CN104846159A - 一种具有保护气回收功能的连续退火炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有保护气回收功能的连续退火炉，包括炉本体、对炉本体中排出的保护气进行净化处理并送回炉本体中循环利用的保护气回收利用装置，保护气回收利用装置的保护气进口与炉本体的保护气排出口相连接，保护气回收利用装置的保护气出口与炉本体的保护气进入口相连接。保护气回收利用装置包括用于过滤保护气中的固体杂质的杂质过滤单元、用于过滤保护气中的氧气的氧气过滤单元、用于过滤保护气中的水的水过滤单元、控制系统；控制系统分别与杂质过滤单元、氧气过滤单元、水过滤单元相信号连接。本发明能够充分利用保护气，节省了能源，适应于节能减排的发展方向，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种具有保护气回收功能的连续退火炉

技术领域

本发明涉及一种连续退火炉，尤其是一种采用保护气来提供炉内气氛的具有保护气回收功能的连续退火炉。

背景技术

在对钢带进行退火连续退火炉中，为了在炉的大气开放后的启动时或大气侵入炉内氛围气等情况下，使炉内的水分、氧浓度降低，而广泛采用如下方法：提高炉内温度来使炉内的水分气化，并且在气化的前后将惰性气体等非氧化性气体作为炉内氛围气的置换气体而供给至炉内，同时排出炉内的气体，从而将炉内氛围气置换为非氧化性气体。

随着市场对钢带的质量要求越来越高，如镀锌钢带，镀铝锌钢带，镀铝合金钢带等，在此类钢带产品要求更高的钢带退火工艺，其对保护气氛的要求也更高，通常需加入大量还原性的气体，如氢气等作为保护气。一般而言保护气中氢气含量在10%~50%，具体的镀锌线保护气中氢含量20%~30%，镀锌铝线保护气中氢含量30%~50%。

钢带退火，是指经冷轧刨光后的钢板在有保护气的环境下进行高温连续退火，钢带退火过程是一个连续不间断的过程。现有的钢带退火工艺中，除了刚开始装炉及退火结束出炉用氮气置换外，其它的时间都通氮气和氢气的混合气体作为保护气。然而，通入一台钢带退火炉的保护气中氢气的气量为200~500Nm³/h，这部分氢气保护气在运行过程中实际损耗气只有5%~8%，剩余保护氢气则直接燃烧掉或对大气排空，浪费了大量资源。

因此，设计开发一种能够将排放的保护气进行回收循环利用的退火炉设备，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种回收循环利用保护气、以做到节能减排的具有保护气回收功能的连续退火炉。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有保护气回收功能的连续退火炉，包括炉本体，其还包括对所述的炉本体中排出的保护气进行净化处理并送回所述的炉本体中循环利用的保护气回收利用装置，所述的保护气回收利用装置具有保护气进口和保护气出口，所述的保护气进口与所述的炉本体的保护气排出口相连接，所述的保护气出口与所述的炉本体的保护气进入口相连接。

优选的，所述的保护气回收利用装置包括用于过滤所述的保护气中的固体杂质的杂质过滤单元、用于过滤所述的保护气中的氧气的氧气过滤单元、用于过滤所述的保护气中的水的水过滤单元、控制系统；所述的控制系统分别与所述的杂质过滤单元、所述的氧气过滤单元、所述的水过滤单元相信号连接；所述的炉本体的保护气排出口、所述的杂质过滤单元、所述的氧气过滤单元、所述的水过滤单元、所述的炉本体的保护气进入口通过气路依次连接，所述的炉本体的保护气排出口与所述的杂质过滤单元之间设置有进气阀，所述的水过滤单元与所述的炉本体的保护气排出口之间设置有出气阀。

