CN103394657B - 一种带有热辐射加热器的溜槽及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有热辐射加热器的溜槽及其使用方法，属于冶金行业。本发明的带有热辐射发生器的溜槽由溜槽本体、热辐射发生器和可调机械平衡架三大部分组成。热辐射发生器的基本组成结构有：混合喷气装置、埋焰稳燃装置、热辐射发生器缸体。可调机械平衡架基本组成结构有：承重支架、高度调整块、滑轮组、钢丝绳、配重器、过渡架。本发明的带有热辐射加热器的溜槽具有升温速度快、温度分布均匀、节省燃气的优点，并且所用材料坚固耐用，安全可靠，可适用不同加热温度的需要，可调整机械平衡架定位高度和平行度均可调节，可调整可固定及调节检修位置和工作位置，方便操作；相对传统加热方式环保，具有节能减排的作用和可观的经济效益。
Description
技术领域
本发明公开了一种带有热辐射加热器的溜槽及其使用方法，属于冶金行业。
背景技术
在冶炼行业熔炼生产过程中所产生的金属溶液，从冶炼炉到中间包要由溜槽来过渡，而溜槽为环境温度，在金属溶液通过溜槽时造成突然降温冷却，容易固化粘结在溜槽上，所以需要对溜槽进行加热保温（俗称烤溜槽），以保证金属溶液不粘结在溜槽上。
目前国内外常规烤溜槽的方式是用明火直接加热，是以火焰燃烧的加热方式进行，例如可参照CN2828059Y，且有不同的形式，如：采用单燃烧枪整体溜槽加热、多燃烧枪逐段溜槽同时加热。这种加热方式对溜槽加热时间长，溜槽受热不均匀，热传播速度慢，热能量损失大，溜槽本身散热造成加热后温度难恒定，金属溶液仍然会出现降温、冷却、固化后粘结在溜槽上的现象，残留粘附在溜槽上的金属固体需要清理后才能继续下一轮生产，生产效率低，废料产生多，生产成本大，工人劳动强度大，并且耗费大量的人力。这是整个冶炼行业所面临的技术难题。
本发明提出一种全新的、以燃气（天然气、液化气、煤气等）为燃料进行辐射的溜槽，其设备结构组成包括：溜槽本体、热辐射发生器和可调机械平衡架。本发明是以热辐射方法加热溜槽，不同于目前在冶金行业中普遍使用的明火加热溜槽的传统方法。其工作原理基于基尔霍夫热辐射定律，火焰将热能 (内动能)转换为热辐射能并通过向周围辐射方式来传递能量的过程。
采用热辐射方式加热溜槽时，当加热温度在低温时，热辐射加热与对流加热的作用共同存在于加热过程中。当温度升高时，则对流传热迅速减少，而辐射传热急剧增加。温度达800-1000℃左右时，辐射热的传递已成为加热过程的主要形式。温度越高，辐射越强。
这种热辐射具一定的穿透力，可迅速释放热量。它的优点是：没有火焰、不冒烟，被加热溜槽受热均匀，加热温度高，热能损失小，升温速度快。由于在热辐射方式加热下，溜槽温度基本接近金属溶液温度，从而解决了金属溶液遇冷后固化在溜槽上粘结的问题。
采用热辐射方式加热溜槽，完全摈弃了用明火加热溜槽的传统工序。同时省去了清理溜槽的时间，减轻了工人的劳动强度，完成加热过程快，缩短了生产周期，提高了生产效率。
采用热辐射加热溜槽符合冶金工艺的生产要求，符合节能减排的环保要求。
本装置可将溜槽加热800-1000℃左右，加热温度可以根据需要控制，完全适用于有色冶金行业中铜冶炼、铅冶炼和镍冶炼等各种冶金炉型的溜槽加热。
发明内容
本发明通过在传统溜槽上设置用热辐射加热冶炼生产装置的热辐射发生器，提高了溜槽的加热温度和加热速度，解决金属溶液在溜槽中遇冷后降温产生固化粘结现象。
本发明的带有热辐射发生器的溜槽由溜槽本体、热辐射发生器和可调机械平衡架三大部分组成。
热辐射发生器的基本组成结构有：混合喷气装置、埋焰稳燃装置、热辐射发生器缸体。
