为降低生产成本、优化工艺技术、降低能源消耗、提高产品质量，包头市威丰电磁材料有限责任公司自主研发出一种用于取向硅钢高温退火的设备，下面对高温隧道退火炉设备的研发过程及工艺特点进行详细介绍。

1基本情况

高温隧道退火炉又称连续罩式炉，是一种用于取向硅钢高温退火的设备。该退火炉从2015年10月开始破土动工，12月底建成，2016年1月份正式烘炉试生产。全炉分为低温段、高温段、随炉温冷却段、强制冷却段。装机容量为205kW。该退火炉全部采用天然气加热，从低温段到高温段共有22组温控加热组，每组温控加热组由上、中、下三套温控加热装置构成，温度控制精度可达±5℃。可以根据生产工艺中的低保温时间及高保温时间对炉窑低保温区域长度和高保温区域长度进行调整设置。随炉冷却段与强制冷却段通过隔热门阻隔热量，防止热量散失，使得该隧道退火炉热损更小、更加节能。

退火炉是平顶吊挂式，采用莫来石轻质砖，上层平铺数层硅酸铝纤维毡。炉子两侧使用的耐火材料：内层是莫来石＋聚轻球轻质砖混合构成侧墙主体，外层是硅酸铝纤维毡保温。台车耐火材料主要是高温混凝捣打料，承重部分使用强度极高的刚玉立柱和一级高铝重质砖。全炉共有27支热电偶检测点。风管上电柜形式是竖立式的，风机、电压表、电流表、数显表、变频器操作板等电控设备集中在电柜上控制和显示。

炉体上的热电偶不间断地将温度信号传送给电柜上面的智能表，然后智能表进行比较、测算、转换，随后将指令传送给助燃空气分管上的执行器，执行操作，开大或关小调节阀，以调节每组喷枪需要的助燃风量。燃气管上的比例阀从同组的助燃风调节阀后面取点，传送压力信号到比例阀，通过不断变化的助燃风压力来调节燃气压力，按比例搭配，使助燃风和燃气始终都有较理想的配比，炉内温度、气氛更加合理。炉子钢架侧面用方管、槽钢、H型钢焊接而成，外板用6mm A3钢板焊接。炉子外观采用银色面板、灰色框架，使整个炉子更加美观大方。

2自主研发过程

目前我国普遍使用的间歇式罩式退火炉的主要缺点包括：钢卷和炉罩吊入炉内后完全不动，炉内温度则随工艺要求不断变化，高温时排放的废气不仅温度高，而且还影响环境；生产是间歇性的，周期长，温度稳定性差，产量低，能耗高，工人劳动强度大，钢卷和炉罩出炉时还会带走大量显热。针对这些缺点，公司工程技术人员从2010年起就一直在研究、探索新方案，终于开发出一种新型的连续式罩式退火炉。这种模式的退火炉主要优点是钢卷和炉罩放在台车上，根据工艺要求，可以用液压推杆推进炉内，退火炉就像一条隧道，台车从一头推进去，另一头推出来，连续不间断地生产操作，生产周期短，机械化程度高，产量大，工人劳动强度低。隧道炉从炉头到炉尾按产品工艺要求制定温度曲线，温度的布局是由低逐渐到高的，并且排出的废气温度也是恒定的，温度稳定性好，能耗低。钢卷和炉罩是从炉头一侧低温区进去，经过高温退火，再从炉尾一侧低温出来，整个工艺流程顺畅、合理。由于这种带保护性气体的隧道式退火炉在国内还未见报道，没有参照设备仿效，因此公司工程技术人员花费了大量时间和精力，反反复复不断探索，2015年终于建成国内首套连续式保护性气体罩式退火炉。