进一步的，所述的杂质过滤单元包括通过所述的气路依次相连接的一级杂质过滤器和二级杂质过滤器。

进一步的，所述的一级杂质过滤器为初步过滤分离所述的固体杂质的旋风分离器，所述的二级杂质过滤器为通过淋洗而进一步过滤分离所述的固体杂质的淋洗塔。

进一步的，所述的炉本体的保护气排出口与所述的一级杂质过滤器之间的所述的气路上设置有前级冷却器；所述的一级杂质过滤器与所述的二级杂质过滤器之间的所述的气路上依次设置有前级缓冲罐、前级冷凝器和鼓风机。

进一步的，所述的一级杂质过滤器与所述的前级缓冲罐之间的所述的气路上设置有前级压力变送器，所述的前级压力变送器与所述的控制系统相信号连接；所述的鼓风机的出气口具有回连至其进气口的回流气路，所述的回流气路上设置有回流调节阀和回流程控阀，所述的回流程控阀与所述的控制系统相信号连接。

进一步的，所述的氧气过滤单元包括除氧器。

进一步的，所述的水过滤单元包括通过所述的气路依次相连接的后级冷却器、后级冷凝器和干燥装置。

进一步的，所述的水过滤装置的出口所连接的所述的气路上设置有后级压力变送器，所述的后级压力变送器与所述的控制系统相信号连接；所述的杂质过滤单元的出口所连接的所述的气路上设置有放空支路，所述的放空支路上设置有自动放空程控阀，所述的自动放空程控阀与所述的控制系统相信号连接。

进一步的，所述的水过滤单元和所述的炉本体的保护气进入口之间的所述的气路上设置有气体混合单元，所述的气体混合单元包括后级缓冲罐，所述的后级缓冲罐分别连接有一路氮气补充支路和氢气补充支路，所述的后级缓冲罐的进口所连接的所述的气路上设置有在线智能气体分析仪，所述的在线智能气体分析仪与所述的控制系统相信号连接。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的退火炉装置能够具有保护气回收利用装置，能够充分利用保护气，避免了保护气直接燃烧或对大气排空而带来的问题，大大节省了能源，适应于节能减排的发展方向，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

附图1为本发明的具有保护气回收功能的连续退火炉的结构示意图。

以上附图中：E1、具有保护气回收功能的连续退火炉的炉本体；E2、前级冷却器；E3、旋风分离器；E4、前级缓冲罐；E5前级冷凝器；E6、淋洗塔；E7、除氧器；E8、后级冷却器；E9、后级冷凝器；E10、干燥装置；E11、后级缓冲罐；E12、氢气储罐；E13、氮气储罐；F、软连接结构；P、鼓风机；V1、进气阀；V2、回流程控阀；V3、回流调节阀；V4、自动放空程控阀；V5、出气阀；V6、氢气补充程控阀；V7、氮气补充程控阀；V8、压力调节阀；A1、微氧分析仪；V2、氢气分析仪；V3、露点分析仪；PT1、前级压力变送器；PT2、后级压力变送器。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如附图1所示，一种具有保护气回收功能的连续退火炉，包括炉本体E1以及保护气回收利用装置。炉本体E1上具有用于通入保护气的保护气进入口和排出保护气的保护气排出口，二者分别位于炉本体E1的两端部。通入炉本体E1中的保护气为氢气和氮气的混合气体，而炉本体E1中排出的保护气则为含有少量固体杂质（粉尘和细微颗粒）、氧气等成分、而主要成分为氢气和氮气的混合气体（约600℃）。

与炉本体E1相连接的保护气回收利用装置用于对炉本体E1中排出的保护气进行净化处理并送回炉本体E1中循环利用，因此，其能够将含有少量固体杂质和氧气等成分而不能直接再次利用的保护气转化成为能够利用的保护气。

该保护气回收利用装置具有保护气进口和保护气出口，保护气进口与炉本体E1的保护气排出口相连接，保护气出口与炉本体E1的保护气进入口相连接。从而，由炉本体E1的保护气排出口排出的含有少量固体杂质和氧气等成分的保护气经过保护气回收利用装置的净化处理而重新送回至炉本体E1中。