可调机械平衡架基本组成结构有：承重支架、高度调整块、滑轮组、钢丝绳、配重器、过渡架。
热辐射发生器发明的理论依据是基尔霍夫热辐射定律。它适用于气体燃料（天然气、液化气、煤气等），彻底颠覆了以往用明火直接加热的方式。其工作原理是：热辐射发生器是将燃气和空气均匀混合在热辐射发生器中，进行埋焰燃烧后完成热能 (内动能)转换为辐射热，在加热过程中热辐射能量在微孔辐射板上均匀释放，并迅速渗透到被加热体中，当被加热体升温后，使整体加热环境升温。温度越高，辐射越强（热辐射定律的结论）。辐射越强，升温越快，在加热过程中形成了一个正反馈模式。热辐射通过这种正反馈模式下的加热过程，能够使辐射热传递热量成为加热过程的主体形式，使被加热体迅速升温。这就决定了采用热辐射加热溜槽时，加热温度高、升温速度快（辐射热传热速度大大高于溜槽体的散热速度），在很短的时间内完成加热过程。所以具有节约能源的优点。这就是本发明的核心内容——热辐射发生器。
可调机械平衡架的作用是支撑热辐射发生器，该平衡架可根据现场溜槽情况调整热辐射发生器的高度，并且有角度调整功能，如：平面角度的调整，可确保热辐射发生器与溜槽水平接触。位置角度调整，可使热辐射发生器扬起不同角度，便于安装和维修。高度的调整可适用现场不同的高度要求。
本发明的溜槽上的热辐射加热器包括：
A、混合喷气装置：由供燃气管、混合燃烧器、空气流量控制板、及管道连接件组成；或由燃气管(1)、燃气控制球阀(V)，混合燃烧器(2)，强制助燃风管(P)，热辐射发生器缸体(4)以及管道连接件组成；前者用于引射供风式燃烧，后者用于强制供风式燃烧。
B、由三连缸构成，缸体外部为耐高温材料，内部为耐高温的埋焰填料，底部为耐高温的热微孔辐射板，热微孔蜂窝体辐射板上方有匀气板。
用于支撑热辐射发生器的可调整机械平衡架包括：承重支架，高度调整块, 埋焰稳燃室，滑轮组，钢丝绳，配重器，过渡杆和连接杆。
承重支架为钢体结构，可用地脚螺丝固定。热辐射发生器缸体为耐高温保温材料浇筑而成，有坚固耐用，耐高温等特点。热辐射板为微孔蜂窝状高温材料制成，在高温下不变形，热辐射传递快。
引射式的空气是靠燃气的流速和燃烧过程形成的负压将空气引射到燃烧室助燃，强制供风式是直接通过空气管道供气，有一定压力的空气，在供气系统实现调节后，使空气流量与燃气流量成一定的比例关系送入燃烧室助燃。引射式热辐射发生器适用于发热量功率小，或发热点多布置分散的场合。强制供风式适用于发热量功率大，或安装集中、装置规模较大的场合。
本发明的设计充分考虑了各种不同环境下的使用情况。其一，现场机械装置升、降操作可实现手动或电动控制操作。其二，可燃气体的燃烧过程可实现强制供风燃烧或引射式供风燃烧。其三，热辐射发生器的外形设计可根据现场溜槽尺寸的结构，改变宽、窄、长、短尺寸，可灵活设计为方形和圆形。
本发明的带有热辐射加热器的溜槽具有升温速度快、温度分布均匀、节省燃气的优点，并且所用材料坚固耐用，安全可靠，可适用不同加热温度的需要，可调整机械平衡架定位高度和平行度均可调节，可调整可固定及调节检修位置和工作位置，方便操作；可适用于不同形态的溜槽，现场安装简单，操作方便，容易维修，相对传统加热方式环保，具有节能减排的作用和可观的经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构总图；
图2为本发明热辐射燃烧器立体图
图3为本发明热辐射燃烧器的主视图；
图4为图3的剖视图；
图5引射空气流量控制板局部放大图；
图6热辐射发生器连接图；
图7 强制供风热辐射发生器的主视图；
图8强制供风热辐射发生器的侧视图.
