強對流罩式熱處理爐溫度均勻性測量及控制點確定

1、強對流罩式熱處理爐溫度均勻性測量及控制點確定強對流罩式熱處理爐是目前鋼鐵冶金行業(yè)應用的先進退火爐之一 , 主要用于黑色金屬和有色金屬材料的光亮退火 , 由于內罩充注惰性氣體對加熱鋼坯進行保護 , 所以退火質量高 , 特別適用于各種帶材、線材、矽鋼片等的無氧化光亮處理。強對流罩式熱處理爐內裝有大風量、高功率的熱流風機 , 使爐內保護氣氛形成強對流循環(huán) ,達到強化傳熱 , 并使爐內溫度更趨均勻。爐溫均勻性直接關系到產品最終的組織性能 , 因此 , 爐溫均勻性是熱處理爐的主要性能指標 , 是保證熱處理產品質量的重要工藝參數 , 也對熱處理爐溫度均勻性測試提出了更高的要求 , 文章就爐溫均勻性測試及控

2、制點確定提出基本方法。1基本結構強對流罩式熱處理爐結構如圖 1所示 , 主要有下面幾個部分組成。圖 1強對流罩式熱處理爐結構1) 爐臺: 其底板由型鋼加強鋼板制成 ,用于承載熱處理鋼卷。底部大功率大葉輪的風機使爐膛內的保護氣體強烈循環(huán)對流, 在加熱周期和冷卻周期中獲得最佳的氣體循環(huán)效果。爐座絕熱材料采用硅酸鋁耐火纖維毯 , 使爐座外表面溫度保持在 60以下。底座大法蘭上加工一個特制的水冷燕尾槽 , 槽內裝有硅橡膠密封圈 , 使內罩和底座之間的密封達到嚴格的氣密性要求 , 內罩和底座之間用液壓缸夾緊。2) 加熱罩: 外殼采用普通碳鋼板制成 ,并使用結構鋼加固。加熱罩上安裝有燃燒器、點火電極、火焰

3、監(jiān)測器、預熱器、燃氣管線、助燃空氣管線、起重梁、導向臂和電控箱等。在加熱罩的罩體底部 ,裝有陶瓷纖維制成的密封件 ,使加熱罩與內罩間的連接達到密封 ,以減少廢氣和熱能損失。燃氣總管上裝有自動快速接頭。動力線路和控制信號采用手動插頭與爐臺電氣柜連接。圖 1強對流罩式熱處理爐結構3 )燃燒系統(tǒng): 由雙平面切向安裝的燃燒器組成 , 在兩個平面上 , 上層布置 6個燃燒器 ,下層布置 6個燃燒器 每個加熱罩共 12個燃燒器 。火焰結構被設計成引向內罩和加熱罩間的中線位置 , 以避免火焰對內罩的沖刷。每個燃燒器配置高壓點火變壓器、點火電極、火焰監(jiān)測器、燃燒控制器、電磁閥等 , 燃氣管和助燃空氣管與燃燒器

4、。燃氣管線系統(tǒng)配置總電動切斷閥調壓閥、電磁閥、壓力開關、壓力表、快速接頭。4) 內罩: 其鋼結構采用精加工的水冷大法蘭 , 密封法蘭壓緊在爐臺上 密封內罩 。筒體材質采用 310S 優(yōu)質 耐熱鋼 , 吊環(huán)部位采用 309S耐熱鋼 , 壓制成深波紋式罩體 , 增加了對流傳熱面積和內罩的強度。封頭壓制成型 , 筒體、封頭、底部為耐熱鋼板。5) 冷卻罩: 采用普通碳鋼板制成 , 并用結構鋼加固。在罩頂部安裝 2臺大流量的風機 ,高溫冷卻時 , 啟動風機風冷。2運行強對流罩式熱處理爐運行一般有五個步驟。1 )退火工藝曲線計算: 一個退火周期開始時 , 操作人員將退火的鋼卷參數輸入到過程計算機系統(tǒng) ,

