CN102072645A - 一种实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，包括炉体、热电偶、进料台、出料台、传动辊和炉门，在炉膛前段的预热段通过吸气管、过滤器、冷却器和空压泵的输入端相连接，空压泵的输出端一路与设置在炉膛后段冷却区域的一组上下对流喷射管相连通，上下对流喷射管穿过炉体安装在相应的上下对流引导管内构成射流结构。本发明有益的效果是：采用本技术可以解决大型炉炉气流动、循环和热能移位等技术难题，通过温控减小温差。可根据热处理工艺曲线，把需要冷却部分炉段热能移至需要升温加热的炉段。从而极大的降低热处理能耗，同时避免大量热量排放到炉外，提高了清洁生产水平，改善了工人作业环境。

Description

一种实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑

技术领域

本发明涉及工业炉窑设备领域，尤其是一种实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑。

背景技术

在各类大型工业炉窑设备中，由于炉膛几何尺寸关系和加热源分布所受到的局限，在炉膛垂直方向存在较大温度梯度，因热辐射源与工件角度存在差异导致工件不同部分存在温度差而受热不均匀，影响金相组织和硬度及强度。

由于炉膛气氛不均匀并存在死角导致局部脱碳问题经常发生。几何形状较大或复杂的工件实现均匀加热和工件表面无局部脱碳成为难题。现有的解决办法通常采用搅拌风扇、离心风机、热回风罩等装置加强气体对流传热，而对流传递热能在700℃以上高温效果微乎其微，根本无法真正起到工件均匀加热和防止局部脱碳的目的。

对于炉膛长度远远大于炉宽和炉高的大型连续式、步进式热处理炉窑，传统的节能措施是在炉外与其它系统进行余热利用，在于热交换利用过程中，相当一部分能源已经浪费掉了，节能水平相对较低。

实现炉膛内热能移位技术在我公司已经授权的单层、双层炉发明专利专利号：ZL200610053067.7、ZL200810120771.9得到了较理想的实现；但对单层炉靠近进料口炉膛和靠近出料口炉膛远距离热能移位是通过热风机和热风管实现的，热效率仍不理想。

发明内容

本发明的目的正是为了克服上述技术的不足，而提供一种实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，解决目前各种大型气氛炉窑的炉温均匀性和炉膛内实现热能远距离移位的前卫技术，对热处理清洁生产、节能减排具有重要意义。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，包括炉体、热电偶、进料台、出料台、传动辊和炉门，在炉膛前段的预热段通过吸气管、过滤器、冷却器和空压泵的输入端相连接，空压泵的输出端一路与设置在炉膛后段冷却区域的一组上下对流喷射管相连通，上下对流喷射管穿过炉体安装在相应的上下对流引导管内构成射流结构。

作为优选，所述的炉膛内腔分为预热段、加热段、快冷段、等温段、缓冷段和冷却段，在快冷段、等温段、缓冷段和冷却段中均设置有由上下对流喷射管和上下对流引导管构成的射流结构。

作为优选，在炉膛的膛壁内设置有至少一根热移位引导管，热移位引导管的吸气口设置在炉膛前段的预热段，热移位引导管的吹气口设置在炉膛后段冷却区域；所述空压泵的输出端另一路与一组热移位喷射管相连通，热移位喷射管安装在热移位引导管内构成热移位结构。

作为优选，所述的炉膛内腔分为预热段、加热段、快冷段、等温段、缓冷段和冷却段，在炉膛的膛壁内设置有二根热移位引导管，热移位引导管内安装有多根热移位喷射管，热移位引导管的吹气口分别设置在快冷段和冷却段的区域内。

