连续热镀锌退火炉的节能技术与应用

吴新忠

（天津冶金轧一钢铁集团有限公司，天津300201）

连续热镀锌退火炉的节能技术与应用

吴新忠

（天津冶金轧一钢铁集团有限公司，天津300201）

简述了连续式热镀锌退火炉的主要炉型和特点。结合天津冶金轧一华信制钢有限公司热镀锌退火炉的实际应用情况，分析了NOF法卧式连续退火炉在生产热轧钢带酸洗后，直接热镀锌的退火工艺及燃烧控制方法，并提出了退火炉的节能方法。

热镀锌；退火炉；热轧酸洗钢带；节能技术

1 引言

镀锌是金属防锈的一种非常有效的方法，连续热镀锌则是当今世界发展较快的镀锌技术。随着热镀锌技术的不断进步，热镀锌带钢的用途十分广泛，目前已涵盖建筑、汽车、轻工、家电、商品包装及农牧渔业等多个方面。

连续热镀锌退火炉是带钢连续热镀锌生产线的核心部分，该部分要完成钢带热镀锌前的退火工艺，退火工艺控制的好坏将直接影响热镀锌带钢表面质量与机械力学性能，其tv值是个很重要的参数，在很大程度上决定着生产线的生产率。

2 连续热镀锌退火炉的作用及炉型

2.1 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）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。

（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。

（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。

（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，迅速将带钢降温至入锌锅前所需的温度，使钢带在最佳温度下完成热镀锌工艺。

2.2 热镀锌生产线所用连续退火炉的主要炉型

连续退火炉从结构形式上可分为卧式炉、立式炉和立卧混合炉三种炉型[1]。

（1）卧式退火炉。卧式退火炉一般分三段：预热段、加热段、冷却段，炉内为无氧化加热环境。在预热段，热烟气初步预热带钢表面并使油脂挥发。加热段又可分为明火直烧段（全辐射美钢联法无明火段）和辐射管还原加热段，在燃气过剩的明火直烧段可以通过高效率的换热迅速将钢带加热到接近再结晶温度并进一步去除原板面表面油脂和杂质，然后钢带进入充满按一定比例氮-氢混合气的辐射管加热段，把钢带继续加热到再结晶温度以上，并保温均热，最后钢带在冷却段经过急冷风机进行冷却到适合入锌锅温度。

（2）连续立式退火炉。为了满足镀锌线产量水平不断提高的要求，退火炉势必要提高加热能力，如果选用卧式炉就要增加其炉长，同时炉子的占地面积、散热面积都会增加，而且也会给穿带和纠偏带来困难。立式炉的引入弥补了卧式炉的不足。

立式退火炉一般由预热段、加热段、还原均热段和冷却段组成，有些炉子在冷却段后设有均衡段。炉内也用氮-氢保护气体还原，采用燃气辐射管将钢带从室温加热到退火温度。经还原均热段保温一段时间对钢带进行时效处理。冷却段设置有快冷风机，均衡段设置电加热体，它们的功能就是得到一个准确的入锌锅温度。

2.3 退火炉炉型选择

退火炉是镀锌工艺中的核心部分，是带钢连续热镀锌生产线重要工艺段，因此，退火炉的选型至关重要。退火炉选型时通常可考虑如下的因素：

（1）带钢表面的要求：以建筑、交通和电气机柜为主要用途的钢带通常对表面质量要求不是很高，连续热镀锌机组可采用卧式炉；汽车及家电等高级装饰性表面的热镀锌板一般采用立式炉。

（2）产品的规格和品种：卧式炉的适用性和灵活性较立式炉强，立式炉较适合厚度0.2～2.0 mm规格范围。

（3）机组的年处理量：立式炉的产量水平要明显高于卧式退火炉，年产量超过30万 t热镀锌线必须采用立式炉，而机组的年处理量在20～25万t以下或退火炉能力在60 t/h以下，多选择用卧式炉。L型炉的生产能力只比卧式炉稍高一些。

