車用鋼輕量化、及提高碰撞安全性的要求，冷軋高強鋼的開發(fā)與應(yīng)用是當(dāng)前重要的發(fā)展趨勢。其中連續(xù)退火機組可以通過提高冷卻速率實現(xiàn)該工藝路徑。馬鋼2130連續(xù)退火生產(chǎn)線退火爐的閃冷段采用了高氫冷卻技術(shù)，最高氫氣含量達35%，采用高速氣體噴射冷卻技術(shù)，最高冷卻速率達100℃/s·mm，實現(xiàn)了對帶鋼的高速冷卻，在高強鋼DP、TRIP鋼的生產(chǎn)上得到了很好的應(yīng)用。

1 退火爐閃冷段介紹

冷軋帶鋼進入退火爐內(nèi)保持一定的速度，經(jīng)過預(yù)熱、加熱、均熱、及緩冷處理后帶鋼溫度一般在690℃，進入閃冷段，高氫含量的保護氣體經(jīng)過3臺變頻風(fēng)機高速噴吹至帶鋼上，一個道次內(nèi)冷卻至290～300℃，實現(xiàn)工藝要求，后經(jīng)過過時效1段、過時效2段、二次冷卻段、終冷段完成整個退火工藝。

該閃冷段主要包括入口密封擋板、上行段爐室、下行段爐室、出口密封擋板、三組循環(huán)冷卻風(fēng)機和冷卻風(fēng)箱安裝在上行段爐室、4根轉(zhuǎn)向輥及9根穩(wěn)定輥組成。高純氫氣通過與氮氣的配比直接注入循環(huán)風(fēng)機冷卻風(fēng)管處。

2 退火爐閃冷段控制技術(shù)

圖1 閃冷段結(jié)構(gòu)圖

出入口密封裝置：入口密封擋板垂直安裝在閃冷段與緩冷段之間，為上下兩組雙密封，間隔1 m，形成密封區(qū)域，擋板閉合后與帶鋼距離不大于10 mm，該密封區(qū)域通過管道與抽排風(fēng)機相連，經(jīng)過高速風(fēng)機向高空室外抽排，密封擋板區(qū)域形成局部負壓區(qū)，實現(xiàn)閃冷段與緩冷段的隔離，防止高氫氣體流入其他爐室，出口密封擋板垂直安裝在閃冷段與過時效1段之間，其結(jié)構(gòu)與入口密封擋板相同，出入口密封擋板只允許在低氫模式打開。當(dāng)閃冷段與緩冷及過時效段通道氫氣含量大于8%時，該區(qū)域未能實現(xiàn)有效的密封隔離，氫氣向其他爐室擴散，啟動反吹掃程序，在通道區(qū)域注入大流量氮氣，直至氫氣含量小于5%。該密封方式結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但由于與帶鋼距離小，帶鋼自身板型及高速噴吹冷卻過程的抖動，會產(chǎn)生一定的劃傷，雖然密封擋板前端材料有改進，采用石棉密封條，但該部分的劃傷還是時有發(fā)生，目前新建該類生產(chǎn)線推薦采用4輥密封輥結(jié)構(gòu)。退火爐入口密封為高氫系統(tǒng)設(shè)計了2輥密封加鎖緊裝置。

高氫含量控制：氫氣含量設(shè)定大于6%即為高氫模式，最高氫氣含量設(shè)定35%，高氫注入分快速與慢速控制模式，hmi可以手動選擇，快速模式為全氫注入切斷氮氣，氫氣流量最大120 m3/h，達到目標氫氣含量時切換回慢速模式；慢速為按照設(shè)定氫含量通過配比氮氣量注入，以上均按照設(shè)定氫含量與閃冷段爐內(nèi)檢測最大實際氫含量閉環(huán)控制。退出高氫模式同樣分為快速與慢速控制，快速為全氮氣注入切斷氫氣氮氣流量最大650 m3/h，慢速為按照設(shè)定氫含量配比氮氣量注入。