具体的，该保护气回收利用装置包括杂质过滤单元、氧气过滤单元、水过滤单元和控制系统，其中，杂质过滤单元、氧气过滤单元、水过滤单元通过气路依次连接，炉本体E1的保护气排出口与杂质过滤单元之间设置有进气阀V1，炉本体E1的保护气排出口出设置有软连接结构F（如弹性接头等）来连接气路，从而缓冲炉本体E1的振动，水过滤单元与炉本体E1的保护气排出口之间设置有出气阀V5。而控制系统则分别与杂质过滤单元、氧气过滤单元、水过滤单元相信号连接，从而用于控制整个保护气回收利用装置的工作。

杂质过滤单元用于过滤保护气中的固体杂质，其包括通过气路相连接的一级杂质过滤器和二级杂质过滤器。在本实施例中，一级杂质过滤器采用旋风分离器E3，其能够初步过滤分离固体杂质，而二级杂质过滤器采用淋洗塔E6，其能够通过淋洗而进一步过滤分离固体杂质。炉本体E1的保护气排出口经过进气阀V1后与一级杂质过滤器之间的气路上设置有前级冷却器E2，前级冷却器E2的进气口即成为保护气回收利用装置的保护气进口；而一级杂质过滤器与二级杂质过滤器之间的气路上依次设置有前级缓冲罐E4、前级冷凝器E5和鼓风机P。这里鼓风机P选用罗茨鼓风机。该杂质过滤单元的整体结构为：前级冷却器E2的进口经进气阀V1而连接至炉本体E1的保护气排出口，前级冷却器E2的出口与旋风分离器E3的进口相连接，旋风分离器E3的出口与前级缓冲罐E4的进口相连接，前级缓冲罐E4的出口与前级冷凝器E5的进口相连接，前级冷凝器E5的出口与罗茨鼓风机P的进口相连接，罗茨鼓风机P的出口与淋洗塔E6的进口相连接，淋洗塔E6的出口即为杂质过滤单元的出口。鼓风机P的出气口具有回连至其进气口的回流气路，回流气路上设置有回流调节阀V3和回流程控阀V2，回流程控阀V2与控制系统相信号连接。在一级杂质过滤器，即旋风分离器E3与前级缓冲罐E4之间的气路上设置有前级压力变送器PT1，前级压力变送器PT1与控制系统相信号连接。杂质过滤单元的出口所连接的气路上设置有放空支路，放空支路上设置有自动放空程控阀V4，自动放空程控阀V4与控制系统相信号连接。

氧气过滤单元用于过滤保护气中的氧气，其包括具有进口和出口的除氧器E7，其进口与杂质过滤单元的淋洗塔的出口相连接，而其出口则连接至水过滤单元。

水过滤单元用于过滤保护气中的水的水，其包括通过气路依次相连接的后级冷却器E8、后级冷凝器E9和干燥装置E10，即后级冷却器E8的进口与除氧器E7的出口相连接，后级冷却器E8的出口与后级冷凝器E9的进口相连接，后级冷凝器E9的出口与干燥装置E10的进气口相连接，干燥装置E10的出气口为水过滤单元的出口。其中，干燥装置E10采用吸附再生式干燥装置E10，通入其中的经过前述杂质过滤单元、氧气过滤单元和部分水过滤单元获得的保护气既通入该吸附再生式干燥装置E10中进行干燥，也作为该干燥装置E10的再生气，而该干燥装置E10的再生气出口则连接至前级缓冲罐E4。水过滤装置的出口，即干燥装置E10的出气口所连接的气路上设置有后级压力变送器PT2，后级压力变送器PT2与控制系统相信号连接。