（4）投资的比较：一般情况下，直接燃烧无氧化加热卧式退火炉要比直接燃烧无氧化加热立式退火炉投资省15%左右，而直接燃烧无氧化加热立式退火炉要比全辐射管无氧化加热立式退火炉节省投资15 %左右。

3 连续式退火炉的应用

天津冶金轧一华信制钢有限公司现拥有4条改良森吉米尔法热镀锌线。产品为热轧酸洗直镀带钢及冷轧热镀锌带钢，主要用于建筑、C型钢、焊管、高速公路护栏、电缆桥架用料等。

3.1 炉型选择

华信公司热镀锌带主要面向建材结构件、高速公路护栏及管坯用料等，对表面质量、板型要求不高，经综合考虑选用了NOF法卧式还原退火炉。

热轧钢带经过酸洗线酸洗后，表面干净，不含铁粉与油污。本公司采用卧式炉NOF法退火工艺的镀锌机组，带钢的油污在经过明火加热时，在1 150 ℃的炉膛温度下，完全可以挥发掉，因此没有投用专门的脱脂工序，而且NOF法还具有加热速度快、热效率高等优点[2]，对生产较厚规格的热轧板特别有利，可以节省建设投资和运行费用。

3.2 退火工艺及燃烧控制

由于热轧已经完成了晶体组织的形成，原带钢基板本身是等轴晶粒的组织结构，退火炉的主要作用只是将基板表面的薄层氧化铁皮还原成适合镀锌的活性铁状态，而在还原炉内只要温度高于500 ℃，氧化铁就可被氢气还原，所以带钢被加热到550 ℃就能满足工艺要求。

而对于短流程热轧基板，借鉴法国斯坦因公司和美国电炉公司的经验，退火温度因热轧卷板的卷取温度而异[3]。短流程热轧基板热镀锌退火温度与卷取温度的关系见表1。

表1 短流程热轧基板热镀锌退火温度与卷取温度的关系

在连续热镀锌退火炉上，除在无氧化加热段采用短火焰烧嘴外，其余加热段均采用燃气辐射管间接加热。

轧一华信公司退火炉烧嘴使用两种燃烧控制方式：在无氧化明火加热段使用的是双限幅交叉控制方式，即助燃空气和煤气在线检测并可连续调节，空燃比可直接、准确地调节到所需要求。在还原均热段使用脉冲燃烧控制，即辐射管烧嘴只工作在开/关两种状态下，生产线开车前根据对烧嘴功率、空燃比、喷出速度等要求将烧嘴一次性调至最佳状态，这样每次启动烧嘴时，烧嘴都工作于最佳状态。控制烧嘴的供热量是通过改变烧嘴的启、停时间及各个烧嘴的工作时序完成的，通过轮询方式自动定时切换使用烧嘴，可以提高辐射管的使用寿命，避免个别辐射管由于长时间连续工作而过早损坏。

在还原段，要严格控制炉内保护气体氮气与氢气的混合比例，一般氮气／氢气=0.75／0.25，此比值可以根据实际产品情况进行调整，但是氢气比例不宜过高。若过高，一是增加了安全隐患，二是增加了生产加工成本。

4 连续退火炉的节能技术

热镀锌连续式退火炉排烟温度高、热效率低、能耗大是普遍存在的问题，所以退火炉节能技术是企业降低成本、减少排放、增加经济效益的重要途径。结合本企业实际情况及目前先进技术的研究与应用，笔者认为在热镀锌连续退火炉节能技术上可以从以下几方面考虑。

4.1 优化供热制度

连续退火炉的直烧段热效率比较高，在还原段靠辐射管加热热效率往往比较低。结合这一实际，在实际操作中，要提高直烧段炉温，一般控制在1 150 ℃左右，在此段将带钢加热到被还原所需的温度，这样在还原段仅是保持带钢一定还原温度，尽量少启用辐射管烧嘴加热。另外，优化空燃比，在空燃气管路上分别设有自动调节阀和流量孔板以控制空、煤气流量，燃烧控制采用双交叉比例燃烧控制和脉冲控制相结合，进而保持燃烧系统最佳状态运行。

