CN101988152A - 连续退火炉炉内气体清洁度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是连续退火炉炉内气体清洁度检测方法，该方法是：用取样计量泵将退火炉内气体抽出，并使炉气按照设定的流量通过收集器，炉气中各种颗粒物被阻留在收集器中；取样计量泵自动测量出采集炉气的体积，控制器将取样计量泵前的仪表测定的温度和压力信号传送给计算机处理，使炉气的体积单位折算为标准立方米；根据取样前后污染物总量收集器滤芯的重量差，得到取样炉区悬浮颗粒物的总重量，从而求出炉气中颗粒物的浓度；通过对各个炉区炉气清洁度总量检测评估炉内污染程度，通过对各个炉区炉气成分的检测和分析来判断各个炉区有害物是否出现异常。本发明可以准确、及时检测到炉内污染物，为提高产品质量、合理安排停炉检修及清炉提供参考依据。

Description

连续退火炉炉内气体清洁度检测方法

技术领域

本发明涉及冷轧金属板带热处理技术领域，尤其涉及一种连续退火炉炉内气体清洁度检测方法，用于中高档汽车、家电面板生产领域。

背景技术

随着汽车、家电产业对高表面质量产品需求不断增加，对产品表面质量要求越来越严格，促进了连续镀锌和连续退火生产线新技术发展，然而作为核心设备的连续退火炉由于受到高温、密闭等等因素的影响，一些制约产品质量提高的关键问题仍然没有突破，连续退火炉生产状态下炉内气体清洁度的检测就是其中之一。当前生产和技术人员已经清楚的认识到炉内气氛清洁性对产品质量和炉内设备带来的不良影响，并把注意力放在采取措施以减少危害上，例如增加了清洗工艺、采用喷涂抗结瘤炉辊、优化工艺操作、定期清扫炉内设备等等，这些措施无疑对提高带钢表面质量起到极大的作用。但是，由于炉辊结瘤、辊面积碳、带钢在炉内产生无规律硌痕、亮点等等缺陷的存在，制约了高质量产品合格率的进一步提高。因此，对连续退火炉炉内气体清洁度的检测问题，引起了冷轧汽车板、家电板生产企业的广泛关注。

炉内有害类物质（简称“有害物”或者“污染物”）主要是悬浮在炉内或者沉降、粘覆在炉内设备并且具有重新转变为悬浮物可能的固体颗粒、丝状物、絮状物、液滴态颗粒、液固混合态颗粒和氧气、超量的水蒸气等等。其中固体颗粒主要源自带钢在炉内高温和高速运行状态下，通过摩擦、振动产生脱落的微小铁颗粒和粘附颗粒，此外还有来自炉内设备的脱落粉末和检修时从炉外进入的粉尘等。丝状物和絮状物主要来自于炉内保温材料的脱落和粉化。液滴态颗粒成分主要为水蒸气液滴、乳化液挥发产生的液滴（包括杂油）、炉内机械设备润滑油泄漏形成的液滴以及几种液滴碰撞形成的混合物液滴。有害物在炉内存留不但对产品质量构成威胁和影响，同时对炉内设备造成损害。

当前国内外并没有对这类有害物质的数量和危害程度提出一种公认的判定方法，更没有提出成熟的检测方法和装置。而在生产时，炉内仅能根据现有仪表指示和经验进行判断，这大大增加了操作难度和判断失误的概率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为合理确定生产工艺，提高中高档汽车、家电面板等产品的质量，提供连续退火炉炉气污染物的快速、可靠的检测方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：用取样计量泵将退火炉炉室内气体抽出，并使炉气按照设定的流量通过收集器，炉气中各种颗粒物就被阻留在收集器中；取样计量泵会自动测量出采集炉气的体积，控制器将取样计量泵前的仪表测定的温度和压力的信号传送给计算机处理，使炉气的体积单位折算为标准立方米；根据取样前后污染物总量收集器滤芯的重量差，得到取样炉区悬浮颗粒物的总重量，从而求出炉气中颗粒物的浓度；通过对各个炉区炉气清洁度总量检测，评估炉内污染程度；将分析收集器中的污染物送到化学分析实验室进行检验，得到取样炉区污染物的成分，然后通过对各个炉区炉气成分的检测和分析，来判断各个炉区有害物是否出现异常。

本发明基于以下情况而提出申请的：由于连续退火机组和热镀锌机组核心设备――连续退火炉（简称“退火炉”），采用高温、密闭生产状态，对炉内影响产品质量的因素检测非常困难。尽管退火炉配置了氧气、氢气、露点含量的定量检测，仍无法全面反映炉内的变化情况。特别是炉内气体中有害物的含量、分布以及变化对产品质量和炉内设备影响的监控，在国内外基本上处于空白。如果能够实现对各个炉气不同位置的炉气清洁度随时取样，进行定性和定量检测分析，无疑对指导生产，设备维护，带来益处。

