CN101294239A - 一种退火炉保护气氛回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种退火炉保护气氛回收利用方法，其主要特征为包含以下步骤：1)从炉内保护气氛抽出口抽出保护气氛；2)将抽出的保护气氛冷却至20℃以下，并对保护气氛中进行脱水处理；3)保护气氛冷却后，经风机升压至30KPa以上，送入储罐储存，送入储罐之前，要在保护气氛回收管道上测量气体内H₂含量，计算其发热值，如果在设计热值范围内，则直接由燃烧管路系统使用，对带钢进行加热；否则，开启天然气通入管路系统，补充天然气，调整热值到设计值范围后，供燃烧系统使用。使用本发明的方法对退火炉的保护气氛进行回收可以节约能源，降低生产成本，且本方法容易操作，应用范围广泛。

Description

一种退火炉保护气氛回收利用方法

技术领域

本发明属于取向硅钢生产工艺，尤其涉及取向硅钢连续渗氮退火炉及炉内气氛的回收利用方法。

背景技术

取向硅钢的典型生产方法如下：用转炉(或电炉)炼钢，进行二次精炼及合金化，连铸成板坯，其基本化学成分为Si(2.5～4.5％)、[C](0.01～0.10％)、Mn(0.03～0.1％)、S(0.012～0.050％)、Als(0.01～0.05％)、N(30～120ppm)，有的成分体系还含有Cu、Mo、Sb、Cr、B、Bi等元素中的一种或多种，其余为铁及不可避免的杂质元素；板坯在专用高温加热炉内加热到1400℃左右的温度，并进行30分钟以上的保温，使夹杂物充分固溶，以便在随后的热轧过程中在硅钢基体内析出细小、弥散的第二相质点，即抑制剂；热轧板常化(或不常化)后，进行酸洗，除去表面氧化铁皮；用一次冷轧或包括中间退火的两次以上冷轧方法轧到成品厚度，进行脱碳退火和涂布以MgO为主要成分的退火隔离剂，把钢板中的[C]脱到不影响成品磁性的程度(一般应在30ppm以下)；高温退火过程中，钢板发生二次再结晶、Mg₂SiO₄底层形成及净化(除去钢中的S、N等对磁性有害的元素)等物理化学变化，获得取向度高、铁损低的取向硅钢；最后，经过涂布绝缘涂层和拉伸退火，得到商业应用形态的取向硅钢产品。在这种取向硅钢生产方法中，脱碳退火及中间退火炉由加热段、均热段、还原段及冷却段构成，为了保证产品质量和实现工艺目的，炉内通20％以上H₂含量的保护气氛保护钢带，这些保护气氛基本上是通过炉段间设置的排气装置及炉子进出口自然排出炉外或燃烧掉，而不能回收利用，造成能源浪费。

新日铁从1980年代开始进行了低温板坯加热生产取向硅钢的工艺技术开发，其技术特点为通过脱碳退火工序的渗氮，获得对二次再结晶至关重要的抑制剂；在[平3-211232]及[特开平5-112827]等日本专利中，介绍了其生产技术方法。脱碳渗氮炉由加热段、脱碳段、还原段、渗氮段及冷却段组成，炉内保护气氛为高含H₂量的氮氢混合气体，渗氮介质为NH₃。渗氮退火炉内的保护气氛回收利用，通过PSA法提取混合气氛中的H₂，作为保护气氛，再次通入炉内，循环使用。

阿奇亚斯佩丝阿里特尔尼公司、Posco等公司也提出了低温取向硅钢生产技术，但均未涉及渗氮退火炉内的保护气氛回收利用技术。

国内宝钢股份公司张丕军等提出脱碳前对钢板渗氮的新技术方法，对渗氮退火炉的结构及生产工艺提出了保护要求，但未涉及保护气氛的处理技术。

低温板坯加热生产取向硅钢的技术中，作为形成抑制剂的关键工序的脱碳渗氮工序，基本上都采用H₂含量为20％以上的保护气氛，而且作为渗氮介质的NH₃，分解后的气氛含H₂量为75％，大量H₂排出炉外，造成能源浪费和成本提高。在能源供应日趋紧张的今天，对保护气氛进行回收利用有利于提高经济效益和社会效益。

日本的渗氮设备及气氛回收利用技术：

(1)平3-122222中介绍的技术

渗氮段在整个炉子脱碳段的后面，为了满足渗氮工艺条件，对各炉段的气氛进行了隔离处理。该专利申请的要点为气氛隔离装置及渗氮气氛通入炉内的装置。

(2)平4-304317中介绍的技术

本专利涉及保护气氛的回收利用技术。技术要点如下：从炉内回收的气氛经净化和精制后，进行加热处理，重新通入炉内，作为保护气氛使用，具体方法为：加热段前端的气体取出口与均热段后端的循环气氛供给口，形成循环回路；还原段出口的保护气体也与回路连接，作为回收气体的一部分；循环回路中包括循环气体精处理设备、控制保护气体量的装置、控制保护气体取出量的装置。循环气体供给口前的气氛加热装置。