作为优选，所述的空压泵的输出端一路通过调节阀与上下对流喷射管相连通。

作为优选，所述的空压泵的输出端另一路通过喷射流量调节阀、热移位电磁阀与热移位喷射管相连通。

作为优选，所述的空压泵的输出端上连接有压力表。

本发明气体流动场形成机理：气体自射流管嘴向外喷射所形成的流动为气体射流。当出口速度较大，流动呈紊流状态。本技术利用射流的流速场、温度场和气氛浓度场之间相互作用，在引射管的约束下，流动气体受引射管壁的限制形成受限射流，受限射流形成紊流，紊流强度即脉动速度的均方根值与平均速度值之比有关，紊流强度越大，说明射流在喷嘴前已“紊乱化”。紊流具有较大的与周围介质混合的能力，使射流扩散角增大，被带动的周围介质增多，射流速度沿管壁程下降加速。无论是起始段还是主体段，轴心速度最大；随着射程的增加各断面上的绝对速度分布逐渐扁平化；压力区逐渐变换成无因次分布，射流各截面上的速度分布具有相似性。

质量交换，热量交换，浓度交换发生在射流形成过程中，射流轴线的轨迹发生弯曲。射流中横向动量交换、旋涡的出现。在温差射流中，由于热量扩散比动量扩散要快些，所以温度边界层比速度边界层发展要快些。所以引射管后气氛和温度已经变得均匀。随着射流嘴不断射出流体带动上层热能向引射管下端出口运动，炉膛中下层炉压增大底层气体向上层运动，炉膛上下的热移位便发生了，从而实现炉气循环炉膛前后热能移位原理相似。

本发明有益的效果是：解决炉气均匀无死角、防止局部脱碳；降低垂直方向温差、实现均匀加热、提高组织和硬度等项技术质量指标；提高炉内热能移位效率，提高节能减排技术水平。采用本技术可以解决大型炉炉气流动、循环和热能移位等技术难题，通过温控减小温差。可根据热处理工艺曲线，把需要冷却部分炉段热能移至需要升温加热的炉段。从而极大的降低热处理能耗，同时避免大量热量排放到炉外，提高了清洁生产水平，改善了工人作业环境。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明的侧视结构示意图。

附图标记说明：吸气管1、过滤器2、冷却器3、空压泵4、压力表5、调节阀6、上下对流喷射管7、上下对流引导管8、预热段9、加热段10、快冷段11、等温段12、缓冷段13、冷却段14、炉门15、工件16、进料台17、传动辊18、热移位喷射管19，热移位电磁阀20、热移位引导管21，炉体22，喷射流量调节阀23，热电偶24，出料台25，吸气口26，吹气口27。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2所示，这种实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，包括炉体22、热电偶24、进料台17、出料台25、传动辊18和炉门15，在炉膛前段的预热段10通过吸气管1、过滤器2、冷却器3和空压泵4的输入端相连接，空压泵4的输出端一路通过调节阀6与设置在炉膛后段冷却区域的一组上下对流喷射管7相连通，空压泵4的输出端上连接有压力表5，上下对流喷射管7穿过炉体22安装在相应的上下对流引导管8内构成射流结构。所述的炉膛内腔分为预热段9、加热段10、快冷段11、等温段12、缓冷段13和冷却段14，在快冷段11、等温段12、缓冷段13和冷却段14中均设置有由上下对流喷射管7和上下对流引导管8构成的射流结构。工作过程：通过把炉膛进料低温段炉气由吸气管1抽出经过过滤器2、冷却器3、空压泵4压缩为设定压力值的压缩空气。经过压力表5控制系统压力，输入压力管道，经调节阀6调节流量进入上下对流喷射管7实现高压微量气流引发炉膛上下层气体循环，改变温度场实现温度均匀加热工件，使工件获得理想金相组织、硬度。同时由于炉膛气氛流动充分均匀、无死角，避免了工件局部脱碳。

本实施例中，在炉膛的膛壁内设置有二根热移位引导管21，热移位引导管21的吸气口26设置在炉膛前段的预热段10，热移位引导管21的吹气口27分别设置在快冷段11和冷却段14的区域内。所述空压泵4的输出端另一路通过喷射流量调节阀23、热移位电磁阀20与一组热移位喷射管19相连通，多根热移位喷射管19安装在热移位引导管21内构成冷却热移位结构。热移位电磁阀20调节流量进入热移位引导管21实现高压微量气流引发炉膛前后路段气体热移位。把冷却区热量热交换到加热升温区。既实现了炉膛内部热能充分利用，又保证工艺冷却段的冷却速度要求。

