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第一章 热处理基本知识
１、冷轧的概念
所谓“冷轧”，顾名思义，就是钢材在冷态下，即不经过加热，直接进入轧机，利用机械的力量，按选定的成品参数进行轧制的一种工艺过程。根据工艺需要，其变形量可达40%-70%，甚至更高，然而，冷轧后的钢材不仅存在着“加工硬化”现象，而且，对钢材的组织性能有更大的影响。
２、加工硬化
经过冷轧机多道次轧制之后，钢板即从厚板变成了薄板或极薄板，这对钢板而言，即发生了塑型变形。随着变形度的增加，硬度与强度随之升高，塑性下降。于是，我们把这种因冷轧变形而引起的金属强化现象称之为“加工硬化”，当然，这种“硬化”之后的钢板是不能作为商品钢板出售的，因为经轧制之后的钢板有着塑性变形强大抗力，给原板的再加工成形带来了很大的困难。
３、再结晶退火概念
凡是经过塑性变形之后的金属，它本身就有力图恢复到变形前原来组织状态的倾向，对于冷轧机轧制后的钢板而言也不例外。在室温下，没有一定的外界条件，由于钢中原子扩散能力的不足，处于不稳定状态的变形之后的金属，能够维持相当长的时间不致发生明显的组织变化。假如我们提供给以热能，对金属进行加热升温，来提高原子的扩散能力，金属的组织和性能就会迅速发生变化。
简而言之，所谓再结晶，就是金属的晶粒在一定的能量之下，重新成长、长大、排列和组合的过程，即用各种不同温度对钢卷进行加热，使因冷轧变形所引起的组织与性能的变化得到恢复。
人们把这种行成一种完全新的、完全消除了应力的组织的过程，称之为再结晶退火。
要想材质的性能恢复到正常值或期望值，晶体结构必须恢复到变形前的状态，即要以晶体的重新形成为前提条件。对于钢板机械性能的恢复程度，则取决于材质、温度和时间等方面的因素，正确地选定退火工艺曲线，才能达到再结晶退火的目的。
4、退火工艺曲线
退火工艺曲线就是钢卷中（或退火炉内）某一点在整个退火过程中温度变化的轨迹。通过记录仪记录下来，就成了退火工艺曲线。
一种退火工艺曲线要制定得合理、准确、可靠是要经过多次的退
火实践、计算、归纳、统计、分析直至产品质量性能检验等过程之后，选取最佳值而获得的。
5、再结晶温度的确定
再结晶不同于金属结晶，也不像金属结晶那样有一个确切的温度。 一般来说，我们通过把经大变形量（ >70%）后的冷变形金属经过
一个小时的保温后能完全再结晶的最低温度定义为再结晶温度。
实际统计资料表明，当变形度较大时，对于工业用金属，其最低再结晶温度与其熔点之间存在着下列关系：
再≈（～）T 熔 式中 T 再和 T 熔均以绝对温度表示。 几种纯金属的再结晶温度（见表 1）
表 1 几种纯金属的再结晶温度
金属 钨（W） 铁（Fe） 铜
（Cu） 铝（Al） 锌（Zn） 铅（Pb）
融化温度（ ℃ ） 3400 1534 1084 659 420 327
再结晶温度（ ℃ ） 1200 450 200 100 室温 低于室温
对于工业上冷压力加工后的金属及合金，为了消除加工硬化的现象，退火温度的选择一般的要比开始再结晶的温度高出 100～200℃以上，例如纯铁的熔点为 1534℃，其开始再结晶的温度为 450℃，而钢的再结晶温度则稍低于 450℃，所以，在冷轧机的后工序罩式炉中所用的钢的退火温度一般都在 600-700℃之间，特殊的可达 710～720℃。 第二章 光亮式罩式退火炉的概念和分类