图1-8中附图标记说明：
1-燃气管，2-混合燃烧器，3-空气流量控制板，4-热辐射发生器缸体，5-埋焰燃烧室，6-匀气板，7-微孔蜂窝体热辐射板，8-平衡调整螺母，9-仰角调整限位，10-过渡架，11-钢丝绳，12-定滑轮，13-承重支架，14-仰角旋转轴，15-高度调整块，16-平衡固定螺母，17-配重器；V-燃气控制球阀， P-强制助燃风管。
本发明的外形并不受此图的限制，仅外形改变也属于本发明的保护范围。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
带热辐射发生器的溜槽，包括溜槽本体，热辐射发生器和可调机械平衡架。
热辐射发生器包括混合喷气装置，埋焰稳燃装置和引射装置，其中混合喷气装置由燃气管1、混合燃烧器2、空气流量控制板3以及管道连接件构成，埋焰稳燃装置由三个缸体构成，缸体四周为耐高温材料浇注而成，内部为耐高温的埋焰填料，底部为耐高温的微孔蜂窝体热辐射板7，微孔蜂窝体热辐射板7的上方有匀气板6；通过空气和燃气混合燃烧，在埋焰填料中产生辐射热，并使辐射热均匀分布在缸体中。辐射热通过底部的微孔蜂窝体热辐射板传递给溜槽对溜槽加热，将溜槽加热至800-1000℃。
可调整机械平衡架包括承重支架13、高度调整块15、滑轮组、钢丝绳11、配重器17、过渡架10，滑轮组由一个定滑轮和第一动滑轮组成，可调整机械平衡架可完成三种调整：热辐射发生器的仰角调整、水平调整和高度调整，其中：
仰角调整为：滑轮组的定滑轮12位于承重支架13的顶部，动滑轮位于过渡架上，钢丝绳11、定滑轮12、配重器17，以及高度调整块15上的小孔连接成仰角调整组，使得热辐射发生器可在竖直方向上转动90°，以便于热辐射加热器在工作位置和维修位置之间切换。操作方法为：首先打开仰角调整限位9，拉动钢丝绳11，使热辐射发生器绕旋转轴14旋转，达到需要位置后锁紧仰角调整限位9。
高度调整为：高度调整块15固定地连接在承重支架13上，并且可在承重支架13上下移动，以便于热辐射发生器调整到与溜槽相适应的高度，准确接触。
水平调整为：溜槽本体有一定的倾斜度，热辐射发生器的表面必须与溜槽表面平行接触，热辐射发生器可在15°范围内左右7.5°调整。调整过程：见图6中，打开平衡固定螺母16，调整平衡调整螺母8，使热辐射发生器与溜槽平行接触，然后锁紧平衡固定螺母。
热辐射发生器的控制操作：燃气管上设置调节阀和流量计用于控制和调节溜槽的温度，设置压力变送器用于检测燃气压力，设置切断阀确保安全，燃气压力、流量、溜槽加热温度由PLC控制系统远程操作和监控。
燃气管内使用的燃气可为天然气、液化石油气、煤气、瓦斯气中的一种。
热辐射发生器在溜槽通过金属溶液前开始对溜槽进行加热，加热至800-1000℃左右开始流通金属溶液，此时金属溶液的温度加上热辐射的温度使溜槽温度上升，温度越高，辐射越强，因此这时可以关闭热辐射发生器，可保证溜槽温度在800-1000℃左右即可，期间也可通过调节阀实现加热控制进而实现温度控制，金属溶液流完后可将加热装置调至检修位置。
使用时，首先安装调试，将热辐射发生器安装在溜槽上面，然后将天然气控制输出管线与供燃气管1连接，调整空气流量控制板3的位置，确保空气流量的供应。其工作原理是：利用燃气的流通速度将空气引入混合燃烧器2内，并在混合燃烧器2内与燃气混合，确保燃气在燃烧过程中有空气助燃。空气流量控制板3向上调整时，空气流通面积加大，空气量大。空气流量控制板向下调整时，空气流通面积减小，空气量小。
人工手动点火，点火源置于微孔蜂窝体热辐射板7外，将天然气引入埋焰稳燃室5里点燃天然气，火焰在埋焰装置里的匀气板6与微孔蜂窝体热辐射板7之间燃烧，此时天然气在埋焰燃烧室里燃烧对埋焰填料加热，加热产生热辐射，观察温度上升驱势，通过控制逐渐加大天然气流量，燃烧产生的热辐射通过匀气板使热量均匀分布在微孔蜂窝体热辐射板上，微孔蜂窝体热辐射板通过热辐射方式对溜槽加热。这就是热辐射发生器加热溜槽的工作过程。
实施例2