本发明与未采用该技术的连续退火机组相比，具有以下的主要有益效果： 

1. 为解决运行中的退火炉是否具备生产高表面质量要求产品的条件，提供更可靠的判断依据。 

连续退火炉属于长期连续封闭运行的大型设备，停炉检修和炉内清扫一次往往需要数日乃至数周，一般每年最少停炉2－3次。在机组连续长期的生产中，炉子若未采用此本检测技术时，炉子设备运行的状况，仅能根据常规的工业摄像画面（主要用于带钢位置的监视）、有限的检测参数和操作工经验，判断当前的生产状态是否满足高质量产品要求。由于炉内污染物的存留以及产生的影响无法检测，这大大增加了操作难度和判断失误的概率，对高表面质量要求产品的生产构成很大威胁。通过对炉子运行中，炉气有害成分的检测分析，可以准确、及时检测到炉内污染物，这使操作人员对炉子工况的判断从定性跨越到定量，提高了操控水平，为提高产品质量，为降低或者杜绝因炉内工况不明造成高质量产品降级或者不合格的概率，提供依据。

2. 为炉内设备合理安排停炉检修、清炉提供参考依据。

炉内设备出现问题通常很难监测，特别是出现问题的初期监测更为困难，一旦造成影响，损失很大，甚至于无法生产高质量产品。通过对炉气成分的检测和定量分析，可判断各个炉区污染物是否出现异常。并且可以根据长期检测数据判断炉内污染物的堆积量和对炉内设备（如炉辊）的污染程度。这些不但为检修和维护提供依据，同时使预防性检修和维护成为可能。

3.为查找带钢表面缺陷提高参考。

在冷轧和热镀锌产品生产过程中，由于退火炉炉内设备原因造成产品表面质量问题是很多的，常见缺陷如硌痕、擦划伤、亮点、锌花不均等等。目前由于在炉内没有检测，只有生产中发现缺陷后，才知道炉内存在问题，炉子很大，问题出在什么部位很难确定。举一个常见的例子，一条生产汽车板的冷轧连续退火机组，在生产中发现产品表面存在轻微硌痕，（这种工况已经不能生产高质量产品）。根据硌痕的间距可以判断是炉辊结瘤造成的，但是一般汽车板机组退火炉通常有近百根炉辊，以两种辊径为主，每一种均有几十根，即使我们知道那种辊径炉辊存在问题，但是也不能确定是哪一根。如果要清除结瘤，最少需要4-5天时间。因为需要打开近一半数量的炉盖，并且对可能存在问题的炉辊逐个进行检查，这些工作很费时间。如果能够检测炉内污染物的发布和污染物浓度高的炉区，就可以缩小检查的范围，因为炉辊结瘤与环境污染物浓度是成比例的。

附图说明   

图1是连续退火炉炉内气氛清洁度检测系统的原理图。

图2是吹扫氮气供应系统原理图。

图3是冷却干燥系统及分配器原理图。

图4是清洁度检测的数据采集与控制系统原理图

图中：1.退火炉炉室（简称“炉室”）； 2.取样气体冷却器； 3.气体分配器； 4.手动开关阀；  5.压力检测仪表；  6.压力信号转换显示仪表；  7.气体温度检测仪； 8.自动开关阀； 9.逆止阀； 10.污染物总量收集器； 11.分析收集器； 12.分散器； 13.集水器；14.过滤器； 15.取样计量泵；  16.回送气体干燥器； 17.减压阀； 18. 氮气站； 19.制冷机； 20.不锈钢蛇形管； 21.板式冷却片； 22.自动快速切断阀； 23.水温检测器； 24.液位计； 25.控制器； 26.显示与操作面板（简称“操作面板”）； 27.计算机； 28.系统电源。

具体实施方式

本发明提供的连续退火炉炉内气体清洁度检测方法，具体是：用取样计量泵将退火炉炉室内气体抽出，并使炉气按照设定的流量通过收集器，炉气中各种污染物就被阻留在收集器中。取样计量泵会自动测量出采集炉气的体积，根据取样计量泵前的仪表测定的温度和压力，将该体积单位折算为标准立方米。根据取样前后污染物总量收集器滤芯的重量差，可以得到取样炉区悬浮颗粒物的总重量，从而求出炉气中颗粒物的浓度。通过对各个炉区炉气清洁度总量检测，可以评估炉内污染程度；将分析收集器中的污染物送到化学分析实验室进行检验，可以得到取样炉区污染物的成分，通过对各个炉区炉气成分的检测和分析，可判断各个炉区有害物是否出现异常。