1、概念
光亮式罩式退火炉简称罩式炉是用来把放在炉台上并用内罩保护的钢板卷进行加热、保温和冷却过程的光亮热处理。由于在内罩内通有氮、氢混合保护气体，氮气呈现惰性，氢气具有还原性，所以退火后的钢板卷为光亮色，称为光亮退火。
2、分类
在罩式炉内加热的工件多为：成卷的钢带和钢卷。根据装料情况炉子分圆形罩式炉和矩形罩式炉两大类；按照带卷装炉垛数罩式炉又可分为一垛、两垛、三垛或多垛罩式炉，但罩式炉的基本类型是单垛板卷圆形罩式炉；依照内罩内可控气氛的不同罩式炉又分为氮氢罩式炉和全氢罩式炉；根据加热方式的不同，罩式炉又可分为电加热罩式炉和燃气加热罩式炉；根据控制方式的不同，罩式炉又可分为手动控制和 PLC
控制。
第三章 罩式炉结构
罩式炉主要由炉台、内罩、加热罩及冷却罩四部分组成。由于带卷在热处理过程中一般要在内罩中进行冷却，生产中往往将两座装好料的炉台和内罩组合成一组共同使用一个加热罩和冷却罩，依次轮流供热冷却。即一组罩式炉通常为：两个炉台，两个内罩，一个加热罩，一个冷却罩。下面讲述各部分的具体结构。
１、炉台
炉台是整个罩式退火炉的基础设备。其结构见：图一
循环风机安装在炉台底座的中心位置上，是罩式炉最重要、最关键的设备之一，风机性能的好坏就直接影响到产量与质量。在加热阶段，由于循环风机的作用，保护气体将内罩壁的热量送到带钢卷的每个边缘，使钢卷均匀地进行加热。同样，在冷却阶段，保护气体又通过循环风机的作用，将钢卷卷心中的热量带出来，送至内罩的内壁，由冷却罩把热量带走，使钢卷尽快地冷却下来。因此，保护气体循环风机的作用是进行热传递。同时，普板进行退火时，被蒸发掉的轧制乳化液和油脂会随保护气体一起排出炉外，以确保光亮退火的效果。
炉台底座是一个焊接结构件，主要由工字钢和钢板焊接而成。炉台的外圈、冷却法兰盘的下面有一个环形水冷槽，是用来冷却炉台橡胶密封圈的。橡胶密封圈就嵌在法兰平面的凹槽内，当内罩扣到炉台上之后，借助内罩密封法兰盘的作用，将橡胶密封圈压紧。这样，退火空间就与外面隔开了。
由于退火炉台承受着钢卷、对流板及内罩的全部重量，所以在炉台底座的钢梁上面的钢板上，铺设了三层支承环，即炉台支承座。炉台底座与炉台支承座焊接后，就构成了整套承载体。在支承座缝隙处，应填满耐火材料，以达到隔热的目的。
再往上面是用特殊耐热钢件制成的起导流作用的导流盘，用来提高保护气体的循环效果。
导流盘再往上就是承料板，在承料板的中心位置上还设计了不锈钢保护格栅，以防止碎钢板及其它异物损坏循环风机。
在炉台的圆周上有两个导向杆，用于安装内罩时起导向作用。炉台的周围还焊有压紧装置，作用是将内罩压紧在炉台的法兰上。
在炉台平面以下，还设有保护气体的进出口管道、冷却水的进出口管道、保护气体废气出口管道等。每个炉台上还装有两支带保护套管的热电偶，用以监控温度。
２、内罩
内罩的作用是将钢卷与燃烧空间隔离开来，使钢卷在保护气氛之中进行退火而不被氧化，并在加热与冷却过程中进行热传递。其结构见图二：
内罩的主体是用耐高热的铬镍钢板焊接而成的波纹形筒体，上面是封头，在封头上焊有供三爪夹具吊运的吊环。底部带有机械加工的密封
法兰盘，这个法兰盘是用普碳钢加工而成。
