強(qiáng)對(duì)流全氫罩式退火爐是在原低氫罩式爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，有低能耗、高效率、退火產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良等眾多特點(diǎn)，以下簡稱全氫罩式爐。國外在1984年開始大量應(yīng)用于寬帶鋼卷的退火，至今已有近千座全氫罩式爐在世界各地建成。在奧地利的奧鋼聯(lián)、德國的克勒克納冷軋廠和蒂森冷軋廠、美國的l－TV鋼廠和USX鋼廠等鋼鐵企業(yè)中，都可以見到正在工作的全氫罩式爐。

　　直到80年代末、90年代初，全氫罩式爐這項(xiàng)**的生產(chǎn)工藝才隨著國外生產(chǎn)工藝、控制技術(shù)的成熟逐步引進(jìn)到國內(nèi)，并迅速得到推廣。國內(nèi)已有鞍鋼、武鋼、本鋼、上海益昌冷軋薄板廠、海南鵬達(dá)冷軋薄板廠等單位先后引進(jìn)、建成了全氫罩式爐，生產(chǎn)、使用情況良好。近年建設(shè)或改造的冷軋薄板廠正在大量采用全氫罩式爐，原有的低氫罩式爐正面臨被全氫罩式爐替代的局面。

　　全氫罩式爐的安全性是至關(guān)重要的，這主要是由干在退火過程中采用了易燃、易爆的氫氣充當(dāng)退火產(chǎn)品的保護(hù)氣體和熱傳導(dǎo)體，稍有不慎即有可能發(fā)生著火或爆炸事故。如果沒有可靠的安全保障措施，即控制系統(tǒng)沒有完善的控制策略，不僅全氫罩式爐的生產(chǎn)不能進(jìn)行，而且還有破壞整個(gè)生產(chǎn)設(shè)施的可能。本文針對(duì)全氫罩式爐保護(hù)氣體應(yīng)用的安全性，介紹全氫保護(hù)氣體控制過程的安全控制策略，以增強(qiáng)對(duì)這－問題的認(rèn)識(shí)。

2、全氫罩式爐設(shè)備及工藝過程簡介

　　全氫罩式爐是用來消除由冷軋變形而使帶鋼產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的一種處理裝置。通過使帶鋼升溫、保溫、降溫的過程進(jìn)行帶鋼的再結(jié)晶退火。

　　一座全氫罩式爐的基本設(shè)備包括：

1. 一個(gè)帶有底部循環(huán)風(fēng)機(jī)的爐臺(tái)及其附屬介質(zhì)供給管路。
2. 一個(gè)底部敞開、其余封閉焊接成整體的保護(hù)罩（以下簡稱內(nèi)罩）。將它扣在爐臺(tái)上即與爐臺(tái)構(gòu)成一個(gè)封閉的小空問（以下簡稱退火空間），退火帶鋼就置于退火空間之中。在退火過程中，退火空間即充滿純氫氣以保護(hù)帶鋼在高溫下不至干氧化。
3. 一個(gè)制成罩形的加熱裝置（以下簡稱加熱罩）。加熱罩扣在內(nèi)罩之上，兩罩之間形成一個(gè)燃燒室，燃料在此燃燒，熱量通過內(nèi)罩傳遞到退火空間內(nèi)。
4. 一個(gè)制成罩形的帶冷卻風(fēng)機(jī)的冷卻裝置（以下簡稱冷卻罩）。
5. 一套快冷裝置。這種裝置有兩種，一種為在冷卻罩內(nèi)向內(nèi)罩噴水的噴淋冷卻裝置，一種為將保護(hù)氣體循環(huán)通過換熱器進(jìn)行快冷的底部循環(huán)快冷裝置。
6. 一套全氫罩式爐過程控制系統(tǒng)。

　　全氫罩式爐一個(gè)生產(chǎn)周期包括：裝帶卷、扣內(nèi)罩；退火空間冷密封試驗(yàn)；氮?dú)獯祾?；扣加熱罩加熱；帶鋼保溫；退火空間熱密封試驗(yàn)；加熱罩吊走和扣冷卻罩進(jìn)行風(fēng)冷；快速冷卻；退火空間氮?dú)夂蟠祾?、吊走冷卻罩；吊走內(nèi)罩和帶鋼。

