CN115369236B - 一种卧式张力退火炉出入口密封方法 - Google Patents

一种卧式张力退火炉出入口密封方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及精密不锈钢带材生产领域，一种卧式张力退火炉出入口密封方法，包括以下步骤：步骤一：出入口密封箱氮气动态平衡密封；步骤二：采用两种密封型式，即辊式密封与毡式密封；步骤三：通过保证炉内压力的稳定来确保动态调节过程不会影响炉内气氛的稳定性，炉内压力调节方式为以炉内压力5mbar为目标值，以调节放散阀门开度为调节手段，进行动态闭环调节；步骤四：设置2个检测点对炉内气氛质量进行监测，分别在加热段、冷却段，检测内容为氢气含氧量、氢气露点。本发明解决了表面氧化、性能不良等质量缺陷，满足极薄规格精密不锈钢带材的高品质要求。

Description

一种卧式张力退火炉出入口密封方法
技术领域
本发明涉及精密不锈钢带材生产领域，尤其涉及一种卧式张力退火炉出入口密封方法。
背景技术
精密不锈钢张力退火炉用于对精密不锈钢带材的大张力退火，炉内使用氢气作为热处理的保护气氛。精密不锈钢对退火后带材表面光亮度、平整度、微观组织结构均匀度有着极高的要求，炉内气氛的控制对钢带的退火性能有着决定性的影响。退火炉的出入口是炉内与炉外的分界点，因此做好出入口密封，是对炉内气氛尤其是氢气露点、氧含量等参数的重要保证。
因此，本发明开发了一种精密不锈钢卧式张力退火炉的出入口密封方法，该方法采用动态密封的形式，对退火炉入口和出口进行氢气含量和炉压的闭环控制，同时采用辊式与毡式可替换的密封辊型式，进行出入口密封，以保证炉内气氛稳定，确保精密不锈钢退火后性能稳定，表面色泽均匀，无氧化、色差等质量缺陷。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种卧式张力退火炉出入口密封方法。
本发明的目的是这样实现的：一种卧式张力退火炉出入口密封方法，包括以下步骤：步骤一：出入口密封箱氮气动态平衡密封：退火炉的加热段与冷却段为氢气气氛，为防止氢气向外溢出，在退火炉入口密封箱和出口密封箱设置氢氮平衡区域，在密封箱内侧即靠近炉体侧通入氢气，外侧即靠近密封辊侧通入氮气，在氮气压力下，将氢气与外界强制隔离，在氢气与氮气的隔离分界点位置，为氢气与氮气的混合区域，该区域为氢氮平衡区域；在隔离分界点处设置氢含量检测仪，用于实时监测此区域的氢气含量；步骤二：采用两种密封型式，即辊式密封与毡式密封，实现不同材料的密封要求，辊式密封由一对同步转动的密封辊组成，挤压在带钢两侧，阻止外界氧气随带钢进入炉体；毡式密封使用毛毡包覆在芯轴外部，不转动，一对毛毡辊将带钢挤压住；对于厚度为0.1mm以上的不锈钢带材，使用毡式密封，毡式密封变形量较大，能够较好的密封带钢两侧的间隙，防止气体外溢与氧气进入；对于厚度为0.1mm及以下的精密不锈钢带材，以及超平料、氢能源材料这些表面易划伤的带材，毡式密封可能对表面造成质量缺陷，选用辊式密封；对于硬度为3/4H及以上的不锈钢带材，使用毡式密封，对于硬度为3/4H以下的不锈钢带材，使用辊式密封；对于粗糙度为0.15um以上的不锈钢带材，使用毡式密封，对于粗糙度为0.15um及以下的不锈钢带材，使用辊式密封；以上方法中，选用优先级为：厚度>硬度>粗糙度；步骤三：通过保证炉内压力的稳定来确保动态调节过程不会影响炉内气氛的稳定性，炉内压力调节方式为以炉内压力5mbar为目标值，以调节放散阀门开度为调节手段，进行动态闭环调节；步骤四：设置2个检测点对炉内气氛质量进行监测，分别在加热段、冷却段，检测内容为氢气含氧量、氢气露点；加热段的氢气含氧量ppm为1~5，冷却段的氢气含氧量ppm为1~5；加热段的氢气露点为-90~-75℃，冷却段的氢气露点为-70~-60℃。
步骤一中氢氮平衡区的氢氮比例为1:1。
步骤一中氢气含量范围为45%-55%，超出此范围上限，则认为氢气有继续向外溢出的风险，超出此范围下限，则认为氮气向炉内扩散，会影响炉内氢气气氛的纯净度，为保证此处氢气与氮气的动态平衡，采用调节氢气和氮气的流量来实现氢气含量的稳定，调节方式为以氢气含量50%为目标动态闭环调节。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种卧式张力退火炉出入口密封方法，通过控制密封箱内氢气、氮气的平衡状态，采用辊式密封与毡式密封相结合的方式，严格控制炉内气氛的露点和氧含量等工艺指标，实现精密不锈钢带材高质量的张力退火，解决了表面氧化、性能不良等质量缺陷，满足极薄规格精密不锈钢带材的高品质要求。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
