D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.02.019 第25卷第2期 北京科技大学学报 Vol.25 No.2 2003年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2003 全氢罩式退火炉退火热过程的研究(I) 数学模型及其实测验证 林林”张欣欣”左燚”向顺华”刘铁树)钮龙英)黄夏兰) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)宝钢研究院设备研究所，上海201900 摘要分析了全氢罩式退火炉退火工艺过程的传热特点，建立了以板卷温度计算为核心 的退火热过程数学模型，通过模拟计算得到了钢卷退火曲线，并与实测值进行了对比验证. 结果表明，该数学模型合理、可靠. 关键词全氢罩式退火炉；数学模型；传热 分类号TG155;TF061.2:TF061.2 全氢罩式退火炉（简称全氢炉）生产的产品具 外部温差满足要求（一般要求小于30℃，随不同 有深冲性良好、表面光洁、生产率高等优点山，中 钢种有小范围波动) 国钢铁企业已从奥地利EBNER和德国LOI公司 冷却过程可细分为带加热罩冷却、辐射冷 分别引进了这种先进的全氢炉，从目前的使用情 却、带冷却罩冷却和快速冷却四个阶段.带加热 况看，由于还没有完全掌握全氢炉退火过程的核 罩冷却从均热阶段后的热态密封试验结束开始， 心技术，特别是模型软件技术，在高技术、高附加 这时停止燃气供应，由烧嘴中喷射常温空气直接 值产品的进一步开发过程中，因此无法自主地确 冷却内罩，达到冷却钢卷的目的，当炉内控制热 定退火工艺过程，也无法对罩式炉车间进行优化 电偶温度达到600℃时，结束带加热罩冷却，移走 调度，可见，深入研究全氢炉退火工艺的传热过 加热罩.从移走加热罩到吊盖冷却罩一般约有12 程，建立退火过程传热的数学模型，对进一步消 min的等待时间.在这一时间段内，内罩的散热方 化和吸收国外先进技术，开发自主使用的全氢炉 式为对环境的辐射和自然对流，称为辐射冷却阶 具有十分重要的意义， 段.扣上冷却罩后，开始带冷却罩冷却，此阶段 中，由大流量、高流速的冷风对内罩进行冷却.当 1退火热过程分析 炉内控制热电偶的温度达到一定值（根据不同的 快冷方式，此温度为300450℃不等)时，启动快 1.1全氢退火炉热工操作分解 速冷却装置，进行快速冷却，在快速冷却阶段中， 根据全氢炉内的传热情况，整个退火过程可 除冷却罩内进行的循环空气冷却外，还采用快冷 分为加热和冷却两大过程，其中，加热过程又可 方式加速钢卷的冷却.通常有两种快速冷却方 细分为加热和均热两个阶段，加热阶段从吊盖加 式，即氢气旁路冷却（将内罩内的循环氢气按比 热罩，燃烧器点火开始，到循环气体温度达到规 例抽取通过气/水换热器冷却后，再输入炉内，以 定的退火工艺温度（如710℃）结束.均热阶段从 快速降低循环氢气的温度)和水喷淋冷却（从冷 加热阶段结束开始，在规定的退火工艺温度下进 却罩顶部直接向内罩喷水进行冷却).当钢卷达 行保温，直到同时满足以下两个条件时结束：① 到规定的出炉温度时，结束此过程，也即结束整 钢卷达到工艺所需的温度（如710℃）：②钢卷内 个退火过程， 12退火各阶段传热分析 收稿日期20020619林林男，35岁，讲师，博士研究生 在整个退火过程中，内罩内的传热（见图1 ★国家自然科学基金资助项目N0.50136020)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 记。 