本发明将连续退火炉内炉气的清洁度定义为：炉气清洁度＝单位体积炉气中液体、固体、液固混合颗粒物的浓度，单位为毫克（或微克）每标准立方米。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

本发明提供的方法是利用连续退火炉炉内气氛清洁度检测系统来实现气体清洁度的手动检测的。为了利于描述本方法，首先说明该检测系统的组成。

一. 连续退火炉炉内气氛清洁度检测系统（简称检测系统）的组成

该检测系统主要由炉气取样主管，气体污染物收集器支路，计量与气体回送主管组成。

第一部分为炉气取样主管，沿气流方向依次由取样气体冷却器2、气体分配器3、第一手动开关阀4、压力检测仪表5、压力信号转换显示仪表6、第一自动开关阀8组成，后接气体污染物收集器支路的接入点d。此外设有a、b、c三个吹扫氮气接入点，用于检测系统管道的气密性检验和安全性吹扫，并且还可以对从炉内取样点到检测系统之间的管道进行清洁性吹扫。氮气接入点a位于气体分配器3的一个接入口处，氮气接入点b位于压力检测仪表5和第一自动开关阀8之间，氮气接入点c位于第一自动开关阀8之后，收集器支路接点d之前。

第二部分为气体污染物收集器支路（图1中的虚线框内部分），该支路为两路收集器并联，其中第一路为配有前置逆止阀9和前后手动开关阀4的污染物总量收集器10，污染物总量收集器10为一个过滤性收集装置，其滤芯最高可耐受70℃气温，并能过滤1μm以上粒径的固体颗粒物，用于定量收集炉气中的非气态的污染物。第二路为配有前置逆止阀9和前后手动开关阀4的污染物分析收集器11，气体通过分散器12进入收集器11中，用于收集污染物供化学成分分析。

收集器支路还有一个旁路（简称“收集器旁路”），从收集器支路接点d直接经过一个自动开关阀8（由于这个自动开关阀位于旁路上，下文简称“旁通阀”）到收集器支路接点e，用于系统启动、停止、工作状态转换以及事故状态的操作。

第三部分为计量与气体回送主管，从收集器支路接点e出来，沿气流方向，依次由内部上方安装有气体温度检测仪7的集水器13、过滤器14、压力检测仪表5、压力信号转换显示仪表6、取样计量泵15、逆止阀9、第二自动开关阀8、第二手动开关阀4以及回送气体干燥器16组成。集水器13处于整个系统的最低水平位置，用于收集管路中的凝结水并集中排放。气体温度检测仪7和压力检测仪表5用于测量炉气的温度、压力，以修正抽样气体的体积流量。 取样计量泵15的最大流量范围为15－60Nm³/h,  最高工作温度70℃，用于提供抽取炉气的负压，同时精确计量炉气流量。逆止阀9可防止气体倒流。回送气体干燥器16主要作用是降低取样后的气体的露点，防止回送后影响炉内气氛。

为了叙述方便，将图1虚线框外的炉气取样主管、收集器旁路和计量与气体回送主管共同构成的闭环回路，称为清洁度检测系统主回路(下文简称“主回路”)。虚线框内部分简称为“收集器支路”。

二. 连续退火炉炉内气体清洁度检测方法

本发明采用以下方法可实现气体清洁度的手动检测，其步骤包括：

第一步，测量准备。

1). 先关闭收集器支路中的所有手动开关阀4，然后安装污染物总量收集器10和分析收集器11。

2). 接通系统电源28，打开电源开关，启动计算机27和控制器25，控制系统自动进入检测和启动准备程序，包括检测制冷机19的启动状态、检测自动开关阀8是否处于关闭状态、检测取样气体冷却器2的水温是否满足要求等等。当检测项目达到要求，操作面板26上的启动按钮指示灯亮，操作画面出现允许启动的提示。

3). 将检测系统的手动开关阀4全部打到“开”的位置，按下操作面板26上的“启动按钮”，控制系统将自动进入气密性检测程序，此时操作面板26上的显示器出现气密性检测状态画面。检测合格，气密性指示灯为绿色，系统自动转入吹扫程序，并在显示画面上表示出吹扫状态，即用氮气吹扫管道，将管道和设备中的空气排出，吹扫完成后，指示灯转变为绿色，并且控制器25将关闭全部的自动开关阀8，为取样作准备，此时显示器出现设定画面。如果气密性不合格，气密性指示灯为红色，并且发出报警声光信号，需要人工检查连接部位是否存在泄漏。人工处理完泄露点后，须重新按下操作面板26上的“启动按钮”。重复上述工作，直到气密性合格为止。气密性检测合格后，需要关闭部分手动阀门，如 “N₂接入点a”前的手动开关阀4。