图1是张力退火炉密封系统图。
图2是密封辊示意图。
其中：1.入口密封辊、2.氮气区域、3.氢气区域、4.氢含量分析仪、5.氢气区域、6.氢含量分析仪、7.氮气区域、8.出口密封辊、9.氢气控制阀、10.氮气控制阀、11.氢气供气、12.氮气供气、13.毛毡式密封辊、14.传动密封辊、15.密封箱、16.加热段、17.冷却段。
具体实施方式
本发明旨在解决精密不锈钢在张力退火炉中进行去应力退火的瓶颈问题——因炉内氢气保护气氛不合格造成的表面氧化、性能不良等质量问题。为克服现有技术中的不足，本发明提供了一种卧式张力退火炉出入口动态密封方法，通过采用密封辊与氮气保护相结合的方式，保证退火炉出入口氢气逃逸量小于1%，炉内露点控制在-65℃以下，氧含量控制在5ppm以下。该密封方法能够解决张力退火炉因出入口密封不好，导致炉内气氛不良，炉内氧含量和露点升高，有效地解决精密不锈钢在去应力退火后产生的表面氧化、性能不良、组织不均匀等问题。
本发明的密封方法，包括如下几个部分：
（1）出入口密封箱氮气动态平衡密封。退火炉的加热段与冷却段为氢气气氛，为防止氢气向外溢出，在退火炉入口密封箱和出口密封箱设置氢氮平衡区域。密封箱内侧（靠近炉体侧）通入氢气，外侧（靠近密封辊侧）通入氮气，在氮气压力下，将氢气与外界强制隔离。在氢气与氮气的隔离分界点位置，为氢气与氮气的混合区域，此区域理想的氢氮比例为1:1。
隔离分界点处设置氢含量检测仪，用于实时监测此区域的氢气含量。本方法给出的氢气含量范围为45%-55%。超出此范围上限，则认为氢气有继续向外溢出的风险，超出此范围下限，则认为氮气向炉内扩散，会影响炉内氢气气氛的纯净度。
为保证此处氢气与氮气的动态平衡，本方法采用调节氢气和氮气的流量来实现氢气含量的稳定。调节方式为以氢气含量50%为目标动态闭环调节。
（2）采用两种密封型式，即辊式密封与毡式密封，实现不同材料的密封要求。辊式密封由一对同步转动的密封辊组成，挤压在带钢两侧，阻止外界氧气随带钢进入炉体。毡式密封使用毛毡包覆在芯轴外部，不转动，一对毛毡辊将带钢挤压住。对于厚度为0.1mm以上的不锈钢带材，使用毡式密封，毡式密封变形量较大，能够较好的密封带钢两侧的间隙，防止气体外溢与氧气进入。对于厚度为0.1mm及以下的精密不锈钢带材，以及超平料、氢能源材料等表面易划伤的带材，毡式密封可能对表面造成质量缺陷，选用辊式密封。本方法给出的带材规格及特殊材料选用的密封型式如下：
以上方法中，选用优先级为：厚度>硬度>粗糙度。
作为优化，本方法通过保证炉内压力的稳定来确保动态调节过程不会影响炉内气氛的稳定性。炉内压力调节方式为以炉内压力5mbar为目标值，以调节放散阀门开度为调节手段，进行动态闭环调节。
作为优化，本发明的设置2个检测点对炉内气氛质量进行监测，分别在加热段、冷却段，检测内容为氢气含氧量、氢气露点。本方法给出的范围如下：
含氧量和露点超出此范围，则不符合精密不锈钢的退火要求，会产生氧化、性能不良等质量缺陷。
图1为卧式张力退火炉密封系统结构，左右两侧为密封箱。密封箱内分别在内侧和外侧通入氢气与氮气，氢气供炉内工艺气氛使用，氮气作为保护气体将氢气密封。密封箱内部为氢氮混合气氛，通过氢气分析仪检测混合气氛的氢气浓度。氢气分析仪将检测结果反馈至控制系统，控制系统根据检测结果和目标值差异来调节氢气与氮气供气的比例，从而实现密封箱内氢氮比例的闭环控制。氢氮比例控制在45%-55%，则能够实现密封辊处氢气溢出量小于3%，符合控制标准。如图2密封箱外侧使用密封辊作为炉内和炉外密封的分界线。
本发明给出的密封方法包含辊式密封与毡式密封相切换的方法。图2为辊式密封方法和毡式密封方法的切换示意图。辊式密封为氯丁橡胶材质的表面衬胶辊，通过变频电机与带钢同步转动，密封辊的挤压通过气缸控制，压力可根据生产情况调整。毡式密封为芯轴外部包覆一层毛毡，芯轴与毛毡不转动，与带钢为滑动摩擦型式。在生产厚度大于0.1mm，硬度大于3/4H，粗糙度大于0.15um等常规材料时，材料本身不易造成划伤，易使用毡式密封；在生产厚度小于0.1mm，硬度小于3/4H，粗糙度小于0.15um等特殊材料时，材料表面对毡式密封反应比较敏感，容易产生质量缺陷，易使用辊式密封。
具体实施例
定义1：本文中，术语“SUS301”系指GB牌号为01Cr17Ni7的不锈钢。
定义2：本文中，术语“SUS316L”系指GB牌号为022Cr17Ni12Mo2的不锈钢。
