張建輝

(洛陽有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽471039)

在鋁板帶加工行業(yè)，退火爐是最為常用的熱處理工藝設(shè)備。一般說來，退火處理是極其重要的處理工序，其處理效果直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和成品率，因此，對(duì)退火爐的基本要求就是根據(jù)退火處理工藝曲線，提供準(zhǔn)確的升溫、保溫及降溫操作，同時(shí)保證爐內(nèi)各處的溫度均勻。在目前實(shí)際生產(chǎn)中，退火爐的種類很多，按加熱方式分為燃油退火爐、燃?xì)馔嘶馉t、電阻加熱式退火爐等，其中電阻加熱式退火爐市場(chǎng)占有率在80%以上。由于鋁板帶表面質(zhì)量要求較高，對(duì)溫度精度要求也很嚴(yán)，目前燃油退火處理爐一般采用輕柴油作為燃料，但輕柴油價(jià)格比較昂貴，成本太高，國內(nèi)鋁板帶行業(yè)至今尚未采用這類退火爐，國外企業(yè)也未規(guī)?；褂?，故本文對(duì)此類退火爐不做進(jìn)一步討論。

在以氣體燃料為熱源的退火爐中，根據(jù)火焰爐加熱要求，其燃燒裝置應(yīng)保證以下三點(diǎn)：

1) 在規(guī)定的熱負(fù)荷條件下保證燃料的完全燃燒；

2) 燃燒過程穩(wěn)定，能向爐子連續(xù)供熱；

3) 火焰的方向、外形、剛性和鋪展性符合爐型及加熱工藝的要求。

若鋁板帶行業(yè)所用退火爐采用煤氣為燃燒介質(zhì)，前兩條滿足沒有技術(shù)障礙，但第三條很難保證，目前該行業(yè)采用的燃?xì)馔嘶馉t均采用天然氣作為燃料。

1 燃?xì)馔嘶馉t的組成和結(jié)構(gòu)

燃?xì)馔嘶馉t由以下幾部分組成：箱式爐體、空氣循環(huán)系統(tǒng)、導(dǎo)流裝置、吹洗和排氣系統(tǒng)、燃?xì)饧訜嵯到y(tǒng)、爐門及密封、爐門升降及壓緊機(jī)構(gòu)、冷卻水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

1)箱式爐體

燃?xì)馔嘶馉t爐體為箱式爐體，爐壁、爐底、爐頂全部采用雙層鋼板中間填以用錨固件固定的絕熱材料，爐子外殼用鋼板并用型鋼加強(qiáng)，采用連續(xù)氣密焊縫保證具有足夠的強(qiáng)度、鋼度和氣密性。爐子內(nèi)壁考慮到受熱膨脹，在結(jié)構(gòu)上作相應(yīng)處理。爐子絕熱材料內(nèi)層采用硅酸鋁纖維針刺毯，外層采用巖棉板；在硅酸鋁纖維針刺毯和巖棉板之間加一層鋁箔以防止氣流竄動(dòng)。

2)空氣循環(huán)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是決定產(chǎn)品是否能夠達(dá)到加熱速度和溫度均勻性要求的核心系統(tǒng)。根據(jù)噸位或爐卷分區(qū)，一般來說，每個(gè)區(qū)設(shè)1臺(tái)大風(fēng)量高溫離心風(fēng)機(jī)(電機(jī)采用變頻器變頻調(diào)速)，使?fàn)t內(nèi)氣體定向循環(huán)，并可使?fàn)t內(nèi)循環(huán)氣流的速度根據(jù)工藝情況改變。該系統(tǒng)不但具有節(jié)能、降低噪音、改善爐子特性、延長(zhǎng)皮帶壽命等優(yōu)點(diǎn)，且可使?fàn)t氣溫度的均勻性達(dá)≤±3℃。

3)導(dǎo)流裝置

導(dǎo)流系統(tǒng)主要包括水平導(dǎo)流板和垂直導(dǎo)流板，水平導(dǎo)流板和垂直導(dǎo)流板之間為450倒角連接，可改善氣流分布情況，提高爐膛特別是上部區(qū)域的溫度均勻性。爐膛兩側(cè)的垂直導(dǎo)流板上設(shè)有噴出口，由噴出口噴出的熱風(fēng)吹到卷材端面上，提高了爐氣與卷材之間的對(duì)流換熱效果，加快了卷材的升溫速度。