内罩的法兰是放置在炉台密封法兰面之上的，因此，借助于嵌在炉台密封平面上的橡胶密封圈的作用，内罩里面就与外界绝对地密封起来了，以防止空气进入罩内。
在内罩的法兰上面还设计有环形密封槽，里面放置耐热硅橡胶，以此来将加热空间与外界隔离开来，提高热效率。
环形密封槽与波纹筒体之间，还有一圈放冷却水的水槽，这个水槽的作用是防止热辐射到炉台橡胶密封圈上，以延长其使用寿命。在密封槽的壁上设有一个流水槽，以利于喷淋冷却时冷却水的排出。
当内罩不用而放在其他位置上时，为了不损坏密封平面，因此，在法兰的外沿底面还焊有支承短柱。
３、加热罩
罩式退火炉的加热方式是间接式的，即燃烧室与退火空间是用内罩隔开的，火焰不会直接接触钢卷，钢卷在保护气体中进行退火。
退火空间的热传导是由传热介质—保护气体来完成的，由于炉台循环风机的作用，保护气体在炉内按一定流向周而复始地循环着，保护气体把从内罩壁吸收的热量，均匀的传导到钢卷的每一个边缘，直到卷心温度达到额定值，加热过程才告结束。
燃气加热罩
燃气加热罩的结构参见图三：加热罩的罩体是用钢板制作的一个圆筒形壳体。固定在外壳顶上的是一个吊挂横梁，这个横梁是设计在加热罩顶部中心位置上，吊挂位置应是加热罩的重心点，这样，加热罩吊起来才能处于平衡状态。
在加热罩的底部环绕圆筒壳体的外端焊有煤气环管，借此煤气可通
过烧咀管道均匀地分配到每个烧咀中去。
助燃空气则是通过装在罩子上的助燃风机的作用，经热交换器预热空气后进入到环绕圆筒壳体的环形空气环管后，使空气均匀地进入炉内的每个烧咀处。
供给的加热煤气是通过装在加热罩上的带有安全阀和煤气自动补
偿接头的煤气主管道与炉台旁的煤气阀门相连通而获得的，煤气自动补偿接头法兰下端嵌有密封圈，罩子扣好后，煤气阀门与接头就有自动密封好了。启动助燃风机，搭上安全阀，煤气就从煤气环管中均匀地分配给全部烧咀。
为了控制好煤气和空气的调节比例，提高加热效率，在加热罩上还装有煤气与空气的比例调节装置，将煤气与空气的节流阀与一个杠杆机构连接起来，在调节煤气流量的同时，空气的流量也按一定的配比值得到了相应的调整。
加热罩的罩体里面是用耐火材料砌衬起来的，砌筑工艺过程如下：在加热罩底板上，靠罩子内壁先砌上几层环形轻质耐火砖层。接触炉膛的环形砖层是用各种轻质耐火材料制成的异型或标准砖砌成的，在这个环形耐火砖的里面砌上一层低密度的高级绝热砖，在绝热砖层和加热罩钢板壳体内壁之间是一层矿物纤维衬垫。
在上下两排烧咀部位，可根据烧咀和助燃空气导管的位置，砌上合适的烧咀砖。烧咀砖是这样设计的：空气从助燃空气管道通入到换热器中，这样从炉内排出的废气就对助燃空气进行了预热，预热后的助燃空气温度可达 350～400℃，促进了混合燃烧，气体是沿着均匀分布的烧咀管按切线方向流动的，砌烧咀砖时，要相对于壳体内壁稍微向后移一点并与轻质耐火砖层砌在一起。砌筑时，要注意通往炉内小烧咀室烧咀管的切线排列方向。切线方向的烧咀排列，保证了全速加热时火焰环绕内罩能形成一个大的火焰环。因此，也才能对内罩进行很均匀的加热。 电加热加热罩
电加热加热罩的结构与燃气加热加热罩的不同之处在于：电加热加热罩用电阻带代替了空气管道、煤气管道和烧嘴，通过安装在加热罩内壁上的电阻带发热来加热钢卷，加热物质为电阻丝，其结构见图四：
