退火工艺流程参数与产品.docx
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退火工艺流程参数与产品
退火工艺流程、参数及产品
工艺流程
罩式光亮退火炉为周期式热处理炉，用于带钢卷保护气氛条件下的再结晶光亮退火处理。
通过控制钢卷在罩式炉内加热、保温和冷却过程来完成金属组织和性能的变化，既将经冷轧变形的金属加热到再结晶温度以上、Ac1以下，经保温后冷却，同时通入还原性保护气氛，在完成金属组织恢复、再结晶、晶粒长大的同时达到光亮的目的。
通过再结晶退火可以消除冷轧加工硬化，消除内应力，降低硬度，恢复塑性，提高延伸率，使钢板达到要求的力学性能、工艺性能和显微组织结构。
一个完整的退火工艺流程包括：
炉台清理→炉台装料（钢卷+对流板）→输入退火参数→扣上内罩→锁紧内罩→冷态密封检查→氮气吹扫→启动循环风机→扣放加热罩→充氨分解气（H2+N2）保护→加热罩点火→按设定速率升温→风机按控制方式变换为高速运行→保温→热态密封检查（保温结束前）→吊走加热罩扣上冷却罩→风机冷却至设定温度→喷淋水冷至出炉温度→氮气吹扫→吊走冷却罩→松开内罩锁紧→吊走内罩→卸料→退火数据保存。
产品大纲
1、退火料规格
材质：
冷轧钢卷：
普通碳素钢、优质碳素钢、低合金结构钢。
代表钢号：
Q195、Q235、08AL、20、45、SPCC、SPCD、SPCE。
热卷来源：
宝钢、武钢、鞍本钢、唐山建龙等热卷和中宽带。
厚度：
0.2-1.8mm
宽度：
650-1250mm
卷内径：
φ510mm
卷外径：
φ900–φ1900mm
φ900–φ1650mm两种
卷重：
Max26t（1250mm板宽）
屈服强度：
max.910MPa
拉伸强度：
max.1280MPa
2、成品尺寸：
厚度：
同来料
宽度：
同来料
卷内径：
同来料
卷外径：
同来料
卷重：
同来料
屈服强度：
max.360MPa
拉伸强度：
max.700MPa
15万吨热处理产品大纲如下：
序号
产品厚度
（mm）
产品宽度
（mm）
年产量
（t）
（%）
1
0.20－0.35
650—1015
45000
30
2
0.35－0.5
650—1015
45000
30
3
0.5－1.0
650—1250
30000
20
4
1.0－1.8
650—1250
30000
20
合计
150000
100
4、罩式退火炉机组主要条件和要求：
1）机组型式：
强对流循环罩式退火炉机组
2）炉子数量：
炉台数16台
3）热处理形式：
冷轧带钢的再结晶（软化）退火。
4）燃料：
天然气热值≥8400kcal/Nm3.（考核消耗按8500kcal/Nm3）
5）保护气体：
氨分解气，75%H2,25%N2
6）最大装炉高度：
按板宽950mm装四卷、1250mm装三卷考虑。
7）最大装炉量：
60吨（8个炉台，对应650-950mm板宽，φ1650mm卷径）；
75吨（8个炉台，对应1250mm板宽，φ1900mm卷径）
8）退火温度：
带钢温度≤750℃，加热罩排烟温度≤850℃
设备配置量：
8组罩式炉，16个炉台、8个加热罩、8个冷却罩。
设备组成介绍
综述
强对流罩式光亮退火炉由加热罩、燃烧系统、冷却罩、内罩、炉座、管路系统、电控系统、气体发生装置等几大部分组成，罩台比为1：
2。
罩式炉的加热过程是由加热罩先行加热内罩再加热内罩里的钢卷。
炉体和工作区是圆柱形。
内罩与炉台间通过手动压紧水冷胶圈后形成密闭加热炉腔。
经密封检测、吹扫洗炉、充保护气等工艺控制过程，保证炉内维持正常工作压力，并在炉座循环风机的作用下促使炉内保护气体强烈循环。
实现气体搅拌，均匀温度。