3高温隧道退火炉工作流程及生产工艺

3.1工作流程

1）装料：台车在辅轨上与装料平台所对应位置处进行装料，将钢卷、料盘、承重中心筒、承重料筐摆放完毕后，将内罩装上并通过振动使得内罩底部没入砂封，装料过程执行完毕。

2）过限位门：装料完毕后，通过绞车将台车从装料平台处牵引到限位门处，能通过限位门则代表台车的外形尺寸及内罩装入位置满足生产要求。

3）进料摆渡车变轨：进料摆渡车及出料摆渡车各建造两台，1#、2#连续高温退火炉分开使用，避免出现相互影响的情况。台车通过限位门后，操作进料摆渡车的电控手柄或控制柜使得进料摆渡车上的轨道完全与辅轨对正，然后操作绞车牵引台车继续向前直到台车完全上到进料摆渡车上，并接触到进料摆渡车上制作的车挡，这时将绞车的挂钩从台车上摘下，然后操作进料摆渡车的电控手柄或者控制柜移动到与炉窑轨道完全对正，摆渡车变轨便执行完毕。

4）液压系统推车：使用天车或者制作专用的升降系统将连续高温退火炉的炉门抬起，然后利用电控手柄或者操作箱操作液压油缸推动小车进入炉内，由于所有小车尺寸全部一样，所以当入口推入一个小车，出口便会被推出一个小车。这时，收回液压缸，推车过程便结束。

5）出料摆渡车变轨：台车从连续高温退火炉推出后直接到达出料摆渡车上，然后操作出料摆渡车的电控手柄或者控制箱使得出料摆渡车完全与辅轨对正，之后将绞车的挂钩挂上台车，利用绞车牵引台车，使得台车移动到辅轨上。随后操作出料摆渡车的电控手柄，使得出料摆渡车移回到完全与连续高温退火炉轨道对正，之

后继续操作绞车牵引台车到达卸料平台位置。

6）卸料：将内罩、钢卷、支撑料筐、支撑中心筒、料盘从台车上取下。

7）检修：利用绞车牵引台车到达检修平台位置，对台车砖砌筑进行尺寸测量，对不满足要求的进行检修，使台车形状尺寸及密封性满足要求。

3.2生产工艺

钢卷被推入炉内后开始升温，现生产工艺台车每N小时前进一个车位，升温至b℃开始进行低保温，低保温区域长度为多个车位，根据生产工艺也可对低保温区域长度进行适当调整，当后续台车不断被推入炉内后，该台车不断向前行走。当台车离开一次低保温区域，继续前进进入二次低保温区域，然后逐渐进入加热段、高保温区域、随炉冷却段、强制冷却段。该炉钢卷生产结束。

4设备主要特点及创新

该设备的主要特点是能耗低、生产成本低。

4.1曲封

4.1.1必要性

因炉车与炉墙是两个相对运动的物体，因此台车与炉墙之间必须留有间隙。且考虑到在实际施工中轨道并非一条标准的直线，炉墙也并非在同一平面，轨道与炉墙的中心线也并不共线。同时在加热过程中炉车受热膨胀不断向外，炉窑墙受热不断向内，在加热过程中二者之间的间隙不断缩小。因此在设计过程中二者的间隙必须要得到充分的考虑。炉内的热量通过这间隙向外扩散，将会造成很大的能量损失。这不仅造成天然气用量增加，生产成本增加，炉窑升温、保温困难。而且这部分逸散出来的能量也会造成炉外温度升高，生产环境变差，生产线工人发生烫伤及中暑事故的可能性大大增加。因此必须要通过一种方法阻挡能量向外扩散。

4.1.2工作原理

通过缝隙向下传递的热量有很大一部分是通过辐射来传递的，辐射传递能量的方式是直线传播，因此公司自行设计出曲面密封以阻挡辐射热量。

4.2砂封

4.2.1必要性

该隧道窑的窑内压力通过助燃风的鼓入和烟气的抽出设计为一个微小的正压，在正压的条件下保证炉内的烟气能够由炉内向烟道流动。虽然有曲封对炉内的辐射热进行阻隔，但是由于正压的产生同样会使得炉内的气体通过台车与炉墙的曲封间隙向外流动造成对流传热，曲封仅能阻止热辐射，对于流速非常缓慢的气流几乎没有任何阻碍作用。这同样会使炉内热量流失到炉外，造成能量的浪费，同时造成环境温度升高，影响安全。