5、退火模型計算出退火過程參數 , 經操作人員確認后下載到 PLC。操作人員將需要退火的鋼卷按堆垛要求堆放在爐臺上。2 )內罩密封: 完成爐臺裝料后 對流板放置在鋼卷之間 , 設置內罩 , 操作液壓裝置自動將內罩壓緊在水冷爐臺法蘭上 , 使其密封完好。然后在環(huán)境溫度下進行氫氣閥和爐臺 /內罩系統(tǒng)的冷態(tài)密封試驗。如果密封試驗失敗 , 控制系統(tǒng)給出相應報警 , 人工進行報警確認后 , 控制系統(tǒng)自動重新進行密封試驗。3) 氣體置換: 密封試驗成功后 , 通入氮氣。爐內氮氣達到設定壓力后 , 扣上加熱罩 , 啟動助燃風機 , 用空氣吹掃加熱罩的爐膛空間。當內罩氧含量 015%后 , 通入氫氣并啟動循環(huán)風機

6、。4)點火升溫: 隨后進行加熱罩天然氣總管的密封試驗并準備點火。加熱罩點火從上到下各排燒嘴分別自動進行 , 火焰檢測裝置檢測燒嘴的燃燒狀況。當爐溫達到設定值后, 同時向爐內補充氫氣 , 保持爐壓穩(wěn)定 內罩內壓力由壓力傳感器和壓力開關連續(xù)檢測 。該過程持續(xù)約1h, 結束后 , 循環(huán)風機速度從 520r/min連續(xù)增加到 2100r/min。循環(huán)風機連續(xù)在 1500r/min到2100r/min的高速下運轉直到冷卻結束。高效的循環(huán)風機使得爐內保護氣體高速循環(huán) , 保證鋼卷得到均勻的加熱。在適當溫度下由加熱升溫轉為均熱 , 確保鋼卷的機械性能和晶粒尺寸均勻。均熱時間由數學模型計算給出。5)冷卻階段:

7、 均熱結束前 , 自動進行爐臺熱態(tài)密封試驗。熱態(tài)密封試驗完成后 , 系統(tǒng)進入冷卻階段 , 冷卻分風冷和水冷二種方式。3爐溫均勻性測試1 )測試目的爐溫均勻性通常用爐溫的空間和時間分布特性來表征。爐溫的空間分布特性就是溫度在爐膛要求各測點位置區(qū)域的分布情況 , 用這個參數描述溫度的均勻性。溫度的時間分布特性 , 就是溫度在工藝過程中的變化情況 , 用這個參數描述溫度的穩(wěn)定性。爐溫均勻性測量的目的是分析爐膛內溫度的空間分布特性和時間分布特性以及溫度波動的大小 , 從而確定爐內鋼卷是否達到熱處理的性能要求。2 )檢測方法被測罩式熱處理爐的內罩結構為圓柱形 , 氣流從爐臺的對流風機出風口噴出 , 貼內

8、罩內壁向上流動 , 一邊吸收來自內罩壁面?zhèn)魅氲臒崃?, 邊通過氣流將得到的熱量傳遞至鋼卷外側 , 熱氣流上升至內罩頂后 , 沿罩頂折入鋼卷內孔 , 放出熱量至鋼卷內側 , 最后導入風機入口 , 進行下一個循環(huán)。所以其具有中心軸對稱性 , 可認為在中心軸橫截面外周上和內周上的溫度也相同 , 所以熱電偶探頭只需布置在中心軸的一側即可 , 各熱電偶測試點布置如表 1。表 1內罩各位置熱電偶布置標號層次內側中間外側上層789中層456底層1233 )儀器設備根據爐溫均勻性檢測的要求需要選擇合格的儀器設備才能保證檢測的準確性 , 熱電偶、對應補償導線、顯示儀表的選擇必須符合相應的國家標準 , 測試對相關

9、儀器設備的性能要求如表 2。表 2爐溫檢測主體設備要求儀器名稱目的型號數量規(guī)格要求備注柔性熱電偶測定爐內各布置點溫度K型, II級010009支符合 GB/T 3772、GB/T 2614、GB/T 4993、GB/T1683912校驗合格補償導線熱電偶與顯示儀表連接9根符合 GB/T 3772、GB/T 2614、GB/T 4993、GB/T 1683912記錄儀表溫度值記錄DX1000 日本橫河12點符合 GB/T4989、GB/T4990校驗合格 4) 爐溫檢測由于強對流罩式熱處理爐內罩底部熱流風機的作用 , 氣流速度大 , 空爐狀態(tài)時 , 爐內溫度比較均勻 , 所以其空載狀態(tài)的爐溫均勻