在PLC控制下，根据工艺要求进行炉座密封检测、升温、保温、降温、风冷、水冷等一系列工艺过程。
同时通过上位站实现全过程监控及指令发送，最终达到光亮退火的目的。
车间机组设备：
车间炉台总数：
16台
加热罩：
8个
冷却罩：
8个
内罩：
16个
管道阀站：
16套
基本控制单元：
16套
上位监控管理单元：
1套
专用器具：
成套（立式钢卷夹钳；内罩吊具；对流盘；及其它专用工具）
保护气体站（氮气；氨分解气）：
成套
2·1加热罩及燃烧系统
加热罩是圆柱型的，顶部设起吊装置，底部有支撑腿，侧身带导向臂，轻型纤维复合炉衬。
炉壳：
用钢板和型钢气密焊接成型，留有安装烧嘴用的开孔，顶部设起吊装置。
炉衬：
整体纤维复合轻质节能炉衬。
上部为高纯型硅酸铝耐火纤维模块。
下部烧嘴区域采用耐温耐冲刷的预成型含锆纤维叠块。
加热罩导向：
保证加热罩正确放置在底座上,使燃气系统准确联接。
外罩热电偶：
用于記录外罩温度和超温报警保护。
燃烧加热系统
采用比例连续+ON/OFF的自动控制燃烧方式，运行稳定可靠。
烧嘴设在罩体下方，切向分布。
装炉量75吨烧嘴设置：
分2排布置，每排5个，共10个烧嘴；装炉量60吨烧嘴设置：
分2排布置，每排4个，共8个烧嘴。
每个烧嘴都配有自动点火和火焰监测设备，确保烧嘴正常工作。
燃烧系统控制阀门精选德国霍科德进口优质件。
系统工作在升温段时，根据温度设定值和测量值的比较结果，控制空气管道阀门的开关量大小，并由一个连杆空/燃比例调节阀自动控制空气和燃气的混合配比，使燃烧始终处于最佳状态。
系统工作在保温段时，根据温度设定值和测量值的比较结果，控制燃气管道电磁阀的开和关，以实现炉温的自动控制。
燃气管路系统：
主要包括与炉前供气管连接的燃气接手；稳压阀门、比例阀门、压力开关、压力表；燃气环形管；通向各个烧嘴的带有电磁阀和切断阀的管路。
助燃空气及排烟系统：
主要包括助燃风机；空气调节阀、压力开关；耐热钢换热器；热风调节阀；通向各个烧嘴的环形管路和竖直空气供给管线；排烟钢结构的排烟集管、支管；排烟管用绝热材料进行保温包扎。
2·2冷却罩
冷却罩放在内罩外以冷却带卷。
冷却罩是圆柱型的,有支撑腿。
安装在上部的冷却风机可以对内罩实施强制风冷。
在冷却罩顶部有一个水冷喷头，腰部设有环状喷水管，水冷时可均匀地冷却内罩。
冷却罩顶部设计成可用吊车移动，有两个导向装置使其能正确地放在底座上。
罩体：
由钢板和型钢焊成。
上部装有三台大风量冷却风机，安装在炉壳支撑架上。
炉壳内侧顶部和腰部设有水冷喷淋装置，对内罩实施快速冷却。
水冷装置通过快速接头和软管与冷却水管相连。
内罩
内罩与底座一起形成一个气密的空间。
内罩由耐热钢制成。
底部有法兰通过压紧装置将内罩压到底座密封圈上，内罩可以用吊车移动，顶部设有吊装环，两个导向柱保证内罩正确地放在底座上。
罩体：
由6mm耐热钢板气密焊接成型，材质为309S+1Cr18Ni9Ti，罩体制成横向波纹提高其热强度。
旋压椭圆形封头，特殊焊接工艺和检测手段，保证使用寿命。
底部大法兰：
加工有水冷槽，用以保护炉座密封胶圈。
法兰焊后振动时效处理防止变形，进行二次机加。
罩体焊缝进行着色探伤检查和射线探伤抽查。
┅技术数据
罩体直径：
φ2100mm（装炉量75吨内罩）
φ1850mm（装炉量60吨内罩）
适合堆垛高度：
3950mm（装炉量75吨内罩）
4050mm（装炉量60吨内罩）
钢板厚度：
6mm
法兰平直度：
≤1.0mm
波纹形式：
梯形波纹
波纹宽度：
150mm
波纹深度：
10~12mm
波纹段圆度公差：
±10mm
炉罐试验压力：
0.02Mpa
内罩寿命不小于3年
2·4炉座
