CN103225016B - 一种带钢表面火焰清洗方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种带钢表面火焰清洗方法及装置，带钢进入带钢热处理炉，带钢热处理炉包括入口密封、烟气预热段、直火清洗预热段、出口密封和加热段；带钢经入口密封进入烟气预热段，在烟气预热段经自直火清洗预热段过来的烟气逆流换热，然后进入直火清洗预热段，直火清洗预热段内布置有烧嘴，烧嘴喷出高温冲击火焰，带钢在高温冲击火焰的燃烧与冲击作用下，将带钢温度加热到300-400℃，实现均匀加热并清洗带钢表面的残油与残铁，最后经出口密封进入加热段；烧嘴喷口为狭缝型，形成均匀的条形火焰，垂直于带钢表面，构成带钢单面或者双面加热。本发明通过控制火焰气氛实现无氧化加热，并利用高温冲击火焰的燃烧与冲击作用，清洗带钢表面的残油与残铁。

Description

一种带钢表面火焰清洗方法及装置

技术领域

本发明涉及金属表面清洗技术，具体涉及一种带钢表面火焰清洗方法及装置。

背景技术

轧制后带钢表面通常粘附着许多轧制油、机油、铁末等污物。为保证带钢表面质量，在带钢进入热处理炉前或涂镀前需要将表面清洗干净。带钢的表面清洁程度会显著影响带钢成品的表面质量，例如表面未完全挥发的油脂，退火后会残留形成碳化物，不但影响外观，而且使锌层附着力差；固体颗粒残留物则会造成表面压痕及表面划伤。

目前，常规的带钢清洗方法通常是化学清洗、电解清洗和物理清洗的组合。常规带钢表面清洗工艺是：带钢首先经过碱液喷洗+碱液刷洗的化学清洗段、再经电解清洗、而后进入热水刷洗和热水清洗，最后经干燥后完成清洗过程，进入热处理炉进行退火处理。实际应用中，根据带钢表面情况，也有仅采用电解清洗+热水刷洗+热水漂洗+干燥的组合。其中化学清洗主要利用皂化作用和乳化作用来去除表面残油；电解清洗主要依靠电化学作用，在电流作用下作为电极的带钢析出大量气体，促使油污离开带钢表面；物理清洗主要依靠外力除去带钢表面的油污。

上述清洗方法存在如下缺点：

1)需要复杂的清洗段，工艺设备复杂，对于机组速度高的生产线，清洗段较长；

2)需要消耗大量的碱液、水等，排放大量的废水，容易造成环境污染。

3)能耗高；

4)清洗完毕带钢为常温，需要在后面工序进一步加热。

带钢表面的油脂也可在高温条件下进行清洗，高温条件下进行表面清洗存在以下两种机制：

a.乳化分解：油脂温度升高，超过乳化油特征分解温度后，乳化油分解并蒸发；

b.氧化分解：油脂经高温氧化后，形成气态产物。

以上两种机制都会使带钢表面形成气态分解物，因此总体的清理效果还取决于分解物的排除效果，分解物排除越干净，带钢表面分解物浓度越低，越利于乳化或氧化分解的进行。通常情况下，氧化分解是通过燃烧反应完成的，因此乳化分解的速度远低于氧化分解的速度。

常规的辐射管加热炉中，由于炉内是还原性气氛，氧化分解的机制不存在，主要依靠乳化分解作用。由于乳化分解速度很慢，而且带钢宽度方向温度不能保证均匀，通常会出现退火完成后表面仍有油污残留或清理不均匀。

常规的直火加热炉中，火焰直接加热带钢时，油脂的乳化分解和氧化分解两种机制并存，可以利用火焰清洗带钢表面油脂，但直火清洗对烧嘴有特殊的要求。常规直火加热的烧嘴布置为：烧嘴的火焰平行于带钢，燃烧沿带宽方向发展，从火焰根部到端部，火焰温度、烟气成分存在非常大的差别。

这种烧嘴的主要缺点是：

1)带钢宽度方向温度差别大，宽度方向清洗效果差别大。

2)烟气沿带钢表面平行流动，传热与传质系数低，油脂和铁屑的清洗效果差。

3)难以适应带钢宽度尺寸变化的要求。

美国专利US4242154公开了一种生产镀层钢板的预热和清洗系统。该系统生产线为水平布置，带钢先经过采用直接火焰预热段，在预热段中带钢被加热，并且通过火焰直接清除带钢表面的残留物；然后进入还原段，在还原段内气氛为高浓度的氢气，通过氢气还原预热段加热后表面形成的氧化层。

