CN117363877A - 罩式炉保护气分级循环利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种罩式炉保护气分级循环利用系统，包括：氮气进气管路、氮气排放管路、氢气进气管路、废保护气排放管路、废保护气回收管路、回收保护气进气管路以及炉台；所述炉台连接所述氮气进气管路、所述氮气排放管路、所述氢气进气管路、所述废保护气排放管路、所述废保护气回收管路以及所述回收保护气进气管路，所述废保护气回收管路连接所述回收保护气进气管路。通过采用新鲜氢气和回收保护气独立供气的结构，实现保护气分级利用的功能，从本质上提升了氢气回收利用效率。

Description

罩式炉保护气分级循环利用系统

技术领域

本发明涉及罩式炉保护气循环利用系统，具体地，涉及罩式炉保护气分级循环利用系统。

背景技术

罩式退火一般是指以堆垛形式在罩式炉内进行的冷轧板带退火。退火是冷轧板带钢生产中最主要的热处理工序，冷轧后退火的目的主要是使受到高度冷加工硬化的金属重新软化，在冷轧板带钢热处理中应用最广的是罩式退火炉，罩式炉退火是属于冷轧后钢板卷的光亮退火，需要在退火过程中通入保护气体，以防止退火过程中钢板卷氧化。目前，多采用全氢罩式退火。

全氢罩式退火保护气在运行过程中实际损耗气极少，其余保护气直接燃烧掉或对大气排空，造成了极大的资源浪费。另外，对于不同的退火产品，其对保护气的要求是不同，所以对于那些浪费掉的保护气完全可以回收纯化后重新分级投入到不同品质退火产品的使用中。

专利文献CN104404239B提供一种罩式退火炉保护气体热循环方法，即在退火过程中根据每个炉台温度升、降情况，温度是450℃以上炉子进行降温，温度是300℃以下炉子进行升温，保护气体是由降温炉中送入升温炉中，即在罩式退火炉热处理过程中，打开加热段的炉子与降温段的炉子的退气阀，关闭关闭阀，使热保护气体由降温段的炉子送入加热段的炉子，同时，关闭加热段的炉子进气阀，开大降温段的炉子进气阀，保证两个炉台保护气体炉压达到工艺要求。

专利文献CN103215414A公开了一种抽真空式钟罩式光亮退火炉保护气回收循环利用系统，它包括多个钟罩式炉体，所述的钟罩式炉体上设置有出气管路，所述的出气管路上设置有回气阀，所述的出气管路连通于保护气回收装置，所述的保护气回收装置的进气口与钟罩式炉群的回气管路相连通，所述的回气管路与钟罩式炉体相连通,所述的钟罩式炉体上设置排气管路，所述的排气管路与真空泵连通，泵体与放空管路连通。

目前，现有技术未能对回收保护气进行分级利用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种罩式炉保护气分级循环利用系统。

根据本发明提供的一种罩式炉保护气分级循环利用系统，包括：氮气进气管路、氮气排放管路、氢气进气管路、废保护气排放管路、废保护气回收管路、回收保护气进气管路以及炉台；

所述炉台连接所述氮气进气管路、所述氮气排放管路、所述氢气进气管路、所述废保护气排放管路、所述废保护气回收管路以及所述回收保护气进气管路，所述废保护气回收管路连接所述回收保护气进气管路。

优选地，所述废保护气回收管路连接检测和切断系统，所述检测和切断系统连接粗过滤系统，所述粗过滤系统连接一级冷却水换热器，所述一级冷却水换热器连接一级气水分离器，所述一级气水分离器连接缓冲罐，所述缓冲罐连接风机增压系统，所述风机增压系统连接精过滤系统，所述精过滤系统连接除氧器，所述除氧器连接二级冷却水换热器，所述二级冷却水换热器连接冷冻水换热器，所述冷冻水换热器连接二级气水分离器，所述二级气水分离器连接分子筛干燥器，所述分子筛干燥器连接回收气流量计，所述回收气流量计连接压力调节和切断系统，所述压力调节和切断系统连接分析系统，所述分析系统连接所述回收保护气进气管路。

所述检测和切断系统中设置压力变送器和自动切断阀，用于检测回收保护气气体压力并可以快速切断罩式炉和循环利用系统的连接，适用于紧急状态下循环利用系统停机和开机前的准备工作；