3、典型爐型的保護(hù)氣體安全控制策略

　　在一般情況下，空氣中氫氣的爆炸濃度為4％～72％，且著火點(diǎn)很低。因此，安全使用全氫保護(hù)氣體進(jìn)行退火生產(chǎn)的核心就是讓氫氣和氧氣隔離或使混合氣體無法達(dá)到爆炸濃度。全氫罩式爐使用含微量氫氣的氮?dú)庾鳛闅錃夂脱鯕獾母綦x氣體。在正常情況下，這種氮?dú)鈨H用來吹掃退火空間。只有在故障處理等不得已情況下才用這種氮?dú)鈱?duì)退火空間進(jìn)行事故吹掃或充當(dāng)保護(hù)氣體繼續(xù)完成退火過程。全氫罩式爐在其過程控制系統(tǒng)監(jiān)控下按固定的操作次序一步一步自動(dòng)完成退火全過程，僅在吊扣加熱罩、冷卻罩時(shí)需等待人工操作，通常情況下，過程控制系統(tǒng)通過不斷的測試和監(jiān)控保證整個(gè)退火過程安全進(jìn)行。一旦發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象出現(xiàn)，控制系統(tǒng)即刻按照預(yù)先編制的處理程序一步一步使過程轉(zhuǎn)為正?；虬踩C(jī)。根據(jù)快速冷卻工藝方式的不同，目前世界上流行兩種全氫罩式爐，以奧地利EBNER公司為代表的采用冷卻罩噴淋快冷方式的全氫罩式爐（以下簡稱EBNER型爐），其保護(hù)氣體系統(tǒng)流程見圖1；以德國LOI公司為代表的采用底部循環(huán)快冷方式的全氫罩式爐（以下簡稱LOI型爐）。

