專利名稱：連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及冷軋金屬板帶熱處理技術領域，尤其涉及一種連續退火爐爐內氣體清 潔度檢測系統，用于中高檔汽車、家電面板生產領域。
背景技術：
隨著汽車、家電產業對高表面質量產品需求不斷增加，對產品表面質量要求越來 越嚴格，促進了連續鍍鋅和連續退火生產線新技術發展，然而作為核心設備的連續退火爐 由于受到高溫、密閉等等因素的影響，一些制約產品質量提高的關鍵問題仍然沒有突破，連 續退火爐生產狀態下爐內氣體清潔度的檢測就是其中之一。當前生產和技術人員已經清楚 的認識到爐內氣氛清潔性對產品質量和爐內設備帶來的不良影響，并把注意力放在采取措 施以減少危害上，例如增加了清洗工藝、采用噴涂抗結瘤爐輥、優化工藝操作、定期清掃爐 內設備等等，這些措施無疑對提高帶鋼表面質量起到極大的作用。但是，由于爐輥結瘤、輥 面積碳、帶鋼在爐內產生無規律硌痕、亮點等等缺陷的存在，制約了高質量產品合格率的進 一步提高。因此，對連續退火爐爐內氣體清潔度的檢測問題，引起了冷軋汽車板、家電板生 產企業的廣泛關注。爐內有害類物質(簡稱“有害物”或者“污染物”)主要是懸浮在爐內或者沉降、粘 覆在爐內設備并且具有重新轉變為懸浮物可能的固體顆粒、絲狀物、絮狀物、液滴態顆粒、 液固混合態顆粒和氧氣、超量的水蒸氣等等。其中固體顆粒主要源自帶鋼在爐內高溫和高 速運行狀態下，通過摩擦、振動產生脫落的微小鐵顆粒和粘附顆粒，此外還有來自爐內設備 的脫落粉末和檢修時從爐外進入的粉塵等。絲狀物和絮狀物主要來自于爐內保溫材料的脫 落和粉化。液滴態顆粒成分主要為水蒸氣液滴、乳化液揮發產生的液滴(包括雜油)、爐內機 械設備潤滑油泄漏形成的液滴以及幾種液滴碰撞形成的混合物液滴。有害物在爐內存留不 但對產品質量構成威脅和影響，同時對爐內設備造成損害。當前國內外并沒有對這類有害物質的數量和危害程度提出一種公認的判定方法， 更沒有提出成熟的檢測方法和裝置。而在生產時，爐內僅能根據現有儀表指示和經驗進行 判斷，這大大增加了操作難度和判斷失誤的概率。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是為提高中高檔汽車、家電面板等產品的質量，提供 連續退火爐爐氣污染物的快速、可靠的檢測系統。本發明解決其技術問題采用以下的技術方案
本發明提供的連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，主要由爐氣取樣主管、氣體污染 物收集器支路、計量與氣體回送主管組成，其中所述爐氣取樣主管，其輸入端通過管道與 退火爐爐室內連通，其輸出端通過管道與氣體污染物總量收集器支路的輸入端相連，并且 和氮氣吹掃回路的輸出端相連；氣體污染物收集器支路的輸出端通過一條管道與計量與氣 體回送支路的輸入端相連；氮氣吹掃回路的輸入端通過管道與氮氣站連通，該氮氣吹掃回路通過其串接的兩個手動開關閥，并聯在爐氣取樣主管的氣體分配器、自動開關閥的管道上，計量與氣體回送主管的輸出端由管道與退火爐爐室內連通。本發明提供的上述的連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，其在中高檔汽車或家 電面板生產領域中連續退火爐爐內氣體清潔度檢測的應用。本發明基于以下情況而提出申請的由于連續退火機組和熱鍍鋅機組核心設 備一一連續退火爐(簡稱“退火爐”)，采用高溫、密閉生產狀態，對爐內影響產品質量的因素 檢測非常困難。盡管退火爐配置了氧氣、氫氣、露點含量的定量檢測，仍無法全面反映爐內 的變化情況。特別是爐內氣體中有害物的含量、分布以及變化對產品質量和爐內設備影響 的監控，在國內外基本上處于空白。如果能夠實現對各個爐氣不同位置的爐氣清潔度隨時 取樣，進行定性和定量檢測分析，無疑對指導生產，設備維護，帶來益處。本發明與未采用該技術的連續退火機組相比，具有以下的主要有益效果