爐壓控制：閃冷段頂部抽排風(fēng)機，該風(fēng)機電機為11 kW2900 r/min高速電機，依據(jù)爐壓控制器，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)抽排風(fēng)量，保證閃冷段爐壓略低于鄰近爐室爐壓，該風(fēng)機運轉(zhuǎn)是高氫投用的必要條件，只有轉(zhuǎn)入低氫模式才可以停止。終冷段抽排風(fēng)機閥門開度設(shè)定最小35%，減少氣體向低溫段流動。主要通過爐頂放散閥開度調(diào)節(jié)實現(xiàn)，該頂部放散閥由切斷閥與調(diào)節(jié)閥組成，由爐壓控制器調(diào)節(jié)，高氫放散時需摻入一定量的氮氣稀釋氫氣含量排放。

安全聯(lián)鎖：由于該段為高氫區(qū)域，所有電氣設(shè)計按歐洲zone2防爆標準設(shè)計，安全要求極高，連鎖條件多，循環(huán)冷卻風(fēng)機軸封氫氣泄漏量、爐內(nèi)氧含量、風(fēng)管氧含量、事故氮壓力均不能超標，各類控制閥門狀態(tài)正常，爐頂抽排風(fēng)機工作正常，氮氣壓力正常，密封擋板位置正常，控制系統(tǒng)正常，電源系統(tǒng)正常，儀表用氣正常，一旦出現(xiàn)異常將自動觸發(fā)爐內(nèi)安全吹掃，快速切斷氫氣供應(yīng)，大流量氮氣吹掃，直至爐內(nèi)氫氣含量小于1%。安全吹掃模式也可以通過人工啟動，該模式啟動后，人工無法干預(yù)停止,直至爐內(nèi)氫氣含量小于1%才可以停止。

泄漏密封測試：由于氫氣的滲透性強，該區(qū)域安全性要求高，閃冷段一般2年大修時，對該爐室出入口通過盲板密封，各類對外連接管道用盲板密封，做整個爐室的氣密性測試，加入壓縮空氣正壓4000 Pa，經(jīng)過8 h保壓大于150 Pa合格，測試期間檢測各類焊縫及連接件泄漏情況。

循環(huán)風(fēng)機冷卻控制模型：該風(fēng)機抽入爐內(nèi)熱氮氫保護氣體經(jīng)過水冷換熱器冷卻至40℃再噴吹至帶鋼上，實現(xiàn)閃冷段爐內(nèi)保護氣體循環(huán)，冷卻速率主要由3臺1200 kW變頻風(fēng)機分段控制，電機升速、降速斜坡時間大于30 s，最小轉(zhuǎn)速10%，每臺風(fēng)箱分上下兩部分組成，可以分別通過擋板控制，每臺風(fēng)機管路設(shè)置了旁通管路，以帶鋼溫度為控制對象實現(xiàn)閉環(huán)控制。采用最大轉(zhuǎn)矩限幅控制，最小功率限幅控制。

計算出的最小功率設(shè)定值：

式中，PU2——計算功率；

N——最大風(fēng)速：1700 r/min；最小風(fēng)速：170 r/min/；

N1——實際的風(fēng)速（設(shè)定速度）；

QTot.——所有循環(huán)氣流量，包括旁路氣流量；

ΔP1——風(fēng)機輸入/輸出壓力差；

Pmin.——最小壓力，基于最大的吹風(fēng)速度含35%H2的 N2、H2混合氣體；

Pmin.SP——計算出的最小功率設(shè)定值，基于實際的風(fēng)速，實際的N2、H2混合氣體密度，N2密度1.250 kg/m3，H2密度 0.089 kg/m3；

ρ2——當(dāng)前循環(huán)N2、H2混合氣體密度；

ρ3——含35%H2的N2、H2混合氣體的密度0.843 kg/m3。

風(fēng)箱調(diào)整：通過移動風(fēng)箱調(diào)節(jié)帶鋼與風(fēng)箱距離，調(diào)整帶鋼冷卻效果，60～200 mm通過編碼器可調(diào)，風(fēng)箱邊部手動可以調(diào)節(jié)風(fēng)量，防止冷卻不均在寬帶鋼產(chǎn)生浪形及冷瓢曲，在寬帶鋼一次調(diào)節(jié)定位，一般不需要調(diào)節(jié)，該風(fēng)箱與帶鋼距離需要定期標定，對帶鋼抖動有重要影響。