所述粗过滤系统用于去除回收保护气中的油污、杂质；

所述一级冷却水换热器用于进一步降低回收保护气的温度，更利于水分分离，所述一级气水分离器是通过容器结构设计来实现分离气体中的水分，所述一级冷却水换热器、所述一级气水分离器以及所述缓冲罐共同实现初步地去除回收保护气内的游离水和系统气压缓冲。

所述风机增压系统用于对回收保护气进行增压，所述精过滤系统用于对回收保护气进一步过滤除尘；

所述除氧器是利用钯触媒的催化作用，实现氢气与残留的氧气的化学反应，消除掉回收保护气内残留的氧气；

所述二级冷却水换热器用于进一步降低回收保护气的温度，更利于水分分离，所述冷冻水换热器用于更进一步的降低回收保护气温度，进一步去除回收保护气的水分，所述二级气水分离器是通过容器结构设计来实现分离气体中的水分，所述二级冷却水换热器、所述冷冻水换热器以及所述二级气水分离器共同实现对回收保护气降温，实现进一步的去除水分；所述二级冷却水换热器和所述冷冻水换热器是通过常规的降温方式，最大化的降低回收保护气内的水分，进一步的减轻了分子筛干燥器的吸水负荷，能够更经济性的设计分子筛干燥器。

所述冷冻水换热器为冷却液温度低于所述二级冷却水换热器冷却液温度的换热器。

所述分子筛干燥器进一步对回收保护气进行干燥处理，所述分子筛干燥器配置两套，实现吸附和解吸可同时进行；

所述回收气流量计用于监测回收保护气的流量；

所述压力调节和切断系统用于对回收保护气进行压力调节并用于快速切断罩式炉和循环利用系统的连接，适用于紧急状态下循环利用系统停机和开机前的准备工作；

所述分析系统设置微氧分析仪、氢气分析仪以及露点仪，分别用于测量回收保护气中的残氧量、氢气含量以及回收保护气露点。

优选地，所述炉台连接氢气流量计和机械稳压阀，所述机械稳压阀用于确保在罩式炉保护气排放时罩式炉内有符合要求的压力保持值。

优选地，所述氢气流量计连接第二回收氢气进气阀，所述第二回收氢气进气阀连接第一回收氢气进气阀，所述第一回收氢气进气阀连接所述回收保护气进气管路。

优选地，所述氢气流量计连接第二氢气进气阀，所述第二氢气进气阀连接第一氢气进气阀，所述第一氢气进气阀连接所述氢气进气管路，所述第一氢气进气阀和所述第二氢气进气阀用于所述氢气进气管路氢气进气的控制，设置所述第一氢气进气阀和所述第二氢气进气阀两个阀门的目的是进一步的确保安全和无泄漏。

优选地，所述氢气流量计连接氮气进气阀，所述氮气进气阀连接所述氮气进气管路，所述氮气进气阀允许所述氮气进气管路将新输入的氢气输送到所述炉台中。

优选地，所述机械稳压阀连接氮气空气排放阀，所述氮气空气排放阀连接所述氮气排放管路，所述氮气空气排放阀允许所述氮气排放管路将生产前用氮气置换的炉内空气和采用氮气对炉内氢气进行吹扫置换的气体排出。

优选地，所述机械稳压阀连接氮气氢气排放阀，所述氮气氢气排放阀连接所述废保护气排放管路，所述废保护气排放管路用于罩式炉炉料出炉前氮气置换氢气的排气。

优选地，机械稳压阀连接氢气流量调节阀，所述氢气流量调节阀连接氢气排放阀，所述氢气排放阀连接所述废保护气回收管路，所述氢气流量调节阀用于吹扫氢气流量的调节，所述氢气排放阀用于吹扫氢气的切断，所述废保护气回收管路用于回收退火过程中排出的氢气保护气。

优选地，所述炉台设置有一个或多个，多个炉台并联连接所述氮气进气管路、所述氮气排放管路、所述氢气进气管路、所述废保护气排放管路、所述废保护气回收管路以及所述回收保护气进气管路。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、新鲜氢气和回收保护气采用独立的管路为罩式炉供应气体，使得罩式炉在保护气选择上更为灵活，在确保退火产品品质的条件下，进一步的降低了氢气消耗量，降低了生产成本；