底座用于承放料卷、内罩和外罩。
装有风机和导流装置。
在底座上安装了一个底座密封圈，当夹紧内罩时，它会将底座空间密封。
炉台循环风机：
高效变频调速直联炉用风机。
炉台底座：
型钢和护板制成支承底架与基础定位相联，承重保温座为耐热钢板旋压反封头结构。
内置绝热耐火纤维和耐热钢支撑。
对流托盘：
高效扩散导流盘，全部由耐热钢构件制成，坚固耐用。
在额定载荷下，长期使用不变形。
炉座大法兰：
镶有真空水冷密封胶圈，压紧后，保证工作区间的气密性。
保护气及安全气进气、排废气及冷却水接口均在炉座上。
罐内热电偶也均由炉座引入，用于工作区温度控制、显示，记录和工艺控制（风机换速、冷却喷淋、报警和过程结束），其中1支电偶用于控温和记录，另一支用作同时纪录。
两只热电偶炉内测点180度分布当控温偶故障时可切换到另一只热电偶进行控制,制作时炉台底架消除焊接应力（振动时效）。
┅技术数据
炉台承载能力：
90T（装炉量75吨炉台）70T（装炉量60吨炉台）
电机功率：
37KW
电机工作转速：
1850rpm
风量：
65000~80000m3/h风压：
1900帕
电机绝缘等级：
F级
电机防护等级：
IP23
电机主轴材质：
1Cr25Ni20Si2（固溶处理）
电机轴承及润滑脂：
瑞典SKF进口产品
叶轮直径：
W9.5---Φ950mm（装炉量75吨炉台）
W9.0---Φ900mm（装炉量60吨炉台）
叶轮材质：
高镍铬耐热钢（去应力处理与转子组合动平衡试验）
2·5管路阀站
组成：
充保护气分路、充氮洗炉分路、燃气分路、排废气分路、工艺水分路、炉台冷却水分路、阀门控制仪表气分路。
其中阀门为精选气动球阀、电磁阀、不锈钢手动球阀。
关键阀门带有状态反馈微动开关，确保自动控制安全。
保护气和氮气进气自动控制，通过高精度涡街流量计实现流量和累积量测量显示和上位输出。
炉内压力自动控制调节，冷却水流量报警保护。
保护气采用双路进气，在400℃之前确保使用高流量保护气吹扫将挥发产物及时带走，保证带钢表面质量。
其它工艺段可选择使用小流量保护气或关断保护气。
当氮气供给充分时，还可实现低温开始阶段（0.5～1小时）使用纯氮保护退火以节省保护气的消耗。
2·6炉台密封夹紧系统
为保证炉子工作空间气密性要求，内罩和炉台间的夹紧采用手动夹紧方式。
在炉座上设有接近开关，当手动夹紧到位时，上位画面中会显示内罩就位。
2·7气体发生装置
气体发生装置按双方约定供货。
其规格和性能应满足使用要求。
根据机组退火工艺要求，氮气供应和氢气如下：
氮气供给系统：
为了满足炉区450Nm3/h的用气量，配备制氮机系统1套150Nm3/h（带纯化）和两个30m3（0.5MPa）储罐和一个稳压装置。
用于洗炉吹扫。
保护气供给系统：
为了满足炉区280Nm3/h的用气量，配备氨分解系统两套140Nm3/h（带纯化）。
2·8排烟系统
炉群配2台排烟风机，排烟风机功率约37KW，为防止排烟风机故障而影响生产，排烟风机为一用一备，排烟管道为钢制结构或砖混结构。
2·9起重和吊运工具（用户自备）
天车起吊高度（钩头至地坪）：
12m米+裕量
料卷吊运方式：
双缘卷材夹具
内罩吊运方式：
特制吊具（卖方提供）
对流盘吊运方式：
带对正孔的3爪夹具
加热罩和冷却罩吊运方式：
天车主钩
天车吨位：
推荐32T+10T
天车行走（桥架）速度：
推荐无极可调（最大60m/min）
天车横移速度：
推荐无极可调（最大20m/min）
卷扬速度（提升/下降）：
推荐无极可调（最大8m/min）
翻卷机：
大于25T
注：
关键件（风机、内罩、炉衬、变频器、烧嘴和比例阀）在正常使用条件下，在保证寿命内出现损坏由供方负责免费维修或更换。
三、功能描述
