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淺談冷軋硅鋼連續(xù)退火爐的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

一、引言：退火爐在硅鋼生產(chǎn)中的核心價(jià)值

冷軋硅鋼作為電力設(shè)備的 “心臟材料”，其磁性能（鐵損、磁感應(yīng)強(qiáng)度）、力學(xué)性能與表面質(zhì)量直接決定電機(jī)、變壓器的能效與可靠性。冷軋過(guò)程中產(chǎn)生的加工硬化（晶粒破碎、位錯(cuò)密度增加）與內(nèi)應(yīng)力，需通過(guò)連續(xù)退火爐的精準(zhǔn)熱處理消除 —— 退火爐通過(guò)控制加熱、均熱、冷卻全流程，實(shí)現(xiàn)晶粒再結(jié)晶與均勻長(zhǎng)大，同時(shí)完成脫碳、滲氮等關(guān)鍵工藝，是硅鋼性能調(diào)控的核心裝備。相較于傳統(tǒng)罩式退火，連續(xù)退火爐具有生產(chǎn)效率高（設(shè)計(jì)產(chǎn)能可達(dá) 20 萬(wàn)噸 / 年）、性能穩(wěn)定性強(qiáng)、能耗可控性好等優(yōu)勢(shì)，已成為高端冷軋硅鋼生產(chǎn)的主流選擇。

二、冷軋硅鋼連續(xù)退火爐的設(shè)計(jì)核心
（一）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：適配硅鋼工藝特性
主流臥式連續(xù)退火爐采用密閉式結(jié)構(gòu)，按功能劃分為七大核心單元，形成 “密封 - 加熱 - 均熱 - 冷卻 - 再密封” 的閉環(huán)系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如下：
1.密封室：含入口 / 出口雙重密封，采用氮?dú)浠旌蠚飧綦x外界空氣，控制爐內(nèi)氧含量≤2.0%，避免硅鋼氧化與碳套輥損耗；
2.輻射管加熱段（RTF）：作為核心加熱單元，采用 “W” 型煤氣輻射管或電磁感應(yīng)加熱裝置，分多段精確控溫（如 13 段分區(qū)控制），爐溫最高可達(dá) 1150℃，滿足高牌號(hào)硅鋼的超高溫退火需求；
3.均熱段（SF）：通過(guò)電加熱帶實(shí)現(xiàn) ±5℃的恒溫控制，確保帶鋼在目標(biāo)溫度下保持足夠停留時(shí)間，促進(jìn)晶粒均勻長(zhǎng)大，為磁性能提升奠定基礎(chǔ)；
4.隔離器（SEP）：采用氣氛隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)加熱段與冷卻段的環(huán)境分隔，避免不同工藝氛圍的相互干擾；
5.冷卻段：組合冷卻管段（CTF）與循環(huán)氣體噴淋冷卻段（RJC），對(duì)高牌號(hào)硅鋼采用緩慢冷卻控制速率，對(duì)普通牌號(hào)則通過(guò)脈沖噴霧冷卻提升效率，冷卻均勻性可達(dá) ±5℃；
6.氣浮輸送系統(tǒng)：部分高端機(jī)組采用氣浮式帶鋼傳送裝置，通過(guò)噴嘴氣流托起帶鋼，替代傳統(tǒng)爐底輥，徹底解決輥面結(jié)瘤導(dǎo)致的表面缺陷問(wèn)題；
7.氣氛調(diào)控單元：配置加濕、滲氮等子系統(tǒng)，可將保護(hù)氣露點(diǎn)控制在 - 50~95℃，并通過(guò)氨氣噴管精準(zhǔn)控制滲氮濃度，滿足取向硅鋼的抑制劑形成需求。
（二）關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)：平衡性能與效率

（一）加熱技術(shù)優(yōu)化
1.超高溫輻射管：采用 L 行程雙級(jí)換熱結(jié)構(gòu)與煙氣卷吸回流裝置，燃燒效率提升 8%，NOx 排放降至 120ppm 以下，空氣預(yù)熱溫度可達(dá) 500℃以上，適配武鋼 CP5、太鋼 CP2 等高端機(jī)組；
2.電磁感應(yīng)加熱：加熱速率為傳統(tǒng)方式的 3 倍，通過(guò)非接觸加熱實(shí)現(xiàn)無(wú)表面污染，顯著提升取向硅鋼的 Goss 方位取向度，助力太鋼高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼一次性試產(chǎn)成功。
（二）冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.脈沖噴霧冷卻：創(chuàng)造性采用脈沖控制模式，冷卻能力提升 10%，霧化粒徑≤100μm，氣水比≤5，可將帶鋼板形控制在邊浪≤2%、平直度≤50I 的高標(biāo)準(zhǔn)；
2.間接冷卻管：U 型冷卻管與電阻帶協(xié)同控制，在保證冷卻速率的同時(shí)維持帶鋼板形，尤其適用于 0.35mm 以下薄規(guī)格硅鋼的處理。
（三）智能控制設(shè)計(jì)
1.退火數(shù)學(xué)模型：通過(guò)板溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)整，為基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)提供穩(wěn)態(tài)與過(guò)渡狀態(tài)的精準(zhǔn)設(shè)定值，覆蓋爐溫、空燃比、帶鋼速度等關(guān)鍵參數(shù)，已在武鋼、太鋼多機(jī)組應(yīng)用；
2.全流程監(jiān)控：對(duì)碳套輥運(yùn)行狀態(tài)、爐內(nèi)氧含量、冷卻水溫等 20 余項(xiàng)指標(biāo)實(shí)時(shí)追蹤，異常時(shí)自動(dòng)觸發(fā)氮?dú)獯祾摺⒕o急降溫等預(yù)案。
（三）針對(duì)性設(shè)計(jì)：適配不同硅鋼類型