水过滤单元和炉本体E1的保护气进入口之间，即干燥装置E10和出气阀V5之间的气路上设置有气体混合单元。该气体混合单元包括一个进口与干燥装置E10的出气口相连接的后级缓冲罐E11，后级缓冲罐E11的该进口所连接的气路上设置有在线智能气体分析仪（包括微氧分析仪A1、氢气分析仪A2和露点分析仪A3），在线智能气体分析仪与控制系统相信号连接。后级缓冲罐E11的另一个进口还分别连接有一路氮气补充支路和氢气补充支路。氮气补充支路包括与氮气气源相连接的氮气储罐E13，该氮气储罐E13与后级缓冲罐E11之间连接的气路上设置有氮气补充程控阀V7和压力调节阀V8。氢气补充支路包括与氢气气源相连接的氢气储罐E12，该氢气储罐E12与后级缓冲罐E11之间连接的气路上设置有氢气补充程控阀V6。上述氮气补充程控阀V7和氢气补充程控阀V6分别与控制系统相信号连接。

该具有保护气回收功能的连续退火炉的工作过程为：

从连续退火炉的炉本体E1排出的含有固体杂质和氧气等成分的氮氢混合气，首先进入前级冷却器E2，对回收的高温氮氢混合气进行冷却降温，随后氮氢混合气进入旋风分离器E3，初步将氢氮混合气中夹带的粉尘、细微颗粒（铁粉，锌灰等）进行过滤分离，经过旋风分离后的氢氮混合气进入前级缓冲罐E4缓冲稳压后，进入前级冷凝器E5进一步冷却降温，随后进入罗茨鼓风机P进行变频控制增压（增压至10~50Kpa）；经过增压后的氮氢混合气进入淋洗塔E6（如专利号为200920241767.8的专利公开的淋洗塔E6），进一步洗去氮氢混合气中携带的粉尘及微小颗粒杂质；经过淋洗的氮氢混合气进入除氧器E7中进行除氧，经过除氧后的氮氢混合气依次进入后级冷却器E8、后级冷凝器E9进行冷却除水，除去由除氧器E7中生成的水，经过除氧冷却后的气体露点可达到0~10℃；除氧降温冷却除水后的氮氢混合气进入吸附再生式干燥装置E10进行除水，而作为干燥装置E10再生气的气体重新回到前级缓冲罐E4后再次净化；除水净化后的氮氢混合气，其气体的指标由在线在线智能气体分析仪：微氧分析仪A1，氢气分析仪A2和露点分析仪A3分析后得到气体指标如下：含氧：0.3ppm；氢含量：35%；气体露点：-68℃；净化后氮氢混合气通过自立式调节阀组控制出口压力和流量，作为保护气的原料气供给退火炉本体E1作为保护气使用。

为保持该退火炉系统的稳定运行及系统压力的可控，系统内设置了多个程控阀及压力调节阀V8，包括鼓风机P的回流程控阀V2、自动放空程控阀V4、氢气补充程控阀V6、氮气补充支路上的氮气补充程控阀V7和压力调节阀V8以及鼓风机P回流气路上的回流调节阀V3。当前级压力变送器PT1检测到罗茨鼓风机P前级系统压力较低或前级系统压力异常（抽负压）时，控制系统控制开启鼓风机P回流气路上的回流程控阀V2，此时回流调节阀V3已开启调压模式，使得后级系统中的气体回流至前级，保持系统安全；当后级压力变送器PT2检测到后级系统压力超压或者气体指标不合格时，控制系统控制自动放空程控阀V4开启排气；当后级系统压力低于设定压力时，且系统中氢气分析仪A2检测到氢气纯度较设定的氢气纯度低时，氢气补充程控阀V6自动开启补氢气，而当系统中氢气纯度较设定氢气纯度高时，氮气补充程控阀V7及压力调节阀V8自动开启补氮气或同时补充氢气或氮气，确保设备安全稳定运行。