第二步，取样设定。

通过操作面板26上的键盘完成取样点选择和取样气体量设定。通过污染物总量收集器10或分析收集器11前后的手动阀4，选择采用哪一路收集器。例如，打开污染物总量收集器10前后的手动阀4，关闭分析收集器11前后的手动阀4，即完成污染物总量收集器的选择。在操作面板26设定取样计量泵15的抽气流量和总量，通过控制器25向取样计量泵15发出指令。

第三步，气体取样。

1).完成准备工作和取样设定后，按下操作面板26上的“取样启动”按钮，此时显示器出现收集器画面，检测系统开始工作：控制器发出主回路运行指令，即打开炉气取样主管中的第一自动开关阀8。气体分配器3按照控制器25的指令选择气体通道（以设定为炉室1的中间一路取样点为例）。启动取样计量泵15将退火炉炉内高温气体从微正压的退火炉炉室1内抽出，经过取样气体冷却器2，将高温炉气的温度降低到50℃以下，此时，由于收集器支路的旁通阀8处于打开状态，气体流动阻力最小，取样气体不经过收集器支路（尽管污染物总量收集器10处于打开状态，由于滤芯阻力作用，气体沿阻力最小通道流动），沿主回路返回炉内。若主回路中压力检测仪表5和气体温度检测仪7在30秒主回路运行时间内，传送给控制器的检测值始终在允许范围内，控制器向旁通阀8发出关闭指令，同时向取样计量泵15发出开始计量指令，取样气体将通过收集器支路中的污染物总量收集器10形成的闭环回路返回炉内。在污染物总量收集器10中滤芯的过滤作用下，炉气中各种粒径大于1μm的颗粒物就被阻留在污染物总量收集器10内。当取样计量泵15的抽气量达到设定值时，控制器25首先向旁通阀8发出打开指令，延时数秒后控制器25将停止取样计量泵15，关闭主回路上的所有自动开关阀8。操作面板26上显示取样完成，进入吹扫状态提示。吹扫结束后，操作面板26显示吹扫完成状态。第一个收集器取样过程结束，控制系统显示可进行下一个收集器取样的提示。

2). 重复第二步的取样设定，选择下一个取样收集器（如选择分析收集器11）。

3). 重复第三步中的“1)”步的操作，使用下一个收集器（如分析收集器11）进行污染物收集。

4). 取样气体的体积校准：

气体取样均采用标准立方米为单位，操作人员在操作面板26上设定取样气体量为标准立方米，取样时由于气体的温度和压力不同，需要进行体积折算，校正取样计量泵的实际值。因此，在取样计量泵15前的集水器13上部设置气体温度检测器7，在取样计量泵15前有气体压力检测仪表5，将取样气体的实际温度和压力值通过控制器25将信号传给计算机27，计算机经过气体状态方程计算，给取样计量泵15一个修正量，这样就可以获得标准抽气量数值。

取样气体的体积校准的过程是：通过污染物总量收集器10和分析收集器11后的炉气，经过第一手动开关阀4、进入计量与气体回送主管中的装有气体温度检测器7的集水器13、过滤器14和压力检测仪表5，此时控制器25将获得的气体的压力和温度信号传送给计算机27处理，计算机经过气体状态方程计算，给取样计量泵15一个修正量，然后，炉气再依次经过入计量与气体回送主管中的取样计量泵15、逆止阀9和自动、手动开关阀，进入回送气体干燥器16，炉气干燥后被送回退火炉内；当取样计量泵15的抽气量达到设定值+修正量时停止工作，自动开关阀8关闭，同时显示器出现气体取样完成和系统进入管道吹扫状态的提示。

第四步，管道吹扫。

清洁度检测系统通道吹扫的目的有两个方面：一是将残存在通道中带有氢气的炉气使用氮气进行置换，以保证更换收集器时的安全。此项吹扫称为安全性吹扫，是由系统自动完成的。二是吹扫从炉内取样点到清洁度检测系统之间的取样支管，以保证管道清洁，提高检测的精度和准确性。此项吹扫称为清洁性吹扫，仅仅在停炉检修时，利用吹扫氮气供应系统（简称氮气吹扫系统）的氮气站18供应的高压氮气，由操作人员操控对各个取样支管进行吹扫。

安全性吹扫：在清洁度检测系统完成气密性检测合格后，且操作面板26中的显示器出现“取样完成，进入吹扫状态”的提示后，控制系统将执行如下吹扫程序：控制器25首先向气体分配器3发出指令，关闭全部自动快速切断阀22，打开检测系统的自动开关阀8，打开氮气吹扫系统的自动开关阀8。吹扫氮气从机组管网或者氮气站18通过手动开关阀4、减压阀17、逆止阀9、压力检测仪表5、自动开关阀8进入“N₂接入点c”。由于污染物收集器旁路的旁通阀8打开，因此首先吹扫检测系统主回路，氮气通过主回路进入退火炉内，每个取样点支路吹扫时间不小于15秒，达到设定的吹扫时间后，控制器关闭旁路自动开关阀8，吹扫氮气将通过收集器支路构成回路进入退火炉内。达到吹扫时间后，控制器25将发出指令，关闭氮气吹扫系统和检测系统的全部自动开关阀8，操作面板26上显示吹扫结束。安全性吹扫完成后，通过打开污染物总量收集器10和分析收集器11的连接处，即可取下污染物总量收集器10和分析收集器11，送化学检验室进行称重和成分分析，并更换新的收集器。