4.2 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。

4.3 增设余热锅炉与使用带有增强型热交换器的辐射管

连续退火炉直烧段的排烟温度高达600 ℃左右，可以利用此部分烟气通过余热锅炉来加热热水或生产蒸汽，可有效回收热源，产生的热水或者蒸汽可用于镀锌后对镀锌带钢烘干或供生活热水。

提高助燃空气温度，降低排烟温度的方式是一种比较简便的措施，是提高辐射管内用于预热燃烧空气的热交换器的换热能力。空气进入辐射管热交换器内，被烟气预热后进入烧嘴燃烧，这样既可以提高燃烧效率，又可以降低排烟温度。

传统的低温空气换热器可以将空气温度提高到350～400 ℃，而采用增强型热交换器可以将空气温度预热到650～700 ℃。排烟温度可以降低70～100 ℃，实现节约煤气5%～10%。

4.4 退火炉炉体材料选择

传统的连续退火炉炉体材料选用粘土砖作为工作层内衬，轻质砖与纤维毡作为保温层，这样炉体外皮温度一般在150 ℃左右，炉体散热损失比较大。现在多采用耐火纤维预制块做炉墙内衬，确保了炉墙保温，这样炉体外皮温度可控制在80 ℃以下，实现节能。目前，有的生产线退火炉炉顶也采用耐火纤维预制块，实践证明，该预制块经高温烟气冲刷，耐火纤维容易脱落，掉在带钢表面上，影响产品质量，因此建议炉顶不要采用该预制块。

4.5 蓄热式技术的应用

一般连续热镀锌生产线退火炉使用的燃料是高热值的焦炉煤气或天然气，所以只需采用空气单蓄热的预热方式，在NOF段采用蓄热式烧嘴，在辐射管加热/均热段采用蓄热式辐射管，可把助燃空气预热到1 000 ℃左右，烟气温度降低至150℃，使辐射管热效率由40%提高的80%左右，进一步实现节能。

5 结束语

随着市场对镀锌板带的需求持续扩大，将不断有高性能、低成本的热镀锌线建成投产。在保证满足工艺要求、产量和质量的前提下，企业可根据产品用途、原料类型等自身实际情况采用适合的退火炉技术方案和退火工艺，研究节能措施的应用，降低能源消耗，获得最佳的经济效益。

[1] 郑海燕，陈永弘.热轧热镀锌退火炉的选型和退火周期的确定[J].河北冶金，2004（1）：18-20.

[2] 李九岭.带钢连续热镀锌[M].3版.北京：冶金工业出版社，2010.

[3] 张玉琴，李学党.连续热镀锌退火炉设备配置及特点[J].中国重型装备，2008（3）：48-50.

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Study and Application of Energy Saving Technology of Continuous Hot Galvanizing Annealing Furnace

WU Xin-zhong
（Tianjin Metallurgy Zhayi Iron and Steel Group Co., Ltd., Tianjin 300201, China）

The paper briefly describes the main types and characteristics of continuous hot galvanizing annealing furnace. In combination with the actual application of hot galvanizing annealing furnace at Tianjin Metallurgy Zhayi Huaxin Steel-making Co., Ltd., the author analyzes the annealing process and combustion control method of direct hot galvanizing at NOF method horizontal continuous annealing furnace after the picking of hot rolling strip and puts forward the approaches for energy saving at annealing furnace.

hot galvanizing; annealing furnace; hot rolling; pickling; strip; energy saving technology

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.007

2014-06-08

2014-06-28

吴新忠（1980—），男，本科，工程师，主要从事连续热镀锌退火炉退火工艺方面的研究工作。