1.為解決運行中的退火爐是否具備生產高表面質量要求產品的條件，提供更可靠的 判斷依據。連續退火爐屬于長期連續封閉運行的大型設備，停爐檢修和爐內清掃一次往往需 要數日乃至數周，一般每年最少停爐2 — 3次。在機組連續長期的生產中，爐子若未采用 此本檢測技術時，爐子設備運行的狀況，僅能根據常規的工業攝像畫面(主要用于帶鋼位置 的監視)、有限的檢測參數和操作工經驗，判斷當前的生產狀態是否滿足高質量產品要求。 由于爐內污染物的存留以及產生的影響無法檢測，這大大增加了操作難度和判斷失誤的概 率，對高表面質量要求產品的生產構成很大威脅。通過對爐子運行中，爐氣有害成分的檢測 分析，可以準確、及時檢測到爐內污染物，這使操作人員對爐子工況的判斷從定性跨越到定 量，提高了操控水平，為提高產品質量，為降低或者杜絕因爐內工況不明造成高質量產品降 級或者不合格的概率，提供依據。2.為爐內設備合理安排停爐檢修、清爐提供參考依據。爐內設備出現問題通常很難監測，特別是出現問題的初期監測更為困難，一旦造 成影響，損失很大，甚至于無法生產高質量產品。通過對爐氣成分的檢測和定量分析，可判 斷各個爐區污染物是否出現異常。并且可以根據長期檢測數據判斷爐內污染物的堆積量和 對爐內設備(如爐輥)的污染程度。這些不但為檢修和維護提供依據，同時使預防性檢修和 維護成為可能。3、為查找帶鋼表面缺陷提高參考
在冷軋和熱鍍鋅產品生產過程中，由于退火爐爐內設備原因造成產品表面質量問題是 很多的，常見缺陷如硌痕、擦劃傷、亮點、鋅花不均等等。目前由于在爐內沒有檢測，只有生 產中發現缺陷后，才知道爐內存在問題，爐子很大，問題出在什么部位很難確定。舉一個常 見的例子，一條生產汽車板的冷軋連續退火機組，在生產中發現產品表面存在輕微硌痕(這 種工況已經不能生產高質量產品)。根據硌痕的間距可以判斷是爐輥結瘤造成的，但是一般 汽車板機組退火爐通常有近百根爐輥，以兩種輥徑為主，每一種均有幾十根，即使我們知道 那種輥徑爐輥存在問題，但是也不能確定是哪一根。如果要清除結瘤，最少需要4-5天時 間。因為需要打開近一半數量的爐蓋，并且對可能存在問題的爐輥逐個進行檢查，這些工作 很費時間。如果能夠檢測爐內污染物的發布和污染物濃度高的爐區，就可以縮小檢查的范 圍，因為爐輥結瘤與環境污染物濃度是成比例的。
圖1是連續退火爐爐內氣氛清潔度檢測系統的原理圖。圖2是吹掃氮氣供應系統原理圖。圖3是冷卻干燥系統及分配器原理圖。圖4是清潔度檢測的數據采集與控制系統原理圖。圖中1.退火爐爐室(簡稱“爐室”)；2.取樣氣體冷卻器；3.氣體分配器； 4.手動開關閥；5.壓力檢測儀表；6.壓力信號轉換顯示儀表；7.氣體溫度檢測儀； 8.自動開關閥；9.逆止閥；10.污染物總量收集器；11.分析收集器；12.分散器； 13.集水器；14.過濾器；15.取樣計量泵；16.回送氣體干燥器；17.減壓閥；18.氮 氣站；19.制冷機；20.不銹鋼蛇形管；21.板式冷卻片；22.自動快速切斷閥；23.水 溫檢測器；24.液位計；25.控制器；26.顯示與操作面板(簡稱“操作面板”)；27.計算 機；28.系統電源。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步說明。實施例1.連續退火爐爐內氣氛清潔度檢測系統
本發明提供的連續退火爐爐內氣氛清潔度檢測系統，主要由爐氣取樣主管、氣體污染 物收集器支路、計量與氣體回送主管組成。其中所述爐氣取樣主管，其輸入端通過管道與 退火爐爐室1內連通，其輸出端通過管道與氣體污染物總量收集器支路的輸入端相連，并 且和氮氣吹掃回路的輸出端相連。氣體污染物收集器支路的輸出端通過一條管道與計量與 氣體回送主管的輸入端相連。氮氣吹掃回路的輸入端通過管道與氮氣站連通；該氮氣吹掃 回路通過其串接的兩個手動開關閥4，并聯在爐氣取樣主管的氣體分配器3、自動開關閥8 的管道上。計量與氣體回送主管的輸出端由管道與退火爐爐室1內連通。所述爐氣取樣主管，如圖1所示沿氣流方向依次由取樣氣體冷卻器2、氣體分配 器3、第一手動開關閥4、壓力檢測儀表5、壓力信號轉換顯示儀表6、第一自動開關閥8組 成，后接氣體污染物收集器支路的接入點d。此外設有a、b、c三個吹掃氮氣接入點，用于檢 測系統管道的氣密性檢驗和安全性吹掃，并且還可以對從爐內取樣點到檢測系統之間的管 道進行清潔性吹掃。