CN109722516A - 一种快速调控退火炉内气体露点的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速调控退火炉内气体露点的装置及方法，属于冶金工程技术领域，解决现有调控装置调节速度慢的问题。上述装置包括气源、第一管路、第二管路、第三管路、蒸发器、冷凝器、管道混合器和测量控制系统；第一管路一端与气源连接，另一端与管道混合器连接；第二管路一端与气源连接，另一端与蒸发器连接；第三管路一端与水源连接，另一端与蒸发器连接；蒸发器通过冷凝器与管道混合器连接；测量控制系统包括露点测量仪和PID控制器。上述装置可以用于快速调控退火炉内气体的露点。

Description

一种快速调控退火炉内气体露点的装置及方法

技术领域

本发明涉及冶金工程技术领域，尤其涉及一种快速调控退火炉内气体露点的装置及方法。

背景技术

热浸镀是把钢铁材料浸入熔融的金属液体中使其表面形成金属镀层的方法，是最常用的钢材防腐技术，产品广泛应用于工业、农业和建筑业等领域。退火炉是热浸镀生产线上的核心设备，钢带在这里经过加热、保温、冷却等工艺过程完成再结晶退火，内应力减小，晶粒畸变消失，形成均匀的组织，满足下一步涂镀工艺要求。

为了防止钢带在高温下产生新的氧化，去除钢带表面原有的氧化膜，退火炉内通常充有氢气和氮气的混合气体。氢气将钢带表面的氧化铁还原成海绵铁同时产生水蒸气；氮气用来保护钢带，使其不与空气和其他气体接触，防止钢带产生新的氧化。当炉气中氢气超过一定范围时，发生氧化铁的还原反应；当炉气中水蒸气浓度超过一定范围时，发生铁的氧化反应。为了提高产品质量，促使还原反应进行，必须调节炉内水蒸气浓度，严格控制炉气的露点。现有炉气露点调控装置调节速度慢，通常需要三十分钟或者更长的时间，影响钢带的表面性能和涂镀质量。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种快速调控退火炉内气体露点的装置和方法，用以解决现有调控装置调节速度慢的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种快速调控退火炉内气体露点的装置，包括气源、第一管路、第二管路、第三管路、蒸发器、冷凝器、管道混合器和测量控制系统；第一管路一端与气源连接，另一端与管道混合器连接；第二管路一端与气源连接，另一端与蒸发器连接；第三管路一端与水源连接，另一端与蒸发器连接；蒸发器通过冷凝器与管道混合器连接；测量控制系统包括露点测量仪和PID控制器。

在一种可能的设计中，第一管路上设置第一流量控制器和第一加热器，第一流量控制器与气源连接，第一加热器与管道混合器连接。

在一种可能的设计中，第二管路上设置第二流量控制器和第二加热器，第二流量控制器与气源连接，第二加热器与蒸发器连接。

在一种可能的设计中，第三管路上设置第一阀门和储水罐，第一阀门与水源连接，储水罐与蒸发器连接。

在一种可能的设计中，冷凝器竖直放置。

在一种可能的设计中，测量控制系统通过第二阀门与气源连接，测量控制系统通过第三阀门与退火炉出口连接，测量控制系统通过第四阀门与退火炉进口连接。

在一种可能的设计中，测量控制系统与退火炉进口之间还设置有风机。

本发明还提供了一种快速调控退火炉内气体露点的方法，采用上述的快速调控退火炉内气体露点的装置，快速调控退火炉内气体露点的方法包括如下步骤：

步骤1：将气源气体分为两路，一路流经第一管路，另一路流经第二管路；

步骤2：对步骤1中的两路气体进行加热；

步骤3：为蒸发器提供水源，流经第二管路的气体依次进入蒸发器和冷凝器进行增湿；

步骤4：两路气体在管道混合器中混合；

步骤5：采用露点测量仪测量退火炉进口气体、退火炉出口气体和气源气体的露点，经PID控制器计算后调节进入蒸发器的水流量、流经蒸发器和冷凝器的湿混合气体流量和未流经蒸发器和冷凝器的干混合气体流量。

在一种可能的设计中，步骤2中将气体加热至退火炉所需温度，例如温度为400-1000℃。

本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明提供的快速调控退火炉内气体露点的装置采用蒸发器加热水产生水蒸气，采用冷凝器冷凝水蒸气调节蒸发器的水流量和蒸发速度，实现水蒸气的快速产生和流量调节；实施时，退火炉内的混合气体流经蒸发器和冷凝器，可以增加混合气体的水蒸气含量，提高混合气体露点，水蒸气可以在钢带表面形成气膜阻止镀层金属液体的蒸发，抑制锌灰的产生；同时水蒸气可以与钢带中的碳元素发生置换反应，可以增加氢气的含量，改善退火炉内的还原性气氛，水蒸气可以与钢带中的锰元素反应生成氧化锰，提高钢带的可镀性，提高钢带涂镀质量。

