CN109468439A - 一种热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉装置及加热控制方法 - Google Patents

一种热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉装置及加热控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉及加热控制方法，热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉包括：均热炉炉体、热气发生器、分区调控的热气分配装置、入口密封装置、出口密封装置、排废气装置、热气发生器出口的热电偶、炉腔内各区的热电偶、炉腔内各区的压力传感器；均热炉炉体包括钢结构框架、内腔、内腔衬板、中间保温层、外壳。本发明给出的合金化均热炉设备构造及控制方式简单，造价较低，可实现均热炉各炉区的加热温度的由高温到低温的镀层加热工艺条件，满足压力在590MPa及以下级别各钢种的镀层合金化均热温度要求，具有广泛的推广前景。

Description

一种热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉装置及 加热控制方法
技术领域
本发明涉及合金化热镀锌产品制造领域，具体是一种热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉装置，以及与之匹配的合金化均热炉分区控制加热温度的方法。
背景技术
合金化热镀锌产品以纯锌热镀锌带钢为初始材料,将热镀锌后的带钢进行合金化退火处理以获得的具有特殊相结构锌层的产品，以下简称GA产品。该产品具有良好的耐蚀性、焊接性、成形性和涂装性等综合性能，广泛应用于汽车、家电等高档热镀锌产品消费行业。
目前，大工业生产线中应用的合金化均热炉多采用立式封闭式的立方体结构形式，四周全密封，仅两端开口使带钢通过，在其内部安装有热气加热装置或者热电阻加热装置，用于带钢的加热及保温，完成带钢的合金化退火过程。但由于立式合金化均热炉的“烟囱效应”，即使在均热整体密封完好的情况下，被加热的热气体也会不断地从均热炉下段抽吸到均热炉的上段，下段则由均热炉外部冷空气进入补充，从而使得带钢在均热炉极易出现先低温后高温的不合理镀层加热工艺，造成镀层内Γ相生长得过厚，镀层抗粉化性能变差。此外，合金化均热炉因加热热源布置不合理或者缺乏加热的调节手段，导致均热炉内不同区域的温度分布不均匀，通常对应带钢边部的均热炉区域温度偏低，从而使得带钢在均热炉加热时易产生边部加热温度不足而导致的欠合金化等问题。
经过检索现有文献可以发现如下与本发明类似的已公开专利文献：
比如国家知识产权局公开了公开号为CN101376959B的专利文献，该文献《热镀锌镀层合金化退火曲线自由倾斜均热的合金化均热炉》给出了一种实现合金化均热炉镀层合金化退火曲线自由倾斜均热的装置，该装置通过炉壁的可开闭式窗口设计，可调节合金化炉的保温性能或散热率，使得机组的合金化均热温度可以实现从高温到低温的倾斜目标。但是该装置的结构复杂，炉壁开窗口设计还会导致热气污染炉区环境。
再比如国家知识产权局公开了公开号为CN106957950A的专利文献，该文献《热镀锌合金化均热炉及带钢热镀锌系统》公开了一种热镀锌合金化均热炉及带钢热镀锌系统，该均热炉包括炉壳，其中炉壳内沿带钢运行方向串联设置的若干个烘箱，相邻两个所述烘箱之间设有一收口密封段，位于带钢进入端的烘箱的底部设有底部密封装置28，位于带钢输出端的烘箱的顶部设有顶部密封装置，每个所述烘箱内均设有一热风风箱，除位于位于带钢输出端的烘箱外的所有烘箱均设有一组电辐射管，每个热风风箱均与一热风风机相连通，每个热风风机均与一天然气燃烧室和一冷风风机相连通，冷风风机和热风风机之间设有流量自动调节阀门。该发明可实现600℃左右高温保温，又可保证带钢沿宽度方向合金化温度的均匀性，但是该发明的结构形式极其复杂，设备投资及运行成本较高，在目前主流的低成本投入的GA生产线推广应用具有局限性，此外，该发明的装置对带钢运行稳定性也有一定不利影响，容易发生带钢晃动。