氮氣接入點a位于氣體分配器3的一路入口處，氮氣接入點b位于壓 力檢測儀表5和第一自動開關閥8之間，氮氣接入點c位于第一自動開關閥8之后，收集器 支路接點d之前。所述氣體污染物收集器支路(圖1中的虛線框內部分)，該支路為兩路收集器并聯， 其中第一路為配有前置逆止閥9和前后手動開關閥4的污染物總量收集器10，其中污染物 總量收集器10為一個過濾性收集裝置，其濾芯最高可耐受70°C氣溫，并能過濾1 μ m以上粒 徑的固體顆粒物，用于定量收集爐氣中的非氣態的污染物。第二路為配有前置逆止閥9和 前后手動開關閥4的污染物分析用的收集器11，氣體通過分散器12進入收集器11中，用 于收集污染物供化學成分分析。逆止閥9的作用是防止氣體回流。手動開關閥4用于測量 時，打開或關閉該氣體支路。上述氣體污染物收集器支路還有一個旁路(簡稱“收集器旁路”)，從收集器支路接 點d直接經過一個自動開關閥8 (由于這個自動開關閥位于旁路上，下文簡稱“旁通閥”)到收集器支路接點e，用于系統啟動、停止、工作狀態轉換以及事故狀態的操作。所述計量與氣體回送主管，如圖1所示從收集器支路接點e出來，沿氣流方向， 依次由集水器13、過濾器14、壓力檢測儀表5、壓力信號轉換顯示儀表6、取樣計量泵15、逆 止閥9、第二自動開關閥8、第二手動開關閥4以及回送氣體干燥器16組成。集水器13處 于整個系統的最低水平位置，用于收集管路中的凝結水并集中排放，該集水器內部上方裝 有氣體溫度檢測儀7。氣體溫度檢測儀7和壓力檢測儀表5用于測量爐氣的溫度、壓力，以 修正抽樣氣體的體積流量。取樣計量泵15的最大流量范圍為15 - 60Nm3/h，最高工作溫度 70°C，用于提供抽取爐氣的負壓，同時精確計量爐氣流量。逆止閥9可防止氣體倒流。回送 氣體干燥器16主要作用是降低取樣后的氣體的露點，防止回送后影響爐內氣氛。為了敘述方便，將圖1虛線框外的爐氣取樣主管、收集器旁路和計量與氣體回送 主管共同構成的閉環回路，稱為清潔度檢測系統主回路(下文簡稱“主回路”)。虛線框內 部分簡稱為“收集器支路”。下面簡述與本發明有關的其他輔助系統。(一).氣體冷卻及冷卻水循環系統
為保護檢測系統儀表安全，從爐內抽出的氣體必須冷卻至50°C以下，因此在清潔度檢 測系統的入口處設置有取樣氣體冷卻器2。由于爐內氣體露點要求低于_3°C _45°C (不同 工藝段有差別)，回送氣體(通常選擇爐子入口某點集中回送)必須進行干燥處理，避免造成 對爐內工況產生影響，故在檢測系統的出口處設有回送氣體冷卻干燥器16，以降低回送氣 體的露點。氣體冷卻干燥及冷卻水循環系統如圖3所示。冷卻水循環系統由壓力檢測儀表5、 制冷機19、水溫檢測器23、液位計24、回送氣體干燥器16，以及取樣氣體冷卻器2中的一組 板式冷卻片21組成。取樣氣體冷卻器2中裝滿脫鹽水，補充點可以采用人工添加或者直接 與生產機組的脫鹽水管道連接，由手動開關閥4直接向取樣氣體冷卻器的水箱中補水。爐 氣取樣主管前的取樣支路(以三處取樣點為例)與爐中各取樣點連接，由于爐氣取樣主管受 氣體分配器3控制，故每次取樣僅有一個取樣點的爐氣通過取樣氣體冷卻器2中的不銹鋼 蛇形管20，然后進入氣體清潔度檢測主回路。經過計量與氣體回送主管進入回送氣體干燥 器16后送回爐內。取樣氣體冷卻器2是將板式冷卻片21 (簡稱冷卻片)設置在一個裝滿水的箱體里 面，同時在箱體底部盤繞多根不銹鋼蛇形管20，不銹鋼蛇形管一端與來自爐子各個區域的 取樣管連接，另一端與氣體分配器3連接。取樣氣體冷卻器的原理是冷卻片中通入來自制 冷機19的低溫制冷工質，冷卻片冷卻箱體中的水，水再冷卻不銹鋼蛇形管20中的高溫氣 體。取樣氣體冷卻器中設置水溫檢測器23和液位計24，將水溫和液位信號傳送到控制器 25，控制器25將根據水溫和爐氣溫度，調整制冷機的能力和補充水的通入。回送氣體干燥器16是利用低溫結露原理，在干燥器箱體內設置板式冷卻片21，該 冷卻片內通入來自制冷機19的低溫制冷工質，當爐氣通過冷卻片時，回送氣體中的水就會 在冷卻片上結露，收集后將結露水存放在回送氣體干燥器16自帶的排放設備中，在檢查系 統重新啟動或者更換收集器時，控制器將控制排放設備在主回路啟動吹掃狀態時，利用吹 掃壓力外排結露水和管道中的氣體。上述的取樣管水冷卻器2和回送氣體干燥器16具有相似的設備結構，僅僅在冷卻的溫度參數上有差別。取樣管水冷卻器2僅將抽出的高溫爐氣冷卻到50°C 60°C，以保護 分析管路的儀表設備；而回送氣體干燥器16則是利用更低溫((T20°C)的冷卻工質，通過換 熱方式降低氣體溫度，使氣體中的水蒸氣冷凝，以提高氣體露點，防止送回爐室后對爐內設 備產生腐蝕。上述的壓力檢測儀表5，均以電纜經壓力信號轉換顯示儀表6與控制器25相連。(二).吹掃氮氣供應系統
