強對流全氫罩式退火爐是在原低氫罩式爐基礎上發(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，以下簡稱全氫罩式爐。國外在1984年開始大量應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**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、海南鵬達冷軋薄板廠等單位先后引進、建成了全氫罩式爐，生產(chǎn)、使用情況良好。近年建設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、易爆的氫氣充當退火產(chǎn)品的保護氣體和熱傳導體，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)不能進行，而且還有破壞整個生產(chǎn)設施的可能。本文針對全氫罩式爐保護氣體應用的安全性，介紹全氫保護氣體控制過程的安全控制策略，以增強對這－問題的認識。

2、全氫罩式爐設備及工藝過程簡介

　　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)應力的一種處理裝置。通過使帶鋼升溫、保溫、降溫的過程進行帶鋼的再結(jié)晶退火。

　　一座全氫罩式爐的基本設備包括：

1. 一個帶有底部循環(huán)風機的爐臺及其附屬介質(zhì)供給管路。
2. 一個底部敞開、其余封閉焊接成整體的保護罩（以下簡稱內(nèi)罩）。將它扣在爐臺上即與爐臺構(gòu)成一個封閉的小空問（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帶鋼在高溫下不至干氧化。
3. 一個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. 一個制成罩形的帶冷卻風機的冷卻裝置（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，一種為將保護氣體循環(huán)通過換熱器進行快冷的底部循環(huán)快冷裝置。
6. 一套全氫罩式爐過程控制系統(tǒng)。

　　全氫罩式爐一個生產(chǎn)周期包括：裝帶卷、扣內(nèi)罩；退火空間冷密封試驗；氮氣吹掃；扣加熱罩加熱；帶鋼保溫；退火空間熱密封試驗；加熱罩吊走和扣冷卻罩進行風冷；快速冷卻；退火空間氮氣后吹掃、吊走冷卻罩；吊走內(nèi)罩和帶鋼。

3、典型爐型的保護氣體安全控制策略

　　在一般情況下，空氣中氫氣的爆炸濃度為4％～72％，且著火點很低。因此，安全使用全氫保護氣體進行退火生產(chǎn)的核心就是讓氫氣和氧氣隔離或使混合氣體無法達到爆炸濃度。全氫罩式爐使用含微量氫氣的氮氣作為氫氣和氧氣的隔離氣體。在正常情況下，這種氮氣僅用來吹掃退火空間。只有在故障處理等不得已情況下才用這種氮氣對退火空間進行事故吹掃或充當保護氣體繼續(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完成退火全過程，僅在吊扣加熱罩、冷卻罩時需等待人工操作，通常情況下，過程控制系統(tǒng)通過不斷的測試和監(jiān)控保證整個退火過程安全進行。一旦發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象出現(xiàn)，控制系統(tǒng)即刻按照預先編制的處理程序一步一步使過程轉(zhuǎn)為正?；虬踩C。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）。

