浅析连续退火炉生产硅钢的原理与工艺解读.docx

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浅析连续退火炉生产硅钢的原理与工艺解读

首钢工学院

毕业设计（论文）

题目：

浅析连续退火炉生产硅钢的原理与工艺

系别：

建筑与环保工程系

专业：

冶金技术（高端金属材料）

班级：

高端材料131

姓名：

指导教师：

张红文老师

2016年5月3日

摘要

本篇论文通过自己查阅的相关资料。

比较详细的介绍了硅钢生产中连续退火炉的工艺和技术。

论文主要分为三个部分。

第一部分介绍了硅钢及硅钢生产中连续退火的重要性并简单的介绍了连续退火的原理和设备情况，第二部分则介绍了硅钢生产中连续退火炉的工艺技术，其中重点介绍了在硅钢生产中退火炉的气体的操作技术；最后介绍了硅钢生产中退火炉的现状与发展前景。

关键词：

冷轧；硅钢；退火炉工艺；发展

前言

硅钢又称电工钢，电工钢是一种软磁合金，是电能和磁性能进行最有效地交换能量的钢板。

电工钢板在磁性材料中用量最大，也是一种重要的节能型功能材料。

主要用作制造变压器和电动机的铁芯以及其他导磁元件等，是电力、电子、机械和军事工业中不可缺少的关键性材料。

电工钢板包括含碳量很低的0.5％Si电工钢和0.5％～6.5％Si电工钢（硅钢）两类。

而对于冷轧电工钢主要是指3.5％Si的电工钢。

冷轧电工钢主要用作制造电机、变压器和其他电磁元件，要求电气设备效率高、能耗少、体积小和重量轻。

电工钢通常是以铁损和磁感作为产品磁性的保证值。

对于电工钢性能的要求如下：

1.铁损低；2.磁感高；3.对磁各向异性的要求；4.好的冲片性5.表面光滑平整，厚度均匀；6.好的绝缘涂层；7.磁时效小；以上这些基本性能主要是靠退火炉来完成，并获得以上性能，

在硅钢生产中退火的目的是得到所需要的磁性、力学性能、良好的板形及表面。

退火分为中间退火和成品退火两种。

①中间退火：

对于采用二次冷轧工艺的高牌号无取向硅钢，在第一次冷轧后需进行中间退火，其目的是将碳脱至一定范围，并使晶粒适当长大。

②成品退火：

成品退火主要有两个目的，一是脱碳，二是控制磁性。

对于采用一次冷轧法的钢带，脱碳任务更重。

由此看来生产硅钢的退火技术将在我国取得较大的发展。

1.硅钢生产中退火炉的现状与前景

1.1硅钢生产中退火炉的现状

1.1.1国外退火炉的现状

国际上从70年代就开始了硅钢退火炉工艺的研究，近十年来，由于工艺技术以及智能控制技术的迅速发展，退火炉工艺的应用日趋广泛，目前应用于多种钢种，技术水平明显提高，取得了一些应用成果。

随着退火炉类型向小型、快速、大容量、低成本方向的发展，传统的工艺技术不断发展改进的同时，现代工艺理论也在不断发展。

70年代以来，发展了多种新型的退火炉，如：

连续光亮退火炉；罩式退火炉；箱式退火炉；井式退火炉；台车式电阻炉等。

它们在硅钢生产过程中得到成功应用，它的工艺由于突破了传统思想的约束，在控制方面采用了预测模型，滚动优化，反镇校正和多步预测等新的思想，获取了更多的系统运行信息，因而使产品效果得以提高。

如日本目前在硅钢生产中采用的是低温退火，对环境保护和能耗等方面都有很大的改善，极大的提高的产品的经济效益。

再如美国在其硅钢生产过程中退火炉工艺控制系统中应用的广义预测极点配置加权控制，其控制系统中考虑到煤气压力随机波动，变化频繁，且当煤气压力低时，煤气管道阀门开度为100%,煤气压力仍不能恢复到正常值，对炉温影响较大，所以在工艺要求中将煤气总管压力作为可测干扰量来处理。