3·1概述
我厂提供的强对流罩式光亮退火炉，适用于黑色金属及有色金属带卷的光亮退火热处理，可满足用户对产品的性能等级要求。
设备采用高效双速循环风机，全密封炉台结构，风/水组合冷却方式，具有生产率高、保温节能好、炉温均匀、安全可靠等特点，对全部退火工艺过程即能实现自动控制又能实现手动控制，即可以实现单机退火过程的自动化操作，也可以通过上位站实现机组稳定可靠的自动化操作和在线监控，并具有一系列安全防护措施，保证长期可靠运行。
在一个退火过程中，带卷参数由人工输入到计算机工作站并下载到各组炉台的PLC上。
车间操作人员将需要退火的带卷按堆垛要求装在炉台上。
当一个炉台装完带卷后（料卷间放置对流盘），扣上内罩，手动将其压紧到炉台法兰上，这样得到完好的密封。
然后在环境温度下进行炉子密封性试验，如密封性试验失败，控制系统给出相应报警，人工进行报警确认后，控制系统自动重新进行密封试验。
密封试验成功，则自动进行氮气吹扫，持续到设定的吹扫洗炉时间，使炉内氧含量降至安全限度，同时启动循环风机，设置加热罩，并用空气对加热罩炉膛加热空间吹扫。
在氮气吹扫和空气吹扫结束后，加热罩点火。
加热罩点火分上下两层进行。
炉子将按预定退火程序进行充保护气、升温、保温、降温、冷却等一系列工艺过程。
在此过程中风机在达到设定温度值时由低速转为高速，促使炉内保护气高速循环，保证炉温更趋均匀，确保钢卷的机械性能和晶粒尺寸均匀。
在保温结束前系统自动进行炉台热态密封试验，试验完成后进入冷却阶段。
冷却分为带罩降温、空冷、水冷几个阶段。
在移开加热罩扣上冷却罩后，开始进行风冷，冷却风机把冷空气吸入，使内罩温度逐步降低直到达到设定温度值后开始进行喷淋水冷，并一直冷却到出炉温度。
冷却终了，进行后期氮气吹扫，用氮气置换出保护气。
吹扫结束，吊走冷却罩和内罩，炉台卸料，将料卷放置料场。
完成一炉退火，可准备下次退火工作。
计算机监控系统将退火数据保存并送给上位管理机。
生产报表可以随时打印。
3·2温度控制
在温度控制部份，由于采用PLC智能控制模块，故在升温过程中，升温速率可调，并可预设二十条升温曲线。
在降温过程中，由于配置有风冷系统和水冷系统，故使降温速率要快于自然冷却速率，因此缩短了生产周期，这相应大大提高了设备的生产率。
3·3具有完备的安全保护功能
3·3·1具有内罩（炉台）及外罩超温保护功能
a、为了确保炉内工件不过烧及底座循环风机的安全稳定运行，在控温偶之外，另增加一支内罩（炉台）超温监控偶，这样即使控温偶发生失灵，也能保证内罩（炉台）不会超温发生损坏，因为通过这支监控偶也能切断加热器。
b、为了防止外罩在升温及异常情况下发生过烧，在外罩上设有一支外罩超温监控偶，以此保证当外罩温度超过报警温度时，能自动切断加热器。
3·3·2具有内罩密封性的自检及报警功能
由于在加热开始之前和加热结束之前系统均要进行密封性测试，当满足设定要求时，则程序继续进行，否则系统发出报警信号，提示再次试验。
如仍未能达到要求，则发出连续声光报警信号，以提示操作人员需对系统的密封性进行检测，采取安全措施，直至故障排除。
3·3·3具有内罩中气氛压力的自调功能及压力报警功能
在工件退火处理过程中，可能存在如下三种情况之一：
a、当炉压处于4000Pa~5000Pa（工作上下限）范围内时，进气阀、排气阀均处于通的位置，保持炉压动态平衡。
b、当炉压超过上限时，进气阀关闭，排气阀处于通的位置。
如炉压高于9000Pa超过10秒钟，则发出声光报警提示“压力过高”，同时加热系统和底座风机停。
c、当炉压低于下限时，排气阀关闭，进气阀处于通的位置。
如炉压低于1200Pa时，则安全气阀打开充氮，若低于1200Pa超过40秒钟，则发出声光报警提示“压力过低”。