清洁性吹扫：在停炉检修期间，需要对从炉内取样点到取样气体冷却器2之间的管道进行清洁性吹扫。操作人员首先关闭炉气取样主管和气体回送主管的全部手动开关阀4，接通系统电源28，启动控制系统，并进行自检。自检正常后，炉气取样主管的自动开关阀8全部关闭，取样计量泵15和冷却系统中的制冷机19也处于关闭状态。关闭炉气取样主管和计量与气体回送主管的全部手动开关阀4和氮气吹扫系统“N₂接入点b”前的手动开关阀4；打开“N₂接入点a”前的手动开关阀4，并且通过操作面板26关闭“N₂接入点c”前的自动开关阀8，打开减压阀17前的手动开关阀4，手动调节吹扫氮气压力。为了保证吹扫干净，专门为清洁性吹扫设计的高压吹扫方式，通过监视压力检测仪表5和手动调整减压阀17，将氮气压力保持在1~2bar（100~200kPa）之间。通过操作面板26选择气体分配器3通道，并打开氮气吹扫系统“N₂接入点a”前的自动开关阀8，氮气通过气体分配器3逆向吹入炉内，即可对各个取样管道进行吹扫。按照相同方法选择气体分配器3各个通道，逐个对取样管道进行清洁性吹扫。 

第五步，炉气中污染物的浓度和成分检测。

污染物总量收集器10是一个固体过滤器，该过滤器的滤芯可方便拆卸与更换。工作前，需要在高精度天平对滤芯进行称重，然后安装在收集器中的固定位置。取样完成后将滤芯取出，放在高精度天平上进行二次称重，两次称重的重量差即为取样炉区本次取样的总重量，该重量除以取样炉气的体积即可以得到炉气中颗粒物的浓度。

污染物分析收集器11是一个综合性收集器，它是一个带有液位刻度的玻璃瓶，里面装有蒸馏水或者其他溶解液。炉内气体通过分散器12将取样气体均匀散射到蒸馏水或者溶解液里，这样可以增加取样气体与溶解液的接触面积，使炉气有害物尽可能多的被溶解、阻留、沉淀在液体中。取样结束后，将装有液体的玻璃瓶取下，送化学检验室进行化学成分检验，将其有害物成分和比例的检验结果除以取样炉气的体积，即可以得到炉气中有害物不同成分的浓度比例。由于炉内有害物成分非常复杂，如带钢表面脱落的金属、油脂成分，炉内设备脱落的保温材料和金属物质，对于镀锌连续退火炉还存在锌蒸气等等，所以这种分析可以对分析收集器中的物质成分、比例进行全面分析，能够更全面的反映炉内的工艺状况。

经过上述五个步骤，可以完成对连续退火炉炉内气体清洁度的检测。

三. 炉内气体污染程度的评估方法。

通过研究发现炉内有害物具有如下特性：

1. 累积特性：随着连续退火炉连续生产时间的增加，有害物在炉内囤积的总量增加。炉内发生悬浮物“爆发”的可能性增加。如由于过快的进行速度调整或者温度变化，使囤积和粘附在炉内设备表面的有害物重新悬浮，造成局部炉区污染物浓度爆发式增加。

2. 炉内迁移特性：炉内有害物会随着炉气的流动或者粘附在带钢表面从一个炉区迁移到其它炉区。在正常生产中有害物的迁移距离是比较小的，往往由于错误操作或者原料表面清洁度差等因素造成迁移距离增加这是不正常的。

3. 有害物成分分布相对稳定性：在正常生产情况下，炉内有害物成分分布是相对稳定的。通过检测炉内有害物成分分布的变化，可以提前发现生产中存在的一些问题。

4. 化学变化特性：如氧化铁还原为铁；

5. 液态向固态转化特性：如含油液滴碳化变成碳颗粒；

6. 悬浮、聚结长大特性：如小液固颗粒在悬浮中相互碰撞形成大颗粒，大颗粒聚集形成颗粒团。

7. 粘附特性：如粘附在辊面形成积碳或者结瘤。

8. 液态物囤积和再次挥发特性：炉内颗粒物通常以液固混合态存在，这些物质粘附在炉内设备表面或者聚集在炉底的某些区域，在低温状态下这些物质中的液态物保持原态，当温度升高时，液态物质会重新挥发形成新的液滴。