2、本申请实现了罩式炉保护气供气、使用、回收、操作一体化生产，降低了人力、运营成本；

3、通过采用新鲜氢气和回收保护气独立供气的结构，实现保护气分级利用的功能，从本质上提升了氢气回收利用效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为保护气分级循环利用系统原理图；

图中所示：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：氮气进气管路1、氮气排放管路2、氢气进气管路3、废保护气排放管路4、废保护气回收管路5、回收保护气进气管路6以及炉台7；炉台7设置有一个或多个，多个炉台7并联连接氮气进气管路1、氮气排放管路2、氢气进气管路3、废保护气排放管路4、废保护气回收管路5以及回收保护气进气管路6，废保护气回收管路5连接回收保护气进气管路6；炉群中每个炉台7均可独立选择采用新鲜氢气进行退火，也可以选择采用回收保护气进行退火。

废保护气回收管路5连接检测和切断系统501，检测和切断系统501用于检测回收保护气气体压力并可以快速切断罩式炉和循环利用系统的连接，适用于紧急状态下循环利用系统停机和开机前的准备工作；检测和切断系统501连接粗过滤系统502，粗过滤系统502用于去除回收保护气中的油污、杂质；粗过滤系统502连接一级冷却水换热器503，一级冷却水换热器503连接一级气水分离器504，一级气水分离器504连接缓冲罐505，一级冷却水换热器503、一级气水分离器504以及缓冲罐505用于初步的去除回收保护气内的游离水和系统气压缓冲；缓冲罐505连接风机增压系统506，风机增压系统506连接精过滤系统507，风机增压系统506用于对回收保护气进行增压，精过滤系统507用于对回收保护气进一步过滤除尘；精过滤系统507连接除氧器508，除氧器508是利用钯触媒的催化作用，实现氢气与残留的氧气的化学反应，消除掉回收保护气内残留的氧气；除氧器508连接二级冷却水换热器509，二级冷却水换热器509连接冷冻水换热器510，冷冻水换热器510连接二级气水分离器511，二级冷却水换热器509、冷冻水换热器510以及二级气水分离器511用于对回收保护气进一步地降温，实现进一步的去除水分；二级气水分离器511连接分子筛干燥器512，分子筛干燥器512进一步对回收保护气进行干燥处理，分子筛干燥器512配置两套，实现吸附和解吸可同时进行；分子筛干燥器512连接回收气流量计513，回收气流量计513用于监测回收保护气的流量；回收气流量计513连接压力调节和切断系统514，压力调节和切断系统514用于对回收保护气进行压力调节并用于快速切断炉台7和循环利用系统的连接，适用于紧急状态下循环利用系统停机和开机前的准备工作；压力调节和切断系统514连接分析系统515，分析系统515连接回收保护气进气管路6。

炉台7连接氢气流量计701和机械稳压阀702，氢气流量计701连接第二回收氢气进气阀602，第二回收氢气进气阀602连接第一回收氢气进气阀601，第一回收氢气进气阀601连接回收保护气进气管路6。氢气流量计701连接第二氢气进气阀302，第二氢气进气阀302连接第一氢气进气阀301，第一氢气进气阀301连接氢气进气管路3。氢气流量计701连接氮气进气阀101，氮气进气阀101连接氮气进气管路1。机械稳压阀702连接氮气空气排放阀201，氮气空气排放阀201连接氮气排放管路2。机械稳压阀702连接氮气氢气排放阀401，氮气氢气排放阀401连接废保护气排放管路4。机械稳压阀702连接氢气流量调节阀516，氢气流量调节阀516连接氢气排放阀517，氢气排放阀517连接废保护气回收管路5。

工作原理：

罩式炉保护气使用的过程为：步骤S1、安全吹扫：退火加热开始前，采用氮气保护气体对内罩内的空气进行吹扫，降低内罩内气氛的残氧浓度；步骤S2、安全吹扫结束后，扣上加热罩，按照设定的退火工艺进行加热，在加热过程中，用氢气进行吹扫，将炉内氮气全部赶走，达到全氢退火目的；步骤S3、当炉台7温度冷到出炉温度时，采用氮气对炉内氢气进行吹扫置换。

步骤S1和步骤S3中氮气吹扫排出的气体可用氮气排放管路2进行排出，步骤S2中氢气置换氮气的排气可用废保护气排放管路4排出，步骤S2中全氢退火过程排出的氢气采用废保护气回收管路5进行回收后，再通过回收保护气进气管路6输送到炉台7中。