10、性測試一般沒有實際意義。該次測試考慮裝載負荷條件下的爐內各布置點的溫度狀況。罩內放置 4卷鋼卷 , 導流板安置于各鋼卷之間 , 使部分熱氣流能通過導流板進入對流風機吸入口 , 加強鋼卷軸向傳熱 , 熱電偶安裝于各鋼卷上、中、下部的內、中、外 3點 , 共計 3層 , 合計 9個測試點 , 通過補償導線連接至溫度記錄儀 , 對測試數據進行記錄。從強對流罩式熱處理爐點火開始即進行跟蹤檢測 , 升溫曲線按照工藝曲線進行 , 溫度測定值每隔 20s記錄一次并保存到記錄儀的內存中 , 至爐子加熱停止測量結束。4數據分析及控制點確定1) 測試數據分析按退火工藝要求 , 整個爐子加熱運行時間33h 包括升溫

11、、保溫 , 根據強對流罩式熱處理爐爐內溫度分布跟蹤記錄。爐子保溫結束時各測試點的溫度數據表明: 鋼卷的整個加熱過程 ,通過罩內氫氣流的外側向上流動、中心向下流動完成熱量的傳遞。氫氣流由循環(huán)風機提供動力 , 1將氫氣流噴出進入外側上升通道 , 在通道內一邊吸收內罩壁以對流和輻射方式傳入的熱量 , 同時其中一部分熱量又立即釋放給被加熱鋼卷; 在上升通道中 , 又一部分熱氫氣流經鋼卷間導流板 ,將熱量傳遞至鋼卷間空隙 , 對鋼卷進行軸向加熱; 氫氣流愈上升經過導流板的個數就愈多 , 分出的氫氣流量就愈多 , 上升通道內流動的氫氣流量就愈少 , 上升流得到的熱量就減少。氣流達到罩頂后進入鋼卷中心下降通

12、道 , 下降通道內氫氣流隨著氣流的下降不斷地放出熱量, 總趨勢氣流溫度下降 , 至爐底風機入口處溫度最低。在加熱開始階段 , 鋼卷與氫氣流的溫差最大 , 鋼卷的吸熱最強 , 隨著加熱時間的延長 , 溫差逐漸減小 , 鋼卷吸熱減少。隨著時間的增加 ,上升流放熱量的減少 , 必然引起下降流的熱量增加 , 在氣流下降過程中有更多的熱量釋放給鋼卷內圈區(qū)域 , 逐漸減少鋼卷內外側的溫度差 , 使鋼卷溫度趨于均勻 , 隨著溫差的縮小, 外側氣流的最高溫度點向上移動 , 最高溫度由腰間移動至罩頂 , 而且將一直保持至保溫結束。數據顯示: 上部鋼卷溫度最高, 而且其各溫度點的差值也最小。下層溫度最低, 并且其

13、底層中各溫度差值最大 , 中間層居中。外側各測點的溫度在同層中為最大 , 而外側溫度差反而最小。中間各測溫點的溫度差為最大 , 爐內溫度不均勻性最大值主要表現在高度方向。測試表明: 在規(guī)定工藝要求時間內加熱、保溫結束后 , 同側最大溫差和同層最大溫差等所有測試點的最大溫差 20, 根據技術質量標準 ,符合鋼卷溫度均勻性要求。2) 控制點確定控制點: 在爐窯運行時 , 必須保證爐內各部位的溫度都能達到工藝要求的特征溫度點 , 是用于控制爐子運行狀態(tài)的關鍵點。通過測試看出 , 溫度最低點在爐子底部 , 并在半徑的中點 , 當該點的溫度達到工藝設定溫度時 , 其它各部位的溫度也一定達到工藝溫度要求。同時 , 通過對內罩循環(huán)氣流熱量傳輸進行分析 , 爐臺出風口處的溫度為最低 , 只要該處的溫度滿足鋼卷退火溫度要求 , 則一定能保證其它部位的溫度條件 , 所以 , 應