吹掃氮氣系統主要是對管道做氣密性檢查、管道清潔、管道安全吹掃用。氮氣一般由工 廠內管網提供，亦可由專門氮氣儲罐或氮氣站提供。以氮氣站供氣為例，從氮氣站18出來 的高壓氮氣，由手動開關閥4控制通斷，經減壓閥17降低壓力后，再經逆止閥9和壓力檢測 儀表5分為兩路輸送。第一路通過自動開關閥8后分兩支，分別經兩個手動開關閥4，通入"N2接入點a” 和"N2接入點b”。其中"N2接入點a”用于清潔性吹掃，接入點前的手動開關閥4始終處于 關閉狀態，僅在停爐檢修需要進行清潔性吹掃時才打開。"N2接入點b”用于檢測氣密性檢 查，接入點前的手動開關閥4在清潔度檢測系統工作時，始終處于打開狀態，僅在停爐檢修 需要進行清潔性吹掃時才關閉。第二路通過自動開關閥8后直接通入"N2接入點c”，用于檢測系統的安全性吹掃。進行清潔性吹掃時，氮氣壓力為Ibar (IOOkPa) 2bar (200kPa)；進行氣密性檢 驗、安全性吹掃時，氮氣0. 7bar (70kPa) 0. 8bar (80kPa)。(三).控制系統
控制系統主要由操作面板26、計算機27、系統電源28、控制器25等組成。其中顯示與 操作面板26包括操作鍵盤、顯示屏、標簽打印機、指示燈、聲光報警器、各種操作按鈕等部 件構成，主要用于設定、狀態顯示、報警和標簽打印等等。計算機27和控制器25是負責系 統邏輯和順序控制、數據處理和計算、系統通訊等等內容。控制系統功能顯示畫面包括
①設定畫面一一用于取樣點選擇和取樣氣體量設定等等。②吹掃狀態畫面一一用于吹掃狀態的監控和清潔性吹掃時氣體分配器取樣管道 的選擇。③氣密性檢測畫面一一用于顯示氣密性檢測狀態。④故障報警顯示畫面一一用于顯示系統在取樣過程中是否出現過壓情況。⑤收集器顯示畫面一一用于各個收集器狀態顯示和收集器氣體流量顯示。⑥主畫面一一顯示系統整體工作狀態。⑦標簽顯示畫面一一全部收集器取樣結束后顯示器會自動出現標簽顯示畫面，標 簽顯示畫面將按照收集器的編號和取樣順序給出如下信息收集器編號、取樣開始和結束 時間、取樣點位置、取樣氣體量、取樣氣體檢測溫度。按動打印機按鈕可以打印出標簽，粘在 收集器上。實施例2.連續退火爐爐內氣氛清潔度檢測系統的應用
本發明提供的上述檢測系統可用于在中高檔汽車或家電面板生產領域中對連續退火 爐爐內氣氛清潔度的手動檢測。該檢測系統基于以下方法檢測，具體是用取樣計量泵將 退火爐爐室內氣體抽出，并使爐氣按照設定的流量通過收集器，爐氣中各種顆粒物就被阻留在收集器中；取樣計量泵會自動測量出采集爐氣的體積，控制器將取樣計量泵前的儀表 測定的溫度和壓力的信號傳送給計算機處理，使爐氣的體積單位折算為標準立方米；根據 取樣前后污染物總量收集器濾芯的重量差，得到取樣爐區懸浮顆粒物的總重量，從而求出 爐氣中顆粒物的濃度；通過對各個爐區爐氣清潔度總量檢測，評估爐內污染程度；將分析 收集器中的污染物送到化學分析實驗室進行檢驗，得到取樣爐區污染物的成分，然后通過 對各個爐區爐氣成分的檢測和分析，來判斷各個爐區有害物是否出現異常。該檢測方法將連續退火爐內爐氣的清潔度定義為爐氣清潔度=單位體積爐氣中 液體、固體、液固混合顆粒物的濃度，單位為毫克(或微克)每標準立方米。本發明檢測系統采用以下步驟來實現氣體清潔度的手動檢測。第一步，測量準備。1).先關閉收集器支路中的手動開關閥4，然后安裝污染物總量收集器10和分析 收集器11。2).接通系統電源28，打開電源開關，啟動計算機27和控制器25，控制系統自動 進入檢測和啟動準備程序，包括檢測制冷機19的啟動狀態、檢測自動開關閥8是否處于關 閉狀態、檢測取樣氣體冷卻器2的水溫是否滿足要求等等。