这种系统基本可以实现带钢的加热与表面清洗，但却忽略了这样的事实：

1)由于在预热段未对气氛进行限制，表面氧化生成氧化膜，与常规的退火线比较，需要专门增加还原段还原预热段生成的氧化膜；

2)还原段内要采用高浓度的氢气进行还原，还原段的安全性要求高，H2消耗大；

3)带钢表面先氧化后还原，通过这种方式还原得到疏松的海绵铁，经过后续的镀锌工序，极易引起表面镀层的脱落。

4)没有提出对直火清洗烧嘴的型式和功能的具体要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种带钢表面火焰清洗方法及装置，采用直接火焰完成带钢表面清洗和均匀加热，通过控制火焰气氛实现无氧化加热，并利用高温冲击火焰的燃烧与冲击作用，清洗带钢表面的残油与残铁。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种带钢表面火焰清洗方法，生产线为水平布置或者垂直布置，带钢进入带钢热处理炉，带钢热处理炉包括入口密封、烟气预热段、直火清洗预热段、出口密封和加热段；带钢经入口密封进入烟气预热段，在烟气预热段经自直火清洗预热段过来的烟气逆流换热，然后进入直火清洗预热段，直火清洗预热段内布置有若干烧嘴，烧嘴喷出高温冲击火焰，带钢在高温冲击火焰的燃烧与冲击作用下，将带钢温度加热到300-400℃，实现均匀加热并清洗带钢表面的残油与残铁，最后经出口密封进入加热段；其中，烟气预热段布置少量补燃烧嘴，主要供入空气，将直火清洗预热段排过来的烟气中未燃尽的燃料完全燃烧，不供入燃料或少提供燃料，在烟气预热段，带钢主要依靠直火清洗预热段过来的烟气加热，充分利用烟气的余热；直火清洗预热段为主供热区，矩形炉膛的宽面上沿带钢宽度布置多个烧嘴，烧嘴喷口为狭缝型，形成均匀的条形火焰，垂直于带钢表面，构成带钢单面或者双面加热。

进一步，所述的烧嘴为箱形结构，喷口呈狭缝型，喷口宽度为B，喷口到带钢的距离为H，则有H/B＝5～15，空燃比n＝0.8～1.0。

所述的烧嘴为预混型烧嘴，即燃料和空气在进入烧嘴前通过混合器混合；预混气经连接管进入烧嘴的混风室，通过内部压力平衡后从喷口均匀喷出。

本发明带钢表面火焰清洗装置，其为一带钢热处理炉，炉体设入口密封、烟气预热段、直火清洗预热段、出口密封和加热段；炉体直火清洗预热段的矩形炉膛的宽面上面或/和下面沿带钢宽度布置多个烧嘴，烧嘴喷口为狭缝形，可形成均匀的条形火焰。

又，所述的烧嘴为箱形结构，喷口呈狭缝型，喷口宽度为B，喷口到带钢的距离为H，则有H/B＝5～15，空燃比n＝0.8～1.0。

所述的炉体烟气预热段的矩形炉膛的宽面上面或/和下面沿带钢宽度布置布置若干补燃烧嘴。

本发明通过采用烧嘴及其布置方式来实现带钢均匀加热，通过控制火焰气氛实现无氧化加热，同时利用高温冲击火焰的燃烧与冲击作用，清洗带钢表面的残油与残铁。

热处理炉的炉膛为矩形截面，炉膛四周衬有耐火材料。带钢从入口密封进入炉内，根据带钢的运行方向，炉膛的宽面与带钢表面平行，炉膛的窄面对应带钢的边部。

烟气预热段不供入燃料或少提供燃料，布置少量补燃烧嘴，主要供入空气，将直火清洗预热段排过来的烟气中未燃尽的燃料完全燃烧。因此在烟气预热段带钢主要还是依靠直火清洗预热段过来的烟气加热，这样可充分利用烟气的余热。直火清洗预热段5产生的烟气流到到烟气预热段后经排放口排出。