三、連續(xù)退火爐的工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐
（一）典型應(yīng)用案例
安鋼冷軋退火 - 涂層機(jī)組
1.設(shè)備配置：中冶南方設(shè)計(jì)的臥式連續(xù)退火爐，含 13 段輻射管加熱、7 段均熱控制，配套堿液清洗與絕緣涂層系統(tǒng)；

2.生產(chǎn)能力：年產(chǎn)能 20 萬(wàn)噸，覆蓋高中低牌號(hào)無(wú)取向硅鋼，產(chǎn)品用于高效電動(dòng)機(jī)鐵芯；

3.核心成效：通過(guò)優(yōu)化碳套裝配規(guī)范與爐溫匹配，將帶鋼表面凹坑缺陷率降低 40%，一級(jí)品率提升至 92%。

太鋼酸軋硅鋼機(jī)組

1.設(shè)備配置：中冶南方威仕熱工電磁感應(yīng)加熱退火爐，集成脈沖噴霧冷卻與退火數(shù)學(xué)模型；

2.生產(chǎn)能力：專注高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼，磁性能達(dá) P1.5/50≤2.5W/kg，B50≥1.78T；

3.核心成效：加熱效率提升 30%，噸鋼能耗降低 12kg 標(biāo)準(zhǔn)煤，一次性通過(guò)高牌號(hào)硅鋼連續(xù)試運(yùn)行。

武鋼 HiB 硅鋼改造項(xiàng)目（CA7/8 機(jī)組）
1.設(shè)備配置：升級(jí)滲氮系統(tǒng)與氣氛隔離裝置，采用燃?xì)饧t外干燥技術(shù)；

2.生產(chǎn)能力：HiB 取向硅鋼產(chǎn)能提升至 15 萬(wàn)噸 / 年，鐵損 P1.7/50≤1.0W/kg；

3.核心成效：NOx 排放降至傳統(tǒng)工藝的 30% 以下，涂層干燥時(shí)間縮短 20%。

（二）應(yīng)用中的核心問(wèn)題與解決路徑
碳套輥損耗與結(jié)瘤問(wèn)題

1.成因：高溫下帶鋼邊部摩擦、爐內(nèi)氧化氣氛侵蝕、停機(jī)變形導(dǎo)致碳套損壞，結(jié)瘤可造成帶鋼表面凹坑缺陷；

2.對(duì)策：采用滲鉻處理碳套（填充氧化鉻封閉孔隙），加強(qiáng)爐內(nèi)氧含量監(jiān)控（≤1.5%），推行在線激光清理輥面結(jié)瘤技術(shù)，使碳套更換周期延長(zhǎng)至原來(lái)的 1.5 倍。

磁性能波動(dòng)問(wèn)題

1.成因：退火溫度與帶鋼速度匹配失衡、滲氮濃度不穩(wěn)定、冷卻速率偏差；

2.對(duì)策：通過(guò)退火數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)調(diào)整工藝參數(shù)，配置激光在線測(cè)厚與磁性能檢測(cè)裝置，將鐵損波動(dòng)范圍控制在 ±0.05W/kg 內(nèi)。

能耗偏高問(wèn)題

1.成因：加熱段熱損失大、冷卻系統(tǒng)水耗高、氣氛循環(huán)效率低；

2.對(duì)策：采用煙氣余熱回收換熱器（預(yù)熱空氣溫度≥450℃），推廣脈沖噴霧冷卻替代連續(xù)冷卻，實(shí)現(xiàn)噸鋼煤氣消耗降低 8%~10%。
四、發(fā)展趨勢(shì)與展望
（一）技術(shù)升級(jí)方向
1.極致能效設(shè)計(jì)：開發(fā) 1200℃以上超高溫加熱技術(shù)，結(jié)合全熱回收系統(tǒng)，目標(biāo)將單位能耗再降 15%；

2.智能化升級(jí)：引入 AI 視覺(jué)識(shí)別監(jiān)測(cè)帶鋼表面質(zhì)量，通過(guò)數(shù)字孿生模擬退火全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的預(yù)測(cè)性優(yōu)化；

3.綠色生產(chǎn)：推廣全氫氣氛退火（替代氮?dú)浠旌蠚猓?，結(jié)合光伏供電系統(tǒng)，打造 “零排放” 退火單元。

（二）國(guó)產(chǎn)替代與技術(shù)突破
我國(guó)已在硅鋼退火爐領(lǐng)域形成 40 余項(xiàng)核心專利，中冶南方等企業(yè)的裝備已實(shí)現(xiàn)對(duì)武鋼、太鋼等高端機(jī)組的全覆蓋，打破了日本 JFE 的技術(shù)壟斷。未來(lái)需重點(diǎn)突破薄規(guī)格（0.15mm 以下）硅鋼的氣浮輸送技術(shù)與超低溫露點(diǎn)（≤-60℃）氣氛控制技術(shù)，進(jìn)一步縮小與國(guó)際頂尖水平的差距。

五、結(jié)語(yǔ)
冷軋硅鋼連續(xù)退火爐的設(shè)計(jì)需圍繞 “性能精準(zhǔn)調(diào)控、效率提升、成本優(yōu)化” 三大核心目標(biāo)，通過(guò)加熱 - 冷卻 - 氣氛系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)與智能控制技術(shù)的深度應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)硅鋼磁性能與生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性的平衡。從安鋼的基礎(chǔ)產(chǎn)能保障到太鋼的高端產(chǎn)品突破，國(guó)內(nèi)退火爐技術(shù)已完成從 “跟跑” 到 “并跑” 的跨越，未來(lái)隨著綠色化、智能化技術(shù)的融合，將為我國(guó)硅鋼產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供核心裝備支撐。