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(yīng)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(nèi)罩充注惰性氣體對加熱鋼坯進行保護，所以退火質(zhì)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(nèi)裝有大風(fēng)量、高功率的熱流風(fēng)機，使?fàn)t內(nèi)保護氣氛形成強對流循環(huán)，到達強化傳熱，并使?fàn)t內(nèi)溫度更趨均勻。爐溫均勻性直接關(guān)系到產(chǎn)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(biāo) ，是保證熱處理產(chǎn)品質(zhì)量的重要工藝參數(shù)，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制點確定提出根本方法。1根本結(jié)構(gòu)1爐臺：其底

2、板由型鋼加強鋼板制成扌車機物料使?fàn)t膛內(nèi)的保護氣體強盔q循環(huán);對流 果。爐座絕熱材料采用.硅酸鋁耐火纖 上加工一個特制的水冷燕尾槽J'維毯圖1強對流罩式熱處理爐結(jié)構(gòu)，用于承載熱 處理鋼卷。底部大功率大葉輪的風(fēng)!法L熱流風(fēng)機在加熱周期和冷卻周期中獲得最正確的氣體循環(huán)效,使?fàn)t座外外表溫度保持在60 C以下。底座大,槽內(nèi)裝有硅橡膠密圭寸圈 ,使內(nèi)罩和底座之間的密圭寸強對流罩式熱處理爐結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要有下面幾個局部組成。到嚴(yán)格的氣密性要求 ,內(nèi)罩和底座之間用液壓缸夾緊。加熱罩2 加熱罩：外殼采用普通碳鋼板制成,并使用結(jié)構(gòu)鋼加固。加熱罩上安裝有燃燒器、 點火電極、火焰監(jiān)測器、預(yù)熱器、燃?xì)夤芫€、

3、助燃空氣管線、起重梁、導(dǎo)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(nèi)罩間的連接到達密封,以減少廢氣和熱能損眾失。燃?xì)饪偣苌涎b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(jié)構(gòu)3 燃燒系統(tǒng)：由雙平面切向安裝的燃燒器組成燒器,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?；鹧娼Y(jié)構(gòu)被設(shè)計成引向內(nèi)罩和加熱罩間的中線工作面位置,以防止火焰對內(nèi)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?xì)夤芎椭伎諝夤芘c燃燒器。燃?xì)夤芫€系統(tǒng)電機、配置總電動切斷閥調(diào)壓閥、電磁

4、閥、壓力開關(guān)、壓力表、快速接頭。4 內(nèi)罩：其鋼結(jié)構(gòu)采用精加工的水冷大法蘭,密封法蘭壓緊在爐臺上密封內(nèi)罩。筒體材質(zhì)采用310S優(yōu)質(zhì)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(nèi)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(jié)構(gòu)鋼加固。在罩頂部安裝2臺大流量的風(fēng)機，高溫冷卻時,啟動風(fēng)機風(fēng)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(shù)輸入到過程計算機系統(tǒng)，退火模型計算出退火過程參數(shù)，經(jīng)操作人員確認(rèn)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

5、 內(nèi)罩密封：完成爐臺裝料后 對流板放置在鋼卷之間，設(shè)置內(nèi)罩，操作液壓裝置自動將內(nèi)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(nèi)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(yīng)報警，人工進行報警確認(rèn)后，控制系統(tǒng)自動重新進行密圭寸試驗。3 氣體置換:密封試驗成功后，通入氮氣。爐內(nèi)氮氣到達設(shè)定壓力后，扣上加熱罩啟動助燃風(fēng)機，用空氣吹掃加熱罩的爐膛空間。當(dāng)內(nèi)罩氧含量<015%后，通入氫氣并啟動循環(huán)風(fēng)機。4 點火升溫：隨后進行加熱罩天然氣總管的密封試驗并準(zhǔn)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(dāng)爐溫到達設(shè)定值后同時向爐內(nèi)

6、補充氫氣，保持爐壓穩(wěn)定內(nèi)罩內(nèi)壓力由壓力傳感器和壓力開關(guān)連續(xù)檢測。該過程持續(xù)約1h，結(jié)束后，循環(huán)風(fēng)機速度從 520r/min連續(xù)增加到2100r/min。循環(huán)風(fēng)機連續(xù)在1500r/min到2100r/min的高速下運轉(zhuǎn)直到冷卻結(jié)束。高效的循環(huán)風(fēng)機使得爐內(nèi)保護氣 體高速循環(huán)，保證鋼卷得到均勻的加熱。在適當(dāng)溫度下由加熱升溫轉(zhuǎn)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(shù)學(xué)模型計算給出。5冷卻階段：均熱結(jié)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(fēng)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

