取向矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況的監控方法與流程

2023-04-27 15:41:36

本發明涉及一種氣體走向和分配情況的監控方法，尤其涉及一種爐內氣體走向和分配情況的監控方法。

背景技術：

取向矽鋼脫碳退火工藝的主要目的是脫碳降低帶鋼中的碳含量以消除成品磁時效、控制一次再結晶晶粒尺寸以及控制帶鋼氧化膜結構。其中帶鋼表面的氧化膜結構將直接影響最終成品的底層質量，而帶鋼表面的氧化膜結構主要通過脫碳退火爐中的保護氣氛，結合一定的退火溫度及退火時間等控制。在退火爐結構及退火溫度工藝等確定以後，產品的底層質量主要受爐內保護氣氛影響，爐內露點分布狀況將直接決定帶鋼表面氧化膜結構，進而影響產品的最終底層質量。

目前，取向矽鋼脫碳退火工藝通過取向矽鋼脫碳退火爐實現。取向矽鋼脫碳退火爐包括入口段和出口段，還可以包括與出口段連接的其他段。所述入口段和出口段均包括進氣口和排氣口。取向矽鋼脫碳退火爐主要採用一定比例的氮、氫氣體從進氣口通入爐內入口段和出口段並從排氣口排出以形成保護氣氛，通過加溼器及爐內隔離裝置控制爐內露點分布，輔以爐內露點檢測以及爐壓檢測裝置等監控。正常情況下，通入爐內的氣體需要按照一定的分配比例，分別在入口段和出口段內穩定流通(氣體通入和排出達到平衡)，以達到爐內氣氛按照露點分布等既定目標穩定控制的目的。由於脫碳退火結束爐段還與其它爐段相連，同時受加熱爐爐內溫度場波動、露點檢測及控制精度等影響，實際爐內露點分布時常出現與目標不一致且無法有效識別的情況。出現這類問題的根源在於爐內氣體的走向與分配出現偏差，甚至出現因爐壓控制不合理或隔離段隔離效果不佳，致使出現爐內不同段爐氣倒灌的情況。目前，除了爐壓檢測及爐內氣體分析檢測等手段外，尚無其它有效識別爐氣走向的有效方法，至於具體的爐氣走向分配，更是缺乏有效手段監控。

通過對文獻和專利的檢索，與取向矽鋼生產脫碳退火爐爐內氣體走向分配監控或計算等相關的專利及文獻包括：公開號為cn101988152a，公開日為2011年3月23號，名稱為「連續退火爐爐內氣體清潔度檢測方法」的中國專利文獻公開了一種連續退火爐爐內氣體清潔度檢測方法，其通過計量泵爐內抽氣離線分析爐氣顆粒物比例，確定爐氣清潔度；公開號為cn202595220u，公開日為2012年12月12號，名稱為「一種連續退火爐氣氛露點控制裝置」的中國專利文獻公開了一種連續退火爐氣氛露點控制裝置，其通過pid精確控制通入爐內的水量達到控制露點的目的。上述專利主要涉及通過檢測爐內實際氣氛，再反饋控制爐內氣氛，但均未涉及如何監控具體爐內氣體走向與分配。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種取向矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況的監控方法，通過該方法可以對矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況進行監控，從而使得通入爐內的氣體按照一定的分配比例，分別在入口段、出口段內穩定流通，以達到爐內氣氛按照露點分布等既定目標穩定控制的目的，從而提升產品的底層質量。

為了實現上述目的，本發明提出了一種取向矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況的監控方法，所述取向矽鋼脫碳退火爐包括入口段和出口段；其特徵在於，包括步驟：

確定通入取向矽鋼脫碳退火爐的入口段和出口段的氣體的物質的量n：

其中：入口段和出口段具有n個進氣口，ni表示從第i個進氣口通入的氣體的物質的量，其單位為mol；pi表示從第i個進氣口通入的氣體的壓強，其單位為pa；ti表示從第i個進氣口通入的氣體的溫度，其單位為k；vi表示從第i個進氣口通入的氣體量，其單位為m3/h；εi表示從第i個進氣口通入的氣體的含水率，其單位為％；