4)吹洗及排氣系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要用來及時(shí)排除制品受熱產(chǎn)生的揮發(fā)物(主要是軋制油和低粘度的油品)。由于上游工序冷軋采用高速軋制，冷軋機(jī)吹掃系統(tǒng)特別是國產(chǎn)冷軋機(jī)吹掃系統(tǒng)無法將軋制油吹掃干凈，一般情況下，鋁卷雙面殘油量超過80mg/m2，如在高溫不及時(shí)排出這些油品，一方面可能變成很小的油斑附在鋁卷表面影響表面質(zhì)量，另一方面長(zhǎng)時(shí)間累積高溫油品可能發(fā)生箱式爐體爆炸。

吹洗電機(jī)采用變頻器變頻調(diào)速，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速改變吹洗風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，吹洗風(fēng)機(jī)的風(fēng)量可連續(xù)調(diào)節(jié)，風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍可從設(shè)置的最小風(fēng)量到風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量。

5)燃燒系統(tǒng)及排煙系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用輻射管燒嘴對(duì)爐料進(jìn)行間接加熱，輻射管燒嘴安裝在爐頂，垂直懸掛在爐子兩側(cè)。燒嘴燃燒具有連續(xù)調(diào)節(jié)及On-Off兩種調(diào)節(jié)模式，采用特殊的脈沖控制，燒嘴能根據(jù)爐溫需要進(jìn)行設(shè)定順序的脈沖燃燒，這樣可以充分?jǐn)噭?dòng)爐內(nèi)溫度，有利于爐溫均勻。

系統(tǒng)設(shè)有排煙系統(tǒng)，將燃燒廢氣物及時(shí)排除，以保證燒嘴的連續(xù)正常工作。

6)爐門及密封

爐門密封采用雙刀、雙槽密封，密封圈采用硅酸鋁編織盤根(內(nèi)有不銹鋼絲)，使用新型的斷面型式提高了密封效果。

7)爐門升降及壓緊機(jī)構(gòu)

爐門升降采用鏈傳動(dòng)方式，將減速機(jī)及鏈輪直接放到爐頂，充分發(fā)揮鏈傳動(dòng)平穩(wěn)，定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，爐門導(dǎo)向采用導(dǎo)輪加導(dǎo)軌形式，使?fàn)t門升降平穩(wěn)；爐門壓緊是通過4個(gè)氣缸(位置控制)實(shí)現(xiàn)的；同時(shí)設(shè)有手動(dòng)爐門壓緊螺栓，以確保壓縮空氣管路出現(xiàn)故障時(shí)爐門仍能維持一定的氣密性。

8)冷卻水系統(tǒng)

用于向循環(huán)風(fēng)機(jī)的水冷軸承座、爐門框提供冷卻水，進(jìn)水處留有轉(zhuǎn)接車間消防用水的予留接口，防止停水造成生產(chǎn)事故。

9)控制系統(tǒng)

爐門、臺(tái)車全部采用電動(dòng)，有操作控制臺(tái)，操作人員能方便地控制爐門、爐車運(yùn)行。爐門、臺(tái)車有行程控制，到限定極限位置能自動(dòng)停止運(yùn)行，以確保安全。

燃燒系統(tǒng)有全套的點(diǎn)火、大、小火運(yùn)行、檢測(cè)、熄火報(bào)警、熄火切斷和再點(diǎn)火功能，且每區(qū)各有一個(gè)獨(dú)立的控制箱，能夠做到單獨(dú)控制。每個(gè)控制箱接口可和儀表間溫控儀連接，使整套系統(tǒng)全部做到自動(dòng)控制。

管路參數(shù)采用自動(dòng)控制。助燃空氣和燃料的管路壓力可設(shè)定并自動(dòng)調(diào)節(jié)，使助燃空氣和燃料量控制在最佳比值，保證達(dá)到較高的燃燒效率，消除不完全燃燒。

