全氧燃烧带钢退火线概述及其优势分析-20121018.doc

全氧燃烧带钢退火线概述及其优势分析
2012-10-18 08:33:55
1、全氧加热与清洗
 带钢退火线中使用REBOX®直接火焰冲击全氧系统，简称为“DFI Oxyfuel”，即用纯氧进行气态燃料的燃烧。使用全氧火焰直接加热移动带钢的DFI技术已被证明是将热通量提高到最大800-1000kW/m2的最有效途径。全氧技术的主要优势之一是保证优异的传热，这会提高退火炉的生产率。除了具有明显高的传热外，DFI全氧技术还具有其它一些优势。由于废气量少，燃料消耗量降低，可在有限容积的炉内采用更高的功率输入。因此，使用这种技术，可以缩短镀锌退火线的退火炉段的长度。此外，带钢表面不带有残余油污和如铁粉等固体颗粒，可以简化清洗段的结构。 
由于上述特点，在带钢处理线的设计和建设过程以及运行过程中，DFI全氧技术均表现出成本降低的潜力。因此，西马克德马格工艺与林德集团达成合作协议，独家推广采用由林德公司开发的这种技术的新带钢退火线，这种技术以唯一的REBOX® FI品牌销售，其中REBOX®林德集团的注册商标。 
以下具体介绍DFI全氧系统如何工作，以及在带钢退火线上使用时产生的主要优势，同时介绍使用DFI全氧系统时对清洗段和退火炉结构设计的影响。此外，本文也给出由西马克德马格公司和炬威国际公司开发的采用DFI全氧系统的连续镀锌退火线的设计理念。 
2、最有效的加热途径 
DFI全氧技术基于使用纯氧燃烧（优选采用天然气）。燃烧的火焰直接作用在带钢上，与传统工艺相比，提高了热输入量。由于在燃烧混合物中不存在氮气，待加热的气体总量减少。而且，排放的废气量也显著减少，因而降低了由于废气排放而带走的热损。 
DFI全氧系统成功地在瑞典奥托昆普公司Nyby厂和蒂森克虏伯位于德国的Finnentrop和Bruckhausen厂使用。在所有这些热处理线上，使用DFI全氧系统，产能提高30%，同时降低了单位燃料消耗量。另一套系统安装在韩国浦项（POSCO）的连续退火线上。 
除了提高热处理线产能外，新的工艺也带来涉及成本和节能方面的可观效益。使用纯氧燃烧天然气，可降低排放，如NOx排放等。由于采用这种技术产生的火焰温度高于采用空气燃烧时的火焰温度，尤其是在退火炉第一段的带钢加热开始阶段，钢带的加热效率得到明显提高。实测结果表明，传热系数最大可以提高到10。因此，这种技术完全适合于更经济的新建带钢热处理线。 
需要强调的是，在用DFI全氧系统预热钢带时，不会带来氧化问题，仅会形成一层薄的氧化层，这层氧化层在退火炉的还原段很容易被还原。而且，通过调整燃烧的化学当量比，也可能影响氧化水平。λ值可在0.95-1.05范围内变化，所以该工艺可采用过量氧气或不足氧气燃烧。DFI全氧系统的使用，由于可对加热过程进行更加灵活的控制，因而实现温度快速变化，这是在工业生产中的一大优势。由于这一点，在退火线的停机及启动过程中也不会产生任何问题。 
3、降低退火炉长度 
DFI全氧加热模块可用在带钢处理线上的立式或卧式退火炉的入口段。由于使用DFI全氧加热模块，可拆去预热段，并可省去加热段的一些过程。结果，根据所需加热效果的不同，可缩短处理炉长度。根据设计的热输入和带钢宽度，可改变烧嘴组的数量、火焰有效宽度和功率。而且，气氛在较大的范围内可调。
由于仅采用氧气进行燃烧，废气量减少。由于废气温度高，DFI全氧系统加热段集成在余热回收的综合系统中。 
DFI全氧系统与辐射管式加热炉的组合，需要将加热炉的气氛分开，这是由于在全氧室内的废气和在辐射管室内的保护气一定不能混合。通过采用适合这些工艺条件的一个多密封系统，就可以有效地实现这一功能。 
4、简化清洗段 
所有的辐射管式加热炉都需要一个强的清洗段，以保证最终产品的质量。而采用DFI全氧技术，可缩短清洗段长度。林德和西马克德马格公司进行了特定的系列试验，检验了DFI在热浸镀锌退火线上使用时的加热和清洗能力：在实验室设备内，试样用DFI加热至不同温度，随后采用氮气冷却。然后，检验钢带表面的污染程度，如碳的变化、铁残留量以及氧化情况。对正常污染材料的检验表明，当超过轧制乳化液的特征分解温度时，没有出现油污染。不过，使用污染更为严重的材料进行的试验表面，当温度超过400℃时也出现少量的残余铁，这说明不能完全省去机械预清洗过程。在上述两种情况下，由于DFI的使用，油污被完全燃烧掉。 
因此，DFI全氧系统的清洗能力的一大优势是简化清洗段。使用DFI全氧技术，钢带表面在进入热处理段前不再需要完全无污染，在入口钢带表面上的一定量残留物可由DFI全氧技术清洗掉，所以可省去传统清洗的预清洗工作。有机物在接触到全氧火焰时，可直接用作燃料。 
此时，清洗段起预清洗段的作用，保证进入到处理炉内的污染程度有限。最终的清洗过程转移到热处理段的DFI全氧系统。省去部分的清洗段，由于节能及减少磨损件，从而带来可观的维护和运行成本的降低。 
5、新的钢带处理线理念 
由于DFI全氧烧嘴保证材料更加快速的加热和清洗，一条现代化的退火线可设计得更加紧凑。 
DFI全氧烧嘴的高效清洗效果，可使处理线的清洗段更为紧凑。而传统的采用辐射管式加热炉的带钢退火线需要强的清洗段，清洗段由喷雾清洗段、两台刷洗机、电解清洗段和最终的漂洗段组成，以保证获得干净的钢带表面。通过采用DFI全氧技术，清洗段可压缩为一个喷雾清洗段、一台刷洗机和一个漂洗段，这将显著地减少投资和运行成本。 
已经评价了一个典型的退火炉在800℃退火处理约130t/月钢带时DFI全氧加热段设备的使用效果。DFI全氧加热段设计可将钢带加热至400-450℃，具有预热和加热段的功能，炉子结构变化，使得加热炉长度减少约5m。如果形成薄的氧化层，钢带在炉内的剩余的移动时间仍然足以对氧化层进行充分有效地还原。
在镀锌退火线上使用DFI全氧系统，除了结构更紧凑外，还有一个优势，那就是由于高效的清洗效果，锌附着性能和表面质量也得到改善，使得钢带和加热炉辊比以前更加干净、清洁。 
6、结语 
DFI的使用，带来降低钢带退火线上退火炉段的投资和运行成本的优势。根据所需退火质量的不同，由于可省去全部的预热段和部分加热段，从而减少退火炉长度。 
此外，清洗试验表明，使用DFI，可减少碳和铁粉污染。即使使用高度污染的材料，也可以优化清洗段，例如，可省去连续镀锌退火线上的一个涮洗段和电解清洗段，从而降低在清洗段上的投资和运行成本。 
已经证实了DFI全氧烧嘴在工业生产中的良好效果。试验证实可将DFI全氧技术与立式辐射管式加热炉进行有效的集成。可以预期由此产生的经济效果和对环境的正面作用。西马克德马格已经开发出涵盖DFI全氧技术提供的所有优势的带钢处理线理念。

收稿时间：2012年10月