(2)本发明提供的快速调控退火炉内气体露点的装置中冷凝器竖直放置，使冷凝器中的水回流至蒸发器作为一部分水源，同时能使冷凝器中的水滴及时排出，防止冷凝器被水腐蚀，既实现水的循环利用，又可以延长设备的使用寿命，作用效果显著。

(3)本发明提供的快速调控退火炉内气体露点的装置中加热器用来将混合气体加热到退火炉进口气体所需温度进而减小温差导致的热应力对带钢性能的影响，进而保证钢带的涂镀质量。

(4)本发明提供的快速调控退火炉内气体露点的方法能够在30s内快速完成露点调控，并且本方法简单，控制准确，可以在生产中广泛推广应用，进而提高钢带的机械性能和镀层质量。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书实施例以及附图中所特别指出的方法来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明所述快速调控退火炉内气体露点的装置的结构示意图；

图中：1-气源、2-水源、3-第一流量控制器、4-第一加热器、5-第二加热器、6-第二流量控制器、7-第一阀门、8-储水罐、9-蒸发器、10-冷凝器、11-管道混合器、12-测量控制系统、13-第二阀门、14-第三阀门、15-风机、16-第四阀门、17-退火炉出口、18-退火炉进口。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

实施例1

本实施例公开了一种快速调控退火炉内气体露点的装置，如图1所示，包括：气源1、第一管路、第二管路、第三管路、蒸发器9、冷凝器10、管道混合器11和测量控制系统12；

第一管路包括第一流量控制器3和第一加热器4，第一管路通过第一流量控制器3与气源1连接，第一管路通过第一加热器4与管道混合器11连接；

第二管路包括第二流量控制器6和第二加热器5，第二管路通过第二流量控制器6与气源1连接，第二管路通过第二加热器5与蒸发器9连接；

第三管路包括第一阀门7和储水罐8，所述第三管路通过第一阀门7与水源2连接，第三管路通过储水罐8与蒸发器9连接；

蒸发器9通过冷凝器10与管道混合器11连接；

测量控制系统12包括露点测量仪和PID控制器，测量控制系统12通过第二阀门13与气源1连接，测量控制系统12通过第三阀门14与退火炉出口17连接，测量控制系统12通过第四阀门16与退火炉进口18连接。

与现有技术相比，本实施例提供的快速调控退火炉内气体露点的装置采用蒸发器加热水产生水蒸气，采用冷凝器冷凝水蒸气调节蒸发器的水流量和蒸发速度，实现水蒸气的快速产生和流量调节；实施时，退火炉内的混合气体流经蒸发器和冷凝器，可以增加混合气体的水蒸气含量，提高混合气体露点，水蒸气可以在钢带表面形成气膜阻止镀层金属液体的蒸发，抑制锌灰的产生；同时水蒸气可以与钢带中的碳元素发生置换反应，可以增加氢气的含量，改善退火炉内的还原性气氛，水蒸气可以与钢带中的锰元素反应生成氧化锰，提高钢带的可镀性，提高钢带涂镀质量。

为了能使冷凝器10中的水滴及时排出，防止冷凝器被水腐蚀，将冷凝器10竖直放置，使冷凝器10中的水回流至蒸发器9作为一部分水源，既实现水的循环利用，又可以延长设备的使用寿命。

值得注意的是，测量控制系统12与退火炉进口18之间还设置有风机15，风机用来将露点测量仪内的混合气体排除至退火炉进口18，风机15进口与测量控制系统12连接，出口与管道混合器11出口连接。风机包括但不限于往复式、回转式、离心式、轴流式、混流式或喷射式风机。

具体的，流量控制器用来进行混合气体及水的流量调节。流量控制器包括但不限于容积式、浮子式、差压式、涡街式、涡轮式、电磁式、热式或科里奥利流量控制器。

具体的，加热器用来将混合气体加热到退火炉进口气体所需温度。加热器可以是表面加热器，也可以是混合加热器，加热器包括但不限于电磁加热器、电阻加热器或红外线加热器。

具体的，混合器包括但不限于静态挡板式、孔板式或三通式混合器。

具体的，蒸发器可以是直接热源加热，也可以是间接热源加热；蒸发器包括但不限于升膜蒸发器、降膜蒸发器和刮板蒸发器。

具体的，冷凝器包括但不限于喷淋式、充填式、淋水板或筛板式冷凝器。

具体的，储水罐的材质包括但不限于不锈钢、PE。

具体的，阀门包括但不限于球阀、蝶阀或针型阀。

具体的，管道的材质包括但不限于不锈钢。

实施例2

本实施例公开了一种快速调控退火炉内气体露点的方法，采用实施例1提供的装置，该方法中气源提供的混合气体是氢气氮气混合气体，该方法包括以下步骤：

步骤1：将气源气体分为两路，一路流经第一管路，另一路流经第二管路；

步骤2：对步骤1中的两路气体进行加热；

步骤3：为蒸发器提供水源，流经第二管路的气体依次进入蒸发器和冷凝器进行增湿；

步骤4：两路气体在管道混合器中混合；

步骤5：采用露点测量仪测量退火炉进口气体、退火炉出口气体和气源气体的露点，经PID控制器计算后调节控制进入蒸发器的水流量、流经蒸发器和冷凝器的湿混合气体流量和未流经蒸发器和冷凝器的干混合气体流量。

