CN108149000A - 一种节能型连续热处理系统及其热处理方法 - Google Patents

一种节能型连续热处理系统及其热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种节能型连续热处理系统及其热处理方法，包括依次相连的排烟机构、预热机构、加热机构、均热机构和冷却机构，带钢从预热机构输入进行热处理，经过加热机构、均热机构和冷却机构后输出，其特征在于，所述预热机构为节能型预热机构，包括预热箱体、稳定辊、喷气风箱、射流喷嘴、换热器、循环风机、循环风道和集气室。本发明充分利用辐射管燃烧尾气的热能并实现快速预热，进一步提高了辐射管加热的热效率，最大限度的减少了能源浪费，同时，也不会对带钢的表面质量造成负面影响。

Description

一种节能型连续热处理系统及其热处理方法
技术领域
本发明涉及冷轧带钢连续热处理领域，更具体地说，涉及一种节能型连续热处理系统及其热处理方法。
背景技术
为了降低能耗冷轧带钢连续热处理技术的传统惯例是在带钢热处理区域之前使用预热装置对其进行预热。目前常见的几种预热与加热方法如图1所示的日本专利No.H10-102151，图中的a为预热区域，b为热处理区域，c为密封部件，d为辐射管燃烧器，e为换热器，f为换热器，g为调节阀，h为排气系统，i为金属带。主要采用辐射管燃烧废气与炉内保护气体在排烟道内进行热交换，加热后的炉内保护气体，再加热带钢，这种预热方式由于换热器在预热炉外，会产生较大的管道压力与热力损失，因此效率较低，另一方面由于预热段的循环气体增压主要依靠一台循环风机，循环风在炉内的速度也不高，这样导致循环气体与带钢之间的换热系数较低，这样导致烟气的余热率用率较低。
图4为现有连续热处理加热系统图，如图4所示在工艺段内带钢依次进入预热段14、辐射管加热段16、均热段21、冷却段22等其它工艺段最终生产出合格的产品。预热段内辐射管燃烧后的烟气进入换热器7后与循环气体进行热交换，然后通过循环风机3增压后经管道进入射流喷嘴5，射流并加热带钢2，被带钢冷却后的循环气体再次进入换热器7进行热交换后完成一次循环。该喷气加热技术的缺点是：换热器与循环风机置于炉子预热段外面，外围管道复杂庞大，造成了大量的管道阻力与热力损失，且射流的速度一般控制在30m/s，相对较低，预热效果较差，一般来说带钢被预热到100-150℃，最终排烟温度为350-600℃。辐射管加热段内采用辐射与自然对流的方式加热带钢，在此区域内带钢被加热到750-950℃，之后带钢进入均热段此区域内带钢根据热处理工艺要求保持一定的温度，再进入冷却段，该区域内带钢通过喷气冷却、气雾冷却等冷却方式降低到400℃以下之后再经过其它工艺段最后输出产品。分析现有的工艺技术可以发现大量的辐射管燃烧废气残余能源并没有得到充分的利用，机组整体的排烟温度较高，另外预热段内的换热器设置在炉体外部，导致了烟气中高品质的能源浪费，根据估算烟气的能源利用率低于机组投入燃气能源的5％。
综上如图1和图2所示，由于受到预热段内带钢与流体之间的对流换热系数较低，以及外置的换热器与风机沿程的压力热力损失大的限制，辐射管燃烧尾气的热能并没有得到充分的利用，排烟温度较高，浪费了大量的能源。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种节能型连续热处理系统及其热处理方法，充分利用辐射管燃烧尾气的热能并实现快速预热，进一步提高了辐射管加热的热效率，最大限度的减少了能源浪费，同时，也不会对带钢的表面质量造成负面影响。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，一种节能型连续热处理系统，包括依次相连的排烟机构、预热机构、加热机构、均热机构和冷却机构，带钢从预热机构输入进行热处理，经过加热机构、均热机构和冷却机构后输出，所述预热机构为节能型预热机构，包括预热箱体、稳定辊、喷气风箱、射流喷嘴、换热器、循环风机、循环风道和集气室，喷气风箱具有数对，都设于预热箱体内，每对喷气风箱都呈相对设置，稳定辊设于每对喷气风箱的相对面之间，每个喷气风箱的相对面上均设有数个射流喷嘴，每个喷气风箱内都设有一个换热器，射流喷嘴将换热器产生的热量射流至带钢上进行预热，预热机构的喷气风箱的一端均与排烟机构相连，另一端均与集气室的出气端相连，集气室的入气端与加热机构相连，加热机构产生的燃烧尾气输送至集气室内，集气室用以收集存储燃烧尾气，再将燃烧尾气输送至喷气风箱的换热器中，每对喷气风箱的侧边都设有一个循环风机，并通过循环风道使喷气风箱与循环风机连通，循环风机用以将射流喷嘴射流预热后的循环气体进行增压，再通过循环风道进入喷气风箱内。