　　在一個(gè)爐臺(tái)正常的退火周期中，保護(hù)氣體的充入和排出包括下列步驟：

1. 氫氣進(jìn)口閥的泄漏性試驗(yàn)。這是為了測試兩級(jí)氫氣電磁閥是否具有良好的關(guān)斷性能，每個(gè)退火周期開始時(shí)必須進(jìn)行一次這種測試。EBNER型爐是向兩級(jí)電磁閥17a、b和c之間充入隔離氮?dú)獠y量壓力能否被保持來判斷電磁閥是否關(guān)斷良好。隔離氮?dú)鈮毫Ρ葰錃鈮毫Ω?，這種測試隨時(shí)都可進(jìn)行。如果氫氣進(jìn)口電磁閥有泄漏，爐臺(tái)就不能投入工作。EBNER型爐還用隔離氮?dú)夥舛聝杉?jí)氫氣電磁閥。
2. 退火空間冷態(tài)密封試驗(yàn)。這是在全氫罩式爐裝完鋼卷扣好內(nèi)罩后進(jìn)行的，它測試退火空間是否**地與外界隔離，其方法是打開氮?dú)忾y（如圖1中的閥15）向退火空間充入一定壓力的氮?dú)?，然后關(guān)閉所有進(jìn)氣閥、排氣閥，通過壓力開關(guān)（如圖1中的7）測量退火空問內(nèi)能否在一定時(shí)間內(nèi)保持壓力。如果測試不能通過，則發(fā)出警報(bào)，爐子不能進(jìn)行退火過程，必須人工處理后再進(jìn)行泄漏試驗(yàn)。
3. 退火空間氮?dú)獯祾?。這是將退火空間的氧氣吹出去。這個(gè)過程既要保證一定的吹氣量，又要保證一定的吹氣時(shí)間，吹氣量、吹掃時(shí)間是通過計(jì)算和試驗(yàn)確定下來的。EBNER型爐分大流量、小流量等幾種方式吹掃。這個(gè)過程必須保證將退火空問的氧氣降低到一個(gè)很低的濃度。
4. 退火空間充入氫氣及吹掃。氮?dú)獯祾呓Y(jié)束后即可向退火空問充入大量純氫氣，整個(gè)退火過程即可在全氫的保護(hù)氣體情況下進(jìn)行。所謂氫氣吹掃就是要把在加熱過程中帶鋼殘留乳化液的汽化物帶出退火空間，這個(gè)過程的時(shí)問長短取決于工藝要求。吹掃用氫氣量的大小也可以分檔調(diào)節(jié)。排出的氫氣可以放空也可以送到加熱罩燒掉，而且氫氣排出管一般單獨(dú)設(shè)立。
5. 在整個(gè)用氫氣退火的過程中，退火空間的壓力不中斷地受到監(jiān)控。因?yàn)閴毫μ呷菀讓?dǎo)致設(shè)備損壞和密封被破壞，也表示有設(shè)備工作不正常。壓力太低容易因某種干擾使其變成負(fù)壓而吸入空氣產(chǎn)生危險(xiǎn)或表示發(fā)生了泄漏。EBNER型爐采用一組壓力開關(guān)5、6、7監(jiān)控退火空間壓力，可監(jiān)控6個(gè)壓力值。一般來說，在整個(gè)退火周期中，氫氣供給閥總是打開的，而氫氣排出閥根據(jù)要求有時(shí)開、有時(shí)關(guān)。當(dāng)退火空間壓力降低到一個(gè)預(yù)定值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉正打開的氣體排出閥，以期待壓力回升后再繼續(xù)退火，如果壓力繼續(xù)下降到報(bào)警值時(shí)，控制系統(tǒng)則自動(dòng)關(guān)閉全部排出閥和氫氣進(jìn)口閥，打開氮?dú)膺M(jìn)口閥向退火空間充氮?dú)狻Ｈ绻麎毫謴?fù)則可繼續(xù)通入氫氣退火。如果在給定的時(shí)間內(nèi)壓力不能恢復(fù)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)并用大流量氮?dú)獯祾咄嘶鹂臻g。如果退火空間壓力升高，則關(guān)閉氣體進(jìn)口閥、打開排出閥直到壓力恢復(fù)再按程序繼續(xù)退火。如果壓力繼續(xù)升高到報(bào)警值，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果這個(gè)壓力保持的時(shí)間超過設(shè)定的時(shí)間值時(shí)，控制系統(tǒng)就自動(dòng)關(guān)閉加熱系統(tǒng)，退火過程中斷，這時(shí)就需要操作人員處理故障后啟動(dòng)系統(tǒng)。
6. 加熱結(jié)束前退火空間要進(jìn)行一次熱態(tài)密封試驗(yàn)。熱態(tài)密封試驗(yàn)主要是為了檢驗(yàn)內(nèi)罩經(jīng)過加熱過程是否出現(xiàn)了破損。因?yàn)樵诶鋮s過程中，退火空間的氣體降溫、體積縮小，如果退火空間密封不嚴(yán)則有可能吸入空氣，這比加熱時(shí)如果密封不嚴(yán)而泄漏氫氣到燃燒室中要危險(xiǎn)得多。熱態(tài)密封試驗(yàn)和冷態(tài)密封試驗(yàn)方法基本相同，只是測試氣體為當(dāng)時(shí)用的保護(hù)氣體（一般為氫氣）。另外測試時(shí)應(yīng)盡量保持加熱功率穩(wěn)定以克服產(chǎn)生的影響。如果測試不能通過，則控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知操作人員處理。因?yàn)闊釕B(tài)密封試驗(yàn)不能通過也有可能是由干加熱系統(tǒng)故障或其他干擾造成的。必要時(shí)可人工再啟動(dòng)作一次熱態(tài)密封試驗(yàn)，然后根據(jù)情況選用氫氣或氮?dú)獬洚?dāng)保護(hù)氣體繼續(xù)完成冷卻過程。一般在熱態(tài)密封測試的同時(shí)還要對(duì)氫氣進(jìn)口閥進(jìn)行一次泄漏試驗(yàn)。
7. 冷卻過程結(jié)束后，退火空間還要進(jìn)行氮?dú)夂蟠祾摺Ｄ康木褪怯玫獨(dú)鈱⑼嘶鹂臻g的氫氣吹掃出去。氮?dú)獾拇祾邥r(shí)間、吹氣量同樣要有嚴(yán)格的保證，否則就不能吊走內(nèi)罩。
8. 在退火過程中，如果出現(xiàn)閥門或其他設(shè)備的故障，全氫罩式爐控制系統(tǒng)可以在上述一系列測試中發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象而做出及時(shí)的反應(yīng)。對(duì)于控制系統(tǒng)本身1／O接口出現(xiàn)故障，罩式爐控制裝置的自檢功能會(huì)發(fā)出警報(bào)，現(xiàn)場控制設(shè)備則盡量保持原狀，操作人員能很快更換上備用設(shè)備，退火過程即可繼續(xù)進(jìn)行。
9. 對(duì)于氫氣、氮?dú)夤┙o，全氫罩式爐控制系統(tǒng)有專門的功能來監(jiān)控。如果氫氣源出了故障則用氮?dú)獬淙胪嘶鹂臻g保持全氫罩式爐群處于安全狀態(tài)，并報(bào)警等待氫氣恢復(fù)。如果是氮?dú)庠闯隽斯收?，則報(bào)警并用球罐內(nèi)儲(chǔ)存的氮?dú)饩S持生產(chǎn)。EBNER型爐控制系統(tǒng)還有一套爐群控制聯(lián)鎖功能，在氮?dú)庠垂收嫌汕蚬薰?yīng)氮?dú)鈺r(shí)，如果氮?dú)鈨?chǔ)量低于一定值，則自動(dòng)停止啟動(dòng)新的爐臺(tái)退火過程以保證已經(jīng)生產(chǎn)著的爐臺(tái)能安全運(yùn)行下去。
10. 如果在退火過程中突發(fā)全廠停電事故，全氫罩式爐控制系統(tǒng)輸出全部復(fù)位，除了特別選定的氮?dú)夤┙o常開閥（ENBER為15）打開外，所有閥門均會(huì)關(guān)閉，氮?dú)饩蜁?huì)進(jìn)入退火空問。由于氮?dú)饷芏缺葰錃獯?，氮?dú)鈺?huì)在退火空間的下部頂住氫氣不會(huì)泄漏到內(nèi)罩之外。EBNER型爐的隔離氮?dú)怆姶砰y11也是常開閥，隔離氮?dú)馔ㄟ^這個(gè)閥可以把氫氣電磁閥17也給封堵嚴(yán)密，防止氫氣泄漏。如停電時(shí)間過長，則可由操作人員手動(dòng)打開氣體排出閥，一爐一爐用氮?dú)獯祾咄嘶鹂臻g。但在正常情況下這種操作是不允許的。因?yàn)殚_出口閥的聯(lián)鎖條件不滿足，控制系統(tǒng)立即會(huì)由于生產(chǎn)狀態(tài)的變化（如爐壓可能降低）而啟動(dòng)相應(yīng)的控制策略使退火過程中斷。

