一种新型带钢烘干装置在固溶生产线的应用

冯 铁，刘金富

(1.宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900；2.宝钢德盛不锈钢有限公司固溶厂，福建 福州 350601)



一种新型带钢烘干装置在固溶生产线的应用

冯 铁1，刘金富2

(1.宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900；2.宝钢德盛不锈钢有限公司固溶厂，福建 福州 350601)

由于钢带表面状况及钢带烘干机装置的结构，影响传统钢带烘干机的烘干效果及设备使用。本文设计了一种新型钢带烘干装置，介绍了该烘干机装置的组成部分、结构特点及其主要参数。并根据宝钢某热带固溶生产线的实际工况及参数条件，对比了该烘干机的理论参数和实际参数， 说明该装置烘干效果良好，具备高效、节能的优点。

带钢；烘干装置；热交换

0前言

宝钢某固溶生产线主要是对热轧不锈钢带钢进行连续退火、酸洗处理。带钢经退火炉加热退火后需要通过快速冷却至室温，快速冷却过程一般为：空冷-雾冷-水冷。水冷后带钢上、下表面往往残存大量的水分，因此位于水冷区域出口处一般设有一套烘干装置，用于对水冷后带钢上下表面剩余水分进行烘干处理。目前大多烘干装置均采用蒸汽加热热风烘干方式，其基本工作原理是：利用蒸汽介质通过热交换器内部的多排波纹晶管循环后，使晶管加热，实现热交换功能，经过循环热交换后的蒸汽变成冷凝水排出。风机的出风经过热交换器并经其内部热晶管的加热作用变为热风。热风被输送到位于箱体内的几组上、下风刀，通过风刀的出风刀口对带钢上、下表面进行热吹扫，实现烘干处理功能。为便于热风反复循环使用，烘干机箱体一般同时设有吸风口，通过与之相连的吸风管，箱体内的热风再由此回流到风机，实现热风往复加热循环。

通常状况下，经退火加热及冷却后的带钢表面状况会对影响烘干效果及设备使用。如：带钢上、下表面存有大量的氧化铁皮粉尘，大量粉尘聚集在烘干机箱体底部，被设置在底部的风机吸风口吸入并长期聚集在吸风管甚至风机内部，造成堵塞，影响吸风流量及出风流量，进而影响烘干效果；若烘干机的风刀出风刀口距离带钢表面较远，使刀口吹扫热风的凝聚性变差，影响吹扫烘干的效果；带钢经过退火加热及冷却后往往表面凹凸不平、边浪翘曲十分严重，翘曲的边浪经常刮伤风刀，造成风刀损坏，影响烘干吹扫效果；由于翘曲严重的带钢经常在上表面形成一定的凹坑效应，局部会有大量聚集性水，常规的热风烘干无法对聚集性的水实现有效的烘干处理。

因此，本文设计了一种新型烘干装置，既能够达到良好烘干效果，又具备高效、节能的显著优点。

1 新型带钢烘干装置的工艺

若采用常规烘干处理工艺，很难在较短的时间内将带钢表面的聚集性水分烘干。因此通常先采用机械性挤压处理的方式(如：挤干辊挤干)将带钢表面聚集性自由状态的水去除，然后带钢上、下表面仅以非自由状的水迹状态进入烘干机进行烘干处理。对于较厚较硬的热轧不锈钢原料带钢，退火后带钢边浪翘曲十分严重，采用挤干辊挤干的方式，沿带钢宽度方向往往不能保证全部压紧，挤干效果受到影响，而且挤干辊的衬胶表面极容易被带钢翘边刮伤。因此宝钢某厂通过在烘干机入口处设置2组吹扫风刀的强力吹扫，可以去除带钢上、下表面自由状态的水分，特别是板带上表面凹坑效应所产生的聚集性水，再通过烘干机箱体内部4组烘干风刀将剩余的水迹烘干。该烘干处理工艺如图1所示。

图1 烘干处理工艺简图Fig.1 Drying process diagram

2 烘干装置的结构组成及功能特点

新型的烘干装置结构如图2所示。新型烘干机箱体内4组风刀均为“一”字型风刀，刀口处在一条直线上，便于在刀口入口方向增加托辊以有效保护风刀。风刀设计成纺锤形结构，风刀刀口在托辊出口处，且距离辊面一定高度，托辊使风刀刀口的喷射靶距缩短，即使板带边浪翘曲严重，在相对较少的风量、风压条件下也能够达到良好的烘干效果。实际证明：为避免被板带擦伤，没有托辊保护时刀口的喷射靶距最少是有托辊的2倍，热风凝聚性变差，严重影响带钢表面的烘干效果。

