肖胜强
摘要：由武钢和武汉钢铁设计院共同研制的国产首条拥有自主知识产权的180m/min高速连续脱碳退火机组，采用了多项具有世界先进水平的工艺技术，整机性能达到国际先进水平。实现了高速度、高精度、高生产率、高可靠性的要求，能耗大幅降低。
关键词：退火机组；工艺装备；冷轧硅钢片；消化吸收；自主设计；能源消耗
中图分类号：Tc155.t2文献标识码：B
传统生产工艺中大量采用的周期式退火炉，存在着退火周期长、钢板温差大、质量不均匀、占地面积大、装出料劳动强度大、难于自动化、吨钢能耗大等缺点。
连续退火机组产品质量均匀，生产能力高、周期短，能源消耗少，易于提高自动化控制水平。通过退火可得到所需要的电磁性能和力学性能，具有良好的板型及表面涂层，目前已被世界各国广泛采用。上海宝山钢铁总厂、武钢硅钢片厂曾先后引进多条连续退火机组。武钢通过消化吸收、自主设计建成的新一代180m/min连续退火机组达到国产设备的新高度。
一、武钢连续脱碳退火机组的主要技术性能
该机组为大型连续氢氮保护气氛冷轧硅钢片退火机组，设计年产量22.8万t/年。主要技术性能如下。
1．原料钢卷
材质：W20以下无取向硅钢(包括W20~23，W30~60)；板厚：0.5~0.9mm；板宽：800~1275mm；卷径：内径610mm，外径800~2500mm；最大卷重：40t。
2．成品钢卷
材质：W20以下无取向硅钢；板厚：0.35~0.9mm；板宽：800~1275mm；卷径：内径610mm，外径800~2000mm；最大卷重：20t。
3．机组速度
进口段：240m/min；工艺段：180m/min；出口段：240m/min；穿带速度25m/min。
二、机组设备组成
进口段设备包括入口钢卷存放鞍座、钢卷小车、开卷机、夹送辊轿直机、入口测厚仪、双层剪切机、入口切头输出装置、转向辊、夹送辊、带钢焊接机、辊式张紧装置入口活套、带钢脱脂装置、碱喷淋、碱刷洗、高压水清洗装置、热水刷洗机、热水喷淋槽、气刀、热风干燥器、碱及热水循环系统、碱雾排出装置和入口段液压装置。
工艺段包括炉内张力测定装置、入口密封室、预热炉、无氧化加热炉、Nol炉喉、辐射管加热炉、均热段、No2炉喉、膨胀节、循环气体喷射冷却、出口密封室、水淬冷却装置、水淬冷却装置温度调节控制系统、水喷淋冷却器、挤干纠偏辊、热风干燥器和辊式张紧装置等组成。
出口段包括涂层机、涂层烘干烧结炉、空气喷射冷却装置、涂层溶液循环系统、涂层废液收集排放装置、涂层烟雾洗涤排出装置、出口活套、转向辊、纠偏辊、γ射线测厚仪、连续铁损测量仪、辊式张紧辊、出口飞剪、切头输出装置、转向夹送辊、EPC传感器架、卷取机进料传送带、张力卷取机、皮带助卷机、出口钢卷小车、出口钢卷贮存鞍座和出口段液压站。
三、连续退火机组的工艺设备及装备水平
为确保机组顺利投产，在设计上力争将已经掌握的国内外先进技术，经过消化吸收，移植应用到该机组中来。
机组配备了大型DCS集散系统，采用可编程序控制器（PLC）对机组运行系统实施全面控制。为完成全线监控及管理，分别在电气室出入口操作室内设置了三套计算机及其终端。监控管理系统通过各种画面监视全线、入口段及出口段所有设备的各种工艺参数及运行状态。CRT可显示故障监视、运行准备监视、控制设定监视、运行状态监视等画面。钢板速度、各段带钢张力、电动机电流、炉内温度、活套位置和保护气体流量均能通过CRT监视系统显示。系统检测到故障时，还能区分出是需要停止作业线的重故障还是可继续运行的轻故障，并可通过蜂鸣器报警、打印机打印出故障内容及故障发生时间。
带钢运行采用交流调速系统，具有结构简单、使用可靠、寿命长、耐冲击、维护方便、无整流子环火、无炭刷粉污染和转动惯量小等优点，因而动态指标高，控制精确。
机组入口侧设置了自动减速、钢卷尾部自动切板、带尾自动准确停车系统及钢卷头部自动送板装置等；出口侧设置有焊接部位自动跟踪减速、钢卷分卷部自动减速、尾部取样及料头的自动剪切、钢卷尾部准确停车、钢卷头部自动切板送到卷取机等。