两种加热罩的放置都是借助装在罩子下部并带有套环的两个导向臂，套在炉台旁的导向杆后，垂直下落来完成的。加热罩承台就直接落在炉台旁的支承柱上，具体结构参照燃气加热罩。
此外，每个罩子上还装有动力插头和控制插头。 ４、冷却罩
冷却罩也是用钢板焊成的圆筒形结构，在罩顶设计有跟加热罩相同的吊挂横梁。轴流风机安装在罩顶两侧的位置上，且有防振设施。
在冷却罩的外壁底部，有两个导向臂，借此冷却罩可以沿导向杆顺利地对中扣好保证了冷却罩的顺利放置。冷却罩的下面还焊有三个承台，以便将其平稳地放置在炉台旁的支撑柱上。其结构见图五：
为了增加罩体的强度，在外面有时还焊有加强筋板环。此外，每个冷却罩还配装有电缆管、电插头等。
冷却罩的作用是，在炉台加热结束后，吊走加热罩进行自然辐射冷却大约 1 小时，之后就将冷却罩扣在保护罩的外面，并迅速插上电插头（否则有损坏电动机的危险），启动轴流风机，对保护罩进行冷却。 第四章 罩式炉退火过程描述
退火的过程分为以下九个阶段
１、装料：先用天车将钢卷堆放在炉台上，然后检查炉台密封件和内罩法兰，如有必要可进行清洗，然后用天车把内罩放在炉台上。
２、压紧内罩：在向炉台供冷却水时，人工旋紧螺栓把内罩压紧在炉台上，同时将内罩冷却水接好。
３、第一次抽真空：内罩一次抽真空打开真空泵与炉内相连的阀门，检查其余阀门是否均关闭。启动真空泵，当炉内压力降至- 时,停止真空泵；保压 20 分钟,当压力回弹小于 时,就说明气密性合格,进入下一阶段
４、充保护气： 抽真空保压顺利完成后，准备好炉台和循环风机的冷却水，打开保护气进气阀门，向内罩内充保护气（75%氢气+25%氮气）；当炉内压力达到 3000Pa 时,打开废气排放阀,使炉内压力保持在 3000～ 5000Pa 之间,由压力变送器监测。
５、放置加热罩并吹扫燃烧室：用天车把加热罩放置在炉台上，人工连接电器插头和热电偶插头，初始吹扫燃烧室 5 分钟，保证燃烧气体在燃烧空间的爆炸极限降低到 25%。燃烧室要用五倍于燃烧室和废气排放的容积的空气吹扫。
６、加热保温：燃烧室吹扫结束后,开始点火,并由烧嘴上的火焰监控器监视烧嘴点火情况。
当炉内气氛温度达到设定温度后,烧嘴自动关小火焰,进入保温阶段,当设定的保温时间达到后,关断燃气进气阀并且助燃风机停止。对于厚度小于 的钢卷退火,保温结束后，钢卷需带加热罩在炉台上风冷一段时间,以避免钢卷粘结 , 在这一冷却过程中加热罩助燃空气风机打开至冷却结束。
在整个过程中,保护气始终通着,并保持炉内压力在 3000～5000Pa 之间, 循环风机在炉气温度升至 300℃时,由低速(740 转/分)转至高速(1480转/分)运行。
根据不同退火材料可以任意设置退火工艺曲线 ,保护气经由放散管路排到大气中。
７、放冷却罩冷却：冷却罩用天车放置在炉台上，冷却风机电源用人工接通，冷却水管路用快速管接头由人工连接。冷却空气风机开始运转，风冷开始，在控制热电偶达到规定温度 300℃时风冷结束开始水冷，出炉温度为设置的规定温度（160℃），如果检测温度低于规定温度，不存在氧化危险时，水冷结束。
８、内罩二次抽真空：炉台卸料温度达到后，关闭冷却水球阀打开真空泵与炉内相连阀门，关闭保护气进气阀、废气排放阀，开启真空泵，将炉内压力抽至- 后,关闭真空泵,打开空气进气阀,将炉内压力均衡至大气压,二次抽真空结束。