4.2.2工作原理

为了阻碍气流的流动，必须对缝隙进行添堵密封，但是在填堵密封的同时不能影响炉车与墙体的相对运动。公司技术人员通过查找技术资料、借鉴分析等方法最终发明了砂封。颗粒细小的石英砂具有良好的密封性，在外力的作用下也具有较好的流动能力。

4.3烟气换热

4.3.1必要性

天然气持续性的燃烧会产生大量的烟气，烟气在排放过程中会将炉中的热量源源不断地从炉中带走，如果不将烟气中的热量回收，就需要燃烧更多的天然气来补充能量，天然气消耗量的增加将会带来成本的增加。因此制作一套烟气换热系统尤为重要。

4.3.2工作原理

烟气从炉内经过烟墙、烟道到达烟-气换热器换热管道内，助燃气体通过鼓风机鼓入换热器内，在换热器内，助燃气体与烟气进行换热，换热后的烟气继续经过水换热器二次换热，然后经烟道排出。获得热量后的气体通过助燃气体管道再次回流到烧嘴进行助燃，减少了热量流失。

4.4余热回收

4.4.1必要性

每吨钢从强制冷却开始到强制冷却结束所散失的热量约为108kWh，将这些热量回收用于其他用热设备将会节约大量的天然气或者电能。

4.4.2工作原理

公司工程技术人员制作了气-水换热器，用于热量回收，换热后得到的热水供公司其他4条需要热水的生产线使用。钢卷热量向周围辐射加热周围的空气，热空气上升到达集气罩，被吸入换热器内。换热器中有840根长8m的换热管道，管道内通入冷却循环水，热空气从换热管道中间流过，不断转向，绕过一根根换热管道，同时换热器被隔板隔成好几段，加长了空气行径的路径，换热效率非常高。

4.5隔离门阻热系统

在随炉冷却段与强制冷却段之间加装隔热门，阻挡气流从随炉冷却段涌入强制冷却段，减少炉内热量的流失。

单体罩式炉在整个生产过程中无热量回收环节，整个钢卷开始冷却到冷却结束所有热量全部排放到厂房内，造成大量的热量流失，且每次加热罩都需要随钢卷一起加热，也需要消耗部分能量。而隧道式高温退火炉从烘炉开始到大修，期间炉子一直保持在生产温度，炉子不需要降温再加热，且在钢卷散热时大部分热量被气-水换热器回收。通过比较分析可以发现，单体罩式炉每次都需要将自身加热损耗能量，而连续罩式炉自身一直保持在工艺条件温度，天然气燃烧只需要将钢卷及内罩温度加热。在散热过程中单体罩式炉的能量未进行回收，所有能量全部被浪费掉，而连续罩式炉有热量回收系统，可以将热量回收提供给其他用热设备使用。

5效益分析

5.1经济效益分析

1）节能。与单体罩式炉

相比，连续罩式炉吨钢能耗降低，从而降低生产成本。

2）减少天车使用，间接减少设备维护成本。单体罩式炉需要频换使用天车，使得天车损耗增加，从而增加更换备品备件的次数，这部分增加的成本最终导致硅钢生产成本增加。

5.2安全效益分析

1）单体罩式炉作业过程中，需要频繁用到天车，尤其在吊装外罩时更需要对正调整等。外罩整体形状尺寸都比较大，随着尺寸外形的增加，在吊装过程中的危险系数也随之增加。更改为连续罩式炉后，天车使用减少，大型件的吊装也不存在了，整条炉子集中装卸料，更加容易实现安全管理。

2）单体罩式炉冷却时的热量全部被排放到外界，而连续罩式炉冷却时的热量大部分被回收，使得周围的环境温度降低，降低了作业人员烫伤和中暑发生的概率。

（刘鹏程 刘宝志）