由于入、出口侧采用了自动化措施，可确保带钢在高速下稳定运行。
为了防止高速运行下的带钢跑偏，在机组出、入口段设置了13套CPC中心位置控制装置、两套EPC边缘位置控制装置和两套APC自动纠偏装置。
为了便于各操作点之间联络，机组设置了一套扩音／对讲电话系统，具有广播呼叫、双向通话功能，每个话站独立工作，可利用切换开关任意选择对话通道。
为了监视带钢跑偏状况，分别在2#张力辊，出、入口活套，炉子入口，水淬装置等处设置了风冷防尘型工业电视摄像机，摄取带钢跑偏实况，以便对机组的运行情况随时进行调整。
四、研制开发的创新技术
武钢公司及武汉钢铁设计院共同研制开发的创新技术如下。
1．设计工艺段速度达到180m/min，填补了国内自行设计高速退火机组的空白。
2．采用目前世界上最先进的交流变频调速系统，并对全部工艺过程实施计算机控制。
3．采用先进高效的水淬冷却系统，缩短了机组长度，节省了投资，提高了冷却效果。
4．由EPC、CPC、APC组成的带钢防跑偏控制系统使产品质量达到国外同类产品水准。
5．采用碱刷洗和高压清洗等刷洗技术，使钢板经清洗后质量有较大程度提高。
6．在排烟系统中设有一台热交换器，回收烟气热量，用来预热PH和NOF燃烧器的助燃空气(可达530℃)，大大节约了能源。
7．在NOF炉及RTF炉中，采用空气预热型烧嘴，以提高热效率，降低能耗。
8．出口侧采用不停顿飞剪，减少卷取机间隙时间，提高劳动生产率，增加产量。
9．在RJC冷却段采用五分割风道及变频调速风机等冷却技术，确保带钢板形平整。
10．采用石英陶瓷辊代替石墨碳套辊。石英陶瓷辊具有热膨胀系数小、耐磨性能好、使用周期长、强度高、运行过程中不易破碎等优点。有效杜绝了炉底辊的结瘤问题，提高了带钢表面质量。
11．采用两台涂层机，一开一用，减少了停机换辊时间。由于涂层辊表面根据涂层质量要求采取了特殊的刻槽工艺，极易磨损。本机组将涂层辊的直径增加到φ300mm，使用寿命延长了1.3倍。
12．采用全自动有限搭接焊机，焊接周期短，焊接质量稳定。
13．全线炉辊采用单独变频传动，确保炉内张力及炉辊与带钢速度一致。
14．全线采用六套张紧辊控制，确保了整个机组张力系统稳定、可靠。
15．采用测厚仪、铁损仪、板温计、露点计、氢分析仪、便携式氧张力计对工艺过程和产品质量实施全面监控。
五、国内外冷轧硅钢用连续退火机组的水平与差距比较
当前世界各国生产冷轧硅钢片广泛应用卧式连续退火机组。日本新日铁公司是世界仁产量最大的冷轧硅钢片生产厂之一。其八幡厂的1#ACL机组工艺段运行速度220m/min，入、出口段速度为307m/min，是新日铁厂硅钢片生产系统中运行速度最高的机组。美国Armco公司、德国EBG公司和法国Uging厂等的连续退火机组工艺段速度仅在90~150m/min。
上世纪70年代，武钢硅钢片厂从日本新日铁引进多条连续退火机组，采用直流调速系统，运行工艺段速度最高为60m/min。
从上述对比可看出，由国内承担设计的连续退火机组，其主要技术性能、工艺参数已经达到国外同类机组的水平。其中由国内提供的机械电气设备完全可以替代进口产品。当前与国外机组的差距主要表现在检测手段上。国外先进的连续退火机组均设有自动化检测带钢性能的仪器装备，如激光表面缺陷检测仪、孔洞检测装置、涂层膜厚度测量仪等。其中部分检测装置国内已可以制造。国内自行研制的开卷机、张力辊等机械设备，其质量完全可以与进口设备相媲美。国产密封元件、液压元件和电控设备等尚需进一步提高可靠性。
该机组经过连续运行，整机性能达到国际先进水平，实现了高速度、高精度、高生产率、高可靠性的要求，整个设计工作是成功的，装备水平是高的，达到了预期的目标。
六、质量水平
1．机组运行较正常。
2．产品的磁性和力学性能稳定，牌号合格率100%（仅考虑磁性水平），说明退火炉功能可以满足设计要求。
3．涂层质量稳定，色差均匀，用户评价较高。