９、出炉：在冷却风机关闭后，电源被断开，移走冷却罩，松开内罩压紧装置，移走内罩，炉料和对流板用天车移走，退火周期结束。
在遇到突然停电等紧急情况,应采取应急措施。 主要措施是：
（1）事先准备好应急氮气瓶或柴油发电机，以保证保护气体的正常通入。
（2）准备好应急水箱或柴油机水泵，以便使循环冷却水循环起来。 第五章 影响退火工艺曲线的因素
见图六：经过罩式炉退火的每一炉钢卷的退火曲线是以横坐标为时间（t），纵坐标为温度（℃）来描述的。通常我们记录下来的不是钢卷中最冷点的温度，而是工艺设定的控制温度（RT）变化曲线和底部温度（AT）变化曲线
影响退火工艺曲线的因素主要为以下几个方面 １、钢质的影响
钢的品种、质量以及化学成份对罩式炉退火工艺曲线的影响是显而易见的。因各种钢质的再结晶温度都有不同程度的差异，故而对控制温度的设定也是不同的。所以，为了满足用户对产品不同用途的需要，达到所要求的机械性能，按钢质的区分，制定出合理的退火工艺制度是必要的。
２、板宽的影响
从退火实验中得知，同一种钢制的钢板越宽，则加热的时间越长。 ３、装炉量的影响
同样，从实验退火曲线得知，装炉量与加热时间成正比，装炉量越大，加热时间也就越长。这是因为，假定在钢质、板宽不变的情况下，随着装炉量的增加，炉内单位时间里所需要的热容量也随之加大，而燃烧介质的发热值、加热速率是不会改变的，这样就需要更多的时间来使
得炉内的钢卷达到额定的卷心温度。 ４、保护气体种类的影响
保护气体是由氢气和氮气混合而成，气体中所含氢气量的多少对退火曲线有着很大的影响。由于氢原子在加热状态下，是十分活泼的元素，且热传导能力是氮气的 7 倍。所以，保护气体中，氢气含量越多，它的传热速度也就越快，于是，达到卷心温度的时间也就越短。
另一方面，从热传导的途径来看，含氢量多的保护气体的传热走向就不单纯是从板宽方向传热，还可以从卷径方向进行，特别是全氢炉。
５、保护气体循环风量的影响
在退火炉内的保护气体是用大功率的循环风机来进行强制循环的。循环风机的工作情况，循环风量的大小对炉内升温的速率是起着很大作用的，当然也与加热时间的长短有关。
６、板厚的影响
因为对于相同钢质、相同卷径、相同板宽，而板厚不同的带钢卷来说，板越厚，钢卷圈数就少；相反，板越薄，钢卷圈数就多。从这个意义上来讲，圈数少的热量传导速度就快一些，且冷却亦然。反之，圈数多了热传导的速度就要相对慢一点。
第七章 技术要求
一般情况下，为了达到提高生产效率并获得良好退火质量的目的，对罩式退火炉有以下的技术要求：
１、钢卷要尽可能地均匀、快速地加热。
２、钢卷再保温结束后，要尽快地冷却到额定温度。
３、经过退火后的钢卷，表面要求光亮，无碳污染，更不能有氧化色。
４、要尽可能地减少热能消耗，提高加热效率，降低保护气体和冷却水的消耗。
５、操作方法应尽可能地简单和安全。 ６、故障检索方便，维修方便。
第八章 技术前景
氢的热导率约为氮气的 7 倍，而密度仅为氮的 1/14，罩式炉用氢做可控气氛优点突出表现在：
⑴、增强传热能力，使加热和冷却速度约提高 40%～50%。
⑵、工作表面粗糙度明显降低。因氢分子的渗透力强，与工件表面附着的润滑剂起作用而加快了蒸发速度，在温差不大的情况下料堆内部产生的蒸发物和外层工件接触时不裂解。
⑶、由于氢的密度小，升温后炉台风机的功率消耗迅速减少，加以热处理周期缩短而使能耗明显降低。
