一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法
文献发布时间：2024-04-18 20:01:55
技术领域
本发明属于连续退火热处理技术领域，具体涉及一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法。
背景技术
连续退火是冷轧电工钢生产过程中，决定磁性能及力学性能的最终工艺环节，为了充分利用微张力退火提高最终产品的磁性能，冷轧电工钢退火一般选用卧式退火炉。卧式退火炉辊呈水平、平行布置，生产时炉内带钢在炉辊上运行，为了防止擦伤带钢，电工钢退火炉一般选用石墨材质碳套辊，碳套辊是由钢制辊芯和以石墨制成的碳套筒组成，碳套筒和钢制辊芯用特殊钢制键固定，传动时辊芯带动碳套一起运转。钢带是直接与石墨套筒接触。石墨材质较软，与带钢间摩擦系数小，又兼具滋润性，即使运行过程中，与带钢产生相对滑动，也难以擦伤划伤带钢。
但普通的石墨材料存在高温、氧化性气氛中易氧化和不耐磨的弱点，因此需进行特殊处理。一般，对碳套辊的表面采用浸渍不同成分的处理方法提高其抗氧化性。碳套辊根据浸渍处理物的不同分为两大类：P处理类、M处理类。其中P处理采用的是无机盐类的浸渍物(半渗透工艺)，而M处理采用的是SiC的浸渍物(全渗透工艺)。在碳套生产中，浸渍工序尤其重要，它有助于提高产品的密度和降低孔隙率、增加产品的机械强度及导电性能和导热性能，浸渍抗氧化浸渍剂后，显著提高了石墨碳套的抗氧化性能。
对于冷轧电工钢所用退火炉，通常退火炉长度达300-350米，布置的碳套辊装机量多达200余根，正常生产时，退火炉内的高温段通入具有60-80℃左右高露点的保护气氛和800℃以上的高温，这使得气氛具有较强的氧化性，为保证碳套不被氧化，气氛中还含有75％左右的氢气作为还原性保护气体。在此工况条件下，经过浸渍处理的碳套辊可以正常使用达12个月以上，但在机组需要停机降温时，为了确保碳套不被氧化，必须先降低露点至0℃以下，待炉内氧化性气氛减弱后，方能继续停止氢气和降温。因此，造成了如下问题：
1、机组停机时，露点降低到0℃以下的时间长达3-4小时，该段时间内一直需要保证退火炉内500-700m3/h的持续氢气通入量，确保炉辊不被氧化，造成能耗的巨大浪费。
2、在炉内露点降低至0℃以下后，再继续对炉内通入吹扫氮气将炉内氢气浓度降低至4％以下的安全范围，整个吹扫过程长达2-3h的时间，整个停炉过程花费的时间长，限制连续产线的产能。
申请号为：CN200910011962.6的发明申请，公开了“一种碳套炉底辊结瘤的控制和处理方法”，其利用控制刷辊的刷洗电流，减少氧化严重过渡卷的使用，按照工艺速度、工艺温度不同控制适当的炉压、露点、氢含量，定期调整炉辊转速，减少炉辊与带钢运行速度差异，控制钢质变换时工艺温度变换的升降温速率等有效的预防手段减少出现结瘤的可能。同时针对不同结瘤状态使用不同处理方法，大幅缩减处理时间。
申请号为：CN 201210357687.5的发明申请，公开了“一种控制碳套炉底辊结瘤的方法”，过渡钢卷在高温炉运行速度≥60m/min，表面氧化严重或运行次数达到15次的不再进炉；控制碱洗碱液的油份和铁份，并根据带钢温度对炉辊转速做相应热补偿，使炉辊的线速度与带钢线速度保持一致；采取高、低牌号穿插生产，每次生产高牌号的时间不超过2天，生产高牌号时，降低炉内张力；无氧化炉总的空燃比控制在0.92-0.98，碳套段炉气露点在30-35℃，均热炉内氢气量在16-20％，并将结瘤碳套对应炉段炉温降低30℃，破坏结瘤的生成条件。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其技术方案具体如下：
一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：自停炉时刻开始，对露点下降至目标温度时段的露点值进行离散式获取，
S2：根据各离散获取点的露点值，进行以正常生产时的氧化能限度值为约束条件的相应氢气浓度的计算，
S3：根据计算形成相邻两个离散获取点时段内的相应氢气浓度的控制，据此建立伴随露点值变化而动态控制炉内氢气浓度的停炉控制节拍。
根据本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于：
正常生产时的氧化能值通过基于露点值及氢气浓度值两个变量确定的拟合函数表示；
当拟合函数中的露点值取历史产品工艺中对于露点设定的最大值，且氢气浓度值取历史产品工艺中对于氢气浓度设定的最小值时的氧化能值即为正常生产时的氧化能限度值。