當檢測項目達到要求，操作面板 26上的啟動按鈕指示燈亮，操作畫面出現允許啟動的提示。3).將檢測系統的手動開關閥4全部打到“開”的位置，按下操作面板26上的“啟 動按鈕”，控制系統將自動進入氣密性檢測程序，此時操作面板26上的顯示器出現氣密性檢 測狀態畫面。檢測合格，氣密性指示燈為綠色，系統自動轉入吹掃程序，并在顯示畫面上表 示出吹掃狀態，即用氮氣吹掃管道，將管道和設備中的空氣排出，吹掃完成后，指示燈轉變 為綠色，并且控制器25將關閉全部的自動開關閥8，為取樣作準備，此時顯示器出現設定畫 面。如果氣密性不合格，氣密性指示燈為紅色，并且發出報警聲光信號，需要人工檢查連接 部位是否存在泄漏。人工處理完泄露點后，須重新按下操作面板26上的“啟動按鈕”。重復 上述工作，直到氣密性合格為止。氣密性檢測合格后，需要關閉部分手動閥門，如"N2接入 點a”前的手動開關閥4。第二步，取樣設定。通過操作面板26上的鍵盤完成取樣點選擇和取樣氣體量設定。通過污染物總量 收集器10或分析收集器11前后的手動閥4，選擇采用哪一路收集器。例如，打開污染物總 量收集器10前后的手動閥4，關閉分析收集器11前后的手動閥4，即完成污染物總量收集 器的選擇。在操作面板26設定取樣計量泵15的抽氣流量和總量，通過控制器25向取樣計 量泵15發出指令。第三步，氣體取樣。1).完成準備工作和取樣設定后，按下操作面板26上的“取樣啟動”按鈕，此時顯 示器出現收集器畫面，控制器發出主回路運行指令，即打開爐氣取樣主管中的第一自動開 關閥8。氣體分配器3按照控制器25的指令選擇氣體通道(以設定為爐室1的中間一路取 樣點為例)。啟動取樣計量泵15將退火爐爐內高溫氣體從微正壓的退火爐爐室1內抽出， 經過取樣氣體冷卻器2，將高溫爐氣的溫度降低到50°C以下，此時，由于收集器支路的旁通 閥8處于打開狀態，氣體流動阻力最小，取樣氣體不經過收集器支路(盡管污染物總量收集 器10處于打開狀態，由于濾芯阻力作用，氣體沿阻力最小通道流動)，沿主回路返回爐內。若主回路中壓力檢測儀表5和氣體溫度檢測儀7在30秒主回路運行時間內，傳送給控制器的 檢測值始終在允許范圍內，控制器向旁通閥8發出關閉指令，同時向取樣計量泵15發出開 始計量指令，取樣氣體將通過收集器支路中的污染物總量收集器10形成的閉環回路返回 爐內。在污染物總量收集器10中濾芯的過濾作用下，爐氣中各種粒徑大于Iym的顆粒物 就被阻留在污染物總量收集器10內。當取樣計量泵15的抽氣量達到設定值時，控制器25 首先向旁通閥8發出打開指令，延時數秒后控制器25將停止取樣計量泵15，關閉主回路上 的所有自動開關閥8。操作面板26上顯示取樣完成，進入吹掃狀態提示。吹掃結束后，操作 面板26顯示吹掃完成狀態。第一個收集器取樣過程結束，控制系統顯示可進行下一個收集 器取樣的提示。2).重復第二步的取樣設定，選擇下一個取樣收集器(如選擇分析收集器11)。3).重復第三步中的“1)”步的操作，使用下一個收集器(如分析收集器11)進行 污染物收集。4).取樣氣體的體積校準
氣體取樣均采用標準立方米為單位，操作人員在操作面板26上設定取樣氣體量為標 準立方米，取樣時由于氣體的溫度和壓力不同，需要進行體積折算，校正取樣計量泵的實際 值。因此，在取樣計量泵15前的集水器13上部設置氣體溫度檢測器7，在取樣計量泵15前 有氣體壓力檢測儀表5，將取樣氣體的實際溫度和壓力值通過控制器25將信號傳給計算機 27，計算機經過氣體狀態方程計算，給取樣計量泵15 —個修正量，這樣就可以獲得標準抽 氣量數值。取樣氣體的體積校準的過程是通過污染物總量收集器10和分析收集器11后的 爐氣，經過手動開關閥4、進入計量與氣體回送主管中的裝有氣體溫度檢測器7的集水器 13、過濾器14和壓力檢測儀表5此時控制器25將獲得的氣體的壓力和溫度信號傳送給計 算機27處理，計算機經過氣體狀態方程計算，給取樣計量泵15 —個修正量，然后，爐氣再依 次經過入計量與氣體回送主管中的取樣計量泵15、逆止閥9和自動、手動開關閥，進入回送 氣體干燥器16，爐氣干燥后被送回退火爐內；當取樣計量泵15的抽氣量達到設定值+修正 量時停止工作，自動開關閥8關閉，同時顯示器出現氣體取樣完成和系統進入管道吹掃狀 態的提示