其中，特别的，本实施例还有如下特点：步骤S3中氮气吹扫炉台7中氢气的前期，如10分钟，可方便的通过氢气流量调节阀516、氢气排放阀517管路实现将炉台7整个设备内的全氢气氛氢气引入废保护气回收管路5，回收氮气吹扫氢气前期高含量氢气，此时是控制流量的吹扫，对保护气回收装置不存在大流量的气体冲击，进一步的回收了步骤S3中高含氢量的保护气，如10分钟后，氢气含量降低，再通过打开氮气氢气排放阀401，关闭氢气流量调节阀516、氢气排放阀517实现氮气置换氢气的功能，通过控制氮气吹扫流量、氮气吹扫时间来保证步骤S3是安全有效的吹扫。

实施例2

实施例2作为实施例1的优选例。

如图1所示，本实施例设有氮气进气阀101和氮气空气排放阀201，用于罩式炉开始生产前用氮气置换炉内的空气(前吹扫)以及用氮气对氢气进行吹扫置换气体的排气。炉台7连接机械稳压阀702，确保在保护气排放时炉台7内有一定的压力保持值，能够保证保护气吹扫效果。第一氢气进气阀301和第二氢气进气阀302，用于氢气进气的控制，设有两个阀门的目的是进一步的确保安全和无泄漏。废保护气排放管路4设有氮气氢气排放阀401，用于炉料出炉前氮气置换氢气(后吹扫)的排气。氢气流量调节阀516和氢气排放阀517实现了回收保护气流量的调节和切断功能。

每个炉台7上均设有回收保护气进气管路6，回收保护气进气管路6连接第一回收氢气进气阀601和第二回收氢气进气阀602，用于回收氢气进气的控制，设有两个阀门的目的是进一步的确保安全和无泄漏。

本实施例设置有废保护气回收管路5，废保护气回收管路5连接检测和切断系统501、粗过滤系统502等氢气回收装置，所有炉台7的回收保护气汇聚在废保护气回收管路5上，然后引至氢气回收装置进口，实现罩式炉氢气排放与氢气回收进行连接。氢气回收装置入口和出口，在检测和切断系统501、压力调节和切断系统514的切断阀旁配置氮气自动吹扫功能，能够快速实现对氢气回收装置的氮气置换，确保设备本质安全。

本实施例氢气回收装置包括：检测和切断系统501，检测和切断系统501中含有压力变送器和自动切断阀等，压力变送器用于检测罩式炉排放气体压力，自动切断阀用于快速切断罩式炉和氢气回收装置的连接，适用于紧急状态下氢气回收装置停机和开机前的准备工作。粗过滤系统502，用于去除回收保护气中的油污、杂质等。一级冷却水换热器503、一级气水分离器504以及缓冲罐505，用于初步的去除回收保护气内的游离水和系统气压缓冲。风机增压系统506为罗茨风机增压系统，用于对回收保护气进行增压。精过滤系统507，用于对回收保护气进一步过滤除尘。除氧器508是利用钯触媒的催化作用，实现氢气与残留的氧气的化学反应，消除掉保护气内残留的氧气。二级冷却水换热器509、冷冻水换热器510和二级气水分离器511，目的是对回收保护气进一步地降温，实现进一步的去除水分。分子筛干燥器512，选用标准13X或5A分子筛，进一步的对回收保护气进行干燥处理，分子筛干燥器512应配置两套，实现吸附和解吸可同时进行，确保氢气回收能够稳定连续运行。回收气流量计513用于监测回收保护气的流量。压力调节和切断系统514用于对回收保护气进行压力调节，确保压力满足罩式炉炉群进气压力需求，切断功能是用于快速切断罩式炉和氢气回收装置的连接，适用于紧急状态下氢气回收装置停机和开机前的准备工作。分析系统515中配有微氧分析仪，用于测量回收保护气中的残氧量，配有氢气分析仪，用于测量回收保护气的氢气含量，配有露点仪，用于测量回收保护气的露点。特别的，只有满足各项指标要求的回收保护气才能允许输送至炉台7，上述检测是通过控制系统实时监测完成的。