9. 粘附和沉降颗粒存在可逆特性：粘附在炉内设备表面或者沉降在炉内高处设备表面的颗粒，在振动或者气流等等因素的作用下重新成为悬浮颗粒。

炉内气体清洁度受三个方面因素的影响，即：入炉带钢表面清洁度的影响；炉子设备因素（主要是设备的制造、安装和维护水平）的影响；操作和工艺因素的影响。

生产不同表面质量等级的产品要求炉内气体清洁度到达不同要求的目标值，否则无法保证批量生产。

基于上述原因炉内污染程度的评估通常采用对比的方法进行。

目标清洁度，是指生产不同等级质量产品需要到达清洁度的平均指标，即生产某品种前一段时间内，各自炉区清洁度指标的平均值。该平均值是通过多次生产某一个质量等级产品后确定的。

通过对各个炉区炉气清洁度总量检测，对比目标清洁度指标，可以直接评估炉内污染程度；而通过对各个炉区炉气成分的检测和分析，可判断各个炉区有害物成分分布是否出现异常，如果存在异常，可以结合工艺及时发现存在的问题。根据清洁度重量和成分分布检测，可以确定当前退火炉具备生产什么质量等级产品的条件。

为了取得的炉气样本更具有代表性，炉气取样点在选择时需要注意：

1). 对于新建连退机组，在退火炉预热段出口上下炉辊下方设置取样点；在加热段和均热段上下炉辊下方设置取样点；在过时效入口和出口上下炉辊下方设置取样点。对于新建的热镀锌机组，在退火炉的预热段出口上下炉辊下方设置取样点；在加热段和均热段上下炉辊下方设置取样点；在均衡段和热张力辊区域设置取样点。

2.) 对于已经生产的炉子,可以利用露点检测管道或者利用临时取样点连接管道进行取样。如果利用露点检测仪管道需要注意避开露点检测的周期，必须收集露点检测仪的检测信号，防止出现同时在一个点取样问题。

下面简述与本发明有关的其他辅助系统。

（一）气体冷却及冷却水循环系统

为保护检测系统仪表安全，从炉内抽出的气体必须冷却至50℃以下，因此在清洁度检测系统的入口处设置有取样气体冷却器2。由于炉内气体露点要求低于-3℃~-45℃（不同工艺段有差别），回送气体（通常选择炉子入口某点集中回送）必须进行干燥处理，避免造成对炉内工况产生影响，故在检测系统的出口处设有回送气体冷却干燥器16，以降低回送气体的露点。

气体冷却干燥及冷却水循环系统如图3所示。冷却水循环系统由压力检测仪表5、制冷机19、水温检测器23、液位计24、回送气体干燥器16，以及取样气体冷却器2中的一组板式冷却片21组成。取样气体冷却器2中装满脱盐水，补充点可以采用人工添加或者直接与生产机组的脱盐水管道连接，由手动开关阀4直接向取样气体冷却器的水箱中补水。炉气取样主管前的取样支路（以三处取样点为例）与炉中各取样点连接，由于炉气取样主管受气体分配器3控制，故每次取样仅有一个取样点的炉气通过取样气体冷却器2中的不锈钢蛇形管20，然后进入气体清洁度检测主回路。经过计量与气体回送主管进入回送气体干燥器16后送回炉内。

取样气体冷却器2是将板式冷却片21（简称冷却片）设置在一个装满水的箱体里面，同时在箱体底部盘绕多根不锈钢蛇形管20，不锈钢蛇形管一端与来自炉子各个区域的取样管连接，另一端与气体分配器3连接。取样气体冷却器的原理是冷却片21中通入来自制冷机19的低温制冷工质，冷却片冷却箱体中的水，水再冷却不锈钢蛇形管20中的高温气体。取样气体冷却器中设置水温检测器23和液位计24，将水温和液位信号传送到控制器25，控制器25将根据水温和炉气温度，调整制冷机的能力和补充水的通入。

回送气体干燥器16是利用低温结露原理，在干燥器箱体内设置板式冷却片21，该冷却片内通入来自制冷机19的低温制冷工质，当炉气通过冷却片时，回送气体中的水就会在冷却片上结露，收集后将结露水存放在回送气体干燥器16自带的排放设备中，在检查系统重新启动或者更换收集器时，控制器将控制排放设备在主回路启动吹扫状态时，利用吹扫压力外排结露水和管道中的气体。

上述的取样管水冷却器2和回送气体干燥器16具有相似的设备结构，仅仅在冷却的温度参数上有差别。取样管水冷却器2仅将抽出的高温炉气冷却到50℃~60℃，以保护分析管路的仪表设备；而回送气体干燥器16则是利用更低温（0~20℃）的冷却工质，通过换热方式降低气体温度，使气体中的水蒸气冷凝，以降低气体露点，防止送回炉室后影响炉内气氛。