第四步，管道吹掃。清潔度檢測系統通道吹掃的目的有兩個方面一是將殘存在通道中帶有氫氣的爐 氣使用氮氣進行置換，以保證更換收集器時的安全。此項吹掃稱為安全性吹掃，是由系統自 動完成的。二是吹掃從爐內取樣點到清潔度檢測系統之間的取樣支管，以保證管道清潔，提 高檢測的精度和準確性。此項吹掃稱為清潔性吹掃，僅僅在停爐檢修時，利用吹掃氮氣供應 系統(簡稱氮氣吹掃系統)的氮氣站18供應的高壓氮氣，由操作人員操控對各個取樣支管進 行吹掃。安全性吹掃在清潔度檢測系統完成氣密性檢測合格后，且操作面板26中的顯示 器出現“取樣完成，進入吹掃狀態”的提示后，控制系統將執行如下吹掃程序控制器25首 先向氣體分配器3發出指令，關閉全部自動快速切斷閥22，打開檢測系統的自動開關閥8， 打開氮氣吹掃系統的自動開關閥8。吹掃氮氣從機組管網或者氮氣站18通過手動開關閥 4、減壓閥17、逆止閥9、壓力檢測儀表5、自動開關閥8進入"N2接入點C”。由于污染物收集器旁路的旁通閥8打開，因此首先吹掃檢測系統主回路，氮氣通過主回路進入退火爐內， 每個取樣點支路吹掃時間不小于15秒，達到設定的吹掃時間后，控制器關閉旁路自動開關 閥8，吹掃氮氣將通過收集器支路構成回路進入退火爐內。達到吹掃時間后，控制器25將發 出指令，關閉氮氣吹掃系統和檢測系統的全部自動開關閥8，操作面板26上顯示吹掃結束。 安全性吹掃完成后，通過打開污染物總量收集器10和分析收集器11的連接處，即可取下污 染物總量收集器10和分析收集器11，送化學檢驗室進行稱重和成分分析，并更換新的收集器。清潔性吹掃在停爐檢修期間，需要對從爐內取樣點到取樣氣體冷卻器2之間的 管道進行清潔性吹掃。操作人員首先關閉爐氣取樣主管和氣體回送主管的全部手動開關閥 4，接通系統電源28，啟動控制系統，并進行自檢。自檢正常后，爐氣取樣主管的自動開關閥 8全部關閉，取樣計量泵15和冷卻系統中的制冷機19也處于關閉狀態。關閉爐氣取樣主管 和計量與氣體回送主管的全部手動開關閥4和氮氣吹掃系統"N2接入點b”前的手動開關 閥4 ；打開"N2接入點a”前的手動開關閥4，并且通過操作面板26關閉"N2接入點C”前的 自動開關閥8，打開減壓閥17前的手動開關閥4，手動調節吹掃氮氣壓力。為了保證吹掃干 凈，專門為清潔性吹掃設計的高壓吹掃方式，通過監視壓力檢測儀表5和手動調整減壓閥 17，將氮氣壓力保持在廣2bar (10(T200kPa)之間。通過操作面板26選擇氣體分配器3通 道，并打開氮氣吹掃系統"N2接入點a”前的自動開關閥8，氮氣通過氣體分配器3逆向吹入 爐內，即可對各個取樣管道進行吹掃。按照相同方法選擇氣體分配器3各個通道，逐個對取 樣管道進行清潔性吹掃。第五步，爐氣中污染物的濃度和成分檢測。污染物總量收集器10是一個固體過濾器，該過濾器的濾芯可方便拆卸與更換。工 作前，需要在高精度天平對濾芯進行稱重，然后安裝在收集器中的固定位置。取樣完成后將 濾芯取出，放在高精度天平上進行二次稱重，兩次稱重的重量差即為取樣爐區本次取樣的 總重量，該重量除以取樣爐氣的體積即可以得到爐氣中顆粒物的濃度。污染物分析收集器(11)是一個綜合性收集器，它是一個帶有液位刻度的玻璃瓶， 里面裝有蒸餾水或者其他溶解液。爐內氣體通過分散器(12)將取樣氣體均勻散射到蒸餾 水或者溶解液里，這樣可以增加取樣氣體與溶解液的接觸面積，使爐氣有害物盡可能多的 被溶解、阻留、沉淀在液體中。取樣結束后，將裝有液體的玻璃瓶取下，送化學檢驗室進行化 學成分檢驗，將其有害物成分和比例的檢驗結果除以取樣爐氣的體積，即可以得到爐氣中 有害物不同成分的濃度比例。由于爐內有害物成分非常復雜，如帶鋼表面脫落的金屬、油脂 成分，爐內設備脫落的保溫材料和金屬物質，對于鍍鋅連續退火爐還存在鋅蒸氣等等，所以 這種分析可以對分析收集器中的物質成分、比例進行全面分析，能夠更全面的反映爐內的 工藝狀況。經過上述五個步驟，可以完成對連續退火爐爐內氣體清潔度的檢測。三.爐內氣體污染程度的評估方法。通過研究發現爐內有害物具有如下特性
