供稿|關(guān)淑巧，劉春雨，李山 / GUAN Shu-qiao, LIU Chun-yu, LI Shan

內(nèi)容導(dǎo)讀

測量帶鋼溫度的高溫計合理配置、運行穩(wěn)定是退火爐帶鋼溫度穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)。文章針對冷軋立式連續(xù)退火爐高強鋼退火生產(chǎn)溫度波動問題，深入分析了高溫計的測溫原理，根據(jù)高強鋼生產(chǎn)特點、工藝需求以及連續(xù)退火爐加熱段的具體布置特點，將單波長輻射高溫計由垂直安裝改為楔形安裝方式，通過重新選定高溫計測量位置、修正發(fā)射率等措施，解決了加熱段溫度飄移問題，收到了較好的測量效果。

為提高冷軋帶鋼產(chǎn)品的質(zhì)量，帶鋼需經(jīng)過冷軋連續(xù)退火工藝處理，以提高冷軋帶鋼產(chǎn)品的強度和沖壓延展性等各種性能。連續(xù)退火爐各段的帶鋼溫度控制對退火工藝有著關(guān)鍵的作用，有效的帶鋼溫度監(jiān)測和控制對產(chǎn)品性能至關(guān)重要。要控制好帶鋼溫度，首先要正確測量出帶鋼的溫度。目前對冷軋立式連續(xù)退火爐中運行帶鋼的溫度測量主要采用非接觸式紅外輻射高溫計。

近年來，唐鋼高強汽車板有限公司新建1條冷軋連續(xù)退火機組和3條鍍鋅機組。在連退機組實驗及生產(chǎn)系列高強鋼過程中，尤其是普料和高強鋼過渡期間，退火過程中高強鋼溫度呈山峰樣波動，部分帶鋼溫度距目標溫度有較大偏移，導(dǎo)致在同一鋼種、同一工藝的情況下，不同卷的性能差異很大，性能的均勻性與穩(wěn)定性差，成為高強鋼生產(chǎn)亟待解決的問題。

連續(xù)退火工藝

冷軋立式連續(xù)退火爐是冷軋連退機組的核心部分，也是冷軋帶鋼生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。其功能主要是通過連續(xù)地對冷軋帶鋼進行一系列的加熱和冷卻，帶鋼內(nèi)部經(jīng)歷晶?；謴?fù)、再結(jié)晶、晶粒長大、碳化物析出等幾個階段的變化過程，使材料組織結(jié)構(gòu)進行再結(jié)晶，從而提高帶鋼的再加工性能[1]。冷軋立式連續(xù)退火爐一般由加熱段、均熱段、緩冷段、快冷段等組成，在影響材料力學性能的諸多因素中，關(guān)鍵因素是連續(xù)退火爐各爐段的帶鋼溫度控制，因此精確地測量和控制帶鋼溫度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑。不同的鋼種有不同的退火溫度曲線，帶鋼在連續(xù)退火爐中需按照鋼種各自規(guī)定的退火溫度曲線進行帶鋼的溫度控制，使溫度控制在工藝所要求的溫度范圍之內(nèi)。

高強鋼溫度及測溫設(shè)備現(xiàn)狀

高強鋼溫度控制現(xiàn)狀

連退機組每月產(chǎn)量6.5萬t，其中生產(chǎn)系列高強鋼約1萬t。在生產(chǎn)普料、深沖鋼、低合金鋼等系列產(chǎn)品時，高溫計的溫度測量情況良好，不同鋼種間切換時，溫度曲線平緩；但在生產(chǎn)高強鋼，尤其是普料與高強鋼切換時，發(fā)現(xiàn)焊縫后帶鋼在加熱1的溫度飄移20~50℃，加熱2、均熱段的溫度也在高強鋼頭部突然上升，如圖1所示，退火爐加熱也隨之進行調(diào)整，整卷帶鋼溫度呈山峰樣起伏，通卷性能穩(wěn)定性欠佳。

高溫計配置

連續(xù)退火爐的紅外輻射高溫計均安裝在各爐段的出口，采用垂直于帶鋼的安裝方式。紅外輻射高溫計通過測量物體發(fā)出的熱輻射，產(chǎn)生與物體溫度成比例的信號，并經(jīng)過處理得到被測物體的溫度。根據(jù)光路屏蔽的原理，將水冷套管直接插入爐內(nèi)，盡可能接近帶鋼表面以減少背景光對溫度測量的影響，然后通過調(diào)試可獲得相對合適的帶鋼輻射率，如圖2和圖3所示。

高強鋼溫度波動分析

紅外輻射高溫計測溫原理

物體的輻射能力與物體的溫度有關(guān)，紅外輻射高溫計就是根據(jù)普朗克定律，利用熱輻射體光譜輻射亮度隨溫度升高而增大的原理，采用亮度均衡法來實現(xiàn)溫度測量的。也就是說，紅外輻射高溫計就是通過測量一定波長下物體表面發(fā)射的紅外輻射強度，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，從而測得物體表面的溫度[3]。紅外輻射高溫計主要有單波長、雙波長和多波長等類型，連續(xù)退火爐全部采用單波長紅外輻射高溫計。