传统烘干机一台风机同时集中供风给多组风刀，而新型烘干机采用单独供风的方式，每台风机出风通过各自的出风道经过各自的热交换器加热后，再由各自的分叉风道对其相应的1组上、下风刀供风。分叉风道的轴测效果图如图2所示，进风口通流截面为矩形，与热交换器接口对应；出风口为两个圆孔与对应组的2个风刀进风接口连接。这种“天圆地方”的渐变通流结构，使热风经过分叉风道时其压力、流量几乎没有损耗。相比传统“一供多”的分配风箱出风结构，烘干机的供风、出风系统更加高效、节能。采用单独供风方式，可以根据季节环境温度的状况或实际现场需求来选择性地投用、停用若干台风刀风机，在满足烘干效果同时，烘干机可以在低负荷的状态下运行。因此新型烘干机总的装机容量还是远低于常规烘干机。

为解决烘干机箱体底部灰尘容易聚集的问题，该烘干机箱体的2个吸风口设置在箱体上部，且箱体相对常规烘干机设计较高，保证吸入的灰尘减少到最小程度。同时使吸入的风具有较高的热量，更加利于往复加热循环，确保热风始终在较高温度下循环使用，从而保证了烘干效果。位于箱体入口处的吸风口供入口2台风刀风机共同使用；位于箱体出口处的吸风口供出口2台风刀风机共同使用。吸入的风经由每个吸风口再经由各自的吸风道，最后分别通过吸风道下部两侧的吸风管由分别与两侧吸风管连接的风刀风机吸入，实现了往复循环。吸风底部设置为积灰斗，少量的灰尘吸入后在此收集沉淀，通过拆卸积灰斗下方的盲板定期清灰。两侧风机的吸风管分别与吸风道下方两侧的吸风口连接。风机的吸风管为3通结构，其中的2通接口分别与风机的吸风接口及吸风道相应侧吸风口连接，第3通为自由接口，该接口设有插板阀。板带在烘干机内部烘干后，在箱体内会留存较多的水汽。通过调节插板阀开口来调节吸入外界新风的流量，既可以满足热风往复循环以确保足够的烘干温度，也能够避免烘干机内部长时间无足够的新风补入所造成的水汽环境。

图2 烘干装置结构图Fig.2 Drying device structural diagram

3 主要性能参数设计

3.1 现有工况条件及参数

现有蒸气介质温度 130 ℃

带钢厚度 2.6 mm

带钢最大宽度 1 010 mm

带钢最大运行速度 27 m/min

3.2 烘干热风温度参数

进风温度为10 ℃，现场当地一年最低环境温度。热风温度根据现有蒸气温度130 ℃，经过热交换后最大出风温度设为 120 ℃。热风吹扫后带钢加热的最高温度70 ℃。

3.3 烘干热风压力参数

P=P0+PZ+PL=4 812 Pa

式中，P为热风入口压力，即风机排压；P0为热风出口压力，即风刀出口热风压力，P0=12ρ空υ2= 4 712 Pa；ρ空为热空气密度，120 ℃热空气密度约为0.9 kg/m3；υ为热风出口速度，m/s，υ=υxsinθ；υx为沿带钢水平方向热风吹扫速度，对于氧化铁皮的粉尘，使之与热风冲撞分散充分，υx取值范围为20～40 m/s[1]，本文取υx=35 m/s；θ为风刀吹扫方向与带钢夹角，20°；PZ为热交换器空气阻力，选型SRZ型热交换器，查得：PZ≈100 Pa；PL为沿途管路阻力，可忽略不计。

3.4 烘干热风风量参数

带钢表面烘干处理过程主要分为两个部分：一是热风烘干带钢上下表面的残余水分；二是热风将带钢本身加热至热风吹扫后的温度。因此所需热风风量为

V=V0+V1

式中，V为热风总风量，m3/h；V0为烘干带钢上、下表面水分所需风量，m3/h；V1为将带钢本身加热至热风吹扫后的温度所需风量，m3/h。

首先测算带钢在烘干处理前上下表面含水量。退火后的带钢上、下表面存有较多的氧化铁粉，该氧化铁粉作为含水附加层存在，带钢表面水迹的水分实际上几乎全部存在于上下含水附加层中，如图3所示。

图3 带钢含水附加层构成模型Fig.3 Structural model of additional layer containing water on the strip

