許 威，滕 云，張春杰，侯延偉

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司鍍錫板事業(yè)部，河北唐山 063200）

0 引言

目前，國內(nèi)冷軋帶鋼再結晶退火爐主要分為連續(xù)退火爐和罩式退火爐兩種方式。對一些具有特殊工藝需求的沖壓鋼，尤其是對深沖性能帶鋼的熱處理方面，罩式爐更能顯示其優(yōu)越性。罩式退火爐從氮氫爐臺逐步發(fā)展到目前以全氫和強對流全氫（HICON/H2）爐臺為主，業(yè)內(nèi)知名的罩式爐供貨商主要有奧地利EBNER 公司和德國LOI 公司。主要針對EBNER 罩式爐在使用過程中的存在的設備問題進行分析研究。

1 罩式退火機組工藝及設備組成

罩式退火工藝步驟主要分為以下步驟：裝爐→冷密封泄漏測試→吹掃加熱升溫→保溫→熱泄漏測試→帶罩冷卻→風冷→噴淋冷卻（水冷）→吹掃→出爐→終冷臺冷卻→入平整庫。罩式退火工藝步驟如圖1 所示。

圖1 罩式退火工藝步驟

罩式爐主要設備組成分為“三罩一臺”，即加熱罩、冷卻罩、內(nèi)罩、爐臺。還包括一些輔助設備，由終冷臺、閥站、液壓站、對流板、廢氣排放系統(tǒng)等組成。罩式爐各組成設備的穩(wěn)定運行，對罩式退火產(chǎn)量、質量、安全生產(chǎn)、能耗成本、環(huán)保排放指標都有著重要的影響。

2 罩式退火機組主要設備問題

罩式爐設備往往在使用過程中，因設備老化、功能精度降低等多方面原因，導致設備故障率高發(fā)，造成機組生產(chǎn)效率持續(xù)降低、質量問題等頻繁發(fā)生[4-6]。

2.1 爐臺使用過程中易出現(xiàn)的問題

爐臺是罩式爐永久性主體設備，主要由爐臺鋼結構、擴散器、底部對流板、爐臺循環(huán)風機、液壓夾緊裝置及其他附屬部件等組成。由于爐臺要承受鋼卷及內(nèi)罩的全部重量，因此爐臺需要具備承載能力、抵抗反復加熱和冷卻變形的能力；同時由于爐臺要與內(nèi)罩形成一個密封的工作空間，并且要求保證一定壓力，作為鋼卷退火的工作空間，因此要求爐臺具備密封性好、絕熱性好、蓄熱小以及結構簡單等特點。

在退火過程中，爐臺易發(fā)生以下4 個方面的問題：

（1）在退火過程中，由于爐臺密封圈在使用過程中老化失去彈性、擠壓變形、異常損壞等情況易造成內(nèi)罩與爐臺之間密封失效，爐內(nèi)氣體外泄造成緊急吹掃，對爐臺產(chǎn)量及鋼卷質量造成較大影響。

（2）爐臺循環(huán)風機振動超過設定值，易造成爐臺停機，無法正常進行退火，嚴重時，持續(xù)振動易造成與電機連接的介質管道螺栓松動，密封失效泄漏，爐臺空間壓力降低，發(fā)生緊急吹掃事故。

（3）爐臺與內(nèi)罩之間液壓夾緊裝置由于長時間在高溫環(huán)境下工作，使用頻繁，易造成夾緊液壓缸缸體密封磨損、老化，缸體內(nèi)部出現(xiàn)磨損、卡阻情況導致夾緊液壓缸壓頭轉動不到位或不轉動，造成壓頭未正常壓下起到壓緊作用；或因密封老化造成缸體發(fā)生內(nèi)泄，夾緊力達不到，從而導致爐臺與內(nèi)罩之間未壓緊，引發(fā)緊急吹掃故障。

（4）鋼卷在組垛過程中堆垛超過允許高度，裝爐高度過高或者鋼卷碼放位置偏斜造成內(nèi)罩筒壁與弧形封頭焊縫連接處被鋼卷頂起產(chǎn)生縫隙，內(nèi)罩與爐臺之間發(fā)生泄漏。

2.2 加熱罩使用過程中易出現(xiàn)的問題

加熱罩與內(nèi)罩之間形成一個燃燒室，其主要由鋼結構金屬殼體、爐頂橫梁和導向臂、燃燒系統(tǒng)以及內(nèi)部耐火爐襯組成。在加熱過程中加熱罩易出現(xiàn)以下3 個方面的問題：

（1）燒嘴無法正常點火。罩式爐加熱罩上燒嘴分為上、下兩排，每排4 個高速燒嘴環(huán)繞在加熱罩上，燒嘴沿內(nèi)罩切向方向布置，保證在加熱的時候，火焰圍繞內(nèi)罩的外壁形成一個火焰環(huán)，能對內(nèi)罩均勻加熱，使爐溫均勻。往往在加熱過程中，部分燒嘴出現(xiàn)故障，無法正常點火，造成升溫速度慢，同時內(nèi)罩受熱不均，長期使用，內(nèi)罩筒壁在燒嘴區(qū)域易發(fā)生鼓包變形情況。