3·3·4紧急停电及非正常停电时的安全保护功能。
当因意外情况，系统需紧急停电或突然断电，则系统停止工作。
除安全气进气阀和排气阀外，其余自动阀门全部处于关闭状态，并自动向炉内充入安全气N2，保证维持正常炉压和使带钢不被氧化。
3·3·5燃烧系统安全控制
燃气总管设有开闭器，高、低压力测点，显示并低压报警。
单炉空气压力检测1点，按测得值自动调节放散阀。
点火前空气预吹扫，保证安全点火。
自动点火、火焰监测，熄火保护，保证烧嘴正常安全工作。
设有高温保护、空燃气管道低压切断等安全措施。
3·3·6应急安全
在设备运行过程中，设备冷却水和安全氮气保证不间断供给。
用户应自备事故电源，并与正常电源自动切换。
如用户无法提供应采取柴油发电机进行应急供给。
使炉台应急冷却水在5-8分钟内送水到炉台。
应急氮气与供氮管网相连，阀门与系统连锁，事故时将应急氮气在相同时间内送入退火炉
3·3·7炉区安全
设备安装应通过当地消防和燃气部门验收，达到安全要求。
炉区柱列处加装燃气泄露报警仪，屋顶加装氢气报警仪。
电气自动化描述及马达清单
（一）．自动化设备的技术说明：
1．1上位监控系统（HMI）：
上位监控系统（HMI）主要利用西门子的上位工控组态软件（WinCC）,下位编程软件STEP7等，建立一个通用的操作平台。
在这个操作平台基础上,我们可以编辑满足实际需要的各种工艺监视画面（如生产总揽画面,工艺状态主画面,炉台管路画面,退火参数设置画面,趋势曲线画面，实时报警画面，报表画面等）以及控制工艺生产过程的PLC应用程序。
1．2基础自动化系统（PLC）：
1．“按位模块化”技术：
ET200S分布式I/O是全新意义上的结构化模块，更加贴近用户的需求。
“按位模块化”的新结构，意味着不仅可以使用16路32路的高密度模块，而且现在也可以使用2路4路的输入输出模块。
因此“精确配置”已不再是梦想。
2．“热插拔”技术：
不依赖于有源的背板总线“热插拔”技术，使得ET200S的维护工作大大降低。
不需要将整个系统停机或断电就可以在几秒钟内更换一个。
相互独立的接线端子底板和电子模板结构避免了重复接线的工作。
ET200的维修和维护真正作到了“举手之老，轻松解决”。
3．“Profibus-DP”现场总线技术：
通过采用“Profibus-DP”现场总线，使电缆数量显著减少，不再有杂乱无章的电缆布线，只有一个总线，一目了然。
降低了故障发生率并简化了维护。
更为简单的结构意味着更为快速的安装。
另外通讯速率高（12M/S）和接口的标准化也使其在各种工业现场得以广泛普及应用。
（二）．电气自动化系统的组成：
该设备控制系统采用集散型控制系统，它是综合计算机技术、通信技术、显示技术和过程控制技术的新型控制系统，系统可以方便地实现各种复杂控制功能和管理功能，该系统真正实现了管理集中和控制分散，从根本上提高了系统的可靠性，同时还可满足生产规模的进一步扩大。
该系统是开放性的体系结构，主要包括:
上位监控管理单元（HMI）,通讯网络（PROFIBUS-DP或MPI）,基本控制单元（S7）等。
系统主要单元配置及功能：
2.1上位监控管理单元：
（1）配置:
主机采用美国DELL或台湾研华。
（CPU--P42.3g以上处理器，80G硬盘，256M内存；17寸液晶彩显终端；惠普A4彩色打印机；山特UPS不间断电源,CP5611通讯卡,PC适配器等）,上位工控组态软件（WinCC）,下位编程软件STEP7,PID工具包软件等。
WINcc为上位工控组态软件,是一个视窗软件.是编制实际应用软件的操作平台.在这个操作平台基础上,我们才可以编辑满足实际需要的各种工艺监视画面.