带热辐射发生器的溜槽，包括溜槽本体，热辐射发生器和可调机械平衡架。
热辐射发生器包括混合喷气装置，埋焰稳燃装置和引射装置，其中混合喷气装置由燃气管(1)、燃气控制球阀(V)，混合燃烧器(2)，强制助燃风管(P)，热辐射发生器缸体(4)以及管道连接件组成，埋焰稳燃装置由三个缸体构成，缸体四周为耐高温材料浇注而成，内部为耐高温的埋焰填料，底部为耐高温的微孔蜂窝体热辐射板7，微孔蜂窝体热辐射板7的上方有匀气板6；通过空气和燃气混合燃烧，在埋焰填料中产生辐射热，并使辐射热均匀分布在缸体中。辐射热通过底部的微孔蜂窝体热辐射板传递给溜槽对溜槽加热，将溜槽加热至800-1000℃。
可调整机械平衡架包括承重支架13、高度调整块15、滑轮组、钢丝绳11、配重器17、过渡架10，滑轮组由一个定滑轮和第一动滑轮组成，可调整机械平衡架可完成三种调整：热辐射发生器的仰角调整、水平调整和高度调整，其中：
仰角调整为：滑轮组的定滑轮12位于承重支架13的顶部，动滑轮位于过渡架上，钢丝绳11、定滑轮12、配重器17，以及高度调整块15上的小孔连接成仰角调整组，使得热辐射发生器可在竖直方向上转动90°，以便于热辐射加热器在工作位置和维修位置之间切换。操作方法为：首先打开仰角调整限位9，拉动钢丝绳11，使热辐射发生器绕旋转轴14旋转，达到需要位置后锁紧仰角调整限位9。
高度调整为：高度调整块15固定地连接在承重支架13上，并且可在承重支架13上下移动，以便于热辐射发生器调整到与溜槽相适应的高度，准确接触。
水平调整为：溜槽本体有一定的倾斜度，热辐射发生器的表面必须与溜槽表面平行接触，热辐射发生器可在15°范围内左右7.5°调整 。调整过程：见图6中，打开平衡固定螺母16，调整平衡调整螺母8，使热辐射发生器与溜槽平行接触，然后锁紧平衡固定螺母。
热辐射发生器的控制操作：燃气管上设置调节阀和流量计用于控制和调节溜槽的温度，设置压力变送器用于检测燃气压力，设置切断阀确保安全，燃气压力、流量、溜槽加热温度由PLC控制系统远程操作和监控。
燃气管内使用的燃气可为天然气、液化石油气、煤气、瓦斯气中的一种。
热辐射发生器在溜槽通过金属溶液前开始对溜槽进行加热，加热至800-1000℃左右开始流通金属溶液，此时金属溶液的温度加上热辐射的温度使溜槽温度上升，温度越高，辐射越强，因此这时可以关闭热辐射发生器，可保证溜槽温度在800-1000℃左右即可，期间也可通过调节阀实现加热控制进而实现温度控制，金属溶液流完后可将加热装置调至检修位置。
使用时，首先安装调试，将热辐射发生器安装在溜槽上面，然后将天然气控制输出管线与供燃气管1连接，通过控制空气管道引入具有一定压力的空气，通过调节燃气控制球阀使得燃气和空气形成适当的比例关系进入燃气室燃烧。
人工手动点火，点火源置于微孔蜂窝体热辐射板7外，将天然气引入埋焰稳燃室5里点燃天然气，火焰在埋焰装置里的匀气板6与微孔蜂窝体热辐射板7之间燃烧，此时天然气在埋焰燃烧室里燃烧对埋焰填料加热，加热产生热辐射，观察温度上升驱势，通过控制逐渐加大天然气流量，燃烧产生的热辐射通过匀气板使热量均匀分布在微孔蜂窝体热辐射板上，微孔蜂窝体热辐射板通过热辐射方式对溜槽加热。这就是热辐射发生器加热溜槽的工作过程。
实施例1和2的工作过程中各项参数如下：
1、（燃气）天然气：
热值：8400Kcal/m3 压力：0.4MPa 流量：三连体结构2m3/h
（使用液化气、煤气为燃料时可根据热值折算流量）
2、溜槽加热温度：
800-1000℃
3、机械平衡架：
高度：1600mm， 宽度：1000mm 重量：200Kg
4、 发生器缸体：
高度：300mm 宽度：600mm 厚度：390mm 重量：30Kg。
Claims (9)