確定取向矽鋼脫碳退火爐單位時間內的脫碳量tc：

tc＝q×(c入-c出)×10-6

q＝v×60×w×h×ρ

其中，q表示單位時間內的通鋼量，其單位為噸；v表示帶鋼速度，其單位為m/min；w表示帶鋼寬度，其單位為mm；h表示帶鋼厚度，其單位為mm；ρ表示帶鋼密度，其單位為噸/m3；c入表示取向矽鋼脫碳退火爐入口處的帶鋼碳含量，其單位為ppm；c出表示取向矽鋼脫碳退火爐出口處的帶鋼碳含量，其單位為ppm；

採用氣體分析儀分別測量取向矽鋼脫碳退火爐入口段氣體中的co和co2的體積比例和(pco+pco2)入以及出口段氣體中的co和co2的體積比例和(pco+pco2)出；

根據下述模型公式確定取向矽鋼脫碳退火爐入口段氣體分配係數λ：

當λ＞1時，判斷為發生了爐氣倒灌；否則，判斷為爐內氣流走向正常。

本發明所述的取向矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況的監控方法的總體構思是：基於通入取向矽鋼脫碳退火爐的入口段和出口段的氣體的物質的量n，以及通入取向矽鋼脫碳退火爐的入口段的氣體的物質的量n入，得到取向矽鋼脫碳退火爐入口段氣體分配係數λ，其中λ＝n入：n。根據該氣體分配係數λ即可以判斷出爐內氣體走向和分配情況，確定爐內氣流是否順暢合理，是否出現了爐氣倒灌，以對矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況進行監測。同時，可對λ反映的當前的爐內氣體走向和分配情況採取相應成熟的技術手段進行控制，使得當前爐內氣體走向和分配情況與目標爐內氣體走向和分配情況在允許範圍內保持一致，表現為將λ控制在允許範圍內，從而實現對矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況進行控制。因此，通過該方法可以對矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況進行監控，從而使得通入爐內的氣體按照一定的分配比例，分別在入口段、出口段內穩定流通，以達到爐內氣氛按照露點分布等既定目標穩定控制的目的，從而提升產品的底層質量。

下面詳細介紹本發明的原理：

(一)確定通入取向矽鋼脫碳退火爐的入口段和出口段的氣體的物質的量n：

其中：入口段和出口段具有n個進氣口，ni表示從第i個進氣口通入的氣體的物質的量，其單位為mol；pi表示從第i個進氣口通入的氣體的壓強，其單位為pa，可通過進氣口管道上的壓力計測得；ti表示從第i個進氣口通入的氣體的溫度，其單位為k，可通過進氣口管道上的測溫儀測得；vi表示從第i個進氣口通入的氣體量(氣體量分為幹氣量和溼氣量兩種，其中幹氣量是氫氣和氮氣的和，溼氣量是氫氣、氮氣以及水蒸汽的和，該值是可以測得的；根據露點分布需求選擇通入相應種類的氣體量)，其單位為m3/h；εi表示從第i個進氣口通入的氣體的含水率，其單位為％，根據第i個進氣口露點儀檢測該處露點dewi並查詢相應化學手冊確定；r為理想氣體常數，通常取8.314j·mol-1·k-1。

由於取向矽鋼脫碳退火爐密封，且爐內正壓，確保了外界環境氣體不會漏入爐內，故取向矽鋼脫碳退火爐的入口段和出口段中，通過進氣口通入的氣體的物質的量應該與通過排氣口排出的氣體的物質的量平衡，因此通入取向矽鋼脫碳退火爐的入口段和出口段的氣體的物質的量可以反映爐內氣體的走向和分配情況。

(二)確定取向矽鋼脫碳退火爐單位時間內的脫碳量tc：

tc＝q×(c入-c出)×10-6

q＝v×60×w×h×ρ

其中，q表示單位時間內的通鋼量，其單位為噸；v表示帶鋼速度，其單位為m/min；w表示帶鋼寬度，其單位為mm；h表示帶鋼厚度，其單位為mm；ρ表示帶鋼密度，其單位為噸/m3；c入表示取向矽鋼脫碳退火爐入口處的帶鋼碳含量，其單位為ppm；c出表示取向矽鋼脫碳退火爐出口處的帶鋼碳含量，其單位為ppm。