根据现场实际情况，上、下含水附加层厚度约为0.2 mm，因此含水附加层总厚度为0.4 mm。水分体积含量约占整个附加层体积的30%～50%，本文取40%。因此，带钢水分含量为

W水=ρ水eA×40%=0.743 kg

式中，ρ水为水的密度,1 000 kg/m3；e为含水附加层厚度，0.4×10-3m；A为干燥面积，A=3.5×1.3=4.55 m2,根据现场现有空间设计整个烘干机箱体内腔长度为3.5 m，带钢宽度为1.01 m，考虑到带钢跑偏因素等，为确保安全，干燥宽度取1.3 m。

参考相关文献，环境温度为10℃，相对湿度为80%，经120 ℃热风吹扫处理后等于带钢加热后的温度70 ℃。比条件下干燥1 kg水所需风量为55.6 kg。

烘干带钢上下表面水分所需风量为55.6×0.743= 41 kg。折算成单位小时体积风量为V0=41/ρ空t，t为干燥时间，烘干机箱体内腔长度为3.5 m，生产线速度为27 m/min，因此t=3.527×60=0.0022 h。

V0=41/(ρ空t)=410.9×0.0022=20.7×103m3/h

V1的计算可根据热平衡方程式进行，即热风加热带钢损失的热量等于带钢吸入的热量。即

Q空=Q钢

式中，Q空为热风损失的热量，Q空=W空c空(T2-T1)，W空为热风质量，W空=1 283.41.026×(120-70)=25 kg；c空为热空气比热容，120℃空气比热容为1.026 kJ/kg·℃，T2为热风初始温度，120℃；T1为吹扫后热风温度，70℃；Q钢为带钢吸入的热量，Q钢=W钢c钢(T1-T0)=1 283.4 kJ；W钢为带钢质量，干燥面积A为4.55 m2，带钢厚度h为2.6×10-3m，因此带钢质量W钢=7.85×103×4.55×2.6×10-3=93 kg。c钢为钢的比热容，取0.46 kJ/kg·℃；T1为带钢加热温度；70℃，T0为水冷后带钢初始温度，40℃。

因此，单位小时体积风量为

V1=25/ρ空t=12.7×103m3/h

总烘干风量为

V=(20.7+12.7)×103=33.4×103m3/h

本烘干机为4台风机单独供风形式，因此每台风机排量为V/4=8.35×103m3/h。

3.5 热交换器参数

现有蒸气介质温度 130℃；

进风温度 10℃；

加热后出风温度 120℃；

每台交换器处理的热风风量 8.35×103m3/h；

3.6 理论和实际参数对照及分析

烘干机理论参数和实际选型参数比对见表1。

表1 理论参数和实际参数对比表

根据对比结果来看：风机风压理论和实际数值基本相同，说明吹扫风速大小的确定与实际状况基本符合；但是风量的数值两者有所差异，主要原因是计算只是考虑了热风烘干的强制对流及热传导的传热方式，没有考虑到实际存在的箱体内部自然对流、热扩散等传热因素，因此实际所需烘干风量略小于理论测算值，同样满足烘干要求。

4 应用效果

新型烘干机于2013年在该固溶厂投产，与原设备使用效果相比，带钢上、下表面全部烘干，而原有设备烘干率仅为40%左右；新设备的装机容量仅为30 kW，为原装备(75 kW)的40%。因此，该新型烘干机通过实际应用，充分验证了其高效节能的显著优势，值得在带钢烘干等板带处理产线上大力推广应用。

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A new type strip drying device and its application on the annealing plant

FENG Tie1，LIU Jin-fu2

(1.Baosteel Engineering & Technology Grop., Ltd.,Shanghai 201900, China；2.Baosteel Desheng stainless steel Ltd.Annealing plant, Fuzhou 350601, China)

As the strip surface is abnormal of some annealing plant, the general strip drying device is usually not fit for this bad condition, whose drying effect and equipment performance is affected. In this article, presentation about a new type drying device’s structural specialty and dissertation of this device’s novelty and advanced characteristic by presenting its main components. Based on some actual working condition and related parameter of an hot anneal pass line of the Baosteel, contracting the theoretical parameters and actual parameters, the device’s perfect drying effect is shown with lower energy consumption and higher efficient.

strip；drying device；heat exchange

2014-06-04；

2014-09-02

冯铁(1974-)，男，宝钢工程技术集团有限公司工程师。

TF351.4

A

1001-196X(2015)01-0027-05