1.累積特性隨著連續退火爐連續生產時間的增加，有害物在爐內囤積的總量增加。 爐內發生懸浮物“爆發”的可能性增加。如由于過快的進行速度調整或者溫度變化，使囤積 和粘附在爐內設備表面的有害物重新懸浮，造成局部爐區污染物濃度爆發式增加。
2.爐內遷移特性爐內有害物會隨著爐氣的流動或者粘附在帶鋼表面從一個爐區遷移到其它爐區。在正常生產中有害物的遷移距離是比較小的，往往由于錯誤操作或者 原料表面清潔度差等因素造成遷移距離增加這是不正常的。3.有害物成分分布相對穩定性在正常生產情況下，爐內有害物成分分布是相對 穩定的。通過檢測爐內有害物成分分布的變化，可以提前發現生產中存在的一些問題。4.化學變化特性如氧化鐵還原為鐵；
5.液態向固態轉化特性如含油液滴碳化變成碳顆粒；
6.懸浮、聚結長大特性如小液固顆粒在懸浮中相互碰撞形成大顆粒，大顆粒聚集形 成顆粒團。7.粘附特性如粘附在輥面形成積碳或者結瘤。8.液態物囤積和再次揮發特性爐內顆粒物通常以液固混合態存在，這些物質粘 附在爐內設備表面或者聚集在爐底的某些區域，在低溫狀態下這些物質中的液態物保持原 態，當溫度升高時，液態物質會重新揮發形成新的液滴。9.粘附和沉降顆粒存在可逆特性粘附在爐內設備表面或者沉降在爐內高處設 備表面的顆粒，在振動或者氣流等等因素的作用下重新成為懸浮顆粒。爐內氣體清潔度受三個方面因素的影響，即入爐帶鋼表面清潔度的影響；爐子 設備因素(主要是設備的制造、安裝和維護水平)的影響；操作和工藝因素的影響。生產不同表面質量等級的產品要求爐內氣體清潔度到達不同要求的目標值，否則 無法保證批量生產。基于上述原因爐內污染程度的評估通常采用對比的方法進行。目標清潔度，是指生產不同等級質量產品需要到達清潔度的平均指標，即生產某 品種前一段時間內，各自爐區清潔度指標的平均值。該平均值是通過多次生產某一個質量 等級產品后確定的。通過對各個爐區爐氣清潔度總量檢測，對比目標清潔度指標，可以直接評估爐內 污染程度；而通過對各個爐區爐氣成分的檢測和分析，可判斷各個爐區有害物成分分布是 否出現異常，如果存在異常，可以結合工藝及時發現存在的問題。根據清潔度重量和成分分 布檢測，可以確定當前退火爐具備生產什么質量等級產品的條件。為了取得的爐氣樣本更具有代表性，爐氣取樣點在選擇時需要注意
1).對于新建連退機組，在退火爐預熱段出口上下爐輥下方設置取樣點；在加熱段和 均熱段上下爐輥下方設置取樣點；在過時效入口和出口上下爐輥下方設置取樣點。對于新 建的熱鍍鋅機組，在退火爐的預熱段出口上下爐輥下方設置取樣點；在加熱段和均熱段上 下爐輥下方設置取樣點；在均衡段和熱張力輥區域設置取樣點。2.)對于已經生產的爐子，可以利用露點檢測管道或者利用臨時取樣點連接管道進行取樣。如果利用露點檢測儀管道需要注意避開露點檢測的周期，必須收集露點檢測 儀的檢測信號，防止出現同時在一個點取樣問題。
權利要求
連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，其特征是該系統主要由爐氣取樣主管、氣體污染物收集器支路、計量與氣體回送主管組成，其中所述爐氣取樣主管，其輸入端通過管道與退火爐爐室(1)內連通，其輸出端通過管道與氣體污染物總量收集器支路的輸入端相連，并且和氮氣吹掃回路的輸出端相連；氣體污染物收集器支路的輸出端通過一條管道與計量與氣體回送主管的輸入端相連；氮氣吹掃回路的輸入端通過管道與氮氣站連通，該氮氣吹掃回路通過其串接的兩個手動開關閥(4)，并聯在爐氣取樣主管的氣體分配器(3)、自動開關閥(8)的管道上，計量與氣體回送主管的輸出端由管道與退火爐爐室(1)內連通。
2.根據權利要求1所述的連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，其特征是所述爐氣 取樣主管，其結構是沿氣流方向依次由取樣氣體冷卻器(2)、氣體分配器(3)、第一手動開 關閥(4)、壓力檢測儀表(5)、壓力信號轉換顯示儀表(6)、第一自動開關閥(8)組成，后接氣 體污染物收集器支路的接入點d。