再考虑到现场随机噪声干扰影响，退火炉可用一个带可测煤气压力干扰，有控制项的自由回归滑动平均模型来描述。

1.1.2国内退火炉的现状

我国十分重视能源的开发和利用。

对设备的要害部件进行了改进.还对各类成型机进行比较分析，综合其长处进行了设备改造。

但生产率低的问题需进一步研究解决.并加快退火炉的研发步伐，从而推动工业炉技术的商业化发展。

目前硅钢退火炉主要用于工业生产，近些年来，退火炉的生产企业发展比较迅速。

国内的企业都己看准了硅钢的发展前景，越来越多的退火炉生产企业将研发出多档次的退火炉新产品，以满足广大用户的需求。

80年代以后，国内对硅钢生产退火炉的工艺技术进行了广泛研究，并且随着技术的发展，退火炉工艺的控制逐步进入实用化阶段。

相比于日本我国生产硅钢目前只能进行高温退火，我国在硅钢生产退火方面距离国外还有一定的差距。

在控制方面以前控制系统中，处理燃料与空气的关系通常采用配比调节，由于燃料与空气调节回路的响应速度不一致，燃料的热值的不稳定及烧嘴特性等的变化，这种配比关系难以保证。

特别是在燃烧负荷发生变化的情况下，更无法保持最佳配比，和国外也无法保持在一个水平上。

总体来说，我国的硅钢生产退火炉有如下特点:

设备的技术原理比较先进，成本低廉，适合我国国情。

退火炉操作简便、点火容易、火力强度大且易控制、热效率高，能达到普通硅钢生产的要求。

1.2未来发展前景

当前钢铁工业产能已严重过剩，国际金融形势依然严峻，要使钢铁企业立于不败之地，根本的途径就是要努力提高产品市场竞争力。

降本挖潜的方法有很多，关键是要立足于企业自身把生产工艺水平与设备能力用足。

为此，通过开展一系列的研究工作，以达到通过设备调整改造和工艺优化提升产品质量、节能降耗并最终降低产品成本的目的。

针对退火炉来说，硅钢的退火实际上是经过一个加热升温、保温和快速冷却的工艺过程，使硅钢性能得到改善。

退火是依一定的曲线进行的，并且不同的退火炉曲线反映不同的产品特性，加热保温过程中预报段、加热段及均热段完成。

烦热段回收加热段废咽气的余热来加热钢带。

在须热段，氮氢气氛气体与加热段废气通过换热器进行热交换，氮氢混合气体被加热。

采用预热段可使煤气消耗降低7%-8%。

预热段出口钢带的温度约180℃。

综上所述，退火炉硅钢退火是以能源消耗为代价的，其间有冷却水、燃气及电能等的消耗，因而在保证产品质量的前提下，要降低产品成本，就必须降低单位合格产品的能源消耗，在整个的硅钢生产过程中，退火炉技术有很大的发展前景且有很高的经济效益。

2.硅钢生产中连续退火炉的重要性及工作原理

硅钢是指含硅量在3%~5%左右、其它主要是铁的硅铁合金。

其特点是铁损低、磁各向异性小、无磁时效、冲片性能好和填充系数高。

是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，亦是产量最大的金属功能材料，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁心。

它的生产工艺复杂,制造技术严格,国外的生产技术都以专利形式加以保护,视为企业的生命。

2.1退火炉在硅钢生产中的重要性

在硅钢生产过程中碳是一个有害元素，连续退火炉主要是在硅钢生产中起到降低碳含量的作用一般控制在0.003%（30ppm）以下，超出这个限制将会带来以下几个有害影响：

塑性变坏；磁感下降，铁损升高；磁时效现象。

所以连续退火炉在硅钢生产中起到重要的作用。

2.2退火炉的工作原理

连续退火：

是指利用高温和辅助气体来消除带钢内部的碳含量，一般控制在0.003%（30ppm）以下，在硅钢的生产中连续退火炉主要是利用高温加热的过程中通入水蒸气从而产生碳在高温下扩散到表面与水蒸气发生可逆反应：

H2O+C=CO+H2

当反应达到平衡时，PCO*PH2/PH2O=K（脱碳反应平衡常数），PH2O/PH2代表气氛的氧化性，一般控制在0.20~0.28（弱氧化性气氛）。

炉内气体流动方向与钢带运行方向相反的，易将脱碳反应形成的CO气体排出从而到达脱碳的目的。

2.3退火炉设备

图1-1退火炉设备简图

如图1-1所示退火炉设备简图，以下对退火炉设备进行简单的介绍：

（进口密封室）：

用来隔离炉内气体与炉外空气，阻止炉外空气进入炉内。

（预热无氧化炉）：

PH利用NOF排出烟气的物理热、NOF未燃尽气体和SF流过来的氢气燃烧的化学热预热带钢至要求温度。

（1#炉喉）：

位于NOF与RTF之间，既能阻挡NOF对RTF的热辐射，又能在必要时，阻止NOF炉气倒流入RTF和SF，污染炉膛

（辐射管加热炉）：

防止带钢在NOF内出现带钢氧化、断带、降低磁性.