⑷适当延长均温时间后，料堆内 的温差可降低到±3℃，从而使产品力学性能提高。
虽然氢与空气混合物的着火范围最宽，且着火能量最小，但出事故时首先起作用的是着火范围的下限，因而氢与其它气体区别不大。另外，氢在空气中因密度小而不易积聚，难以形成混合气体，只要按规程操作，氢并不比其他可燃气体危险。关键在于要确保炉膛严密、退火前和冷却前要做检漏试验，按规程换气放散、对规定时间内的压力降连续监测，再加上必要的报警系统，使用氢在安全上是有保障的。
因此用纯氢保护气体做为可控气氛的全氢罩式炉，正在被各大钢厂日益广泛的采用。
代表炉型是奥地利艾博纳（ Ebner）厂的强对流氢气罩式炉和德国洛依（LOI）厂的高功能氢技术。国内已先后引进了这两项技术，并有类似产品出售。
强对流氢气罩式炉和高功能氢技术的要点
１、增大炉台风扇的叶轮直径（达 ）,提高电动机的功率（达100KW）并分级调节，配以性能良好的分流盘和对流环，从而大大提高可控气氛的循环量，据推算：内罩下净空容积与炉台风扇在标准状况下每秒流量相比，此值约 ～。
２、采用耐热钢壳封闭式炉台，炉台风扇叶轮和伸入炉台的一段传动轴用耐热钢制造，电动机转速可变，传动轴上带小叶轮或散热片，不采用分流冷却。
３、快速冷却罩既能风冷又能水冷，提高了冷却能力。操作方式举例：冷却阶段开始扣上冷却罩，炉台风扇和冷却罩风扇同时运转，炉料温度低于 520℃、或可控气氛温度高于 300℃时，炉台风扇停转，仅由冷却罩风扇冷却；炉料冷却到低于 420℃、或可控气氛低于 300℃或内罩冷却到低于 200℃左右时，冷却罩改成喷水。随后炉台风机重新启动，一直冷却到规定温度（约 160℃。）这样，大炉台风扇配合水风双冷的冷却罩，冷却时间只有加热和保温时间的 44%～80%。
4、采用纯氢作可控气氛。
5、强对流氢气罩式炉的冷却时间绝大多数情况下都比加热时间短，在扣外罩前、揭冷却罩后和准备揭内罩之前都要用氢气放散半小时左右。退火前和冷却开始前要做检漏试验以确保安全，即：10min 内内罩
氢气压力大于或等于 5kpa 为正常，3kpa 开始报警，低于 时需自动向内罩冲氮气。
6、德国洛伊厂的高功能氢技术，在加大循环气氛流量，采用耐热钢壳封闭式炉台、变速电动机、风水双冷冷却罩、纯氢作可控气氛等方面和前述艾博纳（ Ebner）厂的强对流氢气罩式炉技术大体相似，只是还保留了一部分分流快速冷却。为了比较各种冷却方式的效果，在装料量达 66t 的试验炉台上做过测定：单纯风冷、用含氢 2%～5%的氮气，中心温度由 680℃冷却到 110℃需 ，同样条件下改用纯氢需 。分流冷却系统用含氢 2%～5%的氮气要 22h,换成纯氢是 16h。用喷水冷却罩代替分流冷却系统并采用纯氢需 ，只延长了半个小时。采用所有的冷却技术（纯氢、风冷、喷水及分流冷却系统）冷却效果最好，
。
德国洛依（LOI）厂的高功能氢技术中较特殊的是开发并采用了浑浊度探头，以节约罩式炉开炉初期放散用的氢耗量。据称：氢的单耗已
降到 。其原理是用装在炉外的探头来检测排放气体的
混浊度，与经过标定的分析器作比较以控制润滑剂蒸汽机悬浮物的多寡，据此调节氢的通入量。
全氢强对流罩式炉是圆形单垛罩式炉和圆形多垛罩式炉的进一步
发展，它也可以采用煤气加热和电加热，主要用于带卷和线卷的退火。