该项保护气氛回收使用技术，可以使保护气氛循环使用，其缺点是必须配套整套气氛回收设备，如高精度的保护气氛净化装置，去除气氛中的灰份等夹杂物；价格高昂的保护气氛精制设备，如PSA法精制设备等，提高了气氛回收的成本；由于精制技术的限制，回收气氛中H₂的回收率只有总量的70％左右，N₂回收率15％左右，气氛回收率偏低等。

(3)平10-212527中介绍的技术

与平4-304317中的技术相比，增加了气氛回收的范围，将均热段、还原段、氮化段及冷却段的气氛都进行回收和精制，进行循环使用。另一方面，提出了精制后的气氛通入炉内进行循环使用的方法，在各循环回路上加装了保护气氛的成分调整设备，将气氛成分调整到规定值后再通入炉内。

本发明者对国内外传统取向硅钢生产方法及基于渗氮工艺的低温板坯加热生产取向硅钢技术的专利、文献进行了查询与分析，发现传统生产方法中的脱碳退火炉没有采用保护气氛回收利用技术，拥有渗氮技术生产取向硅钢的国家中，日本有与渗氮炉相关的设备专利，但由于其渗氮技术为脱碳完成后进行，炉子结构与本发明的连续渗氮脱碳炉有着本质的差别，日本的保护气氛回收利用技术，突出地表现在将保护气体精制后，通入炉内进行循环使用，但由于保护气氛的要求高、气体回收率较低等原因，导致精制成本提高，气氛回收利用的经济性受到很大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种退火炉保护气氛回收利用方法，它能够节约能源消耗，降低成本。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种退火炉保护气氛回收利用方法，包括以下步骤：

(1)从炉内保护气氛抽出口抽出保护气氛，保持保护气氛恒流量抽出，以保证炉内压力的稳定；炉压传感器将炉压信号传送到抽出风机，控制风机转速，实现恒流量抽出保护气氛，保证炉压稳定及带钢质量。另外，从炉内不同气氛抽出口抽出保护气氛时，可以采用单独的系统，也可以采用一套风机系统，如果采用一套系统，则需在每个抽出口的管路上加装挡板阀，控制抽出保护气氛流量，以确保炉压的稳定。

(2)抽出的保护气氛，经冷凝器冷却，除去保护气氛中的水分。

(3)将气体升压后送入储罐储存，保护气氛冷却后，经风机升压及过滤掉杂质，送入储罐储存。当储罐压力超过设计值时，通过放散阀排放气体，确保安全。

(4)储罐内的气体通入退火炉的加热段辐射管内燃烧利用。由于采用辐射管加热方式对带钢进行间接加热，不会因燃烧介质的不同而产生对带钢质量的影响。

优选地，步骤(2)中将气体冷却至20℃以下。

优选地，步骤(2)中还包括脱水处理，一般来说，为了脱碳，保护气体通入炉内前要进行加湿处理，使炉内气氛露点达到15℃以上，致使炉内气氛含水量较高，当露点为70℃时，气氛含水高达20％以上，在其后的储存及输送过程中，水分会以结露的方式析出，造成管道及储罐的污染，及气氛发热值的降低。所以，有必要进行脱水处理，降低回收气氛的露点。将气氛露点控制在40℃以下。

优选地，步骤(2)中还包括过滤杂质步骤，通过设置气体过滤装置，过滤掉抽出保护气氛中的杂质，以免堵塞烧嘴。

优选地，步骤(3)中升压至30KPa以上。

优选地，步骤(3)中，将气体送入储罐之前，在保护气氛回收管道上测量气体内H₂含量，计算其发热值，如果在设计热值范围内，则直接由燃烧管路系统使用，对带钢进行加热；否则，开启天然气通入管路系统，补充天然气，调整热值到设计值范围后，供燃烧系统使用。设计热值范围按通常使用的保护气氛比例确定，一般在H₂含量占20％以上。

优选地，单位天然气的补充量Lt为：

Lt＝α(p₀-p)×Qh/(Qt-Qs)×V₀

其中：设计热值为Qs，H₂含量为p，设计H₂含量为p₀，H₂发热值为Qh，天然气发热值为Qt，储罐体积为V₀，α为系数项。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)对含H₂超过20％的保护气氛都可以实现回收利用，从而节约能源，降低生产成本；

(2)本发明适用范围广泛，投资少，简单易控制，而且避免了现有技术中对NH₃气的气氛需要复杂的加热及处理系统的问题；

(3)本发明采用对带钢间接加热的方式，与其它介质加热带钢的方式没有本质的差别，不会对带钢质量产生影响，消除了现有技术方法中将回收气氛处理后再作保护气氛使用时，对带钢质量存在的影响和风险；