值得注意的是，步骤2中将混合气体加热至退火炉所需温度以减小温差导致的热应力对带钢性能的影响，例如，400-1000℃。

采用露点测量仪测量退火炉出口处的混合气体露点、退火炉进口处的混合气体露点和气源进口处的混合气体露点，经PID控制器计算后调节控制进入蒸发器的水流量、流经蒸发器和冷凝器的湿混合气体流量和未流经蒸发器和冷凝器的干混合气体流量。通过上述步骤和方法，可以实现气体露点的快速调控，退火炉出口处所需的混合气体露点调节时间小于30秒，例如15-25s。

与现有技术相比，本实施例提供的快速调控退火炉内气体露点的方法中，流经第二管路的氢气氮气混合气体从蒸发器底部进入，水由蒸发器侧面进入，氢气氮气混合气体与水蒸发产生的水蒸气混合后进入冷凝器，蒸发器可快速蒸发水形成水蒸气，冷凝器可以快速冷凝水蒸气调节蒸发器流量，从而实现快速调控退火炉进口气体的露点；同时该方法中将混合气体加热至退火炉所需的温度可以减小温差导致的热应力对带钢性能的影响，进而保证钢带的涂镀质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速调控退火炉内气体露点的装置，其特征在于，所述装置包括气源(1)、第一管路、第二管路、第三管路、蒸发器(9)、冷凝器(10)、管道混合器(11)和测量控制系统(12)；

所述第一管路一端与气源(1)连接，另一端与管道混合器(11)连接；

所述第二管路一端与气源(1)连接，另一端与蒸发器(9)连接；

所述第三管路一端与水源(2)连接，另一端与蒸发器(9)连接；

所述蒸发器(9)通过冷凝器(10)与管道混合器(11)连接；

所述测量控制系统(12)包括露点测量仪和PID控制器。

2.根据权利要求1所述的快速调控退火炉内气体露点的装置，其特征在于，所述第一管路上设置第一流量控制器(3)和第一加热器(4)，所述第一流量控制器(3)与气源(1)连接，所述第一加热器(4)与管道混合器(11)连接。

3.根据权利要求1所述的快速调控退火炉内气体露点的装置，其特征在于，所述第二管路上设置第二流量控制器(6)和第二加热器(5)，所述第二流量控制器(6)与气源(1)连接，所述第二加热器(5)与蒸发器(9)连接。

4.根据权利要求1所述的快速调控退火炉内气体露点的装置，其特征在于，所述第三管路上设置第一阀门(7)和储水罐(8)，所述第一阀门(7)与水源(2)连接，所述储水罐(8)与蒸发器(9)连接。

5.根据权利要求1所述的快速调控退火炉内气体露点的装置，其特征在于，所述冷凝器(10)竖直放置。

6.根据权利要求1所述的快速调控退火炉内气体露点的装置，其特征在于，所述测量控制系统(12)通过第二阀门(13)与气源(1)连接，所述测量控制系统(12)通过第三阀门(14)与退火炉出口(17)连接，所述测量控制系统(12)通过第四阀门(16)与退火炉进口(18)连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的快速调控退火炉内气体露点的装置，其特征在于，所述测量控制系统(12)与退火炉进口(18)之间还设置有风机(15)。

8.一种快速调控退火炉内气体露点的方法，其特征在于，采用如权利要求1至7所述的快速调控退火炉内气体露点的装置，所述方法包括如下步骤：

步骤1：将气源气体分为两路，一路流经第一管路，另一路流经第二管路；

步骤2：对步骤1中的两路气体进行加热；

步骤3：为蒸发器提供水源，流经第二管路的气体依次进入蒸发器和冷凝器进行增湿；

步骤4：两路气体在管道混合器中混合；

步骤5：采用露点测量仪测量退火炉进口气体、退火炉出口气体和气源气体的露点，经PID控制器计算后调节进入蒸发器的水流量、流经蒸发器和冷凝器的湿混合气体流量和未流经蒸发器和冷凝器的干混合气体流量。

9.根据权利要求8所述的快速调控退火炉内气体露点的方法，其特征在于，所述步骤2中将气体加热至退火炉所需温度。

10.根据权利要求9所述的快速调控退火炉内气体露点的方法，其特征在于，所述温度为400-1000℃。