通過煉鋼成分或脫碳退火前取樣分析，可以確定入口帶鋼碳含量c入，通過脫碳板取樣檢測可以確定出口帶鋼碳含量c出，因此單位時間內的脫碳量tc可以直接計算出結果。

(三)採用氣體分析儀分別測量取向矽鋼脫碳退火爐入口段氣體中的co和co2的體積比例和(pco+pco2)入以及出口段氣體中的co和co2的體積比例和(pco+pco2)出。

在取向矽鋼脫碳退火爐入口段及脫碳退火結束的段末端均設有排氣口，用於廢氣直接排放或燃燒後排放，排氣口處設置co和co2檢測儀，用於檢測入口段及脫碳退火結束的段末端的co和co2的體積比例。

(四)根據下述模型公式確定取向矽鋼脫碳退火爐入口段氣體分配係數λ：

設通入入口段和出口段的氣體中的碳含量總量：t氣＝t入+t出，其中，t入和t出分別表示通入入口段和通入出口段的氣體中的碳含量總量，其單位為kg，其計算模型為：

t入＝(pco+pco2)入×n入×12×10-3

t出＝(pco+pco2)出×n出×12×10-3(1)

其中，(pco+pco2)入、(pco+pco2)出分別表示通入入口段和出口段的氣體中co和co2的體積比例和，通過氣體分析儀可以確定其體積含量百分比；n入和n出分別表示通入入口段和出口段的氣體的物質的量的總量。不考慮脫碳反應所引起的氣體物質的量上升的情況下，顯然有：

其中，如果爐內氣體倒灌，則n出為負值。

由於單位時間內的脫碳量tc與通入入口段和出口段的氣體中的碳含量總量t氣相等，即：

tc＝q×(c入-c出)×10-6＝t氣＝t入+t出(3)

式(3)結合式(1)和式(2)得到：

(五)當λ＞1時，判斷為發生了爐氣倒灌；否則，判斷為爐內氣流走向正常。

當λ＞1時，表示爐氣發生了倒灌。

進一步地，本發明所述的監控方法中，當λ≤0.55時，判斷為爐氣主要從出口段排放，爐內露點相對於最佳值偏低。

當λ≤0.55時，表示出口段爐氣分配較大，爐內露點整體偏低。

進一步地，本發明所述的監控方法中，當0.78＞λ＞0.55時，判斷為爐內氣流走向正常，且氣體分配情況最佳。

當0.78＞λ＞0.55時，表示爐內氣流走向及分配正常，此時隔牆、爐壓、露點分布等正常。

進一步地，本發明所述的監控方法中，當1≥λ≥0.78時：判斷為爐氣主要從入口段排放，爐內露點相對於最佳值偏高

當1≥λ≥0.78時，表示爐氣主要從入口段排放，出口段氣體分配較少，爐內實際露點會相對偏高。

本發明提供的取向矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況的監控方法的優點包括：

(1)本發明方法直觀，簡單易行，可作為監控大生產過程穩定性的手段；

(2)對分析檢測等條件要求不高，檢測結果的重複性和再現性好，能夠有效評估爐內氣體走向及分配；

(3)結合在線氣體分析儀，可以實時動態評估爐內氣體走向分配，結合壓力擋板開度反饋控制，易於實現爐內氣流的穩定控制；

(4)通過該方法，從目前常規脫碳退火爐配置的檢測儀表，即可以計算出爐內氣流走向及分配比例，實時監控爐內氣氛，對現有設施無改動；

(5)本發明計算簡單，操作簡便，易於複製,具有較好的推廣應用前景。

附圖說明

圖1為本發明所述的取向矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況的監控方法在一種實施方式下所應用的取向矽鋼脫碳退火爐示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖說明和具體的實施例對本發明所述的取向矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況的監控方法做進一步的解釋和說明，然而該解釋和說明並不對本發明的技術方案構成不當限定。

圖1顯示了本實施例的取向矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況的監控方法所應用的取向矽鋼脫碳退火爐。

本實施例的取向矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況的監控方法應用於如圖1所示的取向矽鋼脫碳退火爐，該取向矽鋼脫碳退火爐包括入口段1、出口段2以及其他段3，入口段1具有進氣口i1和排氣口o入，出口段2具有進氣口i2～in，其他段3具有排氣口o出；本實施例的方法包括步驟：