发明内容
为了克服上述之不足，本发明目的在于提供一种可分区控制温度的新型合金化均热炉和加热控制方法，该型的合金化均热炉的构造及控制方式相对简单，造价较低，但工业化大生产中应用效果非常理想；通过合金化均热炉分区控制通入的热量，保证均热炉下段、中段和上端不同炉区的加热温度可有效控制，实现均热炉加热时先高温后低温的镀层加热工艺，并且可改善带钢横向加热温度的均匀性，从而获得性能优良的合金化热镀锌产品。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉包括：均热炉炉体、热气发生器、分区调控的热气分配装置、入口密封装置、出口密封装置、排废气装置、热气发生器出口的热电偶、炉腔内各区的热电偶、炉腔内各区的压力传感器；均热炉炉体包括钢结构框架、内腔、内腔衬板、中间保温层、外壳；
热气发生器包括：点火烧嘴、主烧嘴、烧嘴连接的热气管路、稀释空气风机；所述稀释空气风机连接在烧嘴出口热气管路上，主烧嘴分别连接燃气管路和主空气管路；点火烧嘴和主烧嘴燃烧产生的加热气体通过热气管路通入至热气分配装置，在烧嘴出口热气管路上连接着稀释空气风机，可通过风机转速调节，实现对烧嘴产生的热气进行温度调整。
热气分配装置包括主管路，主管路连接下段、中段和上段共计三个分区的分区管路、三个分区管路分别连接调节阀、上段分区管路连接冷却风机；所述冷却风机是冷却空气风机；通过分区管路的调节阀可以通入均热炉各段的热气流量，上段分区管路连接的冷却空气风机通过转速调节，可有效控制因“烟囱效应”而导致的均热炉上段温度偏高的问题，从而实现均热炉各区温度的灵活调整。
底部密封装置包括沿着带钢横向分布的狭缝式喷嘴、箱体；所述底部密封装置与热气分配装置的主管路连接，由主管路通入的热气实现密封功能，该密封装置设置有热气流量手动调节阀，实现均热炉入口密封，避免均热炉外部冷空气因烟囱效应被吸入均热炉；顶部密封装置包括沿着带钢横向分布的狭缝式喷嘴和箱体；所述顶部密封装置与变频风机连接，通过变频风机通入的冷空气实现密封功能；
排废气装置包括变频风机和排放管路，该变频风机是排风风机；排废气装置根据均热炉炉压检测调节变频风机转速，实现均热炉炉压控制在合理范围，消除均热炉内部的烟囱效应。
本发明装置中：热气发生器出口的热电偶、炉腔内各区的热电偶、压力传感器负责采集均热炉的温度和压力参数，并实现各区炉温和均热炉内部压力的闭环控制。
热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉的加热控制方法，核心思路是：根据生产料况的不同设定热气发生器出口的热气温度，均热炉下段、中段和上段三个区域的炉温。
热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉的加热控制方法包括如下步骤：
步骤一：热气发生器的主烧嘴通过调节燃气和主空气流量来初步控制热气温度，再经热气发生器出口连接的冷却风机的转速调节将热气温度精确调整至热气温度设定值±10℃范围内；
步骤二：热气分配装置主管路连接的三个加热区的压力调节阀根据热电偶测量温度调节通入各段的热气流量，其中上段炉温控制需通过上段分区管路连接的冷却空气风机匹配调整以控制因“烟囱效应”而导致的均热炉上段温度偏高的问题；
步骤三：排废气装置根据均热炉炉压设定调节排风风机转速，该排废气装置调节炉压直至实现合金化均热炉内腔加热气氛压力可控。
本发明的有益效果：