爐壓自動(dòng)控制，通過壓力變送器把爐膛壓力信號(hào)與設(shè)定值比較，把信號(hào)傳到煙囪的執(zhí)行器，通過改變煙囪的開度自動(dòng)控制爐膛內(nèi)的壓力。

爐內(nèi)溫度控制采用先進(jìn)的數(shù)顯溫控儀，它和測(cè)溫元件、燒嘴通信，具有高精度、高靈活性、抗干擾性和高可靠性。溫控系統(tǒng)可對(duì)熱處理生產(chǎn)工藝曲線進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算、操作、顯示、儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)全過程控制。

在儀表柜上設(shè)有溫度、爐壓、各燒嘴、各管路參數(shù)的操作值顯示和異常情況報(bào)警及緊急保護(hù)措施，確保操作安全。

2 燃?xì)馔嘶馉t與電阻加熱式退火爐比較

1)加熱單元

國內(nèi)燃?xì)馔嘶馉t是在電阻加熱式退火爐設(shè)計(jì)和制造日趨完善的基礎(chǔ)上，經(jīng)過消化國外先進(jìn)的同類爐型資料，并根據(jù)國內(nèi)實(shí)際情況研發(fā)的，它秉承了電阻加熱式退火爐的優(yōu)點(diǎn)。

燃?xì)馔嘶馉t和電阻加熱式退火爐最根本的區(qū)別在加熱單元。電阻加熱式退火爐在加熱單元采用卡口式加熱器，一般情況下，卡口式加熱器安裝在爐頂，垂直懸掛在爐子兩側(cè)，它由螺旋形加熱元件和陶瓷耐熱絕緣件組成。而燃?xì)馔嘶馉t也是將燒嘴布置在爐頂上，一般每區(qū)設(shè)4個(gè)燃嘴，燒嘴采用特殊的脈沖方式進(jìn)行控制，用燃?xì)饧訜崞浼訜崴俣缺入娮杓訜岣哂锌烧{(diào)性。

2)生產(chǎn)能力

退火爐的生產(chǎn)能力是與其所退火的制品品種和狀態(tài)要求有直接的關(guān)系。一般來講，燃?xì)饧訜崴俣缺入娮杓訜嵘钥煲恍?，而且更具有可控性，燃?xì)馔嘶馉t相對(duì)電阻加熱式退火爐具備高效率的加熱能力，但實(shí)際生產(chǎn)過程中控制加熱速度、保持爐內(nèi)制品的均勻性也是重要的環(huán)節(jié)。因此，筆者認(rèn)為，同等噸位的兩種爐型的生產(chǎn)能力基本相當(dāng)。

3)生產(chǎn)成本

以筆者正在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的山東某企業(yè)建設(shè)的90t退火爐為例，大致對(duì)比一下這兩種爐型的生產(chǎn)成本。如生產(chǎn)鋁箔坯料時(shí)，在一個(gè)退火周期內(nèi)(約24小時(shí))，加熱需要耗電(不包括循環(huán)風(fēng)機(jī)用電)約為8600度，當(dāng)?shù)仉妰r(jià)為0.6元/度，其費(fèi)用為5160元；加熱需要耗氣約為1150Nm3，天然氣當(dāng)?shù)貎r(jià)格為3.0元/m3，其費(fèi)用為3450元，即在一個(gè)退火周期內(nèi)，用氣比用電節(jié)省1710元。

3 應(yīng)用現(xiàn)狀

燃?xì)馔嘶馉t具有較高的生產(chǎn)能力，能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量，并具有出色的成本節(jié)約能力，這無疑是給進(jìn)入微利時(shí)代的鋁板帶行業(yè)增大了利潤(rùn)空間，不僅在國外板帶行業(yè)得到了普遍應(yīng)用，而且在國內(nèi)同行業(yè)也逐步得到認(rèn)可。

目前歐美鋁板帶行業(yè)有很多企業(yè)使用燃?xì)馔嘶馉t，典型代表企業(yè)是海德魯鋁業(yè)設(shè)在德國的格雷文布(Grevenbroich)鋁板帶箔加工廠，該廠的燃?xì)馔嘶馉t是由德國OTTO JUNKER設(shè)計(jì)制造的，主要產(chǎn)品是高附加值的CTP版基用帶材、鋁箔和罐蓋料等，年產(chǎn)量為44萬噸。該廠是全球生產(chǎn)CTP版基用帶材最大的工廠，合金品種為該廠獨(dú)創(chuàng)的HA1052合金，其性能指標(biāo)可以滿足所有的CTP版基用帶材市場(chǎng)，成品厚度為0.1-0.5mm，最寬為1650mm。