　　在一個爐臺正常的退火周期中，保護氣體的充入和排出包括下列步驟：

1. 氫氣進口閥的泄漏性試驗。這是為了測試兩級氫氣電磁閥是否具有良好的關(guān)斷性能，每個退火周期開始時必須進行一次這種測試。EBNER型爐是向兩級電磁閥17a、b和c之間充入隔離氮氣并測量壓力能否被保持來判斷電磁閥是否關(guān)斷良好。隔離氮氣壓力比氫氣壓力高，這種測試隨時都可進行。如果氫氣進口電磁閥有泄漏，爐臺就不能投入工作。EBNER型爐還用隔離氮氣封堵兩級氫氣電磁閥。
2. 退火空間冷態(tài)密封試驗。這是在全氫罩式爐裝完鋼卷扣好內(nèi)罩后進行的，它測試退火空間是否**地與外界隔離，其方法是打開氮氣閥（如圖1中的閥15）向退火空間充入一定壓力的氮氣，然后關(guān)閉所有進氣閥、排氣閥，通過壓力開關(guān)（如圖1中的7）測量退火空問內(nèi)能否在一定時間內(nèi)保持壓力。如果測試不能通過，則發(fā)出警報，爐子不能進行退火過程，必須人工處理后再進行泄漏試驗。
3. 退火空間氮氣吹掃。這是將退火空間的氧氣吹出去。這個過程既要保證一定的吹氣量，又要保證一定的吹氣時間，吹氣量、吹掃時間是通過計算和試驗確定下來的。EBNER型爐分大流量、小流量等幾種方式吹掃。這個過程必須保證將退火空問的氧氣降低到一個很低的濃度。
4. 退火空間充入氫氣及吹掃。氮氣吹掃結(jié)束后即可向退火空問充入大量純氫氣，整個退火過程即可在全氫的保護氣體情況下進行。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，這個過程的時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設立。
5. 在整個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。因為壓力太高容易導致設備損壞和密封被破壞，也表示有設備工作不正常。壓力太低容易因某種干擾使其變成負壓而吸入空氣產(chǎn)生危險或表示發(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個壓力值。一般來說，在整個退火周期中，氫氣供給閥總是打開的，而氫氣排出閥根據(jù)要求有時開、有時關(guān)。當退火空間壓力降低到一個預定值時，控制系統(tǒng)自動關(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)下降到報警值時，控制系統(tǒng)則自動關(guān)閉全部排出閥和氫氣進口閥，打開氮氣進口閥向退火空間充氮氣。如果壓力恢復則可繼續(xù)通入氫氣退火。如果在給定的時間內(nèi)壓力不能恢復，則發(fā)出報警信號并用大流量氮氣吹掃退火空間。如果退火空間壓力升高，則關(guān)閉氣體進口閥、打開排出閥直到壓力恢復再按程序繼續(xù)退火。如果壓力繼續(xù)升高到報警值，立即發(fā)出報警信號。如果這個壓力保持的時間超過設定的時間值時，控制系統(tǒng)就自動關(guān)閉加熱系統(tǒng)，退火過程中斷，這時就需要操作人員處理故障后啟動系統(tǒng)。
6. 加熱結(jié)束前退火空間要進行一次熱態(tài)密封試驗。熱態(tài)密封試驗主要是為了檢驗內(nèi)罩經(jīng)過加熱過程是否出現(xiàn)了破損。因為在冷卻過程中，退火空間的氣體降溫、體積縮小，如果退火空間密封不嚴則有可能吸入空氣，這比加熱時如果密封不嚴而泄漏氫氣到燃燒室中要危險得多。熱態(tài)密封試驗和冷態(tài)密封試驗方法基本相同，只是測試氣體為當時用的保護氣體（一般為氫氣）。另外測試時應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)出報警信號，通知操作人員處理。因為熱態(tài)密封試驗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。必要時可人工再啟動作一次熱態(tài)密封試驗，然后根據(jù)情況選用氫氣或氮氣充當保護氣體繼續(xù)完成冷卻過程。一般在熱態(tài)密封測試的同時還要對氫氣進口閥進行一次泄漏試驗。
7. 冷卻過程結(jié)束后，退火空間還要進行氮氣后吹掃。目的就是用氮氣將退火空間的氫氣吹掃出去。氮氣的吹掃時間、吹氣量同樣要有嚴格的保證，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)異常現(xiàn)象而做出及時的反應。對于控制系統(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發(fā)出警報，現(xiàn)場控制設備則盡量保持原狀，操作人員能很快更換上備用設備，退火過程即可繼續(xù)進行。
9. 對于氫氣、氮氣供給，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氣充入退火空間保持全氫罩式爐群處于安全狀態(tài)，并報警等待氫氣恢復。如果是氮氣源出了故障，則報警并用球罐內(nèi)儲存的氮氣維持生產(chǎn)。EBNER型爐控制系統(tǒng)還有一套爐群控制聯(lián)鎖功能，在氮氣源故障由球罐供應氮氣時，如果氮氣儲量低于一定值，則自動停止啟動新的爐臺退火過程以保證已經(jīng)生產(chǎn)著的爐臺能安全運行下去。
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)輸出全部復位，除了特別選定的氮氣供給常開閥（ENBER為15）打開外，所有閥門均會關(guān)閉，氮氣就會進入退火空問。由于氮氣密度比氫氣大，氮氣會在退火空間的下部頂住氫氣不會泄漏到內(nèi)罩之外。EBNER型爐的隔離氮氣電磁閥11也是常開閥，隔離氮氣通過這個閥可以把氫氣電磁閥17也給封堵嚴密，防止氫氣泄漏。如停電時間過長，則可由操作人員手動打開氣體排出閥，一爐一爐用氮氣吹掃退火空間。但在正常情況下這種操作是不允許的。因為開出口閥的聯(lián)鎖條件不滿足，控制系統(tǒng)立即會由于生產(chǎn)狀態(tài)的變化（如爐壓可能降低）而啟動相應的控制策略使退火過程中斷。

4、結(jié)束語

　　全氫罩式爐保護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充。安全控制策略已趨向成熟，全氫保護氣體在全氫罩式爐中應用的安全性已經(jīng)有了可靠的保證。可靠的設備、完善的過程系統(tǒng)設計、嚴格的安全操作規(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組生產(chǎn)過程中是應該絕對禁止的。這種不安全的操作主要是指在各退火步驟中人為手動操作各種供氣閥門或?qū)τ泄收系拈y門手動開關(guān)操作。對于全氫罩式爐這種周期性生產(chǎn)的機組來說，一旦發(fā)現(xiàn)故障，控制系統(tǒng)就應根據(jù)安全的要求讓退火過程停下來，以供操作者排除故障，絕對不應該讓設備帶故障運行。EBNER公司的控制系統(tǒng)就沒有在儀表室內(nèi)操作盤上給保護氣體供給系統(tǒng)的備個閥門提供任何手動操作開關(guān)、按鈕，這些閥門必須在控制系統(tǒng)的自動控制下開關(guān)。所謂手動退火操作僅指退火步驟的手動切換，而且是有條件的，一般不會用到，只是在退火過程中排除設備故障后繼續(xù)退火時才可能運用。因此，過程控制系統(tǒng)手動操作功能的設置和可達到的手動操作程度在過程控制系統(tǒng)設計時一定要仔細考慮，不是所有的工藝過程都適合人工手動操作的。