STEP7为下位编程软件.主要用来编制西门子S7-300PLC的工艺控制程序.
PID工具包是一个专用控制软件,主要用来参与温度控制,以使温度控制效果达到最佳.
（2）功能:
上位机监控系统包括生产总揽画面,工艺状态主画面,炉台管路画面,退火参数设置画面,趋势曲线画面，实时报警画面，报表画面。
其功能如下：
①生产总揽画面
通过该画面可以了解车间内各炉台使用状态（包括内罩就位，冷密检、装炉吹扫、加热罩就位，点火前的热罩吹扫，加热，冷却罩就位，风冷，水冷，出炉吹扫，摘冷罩，摘内罩，等待卸料等）,以便于操作人员及时了解车间内各炉台的状态,进行必要的人工操作（装料、移动内罩、加热罩、冷却罩、卸料等）。
②工艺状态主画面
该画面包括:
冷密检监测、预冲洗监测、炉座气氛监测,加热状态监测，燃烧气氛监测,冷却状态监测，后冲洗监测,操作站等8个工艺状态监控栏,用以显示和控制单个炉座的工艺过程。
如用图形、颜色,字符显示各管道阀门的当前状态（开或闭）；各种风机的运行情况（运行、停止;高速、低速）；保护气、N2流量显示；冷却水回水是否断流；烧嘴点火是否正常；是处于升温段还是保温段；内罩和外罩是否超温等，以便于操作人员能够详细了解当前的运行状况。
★对不同操作者采用不同级别的口令授权，以保护系统的安全性。
③退火参数设置画面
通过该画面，操作人员可以人工输入（或配方调入）退火工艺温度曲线参数及其它参数，并将参数下载到指定的PLC。
④趋势曲线画面
通过该画面可以实时动态显示温度、压力、流量等物理量的连续变化（以
趋势曲线的方式实时显示）。
便于操作人员直观了解系统各参数的变化趋
势。
⑤实时报警画面
通过该画面可以及时了解系统内发生的故障及故障原因,用不同的颜色区分报警类型，并用蜂鸣器报警。
故障报警状态数据实时保存在数据库内,可随时打印。
★该画面显示优先级最高。
若系统产生故障报警，该画面即做为当前显示画面。
⑥报表画面
通过报表画面可以查询和打印退火参数历史数据、并可编制生产统计报表。
★对退火过程中需要记录的参数进行定时存储，并可随时进行过程数据查询。
数据在主机上存储期限为一年，为了确保数据的安全，每三个月对数据库用移动磁盘进行一次备份。
★报表画面可以分为历史报表、生产报表、统计报表等。
2.2通信网络单元:
通信网络是用来将以上位机为核心的监控管理单元和各基本控制单元有机的联系在一起，协调完成对整个生产过程的检测、控制、监视、操作、管理任务。
该系统的通信网络采用Profibus-DP或MPI方式与上位机连接。
DP网络协议具有高传输速度（12M/S），能够充分体现系统的实时性。
网络结构中所有的站（每个基本控制单元）通过相应的硬件接口连接到一条公共通信总线上，结构简单。
由于采用无源传输总线，一个站的故障不会影响其它站的工作，可靠性高。
2.3基本控制单元:
（1）配置:
德国西门子可编程控制器S7-ET200S（DP网）、德国KROM燃烧控制系统；名优低压电器元器件（每个炉台一套）。
（2）功能:
由基本控制单元完成炉台的所有工艺控制功能。
①由PLC智能模块和温控仪（日本导电）与温度传感器,空燃比例调节阀和燃气管路电磁阀,烧嘴控制器,点火变压器,火焰监测电极等构成温度加热系统的闭环控制。
按工艺要求在加热过程中采用连续比例调节+ON/OFF控制方式。
②每个炉座配置一套S7可编程控制器，按给定的工艺程序对炉台密检、氮气洗炉、充保护气、底座风机速度转换、风冷、水冷、出炉冲洗等工序进行自动控制。
并实现必要的连锁保护及异常情况报警
③S7可编程序控制器采用模块化结构设计。
各种单独的模块之间可进行广泛组合，当生产规模扩大时，可随时使用扩展模块对PLC进行扩展。
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