本发明技术方案具有在工业化大生产中应用效果好、设备构造及控制方式简单、造价较低等优点；通过合金化均热炉分区控制通入的热量，保证均热炉下段、中段和上端不同炉区的加热温度可有效控制从而实现均热炉加热时先高温后低温的镀层加热工艺；本发明可根据不同生产料况灵活调整均热炉各段的炉温，此外，通过合金化均热炉各段通入热气位置的控制，可改善带钢横向加热温度的均匀性，从而实现合金化镀层先高温后低温且横向均匀控制的加热工艺，获得性能优良的合金化热镀锌产品。本发明给出的合金化均热炉设备构造及控制方式简单，造价较低，可实现均热炉下段、中段和上端不同炉区的加热温度的先高温后低温的镀层加热工艺，满足590MPa及以下级别各钢种的镀层合金化均热温度要求，因而在目前GA生产线低成本投入的大趋势下，具有广泛的推广前景。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1为热镀锌合金化段设备布置及温度控制示意图；
图2为本发明合金化均热炉示意图(正视图)；
图3为本发明合金化均热炉示意图(侧视图)。
图中：1、带钢；2、炉鼻子；3、锌锅；4、锌液；5、沉没辊；8、气刀；10、边部加热装置；11、合金化加热炉；12、合金化均热炉；13、合金化冷却段；20、热气发生装置；21、稀释空气风机；22、热气主管路；23、底部密封装置热气流量电动调节阀；24、下段保温热气流量电动调节阀；25、中段保温热气流量电动调节阀；26、上段保温热气流量电动调节阀；27、冷却风机；28、底部密封装置；29、流量手动调节阀；30、流量手动调节阀；31、顶部密封装置风机；32、顶部密封装置；33、流量手动调节阀；34、流量手动调节阀；35、排废气风机；36、热电偶；37、压力检测装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参照图1、图2、图3，本发明提供的一种热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉的结构图正视图如图2所示，侧视图如图3所示，均热炉主要由热气发生装置20、热气流量分配系统、底部密封装置28及顶部密封装置32和排废气系统组成，实现合金化均热下段、中段和上段三个区域的温度可控，以实现“先高温后低温”的合金化均热温度控制。
热气发生装置20燃烧产生的热气进入主热气管路22，热气的温度首先经热气发生装置20通入的燃气流量和主空气风机转速调整进行调节，然后经稀释风机21的转速调整掺入冷风量进行微调，从而实现热气温度的闭环自动调节。本实施例，热气发生装置20通入的燃气流量可控制在280-700Nm3/h的流量调节，热气温度可在500-650℃有效调节，满足590MPa及以下级别钢种的镀层合金化均热温度要求。
主热气管路22中的热气经过下段、中段和上段三段分支管路从均热炉的侧面通入均热炉，此种方式一方面可减少通入气流对带钢晃动的影响，另一方面可补偿带钢边部散热快造成的边部温度降低，保证带钢宽度方向温度的均匀性。三段分支管路分别通过下段保温热气流量电动调节阀24、中段保温热气流量电动调节阀25和上段保温热气流量电动调节阀26调节进入均热炉各段的热气流量，其中上段支管在热气流量调节阀出口连接有带变频调节的冷却风机27，实现上段保温热气温度的进一步微调，各段的热气流量调节阀根据均热炉各段炉温的设定值闭环自动调节。本实施例，下段保温热气流量调节阀24开口度在70-100％调节，实现均热炉下段炉温在350-450℃范围调整；中段保温热气流量调节阀25开口度在40-70％调节，实现均热炉中段炉温在320-420℃范围调整；上段保温热气流量调节阀26开口度在0-30％调节，实现均热炉中段炉温在300-400℃范围调整。
底部密封装置28连接至热气主管路22，通过热气流量电动调节阀23调节通入底部密封装置28的热气流量，热气通过带狭缝式喷嘴的密封装置正对着带钢上下表面进行喷吹，带钢上下表面通入的热气流量还可以分别通过流量手动调节阀29和30调整，实现带钢上下表面热风压力的平衡调节。底部密封装置28一方面实现对均热炉入口进行气流密封，减少均热炉外部冷空气进入均热炉，另一方面上下表面均匀喷吹的热气可对带钢运行起到稳定作用，减少带钢晃动。本实施例中电动调节阀的开口度一般控制在80-100％。