4、結(jié)束語

　　全氫罩式爐保護(hù)氣體安全控制策略是全氫罩式爐控制系統(tǒng)中極為重要的控制功能，是工藝控制功能不可缺少的補(bǔ)充。安全控制策略已趨向成熟，全氫保護(hù)氣體在全氫罩式爐中應(yīng)用的安全性已經(jīng)有了可靠的保證?？煽康脑O(shè)備、完善的過程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的安全操作規(guī)程是安全生產(chǎn)的三大重要固素。不安全的操作，在全氫罩式爐這樣的機(jī)組生產(chǎn)過程中是應(yīng)該絕對(duì)禁止的。這種不安全的操作主要是指在各退火步驟中人為手動(dòng)操作各種供氣閥門或?qū)τ泄收系拈y門手動(dòng)開關(guān)操作。對(duì)于全氫罩式爐這種周期性生產(chǎn)的機(jī)組來說，一旦發(fā)現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)就應(yīng)根據(jù)安全的要求讓退火過程停下來，以供操作者排除故障，絕對(duì)不應(yīng)該讓設(shè)備帶故障運(yùn)行。EBNER公司的控制系統(tǒng)就沒有在儀表室內(nèi)操作盤上給保護(hù)氣體供給系統(tǒng)的備個(gè)閥門提供任何手動(dòng)操作開關(guān)、按鈕，這些閥門必須在控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制下開關(guān)。所謂手動(dòng)退火操作僅指退火步驟的手動(dòng)切換，而且是有條件的，一般不會(huì)用到，只是在退火過程中排除設(shè)備故障后繼續(xù)退火時(shí)才可能運(yùn)用。因此，過程控制系統(tǒng)手動(dòng)操作功能的設(shè)置和可達(dá)到的手動(dòng)操作程度在過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一定要仔細(xì)考慮，不是所有的工藝過程都適合人工手動(dòng)操作的。