浅析连续热镀锌退火炉的节能技术与应用

摘要 ：在带钢连续热镀锌机组中连续退火炉是带钢连续热镀锌工艺段主要工序之一，也是机组的心脏。它将完成带钢热镀锌前的退火工艺，对热镀锌板的质量及性能起至关重要的作用。本文介绍了连续镀锌线退火炉的相关工艺参数及节能控制的应用。

关键词 ：退火炉 节能 余热回收

连续热镀锌退火炉是带钢连续热镀锌机组的心脏，也是带钢连续热镀锌的工艺段。它将完成带钢热镀锌前的退火工艺，对热镀锌板的质量及性能起至关重要的作用。同时，退火炉又是连续热镀锌生产线的重要耗能设备，其能耗占整个工序能耗的35%左右。因此退火炉的节能显得非常重要，是企业降低成本、节约能源、增加经济效益的重要途径。

1、热镀锌连续退火炉主要作用

退火炉在热镀锌线生产工艺中一般有以下4个作用：

1.1将钢带在还原性气氛中加热到退火温度，并保持足够时间，以此来消除冷轧工序产生的加工应力，细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，改善钢带机械性能。

1.2炉内退火过程是在氮-氢保护气氛中完成的，带钢表面的氧化膜会被还原成活性海绵铁状态，为下一步热镀锌准备好了热基准表面。

1.3对钢带表面进行清洁。在直烧段，钢带表面上以轧制油为主的污染物通过明火焰燃烧挥发掉，可以得到清洁的钢带表面。

1.4完成退火工艺的钢带在退火炉末端通过几台急冷风机进行冷却，迅速将带钢降温至人锌锅前所需的温度，使钢带在最佳温度下完成热镀锌工艺。

2、炉内主要参数与公辅能耗关联

2.1 炉内压力

炉内压力是由分布于炉子各部分（主要是底部）大量保护气体（压力（0.1-0.3bar）注入和炉上各放散阀门的开度调节形成，在整个炉内形成一个正压系统。通过保证炉内为微正压（100-250pa）以达到防止外界气体进入炉内，保证炉内气氛稳定，从而保证产品质量和设备安全的目的。当炉内压力高时，可以通过调整炉上各放散阀门的开度来保证炉内压力正常，但是这增加热保护气体的流失，增加了煤气消耗;当炉内压力低时，可通过增加保护气体注入量来维持炉内压力正常，但这会降低炉温，增加煤气消耗。

2.2 氧含量

虽然炉内为正压，但气体流动极为复杂，无法保证炉内每一处都为正压，所以也就很难杜绝氧气的存在。炉壳焊接质量差、孔盖密封不良、风机抽风口阀门、风机氮气密封没有打开都将使炉内氧含量增多，通过保护气体中的还原性的氢气与氧气发生反应生成水，增加炉内露点;但冷却段由于存在低温负压区，氧气极易渗入，且由于温度低于 500℃（氢气着火点），氢气和氧气反应无法进行，氧气只能与带钢反应，造成带钢氧化。

2.3 露点

露点是在固定气压之下，空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。露点高低受进入炉内的原料中所含氧化物、以及表面由于挤干和烘干不良导致的水残留影响。由于带钢原料有乳化液残留、中间存放时间过长，带钢表面产生氧化铁。碱液清洗主要是去除带钢表面的油污和悬浮铁粉，带钢表面氧化铁残留。带钢进入炉内时，其表面的氧化铁便与炉内保护气体中的氢气发生反应而生成水，增加炉内露点。炉内露点升高，就需加大保护气体的排放，造成炉内压力降低，为保证炉内压力就必须增加保护气体注入量，带走热量降低炉温，为了保证带钢的退火性能，则炉内温度必须稳定，所以增加了辐射管的燃烧功率，增加了煤气的消耗。

2.4 保温

退火炉保温好坏主要由排出的高温气体及自身的散热所决定，炉壳散热只能通过确保安装时的保温质量来控制，良好的保温质量，可将炉壳温度控制在 70℃以内，而安装工艺落后及安装质量较差的炉壳温度常常在 90℃左右，局部处理不良可能达到 150℃，这些热损失只能通过增加煤气燃烧来弥补，热损失的控制难度多在辐射管支架、炉辊盖、炉顶盖、炉底盖与炉壳的结合处。

年产能为 70 万 t 的退火炉的炉壳面积约 9000m2，按退火炉炉壳面 1%面积超设计温度 30℃来计算增加的煤气消耗为 14Nm3/h，折合年消耗煤气 98000Nm3。