定义3：本文中，术语“精密不锈钢”系指厚度0.5mm以下（含0.5mm）不锈钢带材。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例一
本实例中选择牌号为SUS301的精密不锈钢原料卷，厚度0 .3mm，宽度640mm，硬度3/4H，表面粗糙度Ra0.21μm。钢带平整、光滑、无折皱。成品钢带要求：退火后性能优良、无划伤、无氧化和色差。
本发明退火炉出入口密封方法如下：
利用本发明实例1的密封方法，SUS301精密不锈钢在张力退火炉进行退火后，性能均匀，表面质量良好，无划伤缺陷，无氧化和色差等质量缺陷。
实施例二
本实例中选择牌号为SUS316L的精密不锈钢原料卷，厚度0 .025mm，宽度610mm，硬度1/4H，表面粗糙度Ra0.15μm。钢带平整、光滑、无折皱。成品钢带要求：退火后性能优良、无划伤、无氧化和色差。
本发明退火炉出入口密封方法如下：
利用本发明实例2的密封方法，SUS316L极薄规格的精密不锈钢在张力退火炉进行退火后，性能均匀，表面质量良好，无划伤缺陷，无氧化和色差等质量缺陷。
本发明的出发点解决精密不锈钢卧式张力退火炉出入口密封不好，造成炉内气氛不良，从而造成精密不锈钢在进行张力退火时的表面氧化、性能不良等质量问题，介绍了一种精密不锈钢卧式张力退火炉的出入口密封方法，该方法采用动态密封的形式，对退火炉入口和出口进行氢气含量和炉压的闭环控制，同时采用辊式与毡式可替换的密封辊型式，进行出入口密封，以保证炉内气氛稳定，确保精密不锈钢退火后性能稳定，表面色泽均匀，无褶皱、色差等质量缺陷。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明所保护范围的结构特征并不限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (3)

1.一种卧式张力退火炉出入口密封方法，其特征在在于：包括以下步骤：
步骤一：出入口密封箱氮气动态平衡密封：退火炉的加热段与冷却段为氢气气氛，为防止氢气向外溢出，在退火炉入口密封箱和出口密封箱设置氢氮平衡区域，在密封箱内侧即靠近炉体侧通入氢气，外侧即靠近密封辊侧通入氮气，在氮气压力下，将氢气与外界强制隔离，在氢气与氮气的隔离分界点位置，为氢气与氮气的混合区域，该区域为氢氮平衡区域；在隔离分界点处设置氢含量检测仪，用于实时监测此区域的氢气含量；
步骤二：采用两种密封型式，即辊式密封与毡式密封，实现不同材料的密封要求，辊式密封由一对同步转动的密封辊组成，挤压在带钢两侧，阻止外界氧气随带钢进入炉体；毡式密封使用毛毡包覆在芯轴外部，不转动，一对毛毡辊将带钢挤压住；对于厚度为0.1mm以上的不锈钢带材，使用毡式密封，毡式密封变形量较大，能够较好的密封带钢两侧的间隙，防止气体外溢与氧气进入；对于厚度为0.1mm及以下的精密不锈钢带材，以及超平料、氢能源材料这些表面易划伤的带材，毡式密封可能对表面造成质量缺陷，选用辊式密封；对于硬度为3/4H及以上的不锈钢带材，使用毡式密封，对于硬度为3/4H以下的不锈钢带材，使用辊式密封；对于粗糙度为0.15um以上的不锈钢带材，使用毡式密封，对于粗糙度为0.15um及以下的不锈钢带材，使用辊式密封；以上方法中，选用优先级为：厚度>硬度>粗糙度；
步骤三：通过保证炉内压力的稳定来确保动态调节过程不会影响炉内气氛的稳定性，炉内压力调节方式为以炉内压力5mbar为目标值，以调节放散阀门开度为调节手段，进行动态闭环调节；
步骤四：设置2个检测点对炉内气氛质量进行监测，分别在加热段、冷却段，检测内容为氢气含氧量、氢气露点；加热段的氢气含氧量ppm为1~5，冷却段的氢气含氧量ppm为1~5；加热段的氢气露点为-90~-75℃，冷却段的氢气露点为-70~-60℃。
2.根据权利要求1所述的一种卧式张力退火炉出入口密封方法，其特征在在于：步骤一中氢氮平衡区的氢氮比例为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种卧式张力退火炉出入口密封方法，其特征在在于：步骤一中氢气含量范围为45%-55%，超出此范围上限，则认为氢气有继续向外溢出的风险，超出此范围下限，则认为氮气向炉内扩散，会影响炉内氢气气氛的纯净度，为保证此处氢气与氮气的动态平衡，采用调节氢气和氮气的流量来实现氢气含量的稳定，调节方式为以氢气含量50%为目标动态闭环调节。
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