连续退火炉低露点气氛的配气方法
【专利摘要】本发明是一种连续退火炉低露点气氛的配气方法，包括以下步骤：将按照设定流量供给的初始保护气氛分为第一支路和第二支路，第二支路的保护气氛直接通入水槽的水中进行增湿，以形成湿气氛支路；将湿气氛支路的保护气体和第一支路混合，以形成为最终通往炉内的总气氛；计算湿气氛流量值和干气氛流量值，并通过干、湿气氛管路的流量控制阀调整干、湿气氛流量至各自目标值；选择不同的水槽水温调整干、湿气氛的流量，使得干气氛的流量值、湿气氛的流量值处于最佳控制特性区域；以及进行增湿水槽内连续动态补水控制。本发明有效提高连续退火炉段内低露点气氛的露点控制精度，并可快速进行不同生产工艺间的动态露点调整和消除露点波动。
【专利说明】连续退火炉低露点气氛的配气方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种冷轧连续退火技术，尤其涉及一种多气氛连续退火炉内的气氛露 点控制方法。
【背景技术】
[0002] 露点是空气湿度达到饱和时的温度。目前，薄带生产连续退火炉炉内一般采用N2 或N2+H2保护气体来提高带钢表面的质量，常用N2或N2+H 2保护气体的露点在-40°C以下， 但当产品的生产工艺对退火保护气氛有露点要求时，如利用增湿气体和板材表面反应进行 脱碳处理或是在有一定露点的气氛保护下进行再结晶退火，则必须对进入退火炉的气氛增 湿处理，以控制气体露点满足生产工艺要求。通常来说，露点小于〇°C的气氛称为干气氛； 0-45°C为低露点气氛；45°C以上为高露点气氛。
[0003] 某些高附加值板材产品的热处理工艺，要求在退火炉内连续实现高露点气氛下的 脱碳和低露点保护气氛下的冷却还原处理。
[0004] 当前为使保护气氛具有一定露点而采用的配气方法，如图1和图2所示，包括以下 流程：通过保护气氛流量阀9将工艺所需流量的初始保护气体通入增湿水槽1中，与水槽1 中通过蒸汽流量阀10通入的水蒸气混合后达到目标露点保护气氛，增湿后的气体通过水 槽顶部连接炉子的管道通往退火炉8内。通过装置上的温度传感器，流量阀的反馈联锁调 整配气流量，通过水槽水温来调整配气温度和湿度，以使保护气氛达到工艺要求的露点；随 着气氛的不断流入消耗，水槽1每隔一段时间还要通过水泵11进行补水，通过液位计2检 测水槽中的水位。
[0005] 高露点的保护气氛，采用以上增湿方式控制露点，公差精度较高，对于40-80°C的 控制目标，露点波动可稳定在±〇.5°C ;而在露点控制要求低至0-40°C的情况下，即保护气 氛低露点需求下，则无法稳定控制露点的波动，尤其是在水槽补水的过程中，波动甚至达到 ±3°C，远远超出产品要求的露点控制范围。低露点保护气氛采用上述配气方式主要存在的 问题有：
[0006] 配气过程稳定性差：配气量较大，露点控制目标低时，存在着欠饱和/过饱和现 象；
[0007] 水槽补水时，水温变化大：由于不同季节水温差异，加之对水槽液位的控制，只有 先排放部分温度高的水后再补水，而在目标露点较低的工艺条件下甚至需要补经冷凝的水 来满足水温要求，造成资源的消耗大，劳动作业强度大；
[0008] 需要依靠调节水温来实现露点调整时，水温的调节变化时间长，直接影响露点的 响应速度，影响工艺和产品质量；微调露点时温度惯量大，不易稳定；露点控制目标值越 低，干扰越大；
[0009] 要解决排补水对露点控制精度的影响，必须另增水槽独立控制水温，以减小温差， 但也仅能减小波动而不能消除，还增加了投资成本并使控制方法复杂化。
[0010] 经检索，目前现有的气体露点控制装置，如发明专利申请公开第CN101651218号 所揭示，该装置包括有一蒸气产生器，用以产生一蒸气；一气体混合槽，连通该蒸气产生器， 用以供导入的一气体与该蒸气于该气体混合槽的一气体混合室中混合为一高温饱和气体， 并使该高温饱和气体自该气体混合槽的一混合气体出口排出；一间隔板，连接该气体混合 槽，用以隔热；一露点温度控制槽，通过该间隔板连通该气体混合槽，用以供该高温饱和气 体于该露点温度控制槽中进行露点温度调节，而产生一调节后的饱和气体。