穩(wěn)定輥調(diào)整：通過移動穩(wěn)定輥調(diào)節(jié)穩(wěn)定輥與帶鋼的距離，0～100 mm范圍通過編碼器可調(diào)，由于閃冷段密封擋板與帶鋼距離小實際生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生劃傷，可以依據(jù)劃傷產(chǎn)生的部位調(diào)整相應(yīng)穩(wěn)定輥的位置，調(diào)整帶鋼偏移位置，防止帶鋼劃傷。

事故氮系統(tǒng)：為了保證系統(tǒng)安全運行，針對高氫的投運安裝了氮氣事故球罐系統(tǒng)，該球罐氮氣供應(yīng)氣源與爐內(nèi)非同一路，防止在高氫生產(chǎn)過程中，正常氮氣供應(yīng)發(fā)生故障，事故球罐通過單向閥壓差自動切換，實現(xiàn)退火爐的安全吹掃，迅速降低爐內(nèi)氫氣含量，保證生產(chǎn)安全，該氮氣球罐儲氣量以退火爐一次高氫安全吹掃量計算。

分析儀表系統(tǒng)：閃冷段上行、下行段各有氫氣、氧氣含量檢測，是用來確定爐內(nèi)高氫及氧氣含量；3臺冷卻風(fēng)機主引風(fēng)管及爐室內(nèi)均有氧氣含量檢測；爐頂安裝了露點檢測裝置，3臺風(fēng)機前后軸封裝有氫氣含量泄漏檢測裝置；該區(qū)域儀表均參與了系統(tǒng)連鎖控制。上行出口安裝輻射高溫計測量最終帶鋼溫度，下行段安裝5點掃描光學(xué)高溫計，用來反映爐內(nèi)帶鋼橫向冷卻均勻性。

爐內(nèi)工業(yè)電視系統(tǒng)，監(jiān)控爐內(nèi)帶鋼在高速氣體冷卻狀態(tài)下，帶鋼的抖動情況。

3 存在問題及對策

該系統(tǒng)投運過程中，發(fā)生過以下問題：

安全聯(lián)鎖觸發(fā)安全吹掃，主要原因有快冷風(fēng)機軸承密封處檢測到氫氣含量超1000×10-6，局部有氫氣泄漏，更換該軸承密封后正常。該處密封為檢修重要檢查項。

快冷出入口密封擋板距離過大，造成快冷段與其他爐室密封隔離效果差，通道處氫氣含量超8%，觸發(fā)反吹掃程序，無法正常生產(chǎn)。調(diào)節(jié)穩(wěn)定輥偏移位置，調(diào)整出入口密封擋板位置，調(diào)節(jié)快冷段抽排風(fēng)量，控制快冷段局部爐壓與其他爐室壓力平衡，得以正常生產(chǎn)，定期在停爐大修期間，更換該出入口擋板密封條，重新標定密封擋板與帶鋼中心線距離。

快冷段氫氣含量達不到最大設(shè)定值35%，主要原因有密封擋板間隙過大，造成氫氣向其他爐室外泄，整體爐室有泄漏，各類氮氣密封量過大。主要對策對閃冷段按2年大修周期，對該爐室進行氣密性測試，對各類泄漏點消缺處理。

此外分析儀表類故障影響到該系統(tǒng)的正常運行，尤其在極端氣候條件下，分析儀的工況不穩(wěn)定，分析儀管路局部密封不好直接影響儀表檢測，該類儀表的升級更新是后期重要工作。

4 結(jié)語

該高氫系統(tǒng)自投運以來，經(jīng)過摸索與優(yōu)化改進，工作狀況正常，是目前馬鋼高強鋼生產(chǎn)的重要保證，該生產(chǎn)線目前月均生產(chǎn)高強鋼達1萬余t，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，達到了設(shè)計要求，滿足了生產(chǎn)需求。