一种适用于连退和热镀锌的预热系统及其预热方法与流程

本发明涉及冷轧带钢连续热处理领域，更具体地说，涉及一种适用于连退和热镀锌的预热系统及其预热方法。

背景技术：

喷气加热技术在带钢以及有色金属连续热处理生产线上都有一些应用，在有色金属领域主要用于热处理加热工艺段，主要应用方式为卧式气垫炉，有色金属带材对于带材宽度方向上的温度均匀性要求较高，并且其黑度较低，一般在加热工艺段都不直接使用辐射管辐射加热，而是采用喷气加热技术，如图1所示的国外专利EP1507013A1：带材进入加热工艺段8、9后，采用喷气的方法射流加热并且漂浮带材，循环气体射流带材后再被辐射管21加热并通过循环风机20增压后进入喷气风箱再通过喷嘴射流到带材表面，实现带材的连续漂浮加热，加热带材的能源来自于辐射管燃烧释放的热量，这种加热工艺的优点是加热速度比较快，温度比较均匀。

在带钢连续热处理生产线喷气加热技术主要用于对带钢进行烘干以及预热段的喷气加热，烘干装置一般安装在带钢的酸洗机组、连退机组清洗段漂洗之后或者涂镀设备之后，因为完成上一道的酸洗工艺或连退入口漂洗之后的带钢表面带有很多的水分，需要进入烘干机进行热风烘干，涂镀机组涂层之后也需烘干。如图2所示，目前行业内主要应用的喷气烘干装置由风机、阀门、蒸汽加热机、管道、风罩等部件组成。风机6从自然界抽取新风增压后进入蒸汽加热机7，在蒸汽加热机7内对新风进行加热，加热后的热风通过管道进入风罩12对带钢进行烘干，烘干带钢后的热风通过出风口13、14排出。另外蒸汽通过蒸汽入口2进入蒸汽加热机7与新风进行换热，通过蒸汽出口3排出。这种喷气烘干技术的目标只是消除带钢表面的水分以免对带钢表面造成腐蚀，并不是采用喷气加热技术来加热带钢，不属于连续退火机组加热工艺段的加热方法。

喷气加热技术在连续退火预热段也有广泛的应用，一般来说为了降低能耗冷轧带钢连续热处理技术的传统惯例是在带钢热处理区域之前使用预热装置对其进行预热，预热的能源多来自于辐射管加热段的燃烧尾气如图3所示：辐射管燃烧后的烟气依次从烟气进口进入换热器36然后再从烟气出口排出。预热段39内的循环气体经管道在换热器36内完成热交换后通过循环风机37增压后经管道进入射流喷嘴40，射流并加热带钢38，被带钢38冷却后的循环气体再次进入换热器36进行热交换后完成一次循环。该喷气加热技术的缺点是：换热器与循环风机置于炉子预热段外面，外围管道复杂庞大，造成了大量的管道阻力与热力损失，且射流的速度一般控制在30m/s，相对较低。预热效果较差，最终排烟温度为350-600℃，浪费了大量的能源，根据测算能源回收率低于机组燃气投入能源的5％。而采用新型的喷气加热技术能够很好的解决这一难题，不仅能够提升现有机组能源的利用率还能够快速、均匀的加热带钢。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种适用于连退和热镀锌的预热系统及其预热方法，充分利用辐射管燃烧尾气的热能并实现高速射流，快速均匀的加热带钢，提升机组的产能，并且，也不会对带钢的表面质量造成负面影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种适用于连退和热镀锌的预热系统，包括循环装置和排烟装置，循环装置与排烟装置相连，循环装置包括炉体、喷气风箱、换热器、射流喷嘴、循环风道和循环风机，喷气风箱具有数对，都设于炉体内，每对喷气风箱的相对面上均设置数个射流喷嘴，每个喷气风箱内均设置一个换热器，同侧边的喷气风箱通过废气管道相连通，循环风机具有数个，均连接设于炉体的内侧面上，每个循环风机通过循环风道分别与一对喷气风箱相连通；排烟装置包括排烟风机、调节阀和排烟管道，排烟风机通过排烟管道与废气管道相连通，调节阀设于排烟管道上。

