退火炉空燃比优化方法技术领域
本发明涉及燃烧控制系统，具体地，涉及一种退火炉空燃比优化方法。
背景技术
本钢冷轧厂2#镀锌机组投产与2005年，该机组已经运行10余年，受设备及管路老
化影响，造成各个烧嘴空气、煤气不平衡燃烧，加速部分烧嘴损坏速度，影响退火炉加热均
匀性及热效率。本发明可以解决退火炉所有烧嘴燃烧时空气、煤气配比平衡，提高退火炉加
热均匀性及热效率，延长辐射管的使用周期。2#镀锌机组采用美钢联法退火炉,由于带钢表
面没有氧化铁,在退火炉中则不需要很强的还原气氛,因此可以降低炉内氢气的含量,减少
了爆炸的可能性。另外使用全辐射管加热,其控制调节也比直接用燃气烧嘴加热的控制容
易得多。
热镀锌原板经过退火炉要达到两个目的。第一，带钢在退火炉内要加热到一定温
度，完成控制加热或完成再结晶退火，以控制带钢的机械性能；首先在预热炉中把带钢预热
到再结晶温度，然后在还原炉中把带钢加热到再结晶温度以上并保温，均热，最后带钢在冷
却段被冷却到入锌锅温度。第二，要使带钢具有一个清洁的无氧化物存在的海绵状纯铁活
性表面，并且使带钢密封地进入锌锅中进行热镀锌，密闭地进人锌锅达到镀锌的目的，因此
我们要在生产中控制带钢在各段的加热及冷却温度。同时要采用保护气体吹扫还原的方法
去除带钢表面的氧化物，并保证带钢不会再次氧化，因此就要控制燃烧气体的流量成份及
炉压。在美钢联法热镀锌退火工艺中，大体分为预热段，辐射管加热段，均热区，快速喷冷却
段，出口段(包括一个均衡通道和一个张紧辊装置)。
被加热后的带钢进入辐射管加热炉，还原炉的作用主要是把带钢表面的氧化铁皮
还原为适合于镀锌的活性海绵状纯铁层。另外经过辐射加热使带钢在合适的温度下完成再
结晶退火。还原炉一般为直通式辊式炉，炉体外壳由厚钢板加固组成，整个炉体的焊接工艺
要求很严，任何焊点部位，不但要保证足够的强度还要保证密封性，炉壁采用保温材料和耐
火砖砌成，炉体两侧开有安装炉底辊和辐射管用的圆孔，每个孔都焊有法兰盘，还原炉辐射
管交错布置在了炉体的两侧，可燃气体经管道通过烧咀在辐射管内燃烧，并通过管壁进行
热辐射，达到间接加热的目的，辐射管为W型管。辐射到环境的温度可以达到980℃，因此，辐
射管要求材质一定要好，一般都采用Ni、Cr合金制成.井且辐射管内要保证氧化气氛.以保
证辐射管的使用寿命，辐射管在非氧化性气氛下，由于管内氧气不足，煤气量过剩，多余的
CO会在高温下与管壁产生下列化学反应：
6Fe+2CO＝2Fe3C+O2
在管壁上形成渗碳体，使管子变脆，产生裂纹，另外辐射管在高温的条件下，由于
保护气体中存在大量的N2，会产生渗氮现象，实践证明，温度愈高，氮含量愈高，渗氮现象就
愈严重，但渗氮并不会直接造成管子的破坏，只有在高氧化气氛中，才会使渗氮的管子沿着
氮化物强烈地被氧化，造成辐射破裂。因为弯曲的炉底辊在转动过程中会使带钢表面产生
划伤，也会引起带钢在炉内跑偏，更换炉底辊最重要的注意事项是回装后的密封，辊子两端
密封的锥体部分装有隔板，其中充填有毛状绝热材料，内部注有密封润滑油脂，这种油脂具
有耐高温、耐老化。润滑性能良好等特点，并能起到一定密封作用，炉底辊一般还带有保护
气体密封，用氮气通过管路对每个炉底辊轴封处进行不间断吹扫，以保证氧气不会渗入炉
内。
燃烧器是推拉类型的，通过燃烧器风扇把燃烧空气送入燃烧器。在每个输入气区
域，通过煤气控制阀，燃烧器被分成5个独立控制区，在废气吸尘中形成负压。燃烧控制区域
的监控是与安装在燃烧室的两个热电偶的温度设定点有关。在自动控制状态或人工控制状
态下，温度设定点是通过数学模型确定的。在正常操作时，使用两个热电偶的平均值。一旦
出现故障，仅仅使用一个热电偶的值。在第一区域中，为了提供最好的燃烧比，需要煤气流
量可以通过控制阀与助燃输送风机共同调整。在瞬态阶段，为了保证氧化混合物，如果要求
的能源降低，输送的煤气首先减少；如果需求的能源增加，输的空气首先提高。当O2含量比
设定点低时，燃烧比(O2含量)和燃烧质量(CO含量)是通过O2分析仪和CO分析仪在每个燃烧
级别恒定监控，O2分析仪和CO分析仪安装在分析仪柜中，柜中装有样本阀以便空气/煤气比
的极限调整能应用。一旦燃烧火焰有故障，煤气通过单独控制盒来的信号切断有影响的燃
烧器。通过报警系统和燃烧系统通知操作者，操作者通过考虑其他燃烧器的亏空修正空气