高強鋼溫度波動分析

系列高強鋼中硅錳元素含量較高，相比其他鋼種冷軋板面顏色發(fā)暗，入爐帶鋼表面更易形成氧化層[2]，加熱后其表面輻射亮度與普料有較大差異，同時來料板面上的部分斑跡也會造成表面輻射亮度的差異。這些因素均影響高溫計的測量值，是普料與高強鋼切換時，測溫曲線波動的主要原因。因高強鋼板面灰度及斑跡問題導(dǎo)致溫度異常波動情況頻繁發(fā)生，對產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性造成較大影響。

在立式連續(xù)退火爐中，因為帶鋼表面較光亮，輻射系數(shù)很低，不易測量；同時不同鋼種切換，其表面輻射亮度差異導(dǎo)致輻射率發(fā)生變化。因此為改善高強鋼溫度測量精度，采用紅外輻射高溫計需克服帶鋼表面輻射率低且不穩(wěn)定的問題。

技改方案及實施

通過與LAND公司及退火爐設(shè)計公司專家探討，了解到高溫計楔形安裝測量方式(如圖4所示)可較好地解決熱輻射率低且不穩(wěn)定的難題，增強抗干擾能力，提高帶鋼溫度測量的準確性和穩(wěn)定性。這種安裝方式，帶鋼溫度的測量大多選用單波長紅外輻射高溫計，即技術(shù)方案為：采用原爐段的高溫計，重新選定高溫計的測量位置。楔形安裝測量的目標是盡量靠近帶材與爐輥接觸的區(qū)域，該區(qū)域的輻射能量經(jīng)帶鋼和爐輥之間的多次反射被吸收，這個區(qū)域帶鋼表面受爐內(nèi)各種設(shè)備的背景輻射干擾最小，近似黑體，熱輻射高且較穩(wěn)定。

根據(jù)退火爐加熱各段的布置重新選擇了高溫計測量位置，將帶鋼溫度測量位置選擇在各段出口的爐輥與帶鋼形成的楔形區(qū)域，如圖5和圖6所示。為達到更好的測量效果，在設(shè)計、安裝楔形高溫計時需考慮：輥直徑、帶鋼與爐輥的纏繞長度、高溫計測量點距帶鋼與爐輥相切點的間隔距離、高溫計測量光路與帶鋼夾角等相關(guān)設(shè)計參數(shù)。

帶鋼與爐輥的纏繞角度不應(yīng)小于90°，纏繞長度越長帶鋼和爐輥溫度越相近，測量更準確；在安裝設(shè)計時要將測溫點盡量瞄準、接近輥與帶鋼切點的位置，并選擇帶鋼導(dǎo)出的一側(cè)進行測量，重要的是盡可能測量到接近切點的帶鋼上，如圖7所示；高溫計測量光路與帶鋼夾角為5°~10°較好。連續(xù)退火爐加熱1、加熱2、均熱段的高溫計均從垂直安裝改為楔形安裝方式，并對發(fā)射率進行了修正。

技改實施效果

(1) 選取普料向高強鋼過渡情況，觀察帶鋼的溫度曲線，如圖8所示，溫度值見表1。

表1 普料向高強鋼過渡期間溫度

(2) 選取高強鋼向普料過渡的情況，觀察帶鋼的溫度曲線，如圖9所示，溫度值見表2。

表2 高強鋼向普料過渡期間溫度

從溫度曲線和數(shù)值可以看出，普料與高強鋼過渡期間溫度飄移的情況已徹底解決，溫度穩(wěn)定控制在5℃范圍內(nèi)。技改前普料與高強鋼過渡，加熱1的溫度上漂約20~50℃，加熱2溫度波動20~30℃，均熱段溫度波動15~25℃。由于退火爐熱慣性，溫度向上飄移會導(dǎo)致退火爐加熱輸出的波動，使帶鋼溫度不均勻性加劇，進而影響產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。改造完成后各加熱段溫度已無飄移情況，均熱段溫度穩(wěn)定控制在10℃以內(nèi)。目前連退線生產(chǎn)，各鋼種間的過渡，尤其普料與DP鋼過渡實現(xiàn)了溫度的穩(wěn)定控制，產(chǎn)品頭尾及整卷溫度的一致性顯著提高。

結(jié)束語

測量帶鋼溫度的高溫計合理配置、穩(wěn)定運行是退火爐帶鋼溫度穩(wěn)定控制的基礎(chǔ)。根據(jù)高強鋼生產(chǎn)特點、工藝需求以及連續(xù)退火爐加熱段的具體布置特點，將單波長輻射高溫計由垂直安裝改為楔形安裝方式，通過重新選定高溫計測量位置、精調(diào)測量角度、修正發(fā)射率等措施，解決了加熱段溫度飄移問題，收到了較好的測量效果。