顶部密封装置32通过风机31吹入的冷空气密封，冷空气通过带狭缝式喷嘴的密封装置正对着带钢上下表面进行喷吹，带钢上下表面通入的冷空气流量还可以分别通过流量手动调节阀33和34调整，实现带钢上下表面热风压力的平衡调节。顶部密封装置32一方面实现对均热炉出口进行气流密封，减少均热炉外部冷空气进入均热炉，另一方面顶部密封采用冷空气密封，可避免均热炉上段温度升高，降低均热炉“烟囱效应”的影响。
排废气风机35采用变频风机，根据合金化均热炉底部设置的压力检测装置37的压力测量结果对变频风机的转速进行闭环自动调节，实现均热炉的微正压控制。本实施例中，合金化均热炉的压力可控制在50～100Pa范围内调节。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉装置及加热控制方法，其特征在于：热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉包括：均热炉炉体、热气发生器、分区调控的热气分配装置、入口密封装置、出口密封装置、排废气装置、热气发生器出口的热电偶、炉腔内各区的热电偶、炉腔内各区的压力传感器；均热炉炉体包括钢结构框架、内腔、内腔衬板、中间保温层、外壳；
热气发生器包括：点火烧嘴、主烧嘴、烧嘴连接的热气管路、稀释空气风机；所述稀释空气风机连接在烧嘴出口热气管路上，主烧嘴分别连接燃气管路和主空气管路；
热气分配装置包括主管路，主管路连接下段、中段和上段共计三个分区的分区管路、三个分区管路分别连接调节阀、上段分区管路连接冷却风机；所述冷却风机是冷却空气风机；
底部密封装置包括狭缝式喷嘴、箱体；所述底部密封装置与热气分配装置的主管路连接，由主管路通入的热气实现密封功能，该密封装置设置有热气流量手动调节阀，实现均热炉入口密封；顶部密封装置包括狭缝式喷嘴和箱体；
排废气装置包括变频风机和排放管路，该变频风机是排风风机；
热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉及加热控制方法，包括如下步骤：
步骤一：热气发生器的主烧嘴通过调节燃气和主空气流量来初步控制热气温度，再经热气发生器出口连接的冷却风机的转速调节将热气温度精确调整至热气温度设定值±10℃范围内；
步骤二：热气分配装置主管路连接的三个加热区的压力调节阀根据热电偶测量温度调节通入各段的热气流量，其中上段炉温控制需通过上段分区管路连接的冷却空气风机匹配调整以控制因“烟囱效应”而导致的均热炉上段温度偏高的问题；
步骤三：排废气装置根据均热炉炉压设定调节排风风机转速，该排废气装置调节炉压直至实现合金化均热炉内腔加热气氛压力可控。
2.根据权利要求1所述的热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉及加热控制方法，其特征在于：所述点火烧嘴和主烧嘴燃烧产生的加热气体通过热气管路通入至热气分配装置。
3.根据权利要求1所述的热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉及加热控制方法，其特征在于：所述热气发生器出口的热电偶、炉腔内各区的热电偶、炉腔内各区的压力传感器在加热控制方法中负责采集均热炉的温度和压力参数，并实现各区炉温和均热炉内部压力的闭环控制。
4.根据权利要求1所述的热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉及加热控制方法，其特征在于：所述顶部密封装置与变频风机连接，通过变频风机通入的冷空气实现密封。
5.根据权利要求1所述的热镀锌镀层分区控温式合金化退火处理的均热炉及加热控制方法，其特征在于：所述顶部密封装置和底部密封装置上的狭缝式喷嘴均沿着带钢横向分布。
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