全氢罩式炉的技术特点及其在不锈钢生产中的应用完整.docx

1、全氢罩式炉的技术特点及其在不锈钢生产中的应用完整全氢罩式炉的技术特点及其在不锈钢生产中的应用完整(可以直接使用，可编辑 优质资料，欢迎下载）强对流全氢罩式炉的技术特点及其在不锈钢生产中的应用李 钧 （宝钢股份不锈钢分公司 冷轧厂，上海 200431）摘要：介绍了强对流全氢罩式炉的一般结构，分析比较了强对流全氢罩式炉技术特点，阐述了强对流全氢罩式炉在不锈钢带材冷轧生产中的具体应用。关键词：强对流全氢罩式退火炉 技术特点 不锈钢生产The technical characteristics of HPH furnace and the application in stainless steel

2、productionLI Jun(Baosteel Stainless Steel Branch, Cold Rolling mill, Shanghai 200431 China)ABSTRACT The basic configuration and technical characteristics of HPH furnace were discussed, and its main application was also simply introduced.KEY WORDS HPH furnace technical characteristics stainless steel

3、 production1 引言强对流全氢罩式炉是目前世界上最先进的间歇式退火炉之一，它采用氢气作为保护气体，利用高速循环风机，使氢气在内罩内快速对流传热，达到快速、均匀地加热和冷却退火材料，产品性能均匀、生产效率高，被广泛地应用于钢铁、有色金属的退火处理。2 强对流全氢罩式炉的基本结构1-加热罩2-内罩3-钢卷4-中间对流板5-炉台6-炉台阀站7-循环风机图1 强对流全氢罩式炉结构示意图图1为强对流全氢罩式退火炉的结构示意图，强对流全氢罩式退火炉主要由强对流炉台、加热罩、内罩、冷却罩、炉台阀站等部分组成。(1)强对流炉台炉台是罩式炉的基础部分，退火钢卷放置在炉台上，同时内罩也扣在上面，形成密闭

4、的退火空间。设有高功率的耐高温循环风机，在钢卷加热和冷却时，保持内罩内保护气体的强循环。 (2)加热罩由壳体、烧嘴、换热器、耐火材料及配管组成。它主要作用是与内罩形成燃烧空间，使燃气与空气在燃烧空间混合燃热，对内罩加热。(3)内罩由耐热铬镍钢焊接成的圆柱形罩体，其作用是将钢卷与燃烧空间隔离开，使钢卷在保护气氛下进行退火处理。(4)射流冷却罩钢板焊接成的圆筒结构，四周及顶部布置空气喷嘴，上部安装冷却风机，用于对内罩进行快速冷却。(5)炉台阀站每个炉台配置一套阀站，由公辅管道、控制阀门和仪表组成。用于公辅介质的输入与输出、以及压力和流量的控制。3 强对流全氢罩式炉的技术特点3.1强对流全氢罩式退火

5、炉和连续式退火炉的特点比较(1)产品种类在罩式炉中，由于是以静止的方式进行热处理，其加热、冷却及保温时间均可方便的控制。特别是针对特殊性能钢种的特殊工艺要求，罩式炉便显示出优越性。而连续式退火炉常常受到带钢宽度、厚度和钢种的制约，产品范围比较窄。(2)加工产品性能罩式退火炉加热时间长，氢气在炉内强对流循环，加热均匀性好，冷却速度可控。而连续退火炉是连续作业，加热和冷却速度迅速，表现在加工后的产品性能上：罩式炉退火产品的深冲性能、塑性要比连续炉产品好。(3)生产工艺和能力罩式炉退火时为了充分保证钢温的均匀性通常要进行长时间的均热过程，加上装卸料占用时间，生产周期较长。而连续退火炉生产周期极短，大

6、批量生产，生产效率高。(4)投资及运营成本罩式退火炉一次性投资少，并且可分阶段进行模块化扩建，而且运行维护成本低，连续退火炉技术复杂，投资费用高，维护费用也高。3.2强对流全氢罩式退火炉和传统罩式退火炉的特点比较(1)生产能力比较表1是强对流全氢罩式退火炉与传统罩式炉产能对比表，可以看出强对流全氢罩式炉的炉台小时产能比传统罩式炉炉台小时产能提高一倍以上。表1 强对流全氢罩式炉与传统罩式炉产能对比炉子类型传统HNX罩式退火炉强对流全氢罩式炉循环风机转速1000rpm最大2500rpm，变频循环风量20000m3/h130000m3/h保护气体H2、N2混合气体100%H2炉台产能0.51.2t/