（2）加熱罩底部陶瓷纖維密封繩損壞失效，造成加熱罩底部溫度過高。加熱罩底部設備如夾緊液壓缸在高溫環(huán)境內(nèi)長期工作壽命縮短，易發(fā)生各類故障，同時密封損壞后，外部空氣進入燃燒室，會增加高溫燃燒時氮氧化合物（NOx）的產(chǎn)生，使得煙氣內(nèi)氮氧化合物指標超標。

（3）加熱罩內(nèi)部耐火陶瓷纖維內(nèi)襯發(fā)生開裂、粉化塌陷甚至脫落時，隔熱效果將會大幅降低，加熱罩外殼溫度升高，對加熱罩外部線纜及設備造成較大影響，嚴重時導致加熱罩無法使用。

2.3 內(nèi)罩使用過程中易出現(xiàn)的問題

生產(chǎn)時內(nèi)罩位于組垛的鋼卷與加熱罩之間，通過內(nèi)罩對鋼卷進行間接加熱或冷卻。罩退內(nèi)罩筒身及頂部封頭主要采用耐熱不銹鋼309S 焊接而成，底部法蘭與內(nèi)罩焊接成一體，目前主流內(nèi)罩大多采用筒壁橫波紋設計，一方面能夠保證水能均勻并穩(wěn)定地布滿整個內(nèi)罩，另一方面可以提高抵抗徑向熱變形能力，提高內(nèi)罩使用壽命，增加傳熱面積，縮短加熱和冷卻時間，從而提高爐臺小時產(chǎn)量。罩退現(xiàn)場新舊內(nèi)罩實物如圖2 所示。

圖2 罩退現(xiàn)場新舊內(nèi)罩實物

（1）在退火過程中，內(nèi)罩長期在冷卻→高溫加熱→冷卻狀態(tài)下工作，冷熱狀態(tài)變化頻繁，極易產(chǎn)生熱疲勞和腐蝕，使得內(nèi)罩頂部封頭及內(nèi)罩筒壁腐蝕變薄，變薄位置強度降低發(fā)生凹陷變形甚至直接穿孔。

（2）內(nèi)罩頂部的吊環(huán)肋板在上述環(huán)境中腐蝕變薄，強度降低，頂部吊環(huán)與內(nèi)罩頂部封頭上焊接的連接立板脫開，內(nèi)罩在吊運過程中易發(fā)生跌落，有砸壞周邊設備及人員的安全隱患。

（3）由于煤氣或者助燃空氣壓力波動，以及點火電極或電磁閥故障等情況，會造成個別燒嘴點不著火或者點火后熄火，會造成內(nèi)罩整體溫度的不均勻，局部溫度較其他部位偏高，內(nèi)罩筒壁在長期存在比較大的溫度梯度的情況下，受高溫和應力的綜合作用，容易使內(nèi)罩材料的高溫蠕變強度降低，很容易導致內(nèi)罩筒壁正對燒嘴區(qū)域發(fā)生凹凸不平、膨脹的情況。嚴重時內(nèi)罩在吊運過程中膨脹部位會損壞加熱罩內(nèi)襯，內(nèi)罩無法繼續(xù)使用（圖2b為燒嘴區(qū)域膨脹鼓包情況，白色為內(nèi)罩膨脹鼓包部位與加熱罩耐材發(fā)生剮蹭痕跡）。

3 預防措施

3.1 針對爐臺的設備管理及維護

（1）加強對爐臺液壓夾緊裝置的檢查。每3～4 個退火周期手動檢查一次爐臺液壓夾鉗動作執(zhí)行情況，包括夾緊裝置壓頭是否擺動到位、轉動缸體是否存在泄漏等情況，對有問題的液壓夾鉗及時更換處理并更換記錄。同時定期查看爐臺日志信息，檢查是否存在液壓泄漏補壓等報警信息，做到提前檢查處置。

（2）加強對爐臺密封圈的檢查更換。結合爐臺密封圈的使用情況制定更換周期，同時注意爐臺密封圈異常損壞時的調(diào)查跟蹤。在工藝控制上要定期對爐臺表面殘油、殘鐵等雜物進行清理，防止異物壓入損壞密封圈，同時對剛換罩的加熱罩嚴格進行管控，放在專門的放罩區(qū)域，不允許將高溫換罩下來的加熱罩直接扣在爐臺上，燙壞爐臺密封圈。