目前國內(nèi)已擁有燃?xì)馔嘶馉t的鋁板帶生產(chǎn)廠有江蘇常鋁鋁業(yè)有限公司、廈門夏順鋁板帶有限公司和中鋁瑞閩鋁板帶有限公司。其中江蘇常鋁鋁業(yè)有限公司是國內(nèi)最早使用燃?xì)馔嘶馉t的廠家，該公司有兩臺(tái)60噸燃?xì)馔嘶馉t，主要負(fù)責(zé)鋁箔坯料的退火，運(yùn)行效果良好。廈門夏順鋁板帶有限公司為了生產(chǎn)高質(zhì)量CTP版基用帶材和鋁箔坯料，先從德國OTTO JUNKER引進(jìn)了兩臺(tái)105噸的燃?xì)馔嘶馉t，后又從國內(nèi)訂購了3臺(tái)105噸的燃?xì)馔嘶馉t，每爐均為4個(gè)退火區(qū)，可裝6個(gè)大卷，最大料寬為2150mm。而作為中鋁的重點(diǎn)企業(yè)之一的中鋁瑞閩鋁板帶有限公司，為了搶占CTP版基用帶材和鋁箔坯料等高端產(chǎn)品市場(chǎng)，新建了兩臺(tái)90噸燃?xì)馔嘶馉t。目前包括中鋁西南鋁在內(nèi)的國內(nèi)多家鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)正探討使用燃?xì)馔嘶馉t的可行性。

4 應(yīng)用前景分析

目前在鋁板帶行業(yè)電阻加熱式退火爐仍然作為主導(dǎo)爐型，燃?xì)馔嘶馉t占有較低的份額，其原因如下：

1)國內(nèi)退火爐設(shè)計(jì)制造部門在燃?xì)夥矫嫜芯科鸩捷^晚，將大部分精力投入到電阻加熱式退火爐；火焰的方向、外形、剛性和鋪展性需要符合加熱工藝要求遲遲不能過關(guān)，產(chǎn)品質(zhì)量保證不了；引進(jìn)國外燃?xì)馔嘶馉t價(jià)格不菲，使得燃?xì)鉅t在國內(nèi)難以批量推廣使用。近年來，國內(nèi)少量企業(yè)考慮生產(chǎn)成本問題開始嘗試使用燃?xì)馔嘶馉t，促使蘇州新長(zhǎng)光熱能科技有限公司等國內(nèi)退火爐設(shè)計(jì)單位開始燃?xì)馔嘶馉t的研究，他們?cè)谙諊庀冗M(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)了燃?xì)馔嘶馉t，實(shí)現(xiàn)了燃?xì)馔嘶馉t國產(chǎn)化。

2)國內(nèi)不少企業(yè)廠區(qū)外未接天然氣管道或供氣氣源保證不了，導(dǎo)致燃?xì)馔嘶馉t在該地區(qū)無法使用。

3) 電阻加熱式退火爐作為一種有效的退火處理備，以其控制簡(jiǎn)單、能源動(dòng)力易滿足等特點(diǎn)在生產(chǎn)中得到非常廣泛的應(yīng)用。這在一定程度上擠占了燃?xì)馔嘶馉t的市場(chǎng)，但它的缺點(diǎn)是消耗大量電力。

據(jù)此分析，燃?xì)馔嘶馉t在我國新一輪鋁板帶改擴(kuò)建中仍擁有一席之地。

5 結(jié)束語

在新建或改擴(kuò)建鋁板帶項(xiàng)目選擇退火爐爐型時(shí)，需要考慮當(dāng)?shù)氐耐獠織l件，諸如天然氣來源是否可靠，燃?xì)赓|(zhì)量是否能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量，燃?xì)鈨r(jià)格與電力價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)性等因素，避免盲目選擇，以保證達(dá)到預(yù)期投資效果。