7、h2.02.4t/h从表中还可以看出，其产能提高的主要原因是采用了强对流技术和全氢作为保护气体。这是因为钢卷在罩式炉内退火传热主要受对流换热系数和钢卷径向等效导热系数影响。图2显示了退火过程中炉内对流换热与辐射换热热流密度之比，可以看出对流换热在炉内起决定性作用，开始和将近结束阶段，热流密度之比可达250，在均热阶段也保持在20倍。而对流换热系数与保护气体的流速和特性密切相关。氢气密度仅为氮气的1/14，动力粘度仅为氮气的一半，因此使用纯氢气，再提高循环风机转速，可以显著提高炉内对流换热系数。另一方面钢卷层与层之间存在间隙，会降低径向导热系数，径向传热主要通过保护气体的导热、带钢间辐射换热及通

8、过接触点的导热。钢卷径向传热是带钢金属导热和带钢层内气体传热的综合效应。因此增加保护气体的导热系数，能有效提高径向导热系数，而氢气的导热系数是氮气的7倍，因此采用氢气作为保护气体也能显著提高钢卷的径向等传热能力。图2炉内对流换热与辐射换热热流密度之比随退火过程的变化(2)产品质量比较强对流全氢罩式炉处理的钢卷表面质量的温度比较均匀，外圈和芯部的温差可以缩小到20以内，因此性能更加均匀，塑性和深冲性能优良，而传统罩式炉处理钢卷时则存在外圈过热和晶粒粗化现象，由于保护气氛中氮气比重高，退火能造成一定程度氮化，降低产品的深冲性能。另外强对流全氢罩式炉处理的钢卷表面质量也优于传统罩式炉的产品。(3)能

9、耗比较强对流全氢罩式炉由于热效率高退火周期大大缩短，与传统罩式炉相比缩短了30%40%，能耗大大降低。另外强对流全氢罩式炉风机采用变频无级调速控制保证了风机速度与气氛气体的比重和温度相匹配，显著降低了电耗。4 强对流全氢罩式炉在不锈钢生产中的应用400系列不锈钢，如430、420、409等，是强对流全氢罩式退火炉重要的处理对象。一般不锈钢带材在冷轧过程中要经历两次退火，分别是冷轧原料卷退火和冷轧成品卷退火，有时在轧制过程中还需要中间退火。(1)冷轧原料卷的退火热轧后带钢会发生塑性变形，各晶粒顺着轧制方向伸长，压扁，破碎，在晶界形成大量位错，晶格变形，导致加工硬化。对于碳、氮含量较高的400系列

10、不锈钢来说，热轧后在冷却过程中组织发生马氏体相变，常温下得到全部或部分的马氏体组织。因此采用罩式退火炉将材料加热到马氏体相变点以上，经过长时间保温和缓慢冷却，以消除轧制内应力和加工硬化，使被拉长的晶粒变为等轴晶粒，获得良好的冷加工性能。马氏体组织也分解为铁素体基体上均匀分布球状碳化物，带钢变软，利于后续加工。图3是430不锈钢罩式炉退火的典型工艺曲线。430不锈钢热轧后，组织中含有部分马氏体，导致材料变硬，不利于后续加工。通过加热到相变温度以上，约850，消除组织内的马氏体，得到较低的硬度。为了防止由于冷却速度过快，重新生成马氏体组织，通常带加热罩缓慢冷却到760以下，再扣上冷却罩进行快速冷却

11、，当芯部温度冷却到350，将钢卷吊至终冷台进行最终冷却。图3 430不锈钢罩式炉退火的典型退火工艺曲线(2)冷轧不锈钢的中间退火400系列不锈钢冷轧过程中发生硬化。变形量越大，加工硬化的程度也越大。对于较厚的钢带来说，需要经过两次轧制甚至多次轧制才能获得需求的厚度，因此需要中间退火。这类退火可以在连续炉中进行，然后酸洗处理，除去氧化铁皮，也可以采用强对流全氢罩式退火炉进行退火，由于保护气氛为纯氢，露点低，可以获得光亮的、光滑的表面，省去了酸洗工序，而且机械性能优良。这类退火一般加热温度不超过马氏体相变点，否则弥散分布的球状碳化物会再次溶解。 至于不锈钢冷轧成品卷的退火，一般不用罩式退火炉处理，