7、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(shù)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(shù)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(nèi)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(nèi)鋼卷是否到達熱處理的性能要求。2檢測方法被測罩式熱處理爐的內(nèi)罩結(jié)構(gòu)為圓柱形，氣流從爐臺的對流風(fēng)機出風(fēng)口噴出，貼內(nèi)罩內(nèi)壁向上流動，一邊吸收來自內(nèi)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(cè)，熱氣流上升至內(nèi)罩頂后，沿罩頂折入鋼卷內(nèi)孔，放出熱量至鋼卷內(nèi)側(cè)，最后導(dǎo)入風(fēng)機入口 ，進行下一個循環(huán)。所以其具有中心軸對稱性，可認(rèn)為在中心軸橫截面外周上和內(nèi)周上的

8、溫度也相同，所以熱電偶探頭只需布置在中心軸的一側(cè)即可，各熱電偶測試點布置如表1。表1內(nèi)罩各位置熱電偶布置標(biāo)號層次內(nèi)側(cè)中間外側(cè)上層789中層456底層1233儀器設(shè)備根據(jù)爐溫均勻性檢測的要求需要選擇合格的儀器設(shè)備才能保證檢測的準(zhǔn)確性，熱電偶、對應(yīng)補償導(dǎo)線、顯示儀表的選擇必須符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，測試對相關(guān)儀器設(shè)備的性能要 求如表2。表2爐溫檢測主體設(shè)備要求儀器名稱目的型號數(shù)量規(guī)格要求備注柔性熱電偶測定爐內(nèi)各布置點溫度K型，11級0? 1000C9支符合GB/T3772、GB/T2614、GB/T校驗合格4993、GB/T1683912補償導(dǎo)線熱電偶與顯示 儀表連接9根符合GB/T3772、GB/T

9、2614、GB/T4993、GB/T1683912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(nèi)罩底部熱流風(fēng)機的作用,氣流速度大,空爐狀態(tài)時,爐內(nèi)溫度比擬均勻，所以其空載狀態(tài)的爐溫均勻性測試一般沒有實際意義。該次測試考慮裝載負(fù)荷條件下的爐內(nèi)各布置點的溫度狀況。罩內(nèi)放置4卷鋼卷，導(dǎo)流板安置于各鋼卷之間使局部熱氣流能通過導(dǎo)流板進入對流風(fēng)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(nèi)、中、外3點，共計3層，合計9個測試點，通過補償導(dǎo)線連接至溫度記錄儀，對測試數(shù)據(jù)進行記錄。從強對流罩式熱處理爐點火開始即進行跟

10、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(nèi)存中，至爐子加熱停止測量結(jié)束。4數(shù)據(jù)分析及控制點確定1測試數(shù)據(jù)分析按退火工藝要求，整個爐子加熱運行時間33h包括升溫、保溫，根據(jù)強對流罩式熱處理爐爐內(nèi)溫度分布跟蹤記錄。爐子保溫結(jié)束時各測試點的溫度數(shù)據(jù)說明：鋼卷的整個加熱過程 ，通過罩內(nèi)氫氣流的外側(cè)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(fēng)機提供動力，1將氫氣流噴出進入外側(cè)上升通道，在通道內(nèi)一邊吸收內(nèi)罩壁以對流和輻射方式傳入的熱量，同時其中一局部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(jīng)鋼卷間導(dǎo)流板，將熱量傳遞至鋼卷間空隙，對鋼卷進行軸向

11、加熱；氫氣流愈上升經(jīng)過導(dǎo)流板的個數(shù)就愈多，分出的氫氣流量就愈多，上升通道內(nèi)流動的氫氣流量就愈少，上升流得到的熱量就減少。氣流到達罩頂后進入鋼卷中心下降通道，下降通道內(nèi)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(fēng)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(nèi)圈區(qū)域，逐漸減少鋼卷內(nèi)外側(cè)的溫度差，使鋼卷溫度趨于均勻，隨著溫差的縮小，外側(cè)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

12、至保溫結(jié)束。數(shù)據(jù)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，并且其底層中各溫度差值最大，中間層居中。外側(cè)各測點的溫度在同層中為最大，而外側(cè)溫度差反而最小。中間各測溫點的溫度差為最大，爐內(nèi)溫度不均勻性最大值主要表現(xiàn)在高度方向。測試說明：在規(guī)定工藝要求時間內(nèi)加熱、保溫結(jié)束后，同側(cè)最大溫差和同層最大溫差等所有測試點的最大溫差< 20 C，根據(jù)技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，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(nèi)各部位的溫度都能到達工藝要求的特征溫度點，是用于控制爐子運行狀態(tài)的關(guān)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(dāng)該點的溫度到達工藝設(shè)定溫度時，其它各部位的溫度也一定到達工藝溫度要求。同時，通過對內(nèi)罩循環(huán)氣流熱量傳輸進行分析，爐臺出風(fēng)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，那么一定能保證其它部位的溫度條件，所以，應(yīng)確定控制點 位置在對流風(fēng)機的出風(fēng)口