1.一种带热辐射加热器的溜槽，包括溜槽本体、热辐射加热器和可调整机械平衡架，所述热辐射加热器与可调整机械平衡架相连，由可调整机械平衡架调节从而位于溜槽上方，其特征在于，所述热辐射加热器包括：-混合喷气装置；-埋焰稳燃装置，其由三个缸体构成，缸体外部为耐高温保温材料，内部为耐高温的埋焰填料，底部为耐高温的微孔蜂窝体热辐射板(7)，微孔蜂窝体热辐射板(7)上方具有匀气板(6)；燃气与空气在混合燃烧器中混合，在热辐射发生器缸体(4)中燃烧，通过辐射板将热辐射传递给被加热体溜槽；
其中燃气压力、流量、溜槽加热温度由PLC控制系统远程操作和监控。
2.根据权利要求1所述的带热辐射加热器的溜槽，其特征在于，混合喷气装置由燃气管(1)、混合燃烧器(2)、空气流量控制板(3)以及管道连接件组成。
3.根据权利要求1所述的带热辐射加热器的溜槽，其特征在于，混合喷气装置由燃气管(1)、燃气控制球阀(V)，混合燃烧器(2)，强制助燃风管(P)以及管道连接件组成。
4.根据权利要求2或3所述的带热辐射加热器的溜槽，其特征在于，所述可调整机械平衡架包括承重支架(13)、高度调整块(15)、滑轮组、钢丝绳(11)、配重器(17)、过渡架(10)；滑轮组包括一个定滑轮(12)和一个动滑轮，定滑轮(12)位于承重支架的顶部，动滑轮位于过渡架(10)上，钢丝绳(11)、动滑轮、定滑轮(12)、配重器(17)以及高度调整块(15)上的小孔连接成仰角调整组，使 得热辐射发生器可在竖直方向上转动90°，以便于热辐射加热器在工作位置和维修位置之间切换；高度调整块(15)固定地连接在承重支架(13)上并且可在承重支架(13)上下移动；过渡架(10)上设置有平衡调整螺母(8)和平衡固定螺母(16)，这两个螺母与热辐射发生器相连用于实现热辐射发生器的水平调整，使得热辐射发生器的表面适应溜槽本体的倾斜度而与溜槽平行接触，调整范围为15°，上下各7.5°。
5.根据权利要求2或3之一所述的带热辐射加热器的溜槽，其特征在于，所述燃气管(1)上设置调节阀和流量计用于控制和调节溜槽的温度，设置压力变送器用于检测燃气压力，设置切断阀确保安全。
6.根据权利要求4所述的带热辐射加热器的溜槽，其特征在于承重支架(13)为钢体结构，用地脚螺丝固定。
7.根据权利要求2或3所述的带热辐射加热器的溜槽，其特征在于，所述燃气管内使用的燃气为天然气、液化石油气、煤气、瓦斯气中的一种或几种。
8.一种带热辐射加热器的溜槽的加热方法，使用如权利要求1-5之一所述的带热辐射加热器的溜槽，包括如下步骤：
A.调节热辐射加热器的位置，包括仰角调整、高度调整以及水平调整，打开仰角调整限位，利用配重块拉动钢丝绳，使得热辐射发生器绕旋转轴旋转，达到工作位置后锁紧仰角限位；调节高度调整块在承重支架上的位置使得热辐射发生器调整到溜槽的高度；打开平衡固定螺母，调整平衡调整螺母，使得热辐射发生器与溜槽平行接触，适 应溜槽的倾斜度；
B.将天然气输出管线与燃气管相连接，调节燃气喷气装置确保燃气和/或空气量的适量供应；
C.在溜槽通过金属熔液前，人工手动点火，点火源位于微孔热辐射板外，将天然气引入埋焰稳燃室里点燃，火焰在埋焰装置里的匀气板和微孔热辐射板之间燃烧，从而对埋焰填料加热产生热辐射，将溜槽加温至800-1000℃；
D.观察温度趋势，金属熔液流出后，根据温度情况通过控制调节阀和流量计调节燃气流量，保证温度在800-1000℃，温度达到所要求温度上限时，关闭热辐射发生器；通过步骤A-D，燃烧产生的热辐射通过匀气板均匀分布在微孔蜂窝体热辐射板上，微孔蜂窝体热辐射板将热量传送给引射体，引射体通过热传递对溜槽加热；
E.加热结束后，再次调整仰角调整组，将溜槽调离工作位置。
9.如权利要求8所述的带热辐射加热器的溜槽的加热方法，在发热量功率小，或发热点多布置分散的场合使用权利要求2所述的混合喷气装置，也即使用引射供风式热辐射发生器，此时通过调节空气流量控制板控制空气的适量供应；在发热量功率大，或安装集中、装置规模较大的场合使用权利要求3所述的混合喷气装置，也即使用强制供风式热辐射发生器，此时通过调节燃气控制球阀控制燃气的适量供应。
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