12、这是因为冷轧卷长时间退火后表面都会略微氧化，有不均匀的的退火痕迹，影响表面使用；另外冷轧成品卷通常很薄，退火温度较高时，容易发生粘结和层间擦伤等表面缺陷。5 结束语随着国民经济的发展，我国的不锈钢的生产和消费量都在迅速上涨，对不锈钢的品种和质量都提出了更高的要求，强对流全氢罩式退火炉正是顺应这一趋势，在不锈钢制造领域不断发展壮大的，也必将在不锈钢生产制造领域发挥更重要的作用。参考文献：1陆世英等.不锈钢 北京：原子能出版社，1995.72林林等.全氢罩式退火炉退火过程传热的研究（）.北京科技大学学报,2003,(3):2542573傅作宝.冷轧薄钢板生产(第二版).北京：冶金工业出版社，200

13、5.6技术标第一章 工程概况一、公司拟新建年产200万吨不锈钢卷，带钢规格2.016mm8001550mm，最大卷重25t的不锈钢深加工生产线，主要包括2座步进式加热炉、1台高压水粗除鳞机、1架四辊可逆粗轧机、1套边部加热器（预留）、1台飞剪、8机架四辊精轧机组、1套层流冷却系统、2台卷取机及托盘式钢卷运输线，还含配套的主厂房、水处理系统、电气室、轧机除尘设施等。二、本标段范围：序号施工标段名称主要施工内容3主厂房基础、设备基础、水处理土建标段（III标段）(1)主厂房基础。(2)防雷接地。(3)生产线设备基础（包括渣沟、磨辊间设备基础等）和二次灌浆。(4)旋流沉淀池土建及附属钢结构工程（含吊

14、车轨道、吊车梁及内筒）及预埋套管。(5)电气室、操作室、测量房等，含附属的门窗、照明设施以及空调的供配电。(6)不含主厂房钢结构，含厂房内零星钢结构。(7)含车间内零星混凝土基础、矮墙、管沟和电缆沟及钢盖板。(8)含电气埋管、预埋件(包括预埋螺栓、埋管、套管等)。(9)厂房内地坪施工。红线内厂房外地坪硬化、厂房内工程地面、平台刷漆、分区划线等不在本次招标范围内。(10)除尘设施的土建施工。(11)加热炉设备基础、烟道、烟囱及烟囱基础，烟囱采用混凝土结构形式5水处理外部设施标段（V标段）(1)水处理设施的土建施工（含埋管），不包括漩流井及附属钢结构工程。(2)水泵房，含附属的门、窗等。(3)水处

15、理设施防雷接地、照明、空调的供配电。(4)本标段不包括水处理机电设备、管道、阀门及仪表的安装。(5)本标段和第四标段（生产线设备的机、电安装标段）的关系为受电关系，本标段介质管道和附属管沟（或支架）的界面原则为送至生产线主厂房外1米。三、工期要求：本工程建设工期15个月，从合同生效之日起开始计算，到全部施工内容实施完成、热负荷试车成功并生产出合格产品为止。计划2021 年10月底施工进场， 2021年1月 18日热负荷试车并成功轧出第一卷钢。主要里程碑节点要求：（1）2021年5月20日具备主厂房吊车安装条件，7月15日前安装完毕。（2）2021年7月15日完成主厂房钢结构封顶。（3）2021

16、年6月30日移交加热炉区设备基础给业主（包括行车具备投用条件）。（4）2021年9月25日具备送电条件。（5）2021年10月31日具备送水条件。（6）2021年1月18日完成全线的热负荷试车。四、质量标准：本工程质量标准为合格。五、安全和文明施工目标：工程实施期间的安全目标：确保无重大生产（因施工引起）和施工安全责任事故。施工期间环保文明事故目标：创建环保文明施工工地、满足业主和当地主管部门管理的有关规定。六、场地条件该区属亚热带季风气候，温暖潮湿。多年的年平均气温21.6，低温在1月，年均12.8，高温在8月，平均28.2，绝对气温最低0，最高36。降雨量充沛，其中降雨集中在每年的49月，