所述的循环风机包括风机、吸风口、出风口和变频马达，风机的正面与吸风口相连，风机的背面与变频马达相连，出风口具有两个，分别连于风机的上端与下端，每个出风口均与循环风道相连。

所述的换热器为管壳式换热器。

所述的射流喷嘴均为圆形喷嘴或狭缝形喷嘴，每个射流喷嘴的间距为50～300mm。

所述的射流喷嘴为圆形喷嘴时，直径为8～20mm。

所述的喷气风箱为耐热不锈钢材质，并采用激光落料加工制成。

所述的炉体两端的外侧分别还设有一对密封辊。

另一方面，一种节能型连续热处理系统的预热方法，包括以下步骤：

S1.循环装置中的废气管道将辐射管燃烧废气引入至每个喷气风箱内，利用喷气风箱内的换热器将燃烧废气中的热量转换出来；

S2.将换热器转换出的热量利用射流喷嘴射流至带钢上，对带钢进行喷气加热；

S3.通过循环风机将射流喷嘴射流加热后产生的循环气体进行增压，再由循环通道进入喷气风箱，使循环气体在喷气风箱内与辐射管燃烧废气完成热交换后通过射流喷嘴再射流到带钢上，使炉体内循环气体形成一次循环；

S4.被转换器转换掉热量后的辐射管燃烧废气，通过排烟管道由排烟风机向外排出。

所述的S2步骤中，射流喷嘴射流速度为40～100m/s。

在上述的技术方案中，本发明具有以下几点有益效果：

1.本发明能够充分快速有效的利用辐射管燃烧尾气的热能，提高燃气的热利用率，并且该系统的喷气风箱、换热器和循环风机都内置于炉体内，最大限度的减少了管道的沿程热力与压力损失；

2.本发明能够快速、清洁、均匀的加热带钢，甚至能够把带钢在短时间内加热到200～350℃甚至更高，远高现有技术的100～150℃，由于采用了炉体内循环气体射流加热带钢的方式，不会对带钢的表面质量造成负面影响；

3.本发明的循环风机采用变频控制，能够根据燃烧废气的流量，自动调整循环风机的转速，能够最大限度的减少循环风机的电能投入。

附图说明

图1是国外专利EP1507013A1的结构示意图；

图2是现有喷气烘干装置的结构示意图；

图3是现有连续退火预热段的结构示意图；

图4是本发明的结构示意图；

图5是图4的左视图；

图6是本发明炉体内两侧安装循环风机的示意图；

图7是本发明纵向设置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图4至图5所示，本发明所提供的一种适用于连退和热镀锌的预热系统，包括循环装置和排烟装置，循环装置与排烟装置相连，循环装置包括炉体100、喷气风箱101、换热器102、射流喷嘴103、循环风道104和循环风机105，喷气风箱101具有数对，都设于炉体100内，每对喷气风箱101的相对面上均设置数个射流喷嘴103，射流喷嘴103用以对带钢99射流并加热，每个喷气风箱101内均设置一个换热器102，同侧边的喷气风箱101通过废气管道106相连通，废气管道106用以将辐射管燃烧的废气引入至喷气风箱101内，而辐射管燃烧的气体为天然气，使燃烧出来的废气比较清洁，保证整体系统可以长期连续工作，循环风机105具有数个，均连接设于炉体100的内侧面上，每个循环风机105通过循环风道104分别与一对喷气风箱101相连通，使每一对喷气风箱101都相连配置了一台循环风机105，循环风机105将射流喷嘴103射流并加热带钢99后的循环气体增压后，从循环风道进入喷气风箱101内，再与辐射管燃烧废气完成热交换后，再通过射流喷嘴103射流到带钢99上，这样炉体100内的循环气体完成一次循环，该循环气体也是炉体100内的保护气体，主要作用为预热炉体100内的带钢99，而图1中的射流气体为从自然界吸取的新风，热新风的主要作用是除湿。

排烟装置包括排烟风机106、调节阀107和排烟管道108，排烟风机106通过排烟管道108与废气管道106相连通，调节阀107设于排烟管道上，喷气风箱101内的换热器102余循环气体进行热交换，之后通过排烟管道108由排烟风机106排出，调节阀107用以开启和关闭排烟管道108，以及调节排烟管道108内废气的流量大小。