3.根據權利要求2所述的連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，其特征是所述爐氣 取樣主管還設有a、b、c三個吹掃氮氣接入點，用于檢測系統管道的氣密性檢驗和安全性吹 掃，并且還可以對從爐內取樣點到檢測系統之間的管道進行清潔性吹掃，其中氮氣接入點 a位于氣體分配器(3)的一路入口處；氮氣接入點b位于壓力檢測儀表(5)和第一自動開關 閥(8)之間；氮氣接入點c位于第一自動開關閥(8)之后，收集器支路接點d之前。
4.根據權利要求1所述的連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，其特征是所述氣體 污染物收集器支路為兩路收集器并聯，其中第一路為配有前置逆止閥(9)和前后手動開 關閥(4)的污染物總量收集器(10)，用于定量收集爐氣中的非氣態的污染物；第二路為配 有前置逆止閥(9)和前后手動開關閥(4)的污染物分析用的收集器(11)，氣體通過分散器 (12)進入收集器(11)中，用于收集污染物供化學成分分析。
5.根據權利要求4所述的連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，其特征是所述氣體 污染物收集器支路還有一個旁路，從收集器支路接點d直接經過一個自動開關閥(8)到收 集器支路接點e，用于系統啟動、停止、工作狀態轉換以及事故狀態的操作。
6.根據權利要求4所述的連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，其特征是所述污染 物總量收集器(10)為一個過濾性收集裝置，其濾芯最高可耐受70°C氣溫，并能過濾1 μ m以 上粒徑的固體顆粒物。
7.根據權利要求1所述的連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，其特征是所述計量 與氣體回送主管，其結構是沿氣流方向，依次由管道相連的集水器(13)、過濾器(14)、壓 力檢測儀表(5)、壓力信號轉換顯示儀表(6)、取樣計量泵(15)、逆止閥(9)、第二自動開關 閥(8)、第二手動開關閥(4)以及回送氣體干燥器(16)組成，集水器(13)處于整個系統的最 低水平位置，用于收集管路中的凝結水并集中排放。
8.根據權利要求7所述的連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，其特征是所述集水 器(13)內部上方裝有氣體溫度檢測儀(7)。
9.根據權利要求7所述的連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，其特征是所述取樣 計量泵(15)的最大流量范圍為15 - 60Nm3/h，最高工作溫度70°C，用于提供抽取爐氣的負 壓，同時精確計量爐氣流量。
10.權利要求1至9中任一權利要求所述連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統的用途， 其特征是該系統在中高檔汽車或家電面板生產領域中連續退火爐爐內氣體清潔度檢測的應用。
全文摘要
本發明是連續退火爐爐內氣體清潔度檢測系統，主要由爐氣取樣主管、氣體污染物收集器支路、計量與氣體回送主管組成；所述爐氣取樣主管，其輸入端通過管道與退火爐爐室內連通，其輸出端通過管道與氣體污染物總量收集器支路的輸入端相連，并且和氮氣吹掃回路的輸出端相連；氣體污染物收集器支路的輸出端通過一條管道與計量與氣體回送主管的輸入端相連；氮氣吹掃回路的輸入端通過管道與氮氣站連通，該氮氣吹掃回路通過其串接的兩個手動開關閥，并聯在爐氣取樣主管的氣體分配器、自動開關閥的管道上，計量與氣體回送主管的輸出端由管道與退火爐爐室內連通。本發明可以準確、及時檢測到爐內污染物，為提高產品質量、合理安排停爐檢修及清爐提供依據。
文檔編號G01N1/22GK101988151SQ20101026830
公開日2011年3月23日 申請日期2010年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者呂軍, 廖慧, 鄭劍輝 申請人:呂軍;中冶南方(武漢)威仕工業爐有限公司