17、占全年降雨量的81.3%。测得钻孔初见水位埋深为0.53.2m，稳定水位埋深为0.73.4m。根据勘察地质资料分析查明，地基土按成因类型可划分为4个主层：人工填土层、海陆交互相沉积层与冲积层、残积土层和基岩层。现按岩土层自上而下的顺序分述如下：杂填土层（Q4ml ）：顶面标高4.125.60m，平均值4.77m；厚度1.86.7m，平均值4.38m。土性为杂填土，主要回填物质为填石、填砂、粉质粘土，多数为碎石砂土混杂堆填，局部地方上部为碎石砂土，下部为素砂或粉质粘土残积土等堆填。1淤泥质土(Q4mc)：顶面标高-1.793.42m，平均值0.40m；厚度1.015.8m，平均值4.44m。灰黑

18、色，饱和，流塑，主要成分为粘粒和粉粒，粘性差，富含腐殖质，含粉细砂成分，局部含少量贝壳碎块，具腥臭味，韧性低。2粉质粘土(Q4al)：顶面标高-8.25-0.02m，平均值-3.51m；厚度1.37.8m，平均值3.80m。褐黄色褐红色,湿,可塑;主要成分粉粒和粘粒,含少量粉细砂成分,干强度较高。3淤泥质土(Q4mc)：顶面标高-9.23-3.02m，平均值-5.92m；厚度1.310.2m，平均值4.89m。灰黑色，饱和，流塑，主要成分为粘粒和粉粒，粘性差，富含腐殖质，含粉细砂成分，具腥臭味，韧性低。4粉土(Q4al)：顶面标高-14.92-3.58m，平均值-7.55m；厚度1.16.7m

19、，平均值3.07m。浅灰色,中密,湿,主要含粉粒和粘粒,韧性低,无光泽反应,干强度较低。砂质粘性土（Q4el）：顶面标高-15.01-3.17m，平均值-7.78m；厚度1.115.6m，平均值5.58m。黄褐色,硬塑,湿,主要成分是粉粒和粘粒,夹砂粒成分,稍有光泽,干强度较高。1全风化花岗岩（52(3)）：顶面标高-22.51-4.81m，平均值-11.16m；厚度1.615.0m，平均值6.33m。黄褐色,岩石风化剧烈,结构基本破坏,岩芯呈坚硬土状,花岗残余结构强度,易捏散,遇水易软化、崩解。2强风化花岗岩（52(3)）：顶面标高-28.01-9.90m，平均值-16.94m；厚度1.22

20、8.85m，平均值10.96m。黄褐色,岩石风化强烈,原岩结构清晰,主要成分为石英、长石及黏土矿物,岩芯呈半岩半土状,手可掰断,局部夹破碎中风化,属极破碎、极软岩,岩体基本质量等级为级。3破碎中风化花岗岩（52(3)）：顶面标高-41.15-15.35m，平均值-27.15m；厚度0.310.1m，平均值3.11m。浅灰色,中粗粒状结构,块状构造,结构部分破坏,风化裂隙发育,主要成分为长石、石英及云母,岩芯大部分呈破碎状,属破碎、软岩,岩体基本质量等级级。4中风化花岗岩（52(3)）：顶面标高-38.83-14.51m，平均值-29.10m；厚度0.223.47m，平均值3.23m。浅灰色,中

21、粗粒状结构,块状构造,结构部分破坏,风化裂隙较发育,主要成分为长石、石英及云母,岩芯大部分呈短柱状,RQD约为40%,属较破碎、较软岩,岩体基本质量等级级。第二章 施工部署及总平面布置第一节 施工原则各专业均以土建施工为主导施工，其他专业紧密配合，施工时由工期占用较长的项目先行开工，其他项目随后进行的原则安排。分清主次，全局统筹。本工程主要施工项目为主厂房土建、设备基础及构筑物、加热炉烟囱、旋流沉淀池等项目，本施工设计也是按照这些项目的分部分项工程进行编制的，其他小型附属建筑可参照这些项目的工艺进行组织施工。第二节 施工部署根据我公司在类似工程实施组织上多年积累的施工经验，结合本工程实际情况，