本发明烧嘴具有以下几个特点：1)烧嘴为燃气空气预混型；2)烧嘴为狭缝型，形成均匀的条形火焰；3)烧嘴形成的冲击火焰垂直于带钢表面；4)在带钢宽度可布置多个烧嘴。

烧嘴按烧嘴喷口长边方向和带钢宽度方向一致安装，并沿带钢宽度方向对称布置，根据最大宽度设计需求数量的烧嘴，这样烧嘴工作时就会形成如图5中所示的在带钢表面上投影为跟带钢宽度方向一致的长条形火焰，火焰集中而且均匀，有利于带钢表面清洗和均匀加热。生产中可以以整个带钢宽度方向刚好被火焰覆盖为准，对称开启/关闭边部的烧嘴来适应不同宽度带钢的工艺需求，或调整烧嘴燃烧负荷满足不同厚度带钢加热。宽带钢时，烧嘴工作的数量多，窄带钢时，烧嘴工作的数量少；厚带钢时，烧嘴的负荷大，薄带钢时，烧嘴的负荷小。通过这样的安装和调节的方法可以很容易实现火焰沿带钢带钢宽度方向均匀分布，达到带钢宽度方向加热均匀和表面清理目的。

通过直接火焰实验得到的带钢表面油脂的清洗效果与火焰清洗终点温度的关系曲线如图6所示，从图中可以看出，带钢经该方法处理后，特别是在终点温度300-400℃时带钢表面油脂显著降低。

本发明的优点在于：

1)在一个工艺段中，同时实现了带钢的预热与表面清洗；可取消传统化学清洗、电解清洗和物理清洗的组合，或者大幅简化其功能。

2)在直接火焰清洗段能控制氧化，避免专门设置还原段。

3)火焰清洗烧嘴形成预混型冲击火焰，可大幅提高升温速度，使带钢表面温度迅速达到油脂的乳化分解温度；由于火焰垂直于带钢表面，加快了油脂燃烧速度；通过冲击火焰，提高了传质系数，使油脂燃烧后的气体和铁屑迅速脱落带钢表面。

4)燃料和助燃空气经过预混，空燃比小于或接近1，形成还原气氛的烟气，实现无氧化加热。

5)烧嘴的预混冲击型，火焰长度短，当H/B＜15，可保证火焰到达带钢表面前已完成燃烧，接触带钢的烟气中没有自由氧存在。

6)烧嘴沿带钢宽度方向对称布置，生产中可根据带钢的宽度和厚度需要，对称开启/关闭边部烧嘴或降低燃烧负荷，操控方便；能保证带钢宽度方向的均匀升温、均匀燃烧，实现均匀清理油污。

本发明的有益效果：

采用本发明提出的带钢表面火焰清洗的方法与装置，既可以通过冲击火焰均匀地加热带钢，又可以利用高温火焰的燃烧与冲击作用清洗带钢表面的残油与残铁，同时可以通过控制炉内气氛实现无氧化加热。

另外，由于采用本发明技术可以达到清洗带钢表面的目的，可以在新建或改造连续退火线时将常规生产工艺中的清洗段去掉，或者采用简化的有特殊要求的清洗段，极大地节约占用空间，降低投资和使用成本。

附图说明

图1为本发明带钢表面火焰清理装置的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B-B剖视图。

图4为本发明带钢表面火焰清理烧嘴示意图。

图5为本发明带钢表面火焰清理烧嘴X向示意图。

图6为本发明带钢表面油脂的清洗效果与火焰清洗终点温度的关系曲线图。

具体实施方式

参见图1～图5，本发明带钢表面火焰清洗装置，其为一带钢热处理炉，炉体10设入口密封1、烟气预热段2、直火清洗预热段3、出口密封4；炉体直火清洗预热段3的矩形炉膛的宽面上面或/和下面沿带钢宽度布置多个烧嘴5，烧嘴5喷口为可形成均匀的条形火焰得狭缝长条型。