流量。
发明内容
退火炉空燃比优化方法，用于解决退火炉所有烧嘴燃烧时空气、煤气配比平衡，提
高退火炉加热均匀性及热效率，保证镀锌产品的机械性能。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：总是先进行空气的平衡，并且尽量在
炉子冷的时候进行，以避免在平衡时影响空燃比的因素。
A-空气平衡：在炉子停炉时
1-打开所有的空气调节阀(100％打开)；
2-把所要调节的区域里助燃空气流量控制回路设定到内部的设定点；
3-把助燃空气流量控制器的设定点至少设置到做大流量的80％；。
4-记录测量出来的每个烧嘴空气流量ΔP(压差)；
5-计算压差ΔP的平均值；
6-定位找到烧嘴ΔP高于平均值的那些烧嘴，调节这些烧嘴(通过关闭空气调节
阀)ΔP使其等于平均值减去ε(ε是一个估算值，为了减少调节量，对于要调节的第一个烧
嘴，这个值应该大一些，并且逐步的减小；)
7-记录每个烧嘴ΔP的测量值(不调节任何东西)；
8-返回到第五步，直到所有空气流量ΔP调节到可以接受范围(它取决于空气流量
ΔP的波动和第五、六步完成的状态好坏)；
B-煤气平衡(在炉子运行状态下)
1-炉子在运行状态下，我们不去碰煤气调节阀，使其保持原样。
2-所有要进行调节的烧嘴必须能工作，一定要努力使工作的烧嘴尽可能最多。
3-把燃烧煤气流量控制器设定点至少设置到最大流量的60％。
(助燃空气的流量将自动的被空燃比控制设置)
记录每个烧嘴煤气流量ΔP的测量值。
5-计算ΔP(压差)的平均值
6-定为找到烧嘴压差ΔP低于平均值的，调节这些烧嘴(靠打开煤气调节阀)调节
到ΔP＝平均值+ε
7-记录每个烧嘴煤气流量的ΔP(压差)测量值(不做任何调整)
8-返回第五步，直到所有煤气压差量在可接受范围内。
C-废气分析(在炉子运行状态下)
1-设定区域载荷至少要60％
2-记录每个烧嘴在废气里的O2和CO含量
O2应该在4％～8％之间(取决于承载)
CO应该小于30ppm(在炉子温度高于700℃时)，如果炉温较低时，CO含量应该高达
500ppm。
本专利的关键点在于调整时必须保证所有烧嘴能够正常燃烧。
本发明的有益效果是：
本发明的退火炉空燃比优化方法具有以下优点：保证退火炉所有烧嘴燃烧时空
气、煤气配比平衡，提高退火炉加热均匀性及热效率，保证镀锌产品的机械性能；降低炉内
氢气的含量,减少了爆炸的可能性。另外使用全辐射管加热,其控制调节也比直接用燃气烧
嘴加热的控制容易得多，大大节约了能源，增加了设备的使用寿命。
具体实施方式
实施例1：
步骤1：在退火炉停炉时，调节退火炉每个烧嘴的空气流量压差；所述步骤1具体操
作依次为：退火炉停炉时，退火炉内空气平衡，(1)100％打开所有的空气调节阀；(2)把退火
炉所有区域里的助燃空气流量控制回路设定到内部的设定点；(3)所述内部的设定点设置
到最大助燃空气流量的80％～90％；(4)记录测量出来的每个烧嘴空气流量压差，计算压差
的平均值；(5)定位找到压力差高于平均值的烧嘴，通过关闭空气调节阀调节所述压力差高
于平均值的烧嘴，使其压力差等于所述平均值减去估算值；(6)记录每个烧嘴压力差的测量
值，计算压力差的平均值，调节空气调节阀，直到把所有烧嘴压力差调节到压力差的平均值
减去估算值。
步骤2：在退火炉运行状态下，调节退火炉每个烧嘴的煤气流量压差；在退火炉运
行状态下，退火炉内煤气平衡，(1)炉子在运行状态下，煤气调节阀保持不动；(2)保持所有
烧嘴正常工作；(3)将燃烧煤气流量控制器设定点设定为最大流量的60％，助燃空气流量将
自动的被空燃比控制设置，记录每个烧嘴煤气流量压力差的测量值，然后计算压力差的平
均值；(4)定位找到压力差低于平均值的烧嘴，打开煤气调节阀调节所述压力差低于平均值
的烧嘴，使其等于压力差平均值加上估算值；(5)记录每个烧嘴煤气流量的压力差测量值，
计算压力差的平均值，直到所有煤气压差量等于压力差平均值加上估算值。
步骤3：在退火炉运行状态下进行废气分析，步骤3具体操作依次为：在退火炉运行
状态下进行废气分析，(1)设定区域载荷至少要60％；(2)记录每个烧嘴在废气里的O2和CO
含量，O2应该在4％～8％之间，在退火炉温度高于700℃时，CO小于30ppm，如果炉温低于700
℃时，CO含量高达500ppm。