硅钢常化炉段工艺特征及问题分析

来源:武汉科技大学作者:陈元元

连续酸洗退火机组(CPAL)对于当前生产高磁感取向硅钢和高牌号无取向硅钢是必不可少的一个环节。常化炉是常化酸洗机组关键的组成部分。本文对国内自主建造的两条退火酸洗机组的工艺流程,特别是常化炉段进行了对比分析。总结出了常化炉的工艺及组成特点,对生产过程中暴露的问题进行了仔细的分析并提出了改进的意见,对于以后新建常化炉具有一定的提示作用。

硅钢是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金,也是用量最大的软磁材料。硅钢产品通常被形象地称为钢铁产品中的“工艺品”,特别是硅钢中的取向硅钢,因其制造工艺和设备复杂、成分控制严格、制造工序长且影响性能因数多,其质量常被认为是衡量一个国家特殊钢制造技术水平的重要标志。

与一般钢板相比,电工钢的生产和开发主要有以下几个特点:(1)属于专用特殊钢种;(2)生产难度高,技术含量高;(3)生产上一般需要有专用的生产设备;(4)技术保密性强,新产品新技术开发难度很大。各生产厂为了保护自己在激烈竞争中有一席之地,或保证自己技术的长期垄断,采取严格的技术保密措施。

常化酸洗机组是硅钢生产流程中一个必不可少的环节,在常化酸洗机组中,将对带钢进行切头尾,去氧化铁皮及高温退火。其目的是改善带钢的电磁性能,并对带钢进行除鳞,软化以便用于后续冷轧。常化炉是常化酸洗机组中关键的组成部分,带钢在常化炉中完成高温退火的工艺。常化酸洗机组对于生产高磁感取向硅钢和高牌号无取向硅钢具有不可取代的作用。

1、常化酸洗退火机组在硅钢生产线上的作用

从硅钢片的生产工艺流程上可以很容易地看出常化酸洗机组的作用,见表1。可见,在进行冷轧前,热轧硅钢必须经过酸洗或常化酸洗处理。仅酸洗而不常化的方式仅用于生产中低牌号无取向硅钢,而对于中高牌号无取向硅钢和高磁感的取向硅钢而言,必须要经过常化处理。

表1 各品种硅钢片的工艺流程

各品种硅钢片的工艺流程

2、常化酸洗机组工艺流程及常化炉的特点分析

下面以国内自主建造的两条常化酸洗机组为例,介绍常化机组工艺流程,分析常化炉的工艺与组成特点。甲厂的常化酸洗退火机组用于生产中牌号无取向电工钢,其工艺流程如图1所示。该机组工艺段最大带钢速度35m/min,设计产品代表规格为2.6mm×1350mm×30m/min。其中常化炉全长约125m,主要炉段有入口密封室,加热段(PH/NOF段)、均热段、水套冷却段、出口密封室、空气喷射冷却段和水喷淋冷却段。

甲厂常化酸洗退火机组工艺流程

图1 甲厂常化酸洗退火机组工艺流程

乙厂常化酸洗退火机组工艺流程

图2 乙厂常化酸洗退火机组工艺流程

该机组工艺段最大带钢速度25m/min,设计产品代表规格为2.30mm×1300mm×25m/min。其中常化炉全长约118m,主要炉段有入口密封室,加热段(PH/NOF段)、均热段、出口密封室、气刀、1#水喷淋冷却段、水套冷却段、2#水喷淋冷却段。综合以上两条机组,可以看出常化炉段工艺与组成具有以下特点:

(1)生产带钢原料卷为热轧钢卷,厚度较厚,一般为1.8~2.6mm;

(2)带钢在炉内运行速度较慢,一般工艺段速度在25~35m/min;

(3)常化炉总长较短;

(4)加热段炉温较高,约为1250℃,带钢需要在较短的时间内加热至较高的温度,因此多选用明火加热。为了防止带钢过度氧化,采用预热/无氧化炉(PH/NOF:Preheated/Non-OxidationFurnace)进行带钢加热。

(5)带钢经高温均热后,须分阶段进行冷却。为满足不同的冷却工艺要求,冷却段用多种方式组合而成,如水套段冷却、空气喷射冷却段、水喷淋冷却段。根据设计要求及现场运行情况,各种冷却段可以达到的冷却速率见表2。

表2 各种冷却段的冷却速率

各种冷却段的冷却速率

3、存在问题分析及对策

3.1、带钢氧化

从现场运行情况来看,带钢氧化较为严重,如图3所示。其原因是带钢在温度较高(800~1050℃左右)时就暴露于空气中,形成大量氧化铁皮。氧化铁皮散落在冷却设备内部和操作平台上,甚至漂浮在空中,对生产环境有一定影响。为减少氧化,提高金属获得率,应尽量使带钢在保护气体中完成冷却。对于已存有的机组,需在现场设置化铁皮回收装置,以改善生产操作环境。

出口密封室出口平台上散落大量氧化铁皮

图3 出口密封室出口平台上散落大量氧化铁皮

3.2、出口密封室变形

常化炉的出口密封室结构形式为水套式,内部采取两层垂至带钢上表面的纤维布帘进行密封,此种结构形式有三个问题:一是制造起来较为复杂,焊接质量不易控制,高温下焊缝处易因应力集中导致开裂,造成漏水,从而氧化带钢,如图4所示;二是水冷壳板无加强结构,高温下底部钢板变形,局部位置鼓包严重,从而摩擦带钢,造成带钢下表面擦伤;三是为了阻挡外界空气进入出口密封室,在出口密封室中部设置了氮气通入口。但由于采用纤维布帘的密封形式,在出口密封室通入大量氮气的时候,纤维布帘被吹起,氮气从出口密封室出口泄出,使得出口段炉压无法达到工艺要求的高值,炉内气体流动得不到有效的控制。解决这一问题,可考虑将出口密封室水套式结构改成耐火材料砌筑结构,并采用升降挡板进行密封。对于现存的机组,需增加水套的冷却水供给量,增加纤维布帘的厚度,以减少变形,维持炉压。

焊缝开裂导致漏水

图4 焊缝开裂导致漏水

3.3、水蒸气外泄

由于带钢在550℃左右的高温便进入水喷淋段进行喷水冷却,故在水喷淋段产生了大量的水蒸汽。由于水喷淋装置密封性较差,水蒸汽沿水喷淋装置的缝隙排到厂房内,遇冷冷凝后产生大量水滴,顺着炉壳钢结构往下滴。一方面造成现场积水,另一方面也严重腐蚀生产设备。解决这一问题,可在水喷淋装置顶部设置排汽装置,将水蒸气集中排出厂房外。

4、结语

深入地了解和掌握常化酸洗退火工艺对于进一步拓宽国内自主开发硅钢领域,抢占世界硅钢市场具有很重要的意义。而合理地制定常化炉炉段组成对于成功实现常化工艺要求,保证机组运行的可靠性、经济性和稳定性具有深远的影响。通过不断的总结及分析问题能够提升我们认识的深度,积累经验,帮助我们建设更完善的机组。