附图说明

图1为气氛回收及燃烧系统示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作具体说明。

如图1所示，1～3为流量控制阀，对抽出保护气氛进行恒流量控制，保证炉压的稳定；4为冷凝器，对抽出保护气氛进行冷却，去除保护气氛中的水份；5为抽出风机；6为天然气流量调节阀，根据储罐内H₂含量调节流量，保证输出燃气的热值稳定，从而保证回收保护气氛燃烧系统的稳定工作及带钢加热到工艺要求的温度；7为H₂浓度测量仪表，测量值经逻辑判断后，反馈给天然气流量控制阀6；8为炉压测量仪，其测量值送保护气氛抽出风机5，保证炉压的稳定；9为气体过滤装置，过滤掉抽出保护气氛中的杂质，以免堵塞烧嘴；10为回收保护气氛储罐；11为燃烧系统需要的空气的供给系统流量调节阀；12为放散阀，根据储罐压力检测信号，决定是否放散，保证安全。13和14为加热阶段，15为渗氮阶段。

保护气氛回收方法的具体实施步骤为：

(1)从炉内保护气氛抽出口抽出保护气氛，通过流量控制阀1～3保持保护气氛恒流量抽出，以保证炉内压力的稳定；炉压传感器将炉压信号传送到抽出风机5，控制风机转速，实现恒流量抽出保护气氛，保证炉压稳定及带钢质量。另外，从炉内不同气氛抽出口抽出保护气氛时，可以采用单独的系统，也可以采用一套风机系统，如果采用一套系统，则需在每个抽出口的管路上加装挡板阀，控制抽出保护气氛流量，以确保炉压的稳定。

(2)抽出的保护气氛，经冷凝器4冷却，将气体冷却至20℃以下。并对保护气氛中进行脱水处理。为了脱碳，保护气体通入炉内前，要进行加湿处理，使炉内气氛露点达到15℃以上，致使炉内气氛含水量较高，当露点为70℃时，气氛含水高达20％以上，在其后的储存及输送过程中，水分会以结露的方式析出，造成管道及储罐的污染，及气氛发热值的降低。所以，有必要对保护气氛进行脱水处理，降低回收气氛的露点。将气氛露点控制在40℃以下。在脱水处理后，还要通过设置气体过滤装置9，过滤掉抽出保护气氛中的杂质，以免堵塞烧嘴。

(3)将气体升压后送入储罐10储存。保护气氛冷却后，经风机升压至30KPa以上，送入储罐10储存。当储罐压力超过设计值时，通过放散阀12排放气体，确保安全。在将气体送入储罐之前，还需要在保护气氛回收管道上通过H₂浓度测量仪7测量气体内H₂含量，计算其发热值，如果在设计热值范围内，则直接由燃烧管路系统使用，对带钢进行加热；否则，开启天然气通入管路系统，补充天然气，调整热值到设计值范围后，供燃烧系统使用。设计热值范围按通常使用的保护气氛比例确定，一般在H₂含量占20％以上。单位天然气的补充量Lt为：

Lt＝α(p₀-p)×Qh/(Qt-Qs)×V₀

其中：设计热值为Qs，H₂含量p，设计H₂含量为p₀，H₂发热值为Qh，

天然气发热值为Qt，储罐体积为V₀，α为系数项。

取使用天然气发热值Qt＝8500kcal/Nm³，H₂发热值Qh＝3050kcal/Nm³，设计发热值Qs＝2000kcal/Nm³(对应于设计H₂含量为65％)，储罐体积为10m³，α的取值为1.5，每小时保护气氛使用量为10m³。对P取4个不同的数值，计算出天然气的补充量Lt的数值如表1所示。

表1

(4)储罐10内的气体通入退火炉的加热段辐射管内燃烧利用。由于采用辐射管加热方式对带钢进行间接加热，不会因燃烧介质的不同而产生对带钢质量的影响。

Claims (7)

1.一种退火炉保护气氛回收利用方法，其特征在于包括以下步骤：

1)抽出保护气氛，并保证炉内压力稳定；

2)冷却；

3)将气体升压后送入储罐储存；

4)储罐内的气体通入退火炉的加热段辐射管内燃烧利用。

2.如权利要求1所述的退火炉保护气氛回收利用方法，其特征在于：步骤2)中将气体冷却至20℃以下。

3.如权利要求2所述的退火炉保护气氛回收利用方法，其特征在于：步骤2)中还包括脱水处理。

4.如权利要求3所述的退火炉保护气氛回收利用方法，其特征在于：步骤2)中还包括过滤杂质步骤。

5.如权利要求4所述的退火炉保护气氛回收利用方法，其特征在于：步骤3)中升压至30KPa以上。

6.如权利要求1-5任意一项所述的退火炉保护气氛回收利用方法，其特征在于：步骤3)中在将气体送入储罐之前，测量气体内H₂含量，并计算H₂发热值，如果低于设计热值，再补充天然气。

7.如权利要求6所述的退火炉保护气氛回收利用方法，其特征在于：单位天然气的补充量Lt为：

Lt＝α(p₀-p)×Qh/(Qt-Qs)×V₀

其中：设计热值Qs；H₂含量p，设计H₂含量为p₀，H₂发热值为Qh；天然气发热值为Qt，储罐体积为V₀，α为系数项。

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