又，所述的烧嘴5为箱形结构，喷口51呈狭缝型，喷口宽度为B，喷口到带钢的距离为H，则有H/B＝5～15，空燃比n＝0.8～1.0。

所述的炉体烟气预热段2的矩形炉膛的宽面上面或/和下面沿带钢宽度布置布置若干补燃烧嘴6。

本发明的带钢表面火焰清洗方法，生产线为水平布置或者垂直布置，带钢100经入口密封1进入烟气预热段2，在烟气预热段2经自直火清洗预热段3过来的烟气逆流换热，然后进入直火清洗预热段3，直火清洗预热段3内布置有若干烧嘴5，烧嘴5喷出高温冲击火焰，带钢100在高温冲击火焰的燃烧与冲击作用下，将带钢100温度加热到300-400℃，实现均匀加热并清洗带钢100表面的残油与残铁，最后经出口密封4进入加热段；其中，烟气预热段2布置少量补燃烧嘴6，主要供入空气，将直火清洗预热段3排过来的烟气中未燃尽的燃料完全燃烧，不供入燃料或少提供燃料，在烟气预热段2，带钢100主要依靠直火清洗预热段3过来的烟气加热，充分利用烟气的余热；直火清洗预热段3为主供热区，矩形炉膛的宽面上沿带钢宽度布置多个烧嘴5，烧嘴5喷口为狭缝长条型，形成均匀的条形火焰7，垂直于带钢100表面，构成带钢单面或者双面加热。

进一步，所述的烧嘴5为箱形结构，喷口呈狭缝长条型，喷口宽度为B，喷口到带钢的距离为H，则有H/B＝5～15，空燃比n＝0.8～1.0。

所述的烧嘴5为预混型烧嘴，即燃料和空气在进入烧嘴前通过混合器混合；预混气经连接管进入烧嘴的混风室，通过内部压力平衡后从喷口均匀喷出。

带钢产品已在家电、电器、汽车制造以及建筑中得到广泛应用，随着用户需求的提高，对带钢的表面质量和板形的要求也越来越高。带钢热处理生产中特别是高等级带钢的退火处理中，带钢表面清洗程度和加热是否均匀跟带钢产品的表面质量和板形的好坏息息相关。

本发明提出的带钢表面火焰清理方法与装置可实现带钢表面清洗和无氧化均匀加热，是保证带钢成品表面质量和板形的关键环节之一。在新建或改造连续热处理线时应用本发明技术，可以提高带钢表面清洁度和带钢板形，甚至可以取消现有传统工艺清洗段，极大地节约占用空间，降低投资和使用成本。本发明技术适用于水平布置或垂直布置热处理炉，可用于热镀锌、热镀铝锌或连续退火生产线，同时也适用于其它需要表面清洗和均匀加热的场合。

Claims (3)

1.一种带钢表面火焰清洗方法，生产线为水平布置或者垂直布置，带钢进入带钢热处理炉，带钢热处理炉包括入口密封、烟气预热段、直火清洗预热段、出口密封和加热段；带钢经入口密封进入烟气预热段，在烟气预热段经自直火清洗预热段过来的烟气逆流换热，然后进入直火清洗预热段，直火清洗预热段内布置有若干烧嘴，烧嘴喷出高温冲击火焰，带钢在高温冲击火焰的燃烧与冲击作用下，将带钢温度加热到300-400℃，实现均匀加热并清洗带钢表面的残油与残铁，最后经出口密封进入加热段；其中，烟气预热段布置少量补燃烧嘴，主要供入空气，将直火清洗预热段排过来的烟气中未燃尽的燃料完全燃烧，不供入燃料或少提供燃料，在烟气预热段，带钢主要依靠直火清洗预热段过来的烟气加热，充分利用烟气的余热；直火清洗预热段为主供热区，矩形炉膛的宽面上沿带钢宽度布置多个烧嘴，烧嘴喷口为狭缝型，形成均匀的条形火焰，垂直于带钢表面，构成带钢单面或者双面加热。

2.如权利要求1所述的带钢表面火焰清洗方法，其特征是，所述的烧嘴为箱形结构，喷口呈狭缝型，喷口宽度为B，喷口到带钢的距离为H，则有H/B＝5～15，空燃比n＝0.8～1.0。

3.如权利要求1所述的带钢表面火焰清洗方法，其特征是，所述的烧嘴为预混型烧嘴，即燃料和空气在进入烧嘴前通过混合器混合；预混气经连接管进入烧嘴的混风室，通过内部压力平衡后从喷口均匀喷出。