22、确定施工原则如下：主攻轧线，开口施工；平台先行，厂房跟进；先深后浅，深基提前；旋流基深，平行主线；平行流水，立体交叉；主辅同步，能源优先；分片分段，明确责任；合理组织，工期提前。针对本工程的特点，本工程施工主要围绕主轧跨的施工安排各项工作，以设备基础施工、厂房钢结构安装、+5.5m平台施工、设备安装为主要矛盾线和施工组织的核心，以旋流池和电气室施工为重点，为试车创造条件。1）本工程基本上采取开口的方式组织施工，将主厂房划分为3个区（加热炉区、主轧区、成品区）。每段施工顺序为：土建柱基础 、设备基础 +5.5m平台施工 钢结构柱、屋面梁、屋面板采光板或天窗(同时进行跨内行车安装达使用条件) 设备

23、安装（同时进行+5.5m平台下电气室土建、液压润滑站土建等施工） 单机调试。2）以主轧跨为主线组织施工，其它区域的施工可平行、穿插进行。土建先施工主轧跨厂房柱基础及设备基础，然后进行厂房结构安装，确保加热炉本体安装、主轧线设备安装有足够的施工时间，其它各跨根据实际情况进行平行、穿插合理安排组织施工，前后搭接、流水施工，以缩短施工工期，保证本工程的工期网络计划。3）旋流池离厂房较近，由于本工程工期短、场地狭窄，旋流池拟采用逆作方法施工。4）电气设备需土建装饰工程完工后才能进行安装，不好进行穿插施工。土建安排施工时，此项作为辅助重点施工。5）各功能小房依据现场条件分别开工，但不影响机电设备安装。6

24、）钢筋加工场及周转材料堆放场在施工区域外就近布置。第三节 施工总平面布置一、结合具体情况，统筹安排，合理布置。1、满足施工需要，方便施工组织与管理。2、不占用正式工程位置，避免出现中途拆迁。3、靠近区域外正式道路，或即将修建的正式道路。二、布置紧凑，不同施工阶段都可利用的设施要交接使用，避免重复建设。三、不同施工专业阶段性占用的地块统一确定使用时间，交替使用。四、修建的临时建筑，应以经济适用为原则，合理选择形式和地点。五、形成交通环路，方便施工，满足消防要求。施工总平面布置图见后附表第四节 施工道路及排水一、施工区域设置临时道路，临时道路根据不同施工阶段进行调整。二、施工道路填筑8001000

25、mm厚山皮石，并用振动式压路机碾压。在进出施工区域处设置冲洗站，冲洗汽车轮胎，确保不污染厂区道路。三、道路雨排水采用沿路边砌筑排水明沟的方式。排水沟就近并入厂区主排水系统，连通前设置临时沉砂过滤井。雨排沟通过道路时，设过路管埋设。四、未经许可，不得占路、封路和掘路。确有必要经申请、批准方可实施。五、履带式施工机械不得在沥清路面上行驶，必须通过时要办理批准手续，并采用有效的保护措施。六、严禁向道路上排水。向道路雨排沟内排水，应采取沉淀措施。严禁在道路上冲洗混凝土罐车和泵车。第五节 施工用电设计一、本工程在施工现场根据厂区线路的走向就近接入。二、施工现场按区域设置若干总配电箱，可根据不同施工阶段的

26、用电设备变化进行调整。根据情况架空或电缆形式连接。架空时净高大于6.5m，埋地时需用钢管保护。三、区域总配电箱下根据不同用电设备，分别设置若干分配电箱，供用户使用。四、配电线路应沿道路一侧布置，不妨碍交通和施工机械的装、拆及运转，并要避开堆料、挖槽和临时建筑用地。五、开工前我们将根据实际现场情况编制详细施工用电方案。第六节 施工用水设计一、施工用水主要用于土建施工和消防用水。就近接入厂区供水管道，装水表计量使用。二、主管设为DN150，压力0.5MPa。支管为DN50或 DN25分别接至各施工区域。三、供水管道沿路一侧埋地设置，埋深800mm。用水点支管冬季要加防冻处理。第七节 施工大临设施一