（二）吹扫氮气供应系统

吹扫氮气系统主要是对管道做气密性检查、管道清洁、管道安全吹扫用。氮气一般由工厂内管网提供，亦可由专门氮气储罐或氮气站提供。以氮气站供气为例，从氮气站18出来的高压氮气，由手动开关阀4控制通断，经减压阀17降低压力后，再经逆止阀9和压力检测仪表5分为两路输送。

第一路通过自动开关阀8后分两支，分别经两个手动开关阀4，通入“N₂接入点a”和“N₂接入点b”。其中“N₂接入点a”用于清洁性吹扫，接入点前的手动开关阀4始终处于关闭状态，仅在停炉检修需要进行清洁性吹扫时才打开。“N₂接入点b”用于检测气密性检查，接入点前的手动开关阀4在清洁度检测系统工作时，始终处于打开状态，仅在停炉检修需要进行清洁性吹扫时才关闭。

第二路通过自动开关阀8后直接通入“N₂接入点c”，用于检测系统的安全性吹扫。

进行清洁性吹扫时，氮气压力为1bar（100kPa）~2bar（200kPa）；进行气密性检验和安全性吹扫时，氮气0.7bar（70kPa）~0.8bar（80kPa）。

（三）控制系统

控制系统主要由操作面板26、计算机27、系统电源28、控制器25等组成。其中操作面板26包括操作键盘、显示屏、标签打印机、指示灯、声光报警器、各种操作按钮等部件构成，主要用于设定、状态显示、报警和标签打印等等。计算机27和控制器25是负责系统逻辑和顺序控制、数据处理和计算、系统通讯等等内容。

控制系统功能显示画面包括：

①设定画面――用于取样点选择和取样气体量设定等等。

②吹扫状态画面――用于吹扫状态的监控和清洁性吹扫时气体分配器取样管道的选择。

③气密性检测画面――用于显示气密性检测状态。

④故障报警显示画面――用于显示系统在取样过程中是否出现过压情况。

⑤收集器显示画面――用于各个收集器状态显示和收集器气体流量显示。

⑥主画面――显示系统整体工作状态。

⑦标签显示画面――全部收集器取样结束后显示器会自动出现标签显示画面，标签显示画面将按照收集器的编号和取样顺序给出如下信息：收集器编号、取样开始和结束时间、取样点位置、取样气体量、取样气体检测温度。按动打印机按钮可以打印出标签，粘在收集器上。

Claims (5)

1.一种连续退火炉炉内气体清洁度检测方法，其特征是：用取样计量泵将退火炉炉室内气体抽出，并使炉气按照设定的流量通过收集器，炉气中各种颗粒物就被阻留在收集器中；取样计量泵会自动测量出采集炉气的体积，控制器将取样计量泵前的仪表测定的温度和压力的信号传送给计算机处理，使炉气的体积单位折算为标准立方米；根据取样前后污染物总量收集器滤芯的重量差，得到取样炉区悬浮颗粒物的总重量，从而求出炉气中颗粒物的浓度；通过对各个炉区炉气清洁度总量检测，评估炉内污染程度；将分析收集器中的污染物送到化学分析实验室进行检验，得到取样炉区污染物的成分，然后通过对各个炉区炉气成分的检测和分析，来判断各个炉区有害物是否出现异常。

2.根据权利要求1所述的连续退火炉炉内气体清洁度检测方法，其特征是该方法是利用一种主要由炉气取样主管、气体污染物收集器支路、计量与气体回送主管组成的连续退火炉炉内气氛清洁度检测系统实现的，以下简称检测系统，该方法的步骤包括：

第一步，气体取样：

在完成准备工作和取样设定后，按下操作面板上的“取样启动”按钮，检测系统开始工作，其中：自动开关阀（8）打开，气体分配器（3）按照控制器（25）的指令选择气体通道，取样计量泵（15）将退火炉炉内高温气体从微正压的退火炉炉室（1）内抽出，送入取样气体冷却器（2）；

第二步，对抽出的高温气体冷却后进行过滤：

抽出的高温气体经过取样气体冷却器（2）后温度降低到≤50℃，然后通过气体分配器（3），经炉气取样支路管道上的阀和压力检测仪表（5）进入气体污染物收集器支路，

在气体污染物收集器支路中的污染物总量收集器（10）中滤芯的过滤作用下，炉气中各种粒径大于1μm的颗粒物就被阻留在污染物总量收集器内，

在进入气体污染物收集器支路中的分析收集器（11）后，炉气通过分散器（12）散射到该分析收集器里面所装的液体中，炉气有害物被溶解、阻留、沉淀在液体中；

第三步，取样气体的体积校准：

通过污染物总量收集器（10）和分析收集器（11）后的炉气，经过手动开关阀（4）、压力检测仪表（5）进入计量与气体回送主管中的装有气体温度检测器（7）的集水器（13），此时控制器（25）将获得的气体的压力和温度信号传送给计算机（27），计算机经过处理后给取样计量泵（15）一个修正量，

