颜 君

（上海华峰铝业股份有限公司，上海 201500）

0 引言

氮气保护式铝卷退火炉是生产过程中的关键设备，氮气作为保护气加热，使炉内达到少氧环境，可防止铝卷的氧化、脱碳，能够得到性能和表面质量更好的产品。现今市场竞争压力日益增大，减少氮气使用量够降低生产成本，提高市场竞争力。

1 退火炉设备概况

公司现有4 台氮气保护40 t 铝卷退火炉，由陕西安中机械有限责任公司于2008 年设计制造。

1.1 主要技术参数

炉子型式，喷流式电加热氮气保护退火炉；装炉量，40 t；铝卷最大规格，Ф2000 mm×1450 mm，4 卷；炉子最高使用温度，600 ℃；金属退火温度，170～500 ℃；加热方式，电加热该炉设有一套完整的氮气供应及压力调节系统，包括氮气压力检测、气动调节阀、压力调节阀以及流量计等，根据工艺需要可在退火各阶段能完成对氮气不同供应量的自动控制。氮气进口压力约0.5 MPa，充氮洗炉时段预计量大流量700 Nm3/h，氮气吹扫时间≤60 min，氮气吹扫后炉内氧含量≤0.2%，加热升温时段氮气消耗量≤150 Nm3/h，保温时段氮气消耗量≤40 Nm3/h，氮气的纯度是99.99%。

氧含量分析系统主要由氧分析仪构成，能对炉膛的氧含量进行在线分析，分析结果可远传到控制柜的触摸屏上，从而可调节氮气供应系统。

1.2 生产工艺流程

（1）将待退火的铝卷吊放到料架上，用天车吊放在炉外的装出料车上。

（2）松开压紧炉门的气缸，打开炉门并锁紧安全销。

（3）开动装出料机构对准中心，启动液压缸，将料盘升起，再启动小车。将装好炉料的料车送入炉内，小车到位后，将料盘和料架落到炉底两侧的支撑柱上，装出料小车退到炉外，开到合适位置。

（4）脱开安全销，降下炉门，然后压紧炉门使之有良好密封。

（5）氮气供气管路上的气动碟阀全部打开，氮气以最大量从炉底和炉顶吹入炉内开始对炉膛进行吹洗，当炉内氧含量达到0.2%时（大概用时40 min），通向炉底管路的气动球阀关闭，只保留通过量为70 m3/h 的气动球阀打开，同时加热器送电，炉子开始加热升温；炉膛温度大概升到250 ℃时循环风机转为高速运行。

（6）在炉子升温过程中，分3 个阶段进行：差温加热阶段，比例控制阶段，保温阶段。在升温的“差温加热阶段”，一开始炉气温度与炉料温度之差较大，炉子的热工过程由炉气温度进行控制。随着炉料温度的升高，两者之差变小，当料温达到一定值时，信号显示炉子转入比例控制阶段。在此期间，炉温与料温将按一定比例变化（料温升、炉温降）炉子的热工过程转为由料温进行控制，当料温、炉温均达到给定值时系统转入保温阶段，以减少炉料本身表面和心部的温差。在上述各阶段，PLC 系统可随时显示各种参数，整个操作过程既可按PLC 程序自动进行，也可转换为手动控制，保温终了时发出声光信号，准备出炉或降温。

（7）切断加热器，开启旁路冷却器，进行炉内降温冷却。如要求控制降温，可用变频器调节旁冷风机和吹洗风机的风量和风压。必要时，加热器还应投入工作。

（8）冷却降温工序完成后，停止循环风机，松开压紧气缸，打开炉门并插入安全销。开动复合料车，把料拉出炉外。把料车上退完火的料用天车吊走，重新装料。这就是第一炉次退火的全部过程。

2 氮气管路串联改造方案

以现有4 台氮气保护铝卷退火炉为改造对象，按顺序分别命名为1#退火炉、2#退火炉、3#退火炉、4#退火炉，退火炉管路如图1 所示。将1#退火炉排烟管到与2#退火炉吹洗管路连接，连接管通径DN150，PN1.6 MPa，连接管中间安装有金属硬密封气动蝶阀，采用同样的方法依次将2#与3#退火炉连接、3#与4#退火炉连接。由于现场空间限制，未将4#退火炉排烟管道与1#退火炉吹洗管道连接，没有形成闭环回路，同行公司现场条件允许的情况下可以尝试闭环连接。

图1 退火炉管路

3 改造后的生产工艺流程

3.1 将1#、2#退火炉或2#、3#退火炉或3#、4#退火炉两两成对使用

例如安排1#、2#同时生产时，3#、4#退火炉继续沿用之前的操作流程不受干扰。若1#、2#退火炉成对安排生产，首先将1#退火炉吹洗管路、排烟管路以及2#退火炉吹洗管路3 个气动蝶阀关闭；打开1#、2#退火炉串联管路以及2#退火炉排烟管路2 个气动蝶阀；1#退火炉氮气供气管路上大流量气动碟阀打开，氮气以700 m3/h 的流量从炉底和炉顶吹入炉内开始对1#退火炉炉膛进行吹洗，大流量氮气（如图1 退火炉管路图中虚线所示）首先充满1#退火炉，然后含氮空气（此时氮气含量约95%）从串联管路进入2#退火炉，最后废气从2#退火炉排烟管道排出。

当1#退火炉内氧含量达到0.2%（大概用时40 min）时，加热器送电，1#退火炉开始加热升温，同时关闭串联管路气动蝶阀，打开1#退火炉排烟管道气动蝶阀进入正常生产工艺流程。此时2#退火炉氧含量约1%，需要打开2#退火炉氮气管路气动蝶阀，用大流量氮气对2#退火炉进行吹洗约5 min，炉内氧含量达到0.2%，加热器送电，2#炉开始加热升温进入正常生产工艺流程。

3.2 退火炉升温前炉内吹洗所需的氮气用量

（1）1#、2#退火炉分别单独使用氮气吹洗所需氮气总量：

（2）1#、2#退火炉使用串联管路进行氮气吹洗所需氮气总量：

（3）利用两台退火炉串联管路进行大流量吹洗可节约氮气用量约：

（4）串联管路大流量充氮总用时比单独分别充氮时间多5 min（单独充氮可同时进行）。

4 结语

通过改造和生产跟踪测试，使用1 台退火炉的大流量氮气同时吹洗2 台退火炉确实能够起到节约氮气的作用，且不会明显增加生产时间（相较于总退火时间13 h）。但是，1 台退火炉的氮气是否能够同时吹洗3 台或3 台以上的退火炉，经吹洗3 台退火炉的测试，效果并不理想，有以下原因：①3 台退火炉所进的物料必须有相似的退火工艺；②排产难度增大，必须等待3 台同时进料生产，时间成本上升；③受限于退火炉炉体的密封性和气源压力，氮气吹洗时间较长，整体用量节约并不明显。

综上所诉，以现有设备概况，采用1 台退火炉的大流量氮气同时吹洗2 台退火炉的方案是最经济的。相关同行若有类似节能需求可参考借鉴。