27、、由于施工现场布置紧凑，可利用的空地有限，在施工现场的大临设施只布置了必须的办公室、配电所、木工加工间、钢筋加工场、工具间、砂浆搅拌站及水泥库和砂场、大型工具和模板存放场和钢构件装配平台等。混凝土使用商品混凝土。二、大临设施按功能分区设置。现场办公室临厂区公路设置，建筑面积300m2，单层彩钢活动房。木工加工间、工具间和钢筋加工场集中布置。木工加工间、工具间采用简易单层砖结构房，建筑面积800m2，钢筋加工厂占地面积1500m2。砂浆搅拌站、水泥库、砂场、大型工具和模板存放场集中布置。第三章 网络进度计划第四章 分部、分项或专项施工方案第一节 工程测量本工程属占地较广，施工量大的工程，各工程项

28、目间有相互联系，现场施工条件复杂，测量要求精度高。测量控制与管理十分重要，将严格按照施工测量规范施工，确保工程施测准确，质量合格。一、平面测量按照给定的坐标，在现场做平面控制网，平面控制网按二级测量，在控制网的基础上，测出施工区域主要建筑物的主轴线及必要的辅助轴线，平面控制网测定之后，应埋设永久性深埋标桩，标桩采用混凝土浇筑，深度必须超过当地冻深1.5m。具体标桩埋设见图。施工时应由监理单位组织各施工单位按照设计图纸给定的坐标数据统一对主轧线、设备基础中心线、粗轧机中心线、F4精轧机中心线及卷取机中心线进行平面定位。其余控制线均以此为基准。按照主轧线、粗轧机中心线、F4精轧机中心线及卷取机中心

29、线和建筑物间的相互尺寸进行主轧跨厂房、主电室、磨辊跨厂房及厂房外电气室的平面定位。定位后以角度、边长检查满足规范要求后，方可进行下道工序施工。因主轧线设备基础较长，施工时必须另设置与主轧线正交的辅助中心线，间距1520m。厂房定位和主轧线设备基础定位应一次完成，厂房和主轧线设备基础的定位应各自建立独立的控制网。二、高程测量在施工现场的安全地带及建筑物所产生的压力影响范围以外，布设深埋水准点，形成网形，数量不少于三个，水准基点高程按精密水准测量的精度要求和方法进行测定，同时作为沉降观测基准点。在现场建立适当数量的专供施工用的“0.00”水准点。三、沉降观测1、观测点的布置：观测点的布置应能全面反

30、映建(构)筑物的变形情况，准确表示出沉降特征的地点，每个建筑物数量不少于6个。2、采用精密水准仪和铟钢尺，固定测量工具和人员。3、测量精度采用级水准测量，视线长度为20-30m，高度不低于0.3m，水准测量采用闭合法进行。4、观测点要求：1）观测点本身应牢固稳定，确保点位安全，能长期保存。2）观测点与建筑物保持一定距离，在点上能垂直置尺并具有良好的通视条件。3）观测点需在混凝土基础侧面和基础上表面均设置，土方回填以前，利用基础侧面设置的沉降观测点进行观测；土方回填以后，利用基础上表面设置的沉降观测点进行观测。4）观测点宜设在地坪以上0.3m处。5、沉降观测的时间和次数1）沉降观测的时间和次数，

31、应根据工程性质、工程进度、地基土质情况及基础荷重增加情况等决定。2）较大荷重增加前后（如基础浇灌、土方回填、安装柱子、屋架、设备安装、设备运转等），均应进行观测。3）如施工期间中途停工时间较长，应在停工时和复工前进行观测。4）当基础附近地面荷重突然增加，周围大量积水及暴雨后或周围大量挖方等，均应进行观测。5）工程投入生产后，应连续进行观测，观测时间的间隔，可按沉降量大小及速度而定，在开始时间隔短一些，以后随着沉降速度的减慢，可逐渐延长，直到沉降稳定为止。四、测量管理1、认真贯彻执行工程测量规范和有关标准。2、认真执行国务院发布测量标志保护条例建立定期和特定的复测、检查及校核制度。施工测量应加强自检,二个施工单位接合处互检。3、基础施工完后，立即将行线、列线和基础中心线引测到基础顶面，标高投测到每个基础上，做到点有名，线有号，标高、标志有数据。第二节 土方开挖和基础回填一、挖土工程1、本工程挖土采用机械挖土、人工配合、自卸