取向硅钢罩式炉高温退火钢卷温度测试分析

石良，宋清阳

（鞍钢股份有限公司冷轧硅钢厂，辽宁 鞍山114021）

高温退火是取向硅钢生产过程中的重要工艺环节。取向硅钢钢卷经前工序脱碳退火及涂MgO隔离层后装入罩式炉内进行高温退火。退火过程中，升温阶段（室温→1 200℃）、1 200℃高保温阶段及1 000℃以上冷却阶段 （1 200→1 000℃）为外罩炉温控制，1 000℃以下冷却阶段为内罩温度控制，而钢卷的实际温度无法检测。本文根据三垛式罩式炉结构特点，采取在炉内3个钢卷的外侧和中心分别埋入热电偶以检测钢卷实际温度的方法，根据温度记录数据曲线对外罩炉温、内罩温度、3个钢卷的温度趋势和一致性进行了分析，确定了钢卷实际温度与生产工艺曲线的关系。

1 测试装置

取向硅钢高温退火三垛式罩式炉为周期性加热设备，钢卷随时间周期在炉内完成加热、保温及冷却的退火过程。三垛式罩式炉示意图如图1所示，包括一个外罩（加热罩）和三个内罩，每个内罩内一个钢卷，钢卷立放在底盘上。在外罩的内侧安装电加热元件，保证外罩炉温并加热内罩，内罩再传热给钢卷。内罩内根据工艺要求，在不同阶段分别通入N2或N2+H2或H2。其主要特点为① 外罩（加热罩）采用电加热，温度均匀稳定；② 操作灵活性强，退火周期及工艺曲线容易调整，探索新工艺更为便捷，生产初期试生产更为便利；③ 可以多品种小批量生产，生产规模容易扩大；④ 炉衬均采用轻型结构，为陶瓷纤维内衬，可有效地减少炉体散热和蓄热损失，降低炉子的控制惰性。

图1 三垛式罩式炉示意图

2 测试方法

（1）分别测试罩式炉内3个钢卷中心点和外侧温度各1处、外罩炉膛温度1处、内罩气体温度1处。图2为钢卷内埋入热电偶位置示意图，其中位置①、③、⑤为钢卷纵向、横向中心，检测钢卷中心温度；位置②、④、⑥分别距钢卷上端面、外侧50 mm，检测钢卷外侧温度；位置⑦检测外罩炉膛温度；位置⑧检测内罩气体温度。

图2 钢卷内埋入热电偶位置示意图

（2）3个钢卷在前工序生产卷取时分别在中心点和外侧插入4 mm厚U型钢板，钢板开口侧朝向钢卷工作侧，钢板开口侧的边缘与钢卷外侧的边缘平齐，长钢板插在钢卷圆环的中部，短钢板插在距离钢卷边缘50 mm处。钢卷放置到罩式炉底盘后从U型钢板处插入热电偶。

（3）3个钢卷的6支热电偶、外罩炉膛温度热电偶、内罩气体温度热电偶一起接入炉外的温度记录器，温度数据记录周期为20 s。

（4）罩式炉生产工艺曲线如图3所示。罩式炉按工艺曲线进行升温、保温、冷却，温度记录器记录实际温度曲线。

图3 罩式炉生产工艺曲线

3 测试结果及分析

退火过程温度测试数据及加热、冷却速率见表1。根据温度记录器从加热开始到冷却结束记录的温度数据，形成外罩炉温、內罩温度和钢卷温度曲线，如图4所示。结合表1和图4可以看出：

（1）取向硅钢高温退火三垛式罩式炉外罩炉温、内罩温度、钢卷温度符合工艺规律。炉内3个钢卷的温度均匀一致，不同阶段3个钢卷的外侧温度一致、中心温度一致。

（2）升温阶段：外罩炉温高于内罩温度，内罩温度高于钢卷温度，钢卷外侧温度高于钢卷中心温度。外罩炉温、内罩温度、钢卷温度升温速率基本一致，钢卷升温速率实现了生产工艺曲线的设计目的。

（3）高保温阶段：钢卷外侧温度先于钢卷中心温度达到高保温温度。钢卷外侧温度及钢卷中心温度均能达到工艺高保温温度要求，钢卷外侧温度和中心温度的高保温时间基本一致，符合生产工艺曲线的设计目的。

（4）冷却阶段，外罩炉温低于内罩温度，内罩温度低于钢卷温度，钢卷外侧温度低于钢卷中心温度，存在温差，符合工艺规律；钢卷外侧冷却速度较钢卷中心冷却速度快，符合工艺规律。

综上所述，钢卷的实际温度能够达到目标值，升温速率、高保温温度、冷却速率和高保温时间与生产工艺曲线趋于一致，能够满足产品需要。

表1 退火过程温度测试数据及加热、冷却速率

图4 外罩炉温、内罩温度、钢卷温度曲线

4 结论

（1）取向硅钢高温退火三垛式罩式炉外罩炉温、内罩温度、钢卷温度测试方法能够正确评价生产工艺曲线的合理性。

（2）测试结果真实反映了钢卷实际温度与生产工艺曲线的关系。炉内3个钢卷的温度均匀一致，不同阶段3个钢卷的外侧温度一致、中心温度一致，且均符合工艺趋势。升温阶段钢卷外侧温度高于中心温度，冷却阶段钢卷外测温度低于中心点温度；钢卷外侧温度和钢卷中心温度均能够达到工艺设定的高保温温度要求，钢卷外侧温度和中心温度的高保温时间基本一致。

（3）钢卷温度测试结果符合生产工艺曲线的设计目的。钢卷实际升温速率、冷却速率与生产工艺曲线趋于一致。钢卷实际温度能够达到高保温温度要求并保持一定时间。