本发明是通过从炉内抽取少量低温气体，经过过滤、冷却、压缩、调节阀，然后通过管道分成两路进入炉内。一路进入引射管实现炉膛垂直方向温度均匀；另一路进入冷却热移位管实现炉膛首尾热能移位。空压泵4压力控制根据需要设定，过滤器2保证处处气氛洁净，减少空压泵磨损；冷却器3保证气体温度符合空压泵要求；调节阀6控制气体流量；电磁阀与温控连锁控制气体是否进入引射管、热移位管；上下对流喷射管7和上下对流引导管8是炉气循环引发装置；热移位管是温度高炉气向温度低炉气进行热移位装置。需要说明的是：可以根据需要在空压泵的输出端串接储气罐，以增加气体的连续性；也可以在炉体的前后加装真空室。

本发明通过垂直方向的热移位使炉膛气体得以流动形成均匀的炉膛气氛，一是避免工件因加热不均匀导致工件金相组织、硬度达不到理想热处理质量要求；二是避免因炉气不均匀有死角造成产品局部脱碳等质量问题。

本发明通过水平方向炉膛前后方向热能移位，使得炉膛冷却段与加热升温段热能通过移位进行热交换，实现了热能在炉内充分利用，大大降低了能源消耗，避免了冷却时大量热能向炉外排放。在节能减排、清洁生产方面又上了一个新台阶。

本发明适用于各种加热炉通过高压微量气流引动效应实现热能在炉膛内实现X轴、Y轴、Z轴三维方向移位，同时可通过热电偶控温实现对非稳态温度场按工艺设定要求进行控制，并可以根据需要促使炉膛气氛流动而避免保护气氛存在死角。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，包括炉体(22)、热电偶(24)、进料台(17)、出料台(25)、传动辊(18)和炉门(15)，其特征在于：在炉膛前段的预热段(10)通过吸气管(1)、过滤器(2)、冷却器(3)和空压泵(4)的输入端相连接，空压泵(4)的输出端一路与设置在炉膛后段冷却区域的一组上下对流喷射管(7)相连通，上下对流喷射管(7)穿过炉体(22)安装在相应的上下对流引导管(8)内构成射流结构。

2.根据权利要求1所述的实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，其特征在于：所述的炉膛内腔分为预热段(9)、加热段(10)、快冷段(11)、等温段(12)、缓冷段(13)和冷却段(14)，在快冷段(11)、等温段(12)、缓冷段(13)和冷却段(14)中均设置有由上下对流喷射管(7)和上下对流引导管(8)构成的射流结构。

3.根据权利要求1所述的实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，其特征在于：在炉膛的膛壁内设置有至少一根热移位引导管(21)，热移位引导管(21)的吸气口(26)设置在炉膛前段的预热段(10)，热移位引导管(21)的吹气口(27)设置在炉膛后段冷却区域；所述空压泵(4)的输出端另一路与一组热移位喷射管(19)相连通，热移位喷射管(19)安装在热移位引导管(21)内构成热移位结构。

4.根据权利要求3所述的实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，其特征在于：所述的炉膛内腔分为预热段(9)、加热段(10)、快冷段(11)、等温段(12)、缓冷段(13)和冷却段(14)，在炉膛的膛壁内设置有二根热移位引导管(21)，热移位引导管(21)内安装有多根热移位喷射管(19)，热移位引导管(21)的吹气口分别设置在快冷段(11)和冷却段(14)的区域内。

5.根据权利要求1所述的实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，其特征在于：所述的空压泵(4)的输出端一路通过调节阀(6)与上下对流喷射管(7)相连通。

6.根据权利要求4所述的实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，其特征在于：所述的空压泵(4)的输出端另一路通过喷射流量调节阀(23)、热移位电磁阀(20)与热移位喷射管(19)相连通。

7.根据权利要求1或3或5所述的实现气体流场热移位及气氛均匀的工业炉窑，其特征在于：所述的空压泵(4)的输出端上连接有压力表(5)。

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