回收保护气是指已是经过罩式炉使用后经氢气回收装置过滤净化处理的氢气氮气混合气，其回收保护气指标多为氢气纯度≥95％，其余为氮气，露点≤-65℃，氧含量≤5ppm。保护气分级利用方式可以按退火产品进行分级使用，保护气的选择与退火产品进行关联，如生产高等级食品级马口铁退火料时，可以选择采用99.999％新鲜氢气作为保护气进行退火，如生产一般碳钢退火炉料时，可选用如含氢95％的回收保护气作为保护气进行退火。保护气分级利用方式也可以按不同退火工艺阶段进行分级使用，在退火生产前的氢气置换氮气阶段，可采用回收保护气进行置换，使炉内快速的达到高氢气氛，之后可切换到新鲜保护气进行氢气吹扫，高效的进行退火和氢气吹扫。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种罩式炉保护气分级循环利用系统，其特征在于，包括：氮气进气管路(1)、氮气排放管路(2)、氢气进气管路(3)、废保护气排放管路(4)、废保护气回收管路(5)、回收保护气进气管路(6)以及炉台(7)；

所述炉台(7)连接所述氮气进气管路(1)、所述氮气排放管路(2)、所述氢气进气管路(3)、所述废保护气排放管路(4)、所述废保护气回收管路(5)以及所述回收保护气进气管路(6)，所述废保护气回收管路(5)连接所述回收保护气进气管路(6)。

2.根据权利要求1所述罩式炉保护气分级循环利用系统，其特征在于，所述废保护气回收管路(5)连接检测和切断系统(501)，所述检测和切断系统(501)连接粗过滤系统(502)，所述粗过滤系统(502)连接一级冷却水换热器(503)，所述一级冷却水换热器(503)连接一级气水分离器(504)，所述一级气水分离器(504)连接缓冲罐(505)，所述缓冲罐(505)连接风机增压系统(506)，所述风机增压系统(506)连接精过滤系统(507)，所述精过滤系统(507)连接除氧器(508)，所述除氧器(508)连接二级冷却水换热器(509)，所述二级冷却水换热器(509)连接冷冻水换热器(510)，所述冷冻水换热器(510)连接二级气水分离器(511)，所述二级气水分离器(511)连接分子筛干燥器(512)，所述分子筛干燥器(512)连接回收气流量计(513)，所述回收气流量计(513)连接压力调节和切断系统(514)，所述压力调节和切断系统(514)连接分析系统(515)，所述分析系统(515)连接所述回收保护气进气管路(6)。

3.根据权利要求2所述罩式炉保护气分级循环利用系统，其特征在于：所述炉台(7)连接氢气流量计(701)和机械稳压阀(702)。

4.根据权利要求3所述罩式炉保护气分级循环利用系统，其特征在于：所述氢气流量计(701)连接第二回收氢气进气阀(602)，所述第二回收氢气进气阀(602)连接第一回收氢气进气阀(601)，所述第一回收氢气进气阀(601)连接所述回收保护气进气管路(6)。

5.根据权利要求3所述罩式炉保护气分级循环利用系统，其特征在于：所述氢气流量计(701)连接第二氢气进气阀(302)，所述第二氢气进气阀(302)连接第一氢气进气阀(301)，所述第一氢气进气阀(301)连接所述氢气进气管路(3)。

6.根据权利要求3所述罩式炉保护气分级循环利用系统，其特征在于：所述氢气流量计(701)连接氮气进气阀(101)，所述氮气进气阀(101)连接所述氮气进气管路(1)。

7.根据权利要求3所述罩式炉保护气分级循环利用系统，其特征在于：所述机械稳压阀(702)连接氮气空气排放阀(201)，所述氮气空气排放阀(201)连接所述氮气排放管路(2)。

8.根据权利要求3所述罩式炉保护气分级循环利用系统，其特征在于：所述机械稳压阀(702)连接氮气氢气排放阀(401)，所述氮气氢气排放阀(401)连接所述废保护气排放管路(4)。

9.根据权利要求3所述罩式炉保护气分级循环利用系统，其特征在于：机械稳压阀(702)连接氢气流量调节阀(516)，所述氢气流量调节阀(516)连接氢气排放阀(517)，所述氢气排放阀(517)连接所述废保护气回收管路(5)。

10.根据权利要求1所述罩式炉保护气分级循环利用系统，其特征在于：所述炉台(7)设置有一个或多个。