確定通入取向矽鋼脫碳退火爐的入口段1和出口段2的氣體的物質的量n：

其中：入口段1和出口段2具有n個進氣口ii，i＝1，2……n，ni表示從第i個進氣口通入的氣體的物質的量，其單位為mol；pi表示從第i個進氣口通入的氣體的壓強，其單位為pa；ti表示從第i個進氣口通入的氣體的溫度，其單位為k；vi表示從第i個進氣口通入的氣體量(氣體量分為幹氣量和溼氣量兩種，其中幹氣量是氫氣和氮氣的和，溼氣量是氫氣、氮氣以及水蒸汽的和，通過測量得到；根據露點分布需求選擇通入相應種類的氣體量)，其單位為m3/h；εi表示從第i個進氣口通入的氣體的含水率，其單位為％，根據第i個進氣口露點儀檢測該處露點dewi並查詢相應化學手冊確定；r為理想氣體常數，取8.314j·mol-1·k-1。

確定取向矽鋼脫碳退火爐單位時間內的脫碳量tc：

tc＝q×(c入-c出)×10-6

q＝v×60×w×h×ρ

其中，q表示單位時間內的通鋼量，其單位為噸；v表示帶鋼速度，其單位為m/min；w表示帶鋼寬度，其單位為mm；h表示帶鋼厚度，其單位為mm；ρ表示帶鋼密度，其單位為噸/m3；c入表示取向矽鋼脫碳退火爐入口處的帶鋼 碳含量，其單位為ppm，通過煉鋼成分或脫碳退火前取樣分析確定；c出表示取向矽鋼脫碳退火爐出口處的帶鋼碳含量，其單位為ppm，通過脫碳板取樣檢測確定；

採用氣體分析儀分別測量取向矽鋼脫碳退火爐入口段氣體中的co和co2的體積比例和(pco＋pco2)入以及出口段氣體中的co和co2的體積比例和(pco+pco2)出；排氣口o入和o出處設置co和co2檢測儀，用於檢測入口段及脫碳退火結束的段末端的co和co2的體積比例；

根據下述模型公式確定取向矽鋼脫碳退火爐入口段氣體分配係數λ：

當λ＞1時，判斷為發生了爐氣倒灌；否則，判斷為爐內氣流走向正常。

上述實施例中，取向矽鋼脫碳退火爐的脫碳退火機組以90m/min的帶鋼速度v對0.285mm*1105mm的帶鋼寬度w*帶鋼厚度h的厚鋼板脫碳退火，脫碳退火前後帶鋼碳含量c入和c出分別為540ppm和22ppm，帶鋼密度ρ為7.65噸/m3；從進氣口ii通入vi的氣體量的總和，包括90m3/h的幹氣量(含水率為0％)和露點溫度為70度的630m3/h的溼氣量(查表得含水率為33.6％)，其中氣體的壓強pi為113.8kpa，溫度ti為27℃；入口段1和出口段2的co體積比例分別為1.58％和0.12％；入口段1和出口段2的co2體積比例分別為0.17％和0.03％。

基於以上參數，按上述實施例方法計算：

取向矽鋼脫碳退火爐單位時間內的脫碳量tc：

tc＝(90*60)*1105*0.285*7.65*(540-22)*10-6＝6.739kg/h；

通入取向矽鋼脫碳退火爐的入口段和出口段的氣體的物質的量n：

取向矽鋼脫碳退火爐入口段氣體中的co和co2的體積比例和：

(pco+pco2)入＝(1.58％+0.12％)＝1.70％

取向矽鋼脫碳退火爐出口段氣體中的co和co2的體積比例和：

(pco+pco2)出＝(0.17％+0.032％)＝0.20％

基於上述計算結果可以計算得到取向矽鋼脫碳退火爐入口段氣體分配係數λ：

按上述實施例方法判斷取向矽鋼脫碳退火爐爐內氣體走向和分配情況：

由於0.78＞λ＞0.55，表明爐內氣流走向及分配正常。

需要注意的是，以上列舉的僅為本發明的具體實施例，顯然本發明不限於以上實施例，隨之有著許多的類似變化。本領域的技術人員如果從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應屬於本發明的保護範圍。