根据本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于：
拟合函数为：
P＝0.127+0.002×DP-0.187×Ch，
当DP＝DP
式中，
P：氧化能值；
DP：保护气氛露点值，单位：℃；
Ch：保护气氛的氢气浓度；
DP
Ch
根据本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于：
对两个离散获取点时段内的相应氢气浓度的控制通过通入氮气进行吹扫进行。
根据本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于：
所述的“对露点下降至目标温度时段的露点值进行离散式获取”，根据露点检测仪的实时检测获取。
根据本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于：
所述的“对露点下降至目标温度时段的露点值进行离散式获取”，基于历史露点获取。
根据本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于：
通入氮气的流量根据下式确定：
C
式中，
C
C
Q：吹刷气体的流量，单位：m
t：两个离散获取点之间的时段，单位：h；
V：炉膛容积，单位：m
根据本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于：
在对两个离散获取点时段内的相应氢气浓度通过通入氮气吹扫进行控制时，还按照设定的计算频率对当前炉内的氧化能进行实时计算，并将计算结果与设定的阈值进行比较，
当计算结果大于等于设定的阈值时，则停止通入氮气；否则持续或重新通入氮气。
根据本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于：
所述设定的阈值根据正常生产时的氧化能限度值确定，具体为：
P
P
P
k：安全系数。
根据本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于：
当吹扫气体的流量大于等于600m
当吹扫气体的流量小于600m
根据本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，其特征在于：
露点下降的目标温度，根据下式确定：
0.127+0.0020×X-0.187×0.04≤Pmax；
式中，
X：露点下降的目标值，单位：℃；
Pmax：正常生产时的氧化能限度值。
本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，基于历史工艺的露点值及氢气浓度值两个变量进行拟合，通过拟合建立基于露点值与氢气浓度值表征的氧化能值，同时根据历史最大露点值及最小氢气浓度值完成最大氧化能值(即上述中的氧化能限度值)的确定；然后在氧化能限度值的约束下，对露点下降至目标值的下降时段中的氢气浓度建立分段式控制，使得氢气浓度在保证炉辊不氧化的限度下始终维系在较低的数值，此一方面减少了停炉过程的氢气消耗，同时省去了氢气浓度降至安全水平以下后对炉内通氮气吹扫氢气的时间，使得氢气浓度能够尽快地达到4％的安全范围以下，极大提高了连续机组停炉效率，提高了产能。
附图说明
图1为本发明的控制步骤示意图。
具体实施方式
下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法作进一步具体说明。
如图1所示的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，包括如下步骤：
S1：自停炉时刻开始，对露点下降至目标温度时段的露点值进行离散式获取，
S2：根据各离散获取点的露点值，进行以正常生产时的氧化能限度值为约束条件的相应氢气浓度的计算，
S3：根据计算形成相邻两个离散获取点时段内的相应氢气浓度的控制，据此建立伴随露点值变化而动态控制炉内氢气浓度的停炉控制节拍。
其中，
正常生产时的氧化能值通过基于露点值及氢气浓度值两个变量确定的拟合函数表示；
当拟合函数中的露点值取历史产品工艺中对于露点设定的最大值，且氢气浓度值取历史产品工艺中对于氢气浓度设定的最小值时的氧化能值即为正常生产时的氧化能限度值。
其中，
拟合函数为：
P＝0.127+0.002×DP-0.187×Ch，
当DP＝DP
式中，
P：氧化能值；
DP：保护气氛露点值，单位：℃；
Ch：保护气氛的氢气浓度；
DP
Ch
其中，
对两个离散获取点时段内的相应氢气浓度的控制通过通入氮气进行吹扫进行。
其中，