然后，炉气再依次经过计量与气体回送主管中的过滤器（14）、取样计量泵（15）、逆止阀（9）和自动、手动开关阀进入回送气体干燥器（16），炉气干燥后被送回退火炉内；

当取样计量泵（15）的抽气量达到设定值+修正量时停止工作，自动开关阀（8）关闭，同时显示器出现气体取样完成和系统进入管道吹扫状态的提示；

第四步，管道吹扫：

取样完成后，系统自动进入安全性吹扫状态：

控制器（25）首先向气体分配器（3）发出指令，关闭全部自动快速切断阀（22），打开所有支路的自动开关阀（8）；氮气从机组管网或者氮气站（18）通过手动开关阀（4）、减压阀（17）、逆止阀（9）、压力检测仪表（5）、自动开关阀（8）进入所有支路的管道进行吹扫，每个支路管道吹扫时间≥15秒；

最后，吹扫氮气通过计量与气体回送主管的回送气体干燥器（16）送回炉内；

管道吹扫完成后，控制器（25）发出指令，使全部自动开关阀（8）关闭，显示器出现吹扫完成，可以更换或取下污染物总量收集器（10）、分析收集器（11）的提示；

第五步，炉气中污染物的浓度和成分检测：

将污染物总量收集器（10）的滤芯取出，放在天平上进行二次称重，两次称重的重量差即为取样炉区本次取样的总重量，该重量除以取样炉气的体积即得到炉气中颗粒物的浓度，

分析收集器（11）是一个带有液位刻度的玻璃瓶，气体取样结束后，将装有液体的玻璃瓶取下，送化学检验室进行化学成分检验，将其有害物成分和比例的检验结果除以取样炉气的体积，即得到炉气中有害物不同成分的浓度比例；

经过上述五个步骤，实现对连续退火炉炉内气体清洁度的检测。

3.根据权利要求2所述的连续退火炉炉内气体清洁度检测方法，其特征是第一步所述的准备工作包括以下步骤：

第一步，先关闭收集器支路中的手动开关阀（4），然后安装污染物总量收集器（10）和分析收集器（11）；

第二步，启动计算机（27）和控制器（25），控制系统自动进入检测和启动准备程序，包括检测制冷机（19）的启动状态、检测自动开关阀（8）是否处于关闭状态、检测取样气体冷却器（2）的水温是否满足要求；当检测项目达到要求，操作面板上的“启动按钮”指示灯亮，显示器出现允许启动的提示；

第三步，将检测系统的手动开关阀（4）全部打到“开”的位置，按下“启动按钮”，系统将自动进入气密性检测程序，此时显示器出现气密性检测状态画面，若检测合格，气密性指示灯为绿色，控制系统自动转入吹扫程序，并在显示画面上显示出吹扫状态，即：使用氮气吹扫管道，将管道和设备中的空气排出，吹扫完成后，指示灯转变为绿色，并且控制器（25）将关闭全部的自动开关阀（8），为取样作准备，此时显示器出现设定画面；如果气密性不合格，气密性指示灯为红色，并且发出报警声光信号，需要人工检查连接部位是否存在泄漏，人工处理完泄露点后，须重新按下“启动按钮”。

4. 根据权利要求2所述的连续退火炉炉内气体清洁度检测方法，其特征是第一步所述的取样设定包括以下步骤：

通过操作面板（26）上的键盘完成炉气取样点选择和取样气体量设定；

通过污染物总量收集器（10）或分析收集器（11）的手动开关阀（4），选择采用哪一路收集器。

5.根据权利要求2所述的连续退火炉炉内气体清洁度检测方法，其特征是第四步所述管道吹扫还包括以下步骤：

在停炉检修期间，需要对从炉内取样点到取样气体冷却器之间的管道进行清洁性吹扫：

操作人员首先关闭炉气取样主管和计量与气体回送主管的手动开关阀（4）及自动开关阀（8），然后打开吹扫系统，通过与气体分配器（3）连接管道上的手动开关阀（4），这是专门为清洁性吹扫设计的高压吹扫支路，手动调节减压阀（17）提高管道压力，通过操作面板（26）上的键盘选择气体分配器（3）通道，并且打开吹扫系统中的自动开关阀（8），即可对从炉内取样点到取样气体冷却器之间的管道进行清洁性吹扫：

吹扫氮气通过气体分配器（3）经取样气体冷却器逆向吹入炉内。

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