（3）加強對爐臺循環(huán)風機的振動情況檢查。根據(jù)爐臺振動監(jiān)控曲線、劣化趨勢及現(xiàn)場點檢電機軸承等部位制定爐臺循環(huán)風機更換及維修保養(yǎng)計劃。在退火過程中應關注爐內(nèi)壓力波動及H2消耗情況，及時發(fā)現(xiàn)并組織人員對現(xiàn)場管網(wǎng)及爐臺循環(huán)風機電機接口部位進行泄漏檢查。

（4）嚴格執(zhí)行裝爐組垛管理規(guī)定。組垛高度不能超過內(nèi)罩允許高度，同時鋼卷在爐臺組垛位置與中心線偏差不宜超過100 mm。

3.2 針對加熱罩的設備管理及維護

（1）定期對加熱罩助燃風機過濾網(wǎng)及加熱罩煤氣管道電磁閥、爐臺煤氣主閥門過濾網(wǎng)進行清理，保證煤氣及空氣供應流量，減少因為流量低造成無法點火或點火后熄滅問題。

（2）每班由罩式爐操作人員對加熱罩不能點火燃燒的燒嘴進行跟蹤統(tǒng)計，并反饋給機電點檢人員進行及時處理恢復。點火電極是燒嘴的重要部件，直接關系到是否能將混合的煤氣與空氣點燃，在使用過程中，點火電極易出現(xiàn)短路、接地及表面碳化的現(xiàn)象，需要針對有問題的點火電極及時更換以免燒嘴點不著，影響加熱罩點火升溫，同時也避免內(nèi)罩加熱時受熱不均。

（3）加強對加熱罩燃燒情況進行管控。通過對加熱罩升溫時間及燃燒火焰、廢氣氧含量進行監(jiān)控，同時使用便攜式壓力計測量煤氣壓力和空氣壓力值，調(diào)節(jié)煤氣控制閥及空氣閥到合適開度，使煤氣與空氣處于完全燃燒狀態(tài)，殘氧量控制在4%～5%，有助于降低燃燒期間產(chǎn)生的NOx 含量。

（4）加強對加熱罩外部殼體溫度進行檢查。加熱罩外殼平均溫度不應超過40 ℃，加熱罩頂部及燒嘴區(qū)域溫度應不超過75 ℃。當加熱罩燒嘴區(qū)域殼體溫度異常增高時，需要安排對該加熱罩內(nèi)部耐材情況進行檢查，必要時對加熱罩內(nèi)襯耐火材料進行修復或更換。加熱罩底部密封圈區(qū)域需要加強點檢測溫，當溫度超過50 ℃時，應當組織對加熱罩底部密封圈進行檢查更換。

3.3 針對內(nèi)罩的管理及維護

（1）加強對內(nèi)罩頂部封頭及吊環(huán)狀態(tài)的檢查與修復。內(nèi)罩使用過程中應每隔2～3 個月就需要對內(nèi)罩頂部吊環(huán)與內(nèi)罩連接情況進行檢查，檢查內(nèi)容包括吊環(huán)肋板腐蝕情況、封頭上立板腐蝕情況、肋板與立板連接的銷軸脫落情況等。發(fā)現(xiàn)腐蝕變薄、強度降低或者肋板與立板脫開情況應停用內(nèi)罩并進行修復?？筛鶕?jù)內(nèi)罩高度制作專用的檢修平臺，方便維修人員直接到達內(nèi)罩封頭處進行修復，保障作業(yè)安全。

（2）加強對內(nèi)罩筒壁厚度及表面狀況進行檢查監(jiān)控。內(nèi)罩設計厚度一般設計頂部弧形封頭厚度為8 mm，內(nèi)罩波紋筒壁厚度為6 mm。頂部封頭及燒嘴區(qū)域筒壁厚度應當重點進行監(jiān)控測量（測量時應選擇測量點必須具有金屬光澤，沒有氧化層的部位），每3 個月應對內(nèi)罩進行一次測量。測量部位厚度在低于4 mm 時，繼續(xù)使用時間應不超過600 h。每個退火周期結束后，應對內(nèi)罩表面進行檢查，對明顯的膨脹鼓包、凹坑變形等表面狀況進行確認，提前制定維修計劃。

（3）加強對內(nèi)罩的修復管理。針對日常檢查情況制定修復計劃，對于需要返廠修復的內(nèi)罩做好登記，標注好下線時間、修復具體內(nèi)容、修復檢測報告等身份信息，方便后續(xù)跟蹤使用情況。同時應根據(jù)使用壽命提前備好新的內(nèi)罩備件，循環(huán)修復，避免集中修復，無內(nèi)罩備件影響罩式爐正常生產(chǎn)。

4 結束語

通過掌握罩式爐關鍵設備的使用狀況及存在的典型問題，不斷提升罩式爐設備管理及維護水平，并進行有預防的維修保養(yǎng)，能夠有效的延長設備的使用壽命，減少設備故障的發(fā)生，對提高罩式爐的產(chǎn)量、質量、降低生產(chǎn)成本、安全風險等方面都有重要的意義。