所述的“对露点下降至目标温度时段的露点值进行离散式获取”，根据露点检测仪的实时检测获取；或基于历史露点获取。
其中，
通入氮气的流量根据下式确定：
C
式中，
C
C
Q：吹刷气体的流量，单位：m
t：两个离散获取点之间的时段，单位：h；
V：炉膛容积，单位：m
其中，
在对两个离散获取点时段内的相应氢气浓度通过通入氮气吹扫进行控制时，还按照设定的计算频率对当前炉内的氧化能进行实时计算，并将计算结果与设定的阈值进行比较，
当计算结果大于等于设定的阈值时，则停止通入氮气；否则持续或重新通入氮气。
其中，
所述设定的阈值根据正常生产时的氧化能限度值确定，具体为：
P
P
P
k：安全系数。
其中，
当吹扫气体的流量大于等于600m
当吹扫气体的流量小于600m
其中，
露点下降的目标温度，根据下式确定(即：在最大氧化能下，当氢气浓度达到4％及以下后，相应的露点温度即为目标温度)：
0.127+0.0020×X-0.187×0.04≤Pmax；
式中，
X：露点下降的目标值，单位：℃；
Pmax：正常生产时的氧化能限度值。
工作过程、原理
本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，是通过如下退火炉结构和步骤实现的：
1、根据退火炉内保护气氛露点、氢气浓度参数计算出退火炉内的氧化能值，计算方法为：
P＝0.127+0.0020*DP-0.187*Ch (式1)
其中，P为炉内气氛具有的最大氧化能，DP为保护气氛露点值(℃)，C
2、正常生产时，根据生产的产品不同，炉内各段通入的保护气氛露点和氢气浓度有所差别，在使用(式1)计算炉内氧化能的过程中，DP取值为所有产品工艺中对于露点设定的最大值DP
3、自停炉时刻开始，在对露点下降至目标温度(此处的目标温度根据氧化能限度下当氢气浓度达到4％确定，即：0.127+0.0020×X-0.187×0.04≤Pmax；注意：这里的目标温度的设定只是为了监控服务，实际中由于各处的误差会导致达到目标温度和氢气浓度达到4％不同步带情况，此时应以氢气浓度达到4％作为作业停止的判定基准)时段的露点值进行离散式获取(离散式获取可以基于历史下降曲线进行，也可以根据露点检测仪的实时检测进行，当根据露点检测仪的实时检测进行时，后续监测控制为滞后性控制，相应的数值会做适应性的实际调整，技术方案仍然服务于技术目的)，并根据各离散点的露点值进行了相应的氢气浓度确定之后，从炉内的氮气注入口通入纯氮气对炉内的保护气氛进行吹扫(吹扫的目标是让氢气浓度下降至4％；同时在吹扫过程中实时的露点值与相应的氢气浓度计算出的氧化能值不能超过限度值)，氮气流量根据C
本技术方案的控制逻辑为：以正常生产工艺条件下的炉内最大氧化能值作为碳套辊能承受的最大氧化能阈值，在停炉时，气氛正常露点往目标露点下降的过程中，根据离散获取点的露点值确定相应的氢气浓度，从而确定相邻两个离散获取点时段内的吹扫氮气流量；同时根据吹扫氮气量，吹扫时间，停炉前氢气浓度指标实时的计算炉内氢气浓度，并根据此值实时计算炉内气氛的氧化能，通过与最大氧化能阈值的比较结果，控制吹扫用氮气停或送，确保停炉过程在降低露点和氢气浓度同步进行的情况下，炉内气氛氧化能值始终处于碳套辊能承受的最大氧化能值之下。
本发明已在宝钢某连续退火线推广使用，以该连续退火线停炉过程为例：该连退炉某炉段内高1m，内宽1.3m，长172m。炉膛体积为V＝223.6m3。正常生产时，该退火线各类产品生产的炉内工艺氢气浓度和气氛露点值如下表：
则DP
停炉作业开始后，设定炉内露点目标值为25℃。同时从炉内的氮气注入口通入纯氮气对炉内的保护气氛进行吹扫，吹扫用氮气量为Q＝1000m
本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，基于历史工艺的露点值及氢气浓度值两个变量进行拟合，通过拟合建立基于露点值与氢气浓度值表征的氧化能值，同时根据历史最大露点值及最小氢气浓度值完成最大氧化能值(即上述中的氧化能限度值)的确定；然后在氧化能限度值的约束下，对露点下降至目标值的下降时段中的氢气浓度建立分段式控制，使得氢气浓度在保证炉辊不氧化的限度下始终维系在较低的数值，此一方面减少了停炉过程的氢气消耗，同时省去了氢气浓度降至安全水平以下后对炉内通氮气吹扫氢气的时间，使得氢气浓度能够尽快地达到4％的安全范围以下，极大提高了连续机组停炉效率，提高了产能。综述，本发明的一种连续退火炉防炉辊氧化的停炉控制方法，根据碳套辊的防氧化阈值以及停氢时的炉内氧化能情况，选择在降露点的过程中同步降低氢气含量，确保炉内气氛的氧化能处于安全区间，减少了氢气消耗，大大提高连续作业线的生产效率。