较佳的，所述的循环风机105包括风机109、吸风口110、出风口111和变频马达112，风机109的正面与吸风口110相连，用以吸取炉体100内的循环气体，风机109的背面与变频马达112相连，出风口111具有两个，分别连于风机109的上端与下端，每个出风口111均与循环风道104相连，将循环气体再送入喷气风箱101内，而采用变频马达112可以根据机组的热负荷情况调整射流喷嘴103的射流速度来控制带钢99的加热速度以及循环风机105余辐射管燃烧废气的换热量，保证本发明整体始终处于一个最优化的工作状态。

较佳的，所述的换热器102为管壳式换热器，由于辐射管燃烧废气与炉体100内循环气体在喷气风箱101内完成热交换，因此换热器102对于辐射管燃烧废气的热能能够有效利用。

较佳的，根据射流强制对流换热规律，射流喷嘴103到带钢99的距离对带钢99表面对流换热系数的影响也非常大，因此所述的射流喷嘴103均设置为圆形喷嘴或狭缝形喷嘴，射流喷嘴103到带钢99的距离也应小于7倍喷嘴的宽度或喷孔的直径。每个射流喷嘴的间距为50～300mm。当射流喷嘴103为圆形喷嘴时，直径为8～20mm，使喷气加热的对流换热系数与回风阻力有显著影响。

较佳的，辐射管燃烧废气的排烟温度较高，一般在400～700℃，因此喷气风箱101为耐热不锈钢材质，并采用激光落料加工制成以便能够控制尺寸的精度

较佳的，所述的炉体100两端的外侧分别还设有一对密封辊113，用以隔开炉体100外空气对炉体100内气氛的影响，同时也消除了炉体100对辐射管加热燃烧气氛的影响。

如图6所示，特殊情况下如对射流的风量有所要求，或者安装空间有所要求也可以在炉体100内的两侧分别都安装循环风机105。循环风机105的运行需要耗费一定量的电能，循环风机105的功率又与辐射管燃烧废气的热能利用率正相关，为了能够充分利用辐射管燃烧废气的热能而预热段内的循环风机105的用电量又能够控制在合理的应用范围之内，该系统的各项参数都要经过充分的优化，以便系统能在合理的工况下运行。

如图7所示，本发明根据生产现场的需要，也可以呈纵向设置，使本发明的设计灵活，具有很强的现场操作性和可实施性。

本发明的一种节能型连续热处理系统的预热方法，包括以下步骤：

S1.循环装置中的废气管道106将辐射管燃烧废气引入至每个喷气风箱101内，利用喷气风箱101内的换热器102将燃烧废气中的热量转换出来；

S2.将换热器102转换出的热量利用射流喷嘴103射流至带钢99上，对带钢99进行喷气加热；

S3.通过循环风机105将射流喷嘴103射流加热后产生的循环气体进行增压，再由循环通道104进入喷气风箱101，使循环气体在喷气风箱101内与辐射管燃烧废气完成热交换后通过射流喷嘴103再射流到带钢99上，使炉体100内循环气体形成一次循环；与图3不同是，图3中的循环气体大部分管道布置在炉子外面，并且换热器也布置在炉体的外面，导致了大量的沿程热量与压力损失；

S4.被转换器102转换掉热量后的辐射管燃烧废气，通过排烟管道108由排烟风机106向外排出，排烟管道108上的调节阀107控制废气量的大小。

较佳的，所述的S2步骤中，喷气加热主要采用射流喷射103到带钢99的加热方式，射流喷嘴射流速度为40～100m/s，为了保证带钢99表面的对流换热系数，满足带钢99的加热速度。

需要重点指出的是废气在被排出废气管道之前一直在炉体内部，通过换热器的管、壳程与循环气体隔开，这样既保证了射流气体的清洁度也有效的阻止了辐射管燃烧废气的能量损失，并且整个循环装置的能量损失只能通过炉壳外壁散失，其能量损失一般来说低于5％，这样保证了大量的能量被带钢所吸收，充分的利用了辐射管燃烧废气的残余热能。

综上所述，一般来说对于0.8mm的带钢，喷气加热技术的平均加热速度大于30℃/s，而辐射管燃烧尾气依次经过若干组串联的喷气风箱与换热器后温度逐步降低，一般来说排烟温度应该可以低于200℃(余热回收率约占系统燃气投入能源的15-20％)。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。