3、节能控制

能源是国民经济最重要的物质资源之一，也是人类社会发展的基础，节能已成为我国经济建的重要国策。而退火炉又是连续热镀锌生产线的重要耗能设备，其能耗占整条生产线的70%～80%左右， 因此退火炉的节能显得非常重要， 是企业降低成本、节约能源、增加经济效益的重要途径。下面，我们着重研究一下退火炉的节能技术。

3.1 余热回收技术

退火炉的排出的废气温度达到900 1050℃，在现代化镀锌线中，不论是改良森吉米尔法还是美钢联法，其节能的主要方向都是如何回收排出废气中的热量。在现代化镀锌线中，主要采用的回收方式有：①在加热段设置废气回收装置，改良森吉米尔法是直接利用高温烟气预热带俐，美钢联法则需先用高温烟气加热保护气体，再用保护气体预热带钢。② 利用高温烟气通过空气预热器加热助燃空气，这样可以提高燃烧效率，降低能源消耗。③ 设置二次燃烧设备。镀锌生产过程中退火炉内气氛为15～20%氢气和8O～85%氮气，且退火炉的NOF（无氧化）段的燃烧是欠氧燃烧（空燃比为0。98以下），气体燃烧不充分，因而有剩余的可燃气体。二次燃烧的实现，主要是控制二次燃烧空气流量，一般燃烧系统的最佳燃烧段在m=1.02～1.10（空气过剩率）左右，空气过剩率如果增大，多余的空气将带走一部分热量，反而降低烟气温度。反之，则燃料不完全燃烧，造成能源浪费。目前大部分的镀锌线都设有上述节能方式，要想提高节能效率，可以更换高效空气预热器，并加强炉壁绝热性能。

但是，最后经过上述换热后的烟气仍有400～500℃的温度，还可以进一步回收利用。例如某一镀锌线在烟气管道上设置了一套翅片管式对流换热器，利用脱盐水产生蒸汽，用于加热镀锌线脱脂槽、干燥器等用途，这样可以节省一部分介质成本，从而降低了吨钢成本。

3.2 在辐射管与烧嘴选型上要求尽量匹配

在退火炉还原段，辐射管与烧嘴选型方面，烧嘴功率与辐射管表面积密切相关，若烧嘴功率选择大了，易造成煤气燃烧不充分，在排烟管道中进行二次燃烧，辐射管寿命大大降低;若烧嘴功率选择小了，辐射管换热效果不好，热效率低，所以尽量做到科学合理匹配，既确保煤气充分燃烧，又保证辐射管充分换热，一般在烧嘴选型时，按照辐射管表面辐射功率：（3-6 ） W/cm2来考虑。

3.3 辐射管蓄热式燃烧技术

在现代化镀锌线上，越来越多地使用了辐射管蓄热式烧嘴。与普通烧嘴相比，蓄热式烧嘴能大幅度降低能耗。这是因为蓄热式燃烧系统能将高温烟气的物理热量最大限度地回收，并同时将助燃空气预热～800～c以上，烟气排放温度降～U200℃ 以下。同时烟气中的NOX和CO2。的排放浓度大幅下降，减少环境污染。此外，蓄热式烧嘴的使用寿命也比普通烧嘴长。

3.4 完善控制系统功能

在生产线调试过程中，完善自动控制系统，增强炉温控制，燃烧控制和炉压控制的快速性、准确性，与先进设备相配合，提高燃料利用率。控制系统应实现以下功能：①根据现场仪表检测调节执行系统以获得炉子工作参数设定值的闭环控制。② 风机启动、停止及退火炉内气氛吹扫程序的逻辑控制，烧嘴点火逻辑控制，煤气、氢气系统和水冷系统的安全监测。③ 操作参数、介质消耗及生产统计的显示和记录。④ 事故、生产报告的逻辑控制。⑤ 完善热工制度，能够根据带钢实际情况和数据库存储自动确定退火炉参数的设定值。实现了以上控制功能可以发挥炉子的最大功效，降低炉子单耗。

结语

能源是国民经济最重要的物质资源之一，也是人类社会发展的基础，节能已成为我国经济建设的重要国策。随着钢材产品深加工的不断发展，退火热处理炉的用途越来越广泛，退火炉的节能技术改造必将引起企业的重视，也将为企业创造良好的经济效益。

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