（均热炉）：

用来使带钢在规定温度下进行脱碳和再结晶。

（2#炉喉）：

用于挡住SF对冷却段的热辐射。

（冷却管炉）：

采用冷却管对带钢进行间接冷却，以保持良好的板形。

（保护气体循环喷射冷却）：

用来按规定的冷却速度将带钢冷却至工艺要求的温度。

（出口密封室）：

用来密封来自RJC的保护气体和阻止外界空气进入RJC

（最终冷却）：

用来冷却带钢，FJC出口带钢温度低于100℃。

3.硅钢生产中退火炉的工艺技术

3.1退火炉点火升温

3.1.1点火升温的条件

必须确认以下条件全部满足才能点火升温。

1）管路的检漏试验，气密试验已经完成。

2）煤气管路的N2吹扫已经完成（煤气管路内的氧浓度O2%≤1.0%），且吹扫煤气管路的N2阀已关闭。

3）炉内及烟道的吹扫已结束。

4）与炉子相关的冷却水已全部通水。

5）炉底辊正在运转。

因为当炉温高于150℃时，炉底辊如长时间不转，则会弯曲和损伤。

6）RJC循环风机已全部启动。

7）炉压为正压。

8）仪表、电气系统能正常运行，且已准备就绪。

3.1.2点火升温注意事项

图2-1退火炉升温曲线

1）点火时，若着火后马上熄灭时则立即关闭煤气，待炉内气体彻底吹扫干净后再重新进行点火操作。

2）如图2-1所示：

升温时，为了保护耐火材料，应将升温速度控制在100℃/h以下，当炉温达到600℃时进行炉内穿带。

3）用N2吹扫配管及通入煤气时要注意环境缺氧致人窒息，防止意外事故。

4）升温及操作时，手接触炉体、烟道时要十分小心，防止烫伤。

5）点火混合气配管上的点火指示器以及PH、NOF点火用辅助烧嘴在炉外燃烧，要防止烫伤。

6）不要用手接触驱动装置，否则有被卷入的危险。

3.2连续脱碳退火

3.2.1脱碳原理：

若C<0.005%，一般不需脱碳，通入干性保护气（露点DP低于0℃，20%H2+80%N2）进行光亮退火，速度可加快。

若C在0.005%~0.015%退火时需脱碳，通入湿保护气（20%H2+80%N2通过50±5℃水温的加湿器带入5%~15%水蒸气入炉，露点DP在+35~+45℃），碳在高温下扩散到表面与水蒸气发生可逆反应：

H2O+C=CO+H2

当反应达到平衡时，PCO*PH2/PH2O=K（脱碳反应平衡常数），PH2O/PH2代表气氛的氧化性，一般控制在0.20~0.28（弱氧化性气氛）。

炉内气体流动方向与钢带运行方向相反的，易将脱碳反应形成的CO气体排出。

如图2-2所示：

最适合脱碳的温度在750℃以上870℃以下，因为在870℃以上时氧化膜增厚脱碳效率下降。

图2-2脱碳温度

3.3退火炉降温

图2-3降温曲线

降温时炉子降温时，必须注意以下事项：

1）PH，NOF，RTF，SF的炉温在760℃以上时，必须用N2将氢气彻底吹扫干净，将H2浓度降到0.5%以下。

2）关闭H2总阀，取下H2配管上的U型管（防止泄漏用安全管）。

但短期停炉且炉温在760℃时，没有必要取下此管。

3）如图2-3所示：

RTF，SF的炉温降到400℃之前，炉内必须是N2保护气体，不能停止氮气供应。

但作业线停止时，因炉温约有50℃回升，故350℃之前炉内必须是N2保护气体，不能停止氮气供应。

4）炉温超过150℃时，炉底辊不能长时间停止运转，RJC的风机也不能停止运转。

5）炉温即使已下降，除非万不得已，冷却水不应停止供应。

如果长时间停冷却水，冷却水配管不仅会产生堵塞，而且会加快腐蚀。

6）进入降温阶段后，要立即停止加湿装置工作

7）长期停炉时，煤气管路以及保护气体管路要用N2吹扫。

3.4退火炉抽穿带注意事项

3.4.1退火炉穿带

进行退火炉穿带时，必须注意以下事项：

1）炉内气氛必须是N2保护气氛。

炉内有H2时，必须用N2置换，使H2体积浓度≤0.5%后方可进行穿带。

2）炉温