本退火炉配备的保护气回收利用装置回收氢气通过降温冷却、增压、淋洗除尘、除氧、除水等净化处理，得到合格的保护气再进入连续退火炉使用，其可以实现全制动控制，并且净化过程中可以做到零排放，以求做到降低氢气的使用成本，做到真正意义上的节能减排。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有保护气回收功能的连续退火炉，包括炉本体，其特征在于：其还包括对所述的炉本体中排出的保护气进行净化处理并送回所述的炉本体中循环利用的保护气回收利用装置，所述的保护气回收利用装置具有保护气进口和保护气出口，所述的保护气进口与所述的炉本体的保护气排出口相连接，所述的保护气出口与所述的炉本体的保护气进入口相连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有保护气回收功能的连续退火炉，其特征在于：所述的保护气回收利用装置包括用于过滤所述的保护气中的固体杂质的杂质过滤单元、用于过滤所述的保护气中的氧气的氧气过滤单元、用于过滤所述的保护气中的水的水过滤单元、控制系统；所述的控制系统分别与所述的杂质过滤单元、所述的氧气过滤单元、所述的水过滤单元相信号连接；所述的炉本体的保护气排出口、所述的杂质过滤单元、所述的氧气过滤单元、所述的水过滤单元、所述的炉本体的保护气进入口通过气路依次连接，所述的炉本体的保护气排出口与所述的杂质过滤单元之间设置有进气阀，所述的水过滤单元与所述的炉本体的保护气排出口之间设置有出气阀。

3.根据权利要求2所述的一种具有保护气回收功能的连续退火炉，其特征在于：所述的杂质过滤单元包括通过所述的气路依次相连接的一级杂质过滤器和二级杂质过滤器。

4.根据权利要求3所述的一种具有保护气回收功能的连续退火炉，其特征在于：所述的一级杂质过滤器为初步过滤分离所述的固体杂质的旋风分离器，所述的二级杂质过滤器为通过淋洗而进一步过滤分离所述的固体杂质的淋洗塔。

5.根据权利要求3所述的一种具有保护气回收功能的连续退火炉，其特征在于：所述的炉本体的保护气排出口与所述的一级杂质过滤器之间的所述的气路上设置有前级冷却器；所述的一级杂质过滤器与所述的二级杂质过滤器之间的所述的气路上依次设置有前级缓冲罐、前级冷凝器和鼓风机。

6.根据权利要求5所述的一种具有保护气回收功能的连续退火炉，其特征在于：所述的一级杂质过滤器与所述的前级缓冲罐之间的所述的气路上设置有前级压力变送器，所述的前级压力变送器与所述的控制系统相信号连接；所述的鼓风机的出气口具有回连至其进气口的回流气路，所述的回流气路上设置有回流调节阀和回流程控阀，所述的回流程控阀与所述的控制系统相信号连接。

7.根据权利要求2所述的一种具有保护气回收功能的连续退火炉，其特征在于：所述的氧气过滤单元包括除氧器。

8.根据权利要求2所述的一种具有保护气回收功能的连续退火炉，其特征在于：所述的水过滤单元包括通过所述的气路依次相连接的后级冷却器、后级冷凝器和干燥装置。

9.根据权利要求2所述的一种具有保护气回收功能的连续退火炉，其特征在于：所述的水过滤装置的出口所连接的所述的气路上设置有后级压力变送器，所述的后级压力变送器与所述的控制系统相信号连接；所述的杂质过滤单元的出口所连接的所述的气路上设置有放空支路，所述的放空支路上设置有自动放空程控阀，所述的自动放空程控阀与所述的控制系统相信号连接。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的一种具有保护气回收功能的连续退火炉，其特征在于：所述的水过滤单元和所述的炉本体的保护气进入口之间的所述的气路上设置有气体混合单元，所述的气体混合单元包括后级缓冲罐，所述的后级缓冲罐分别连接有一路氮气补充支路和氢气补充支路，所述的后级缓冲罐的进口所连接的所述的气路上设置有在线智能气体分析仪，所述的在线智能气体分析仪与所述的控制系统相信号连接。