及 ‘ 全氢罩式退火炉退火热过程 的研究 — 数学模型及其实测验证 林 林 ‘， 张欣欣 ” 左 撇 ‘， 向顺 华 ” 刘 铁树 ” 钮龙英 ” 黄 夏 兰 ， 北 京科技大学机械工 程学 院 ， 北 京 宝 钢研究院设备研究所 ， 上海 摘 要 分析 了全 氢罩式退 火炉退 火 工 艺过 程 的传热特 点 ， 建 立 了 以板 卷温度计 算为核心 的退 火热过程 数 学模型 ， 通 过 模拟计 算得到 了钢 卷退 火 曲线 ， 并与实测值进 行 了对 比验 证 结果 表 明 ， 该数学模型合 理 、 可 靠 关键 词 全氢 罩式退火炉 数学模 型 传 热 分 类号 仆 开 全氢 罩式退 火炉 简称 全 氢炉 生产 的产 品具 有深 冲 性 良好 、 表 面 光 洁 、 生产 率 高等 优 点 〔 ， 中 国钢 铁 企 业 己从 奥地 利 和 德 国 公 司 分 别 引进 了这 种 先进 的全氢 炉 从 目前 的使用情 况看 ， 由于 还 没 有完全 掌握全氢 炉 退 火过程 的核 心技术 ， 特 别 是模 型软件技术 ， 在 高技术 、 高附加 值 产 品 的进 一步 开 发 过程 中 ， 因此无法 自主地确 定退 火工 艺过 程 ， 也 无 法 对 罩 式 炉 车 间进 行优 化 调度 可 见 ， 深 入 研 究全 氢 炉 退 火 工 艺 的传 热 过 程 ， 建立 退 火过 程 传热 的数 学模型 ， 对 进 一 步 消 化和 吸收 国外 先进 技术 ， 开发 自主 使用 的全氢 炉 具有 十分 重 要 的意 义 退 火 热 过 程 分 析 全 氢 退 火 炉 热工 操作 分 解 根据 全 氢 炉 内的传热情 况 ， 整 个退 火过程 可 分为加 热 和 冷 却 两 大 过 程 其 中 ， 加 热过程 又 可 细分 为加 热和 均热两 个 阶段 加热 阶段 从 吊盖 加 热 罩 ， 燃烧 器 点火 开始 ， 到循 环 气体温 度达 到规 定 的退 火 工 艺 温 度 如 ℃ 结束 均热 阶段 从 加 热 阶段 结束 开始 ， 在规 定 的退火 工 艺温 度 下进 行保温 ， 直 到 同时满 足 以下 两 个 条件 时 结束 ① 钢 卷 达 到 工 艺 所 需 的温度 如 ℃ ② 钢 卷 内 收稿 日期 刁卜 林林 男 ， 岁 ， 讲师 ， 博 士 研 究生 国家 自然科学基 金 资助项 目 加 外 部 温 差满 足 要 求 一 般要 求小于 ℃ ， 随不 同 钢 种 有 小 范 围波 动 冷 却 过 程 可 细 分 为带 加 热 罩 冷 却 、 辐 射 冷 却 、 带冷 却 罩冷 却 和 快速 冷 却 四个 阶 段 带 加 热 罩冷却 从均热 阶段 后 的热态 密 封试 验 结束 开始 ， 这 时停止燃 气供应 ， 由烧 嘴 中喷射 常温 空气 直 接 冷 却 内罩 ， 达 到冷 却钢 卷 的 目的 当炉 内控 制 热 电偶温度达 到 ℃ 时 ， 结 束带 加热 罩冷 却 ， 移 走 加热 罩 从移走 加热 罩到 吊盖 冷 却 罩一般约 有 的等待 时 间 在 这 一 时间段 内 ， 内罩的散热方 式为对 环 境 的辐 射和 自然 对 流 ， 称 为辐射冷 却 阶 段 扣 上冷 却 罩后 ， 开 始 带冷 却 罩冷 却 此 阶 段 中 ， 由大流 量 、 高流速 的冷 风对 内罩进行冷却 ， 当 炉 内控 制热 电偶 的温度 达 到 一 定值 根 据 不 同 的 快冷 方 式 ， 此 温 度 为 一 ℃ 不 等 时 ， 启 动 快 速 冷 却 装置 ， 进行 快速冷却 在 快速 冷 却 阶段 中 ， 除冷却 罩 内进行 的循环 空气冷却 外 ， 还 采 用 快冷 方 式加 速 钢 卷 的冷 却 通 常 有 两 种 快 速 冷 却 方 式 ， 即氢 气 旁路 冷 却 将 内罩 内的循环 氢气 按 比 例 抽 取 通过气 水换 热 器 冷 却 后 ， 再输 入 炉 内 ， 以 快 速 降低 循环 氢 气 的温 度 和 水 喷淋冷 却 从 冷 却 罩顶 部直 接 向 内罩喷水 进 行 冷 却 当钢 卷达 到规 定 的 出炉温 度 时 ， 结 束此 过 程 ， 也 即结束整 个退火 过 程 退 火各 阶段 传 热分 析 在 整 个 退 火过程 中 ， 内罩 内 的传 热 见 图 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2003．02．019