[0011] 发明专利申请公开第CN101651218号所揭示的是一种目前比较具有代表性的气 体露点控制装置，利用该装置来进行的气体露点增湿过程就是前述现有的气体增湿方法， 即是设计一个水蒸气槽产生具有一定露点的蒸汽，将保护气氛和水蒸汽混合后，再通过一 个温度控制槽来调整露点，虽可持续供应流量大、气氛可控的增湿气体，但不足之处也很明 显：（1)气体与水蒸气接触时间短，增湿效率低下，低露点控制要求下存在欠饱和现象；（2) 当需要改变炉内露点时，增湿槽水蒸气与纯水达到新的动态平衡需要较长时间，切换过程 中露点波动较大；（3)采用湿气温度而非湿气露点来控制水蒸气的量，仅能将露点控制在 某一波段的范围内，控制精度较差。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是提供一种连续退火炉低露点气氛的配气方法，可有效提高使用低 露点保护气氛的连续退火炉段内的露点控制精度，同时实现可快速进行不同生产工艺间的 动态露点调整，大大缩短调整时间和消除露点波动。
[0013] 本发明的一种连续退火炉低露点气氛的配气方法，包括以下步骤：
[0014] 将按照设定流量供给的初始保护气氛分为第一支路和第二支路，所述第二支路的 保护气氛直接通入水槽的水中进行增湿，以形成湿气氛支路；
[0015] 将所述湿气氛支路的保护气体和第一支路混合，以形成为最终通往炉内的总气 氛；
[0016] 计算湿气氛流量值Fw和干气氛流量值Fd，并通过干、湿气氛管路的流量控制阀调 整干、湿气氛流量至各自目标值；
[0017] 选择不同的水槽水温Ty调整干、湿气氛的流量，使得干气氛的流量值Fd、湿气氛 的流量值Fw处于最佳控制特性区域；以及
[0018] 进行增湿水槽内连续动态补水控制。
[0019] 所述湿气氛流量值Fw根据以下公式计算：
[0020]
【权利要求】
1. 一种连续退火炉低露点气氛的配气方法，其特征在于，包括以下步骤： 将按照设定流量供给的初始保护气氛分为第一支路和第二支路，所述第二支路的保护 气氛直接通入水槽的水中进行增湿，以形成湿气氛支路； 将所述湿气氛支路的保护气体和第一支路混合，以形成为最终通往炉内的总气氛； 计算湿气氛流量值Fw和干气氛流量值Fd，并通过干、湿气氛管路的流量控制阀调整 干、湿气氛流量至各自目标值； 选择不同的水槽水温Ty调整干、湿气氛的流量，使得干气氛的流量值Fd、湿气氛的流 量值Fw处于最佳控制特性区域；以及 进行增湿水槽内连续动态补水控制。
2. 根据权利要求1所述的连续退火炉低露点气氛的配气方法，其特征在于，所述湿气 氛流量值Fw根据以下公式计算：
所述干气氛流量值Fd根据以下公式计算：Fd=Ft-Fw 其中： Tx :最终气氛露点（目标露点），单位为°C ; Tz :初始保护气氛露点(干气氛露点)，单位为°(：; Ty :水槽水温，单位为°〇； Ft :总气氛流量，单位为m3/hr ; Fw :湿气氛流量值，单位为m3/hr ; Fd :干气氛流量值，单位为m3/hr。
3. 根据权利要求1或2所述的连续退火炉低露点气氛的配气方法，其特征在于，所述 干、湿气氛的流量值的最佳控制特性区域是使湿气氛流量值Fw和干气氛流量值Fd关系符 合：Fw/Fd在0. 5?2. 5,水槽水温控制范围如下： 最终气氛露点（目标露点）Tx在0?20°C时，水槽水温Ty应控制在15?35°C ; 最终气氛露点（目标露点）Tx在20?45°C时，水槽水温Ty应控制在35?65°C。
4. 根据权利要求1或2所述的连续退火炉低露点气氛的配气方法，其特征在于，所述连 续动态补水流量Y根据以下公式确定：
其中： Mair :保护气体的摩尔质量，单位为g/mol ; Fw :湿气氛流量值，单位为m3/hr ; Ty :水槽水温，单位为°〇； P ai,:保护气体密度（〇°C时），单位为kg/m3 ; K为动态补水流量的周期修正值，表示在设定补水检测时间周期t内，计时开始时和结 束时水槽内水的体积变化的比率，单位为m3/min ; K的数学表达式为： Κ=60 X (Lt0-Ltl) X S/t 上式中： Lt(l :计时开始水槽的液位高度，单位为m ; Ltl :计时结束水槽的液位高度，单位为m ; S:水槽底面积，单位为m2; t :设定补水检测时间周期t，单位为min。
5. 根据权利要求4所述的连续退火炉低露点气氛的配气方法，其特征在于，在设定补 水检测时间周期t内，所述动态补水的流量Y是通过反馈至补水管路上的流量控制阀控制 补水。
6. 根据权利要求4所述的连续退火炉低露点气氛的配气方法，其特征在于，所述计时 开始水槽的液位高度Lt(l，计时结束水槽的液位高度L tl通过水槽内的液位计在补水检测时 间周期t开始和结束时测量，每一个时间周期内的动态补水流量周期修正值K均根据L t(l， Ltl重新测量计算。
【文档编号】C21D1/26GK104152648SQ201310178359
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】张荣康, 崔光华 申请人:宝山钢铁股份有限公司