所述排烟机构包括排烟风机、排烟管道和调节阀，排烟风机通过排烟管道喷气风箱相连通，调节阀设于排烟管道上。
所述的加热机构包括辐射管和排气管道，辐射管用以燃烧燃气释放热量辐射加热带钢，排气管道与集气室的入口端相连，用以将辐射管燃烧燃气产生的尾气输送至集气室中。
所述的集气室上还设有压力调节阀。
所述的换热器为管壳式换热器。
所述的带钢输入及输出预热机构的位置上分别都设有一对密封辊。
所述的循环风机采用变频马达的循环风机。
所述的喷气风箱为耐热不锈钢，并采用激光落料或精细焊接制成。
另一方面，一种节能型连续热处理系统的热处理方法，包括以下步骤：
S1.加热机构通过辐射管燃烧燃气释放的热量对带钢进行辐射加热，而辐射管燃烧后产生的尾气通过排气管道排到集气室内，通过集气室再将尾气引入到预热机构内；
S2.预热机构中将集气室内的尾气再引入至换热器中，通过换热器将尾气中的热量转换出来，并利用射流喷嘴将转换出来的热量射流至带钢上，对带钢进行预热；
S3.预热机构再通过循环风机将射流喷嘴射流加热后产生的循环气体进行增压，由循环通道进入喷气风箱，再由射流喷嘴射流加热，形成一次循环；
S4.通过排烟管道由排烟风机向外排出。
所述的S2和S3步骤中，预热机构内的带钢通过稳定辊进行输送，避免循环的热量流场与压力场对带钢产生的抖动，以及射流对带钢产生的擦伤。
在上述的技术方案中，本发明能够充分的利用辐射管燃烧尾气(废气)的热能，显著提高整个系统的热效率，实现节能减排；且本发明的预热机构的形式，加热能力和空间外形，具有很强的现场操作性和可实施性，同时在机组现有的设备能力上，进一步提升机组的产能。
附图说明
图1是日本专利No.H10-102151的结构示意图；
图2是现有的连续热处理加热系统的结构示意图；
图3是本发明的结构示意图；
图4是图3中a部的放大图；
图5是图4的左视图；
图6是本发明中预热机构纵向设置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图3至图5所示，本发明所提供的一种节能型连续热处理系统，包括依次相连的排烟机构、预热机构30、加热机构、均热机构70和冷却机构80，带钢31从预热机构30输入进行热处理，经过加热机构、均热机构70和冷却机构80后输出，上述为现有技术部分，在此就不再赘述。与现有技术不同的是，所述预热机构30为节能型预热机构，包括预热箱体32、稳定辊33、喷气风箱34、射流喷嘴35、换热器36、循环风机37、循环风道38和集气室39，喷气风箱34具有数对，都设于预热箱体32内，每对喷气风箱34都呈相对设置，稳定辊33设于每对喷气风箱34的相对面之间，用以输送带钢31，避免带钢31的抖动，每个喷气风箱34的相对面上均设有数个射流喷嘴35，用以对带钢31进行射流加热，每个喷气风箱34内都设有一个换热器36，射流喷嘴35将换热器36产生的热量射流至带钢31上进行预热，同侧边的每个喷气风箱34相互连通，并与排烟机构也相连通，当燃烧尾气中的热量通过换热器36被转换出使用后，余下的废气被排烟机构排出，且同侧边的每个喷气风箱34还与集气室39的出气端相连，集气室39的入气端与加热机构相连，当加热机构中产生的燃烧尾气输送至集气室39内，集气室39将燃烧尾气收集储存，储存至一定的量后，集气室39再将燃烧尾气输送至每个喷气风箱34的换热器36中，每对喷气风箱34的侧边还同时都设有一个循环风机37，并通过循环风道38使喷气风箱34与循环风机37连通，循环风机37用以将射流喷嘴35对带钢31射流预热后的循环气体进行增压，再通过循环风道38进入喷气风箱34内，循环气体再于换热器36转换出的热量结合，通过射流喷嘴35射流到带钢31上，这样就使得预热箱体32内完成了一次预加热的循环。由于预热机构30内气氛的流动与压力分布比较复杂，为了消除预热机构30对加热机构内的气氛造成不良影响，因此将预热机构与加热机构内的气氛隔离，为了方便控制加热机构内辐射管43内的压力，在加热机构与预热机构之间增加集气室39。
较佳的，所述排烟机构包括排烟风机40、排烟管道41和调节阀42，排烟风机40通过排烟管道41与喷气风箱34相连通，使喷气风箱34中的废气通过排烟风机40排出系统外，调节阀42设于排烟管道41上，用以开启和闭合排烟管道41，又或调节排烟管道41通气量的大小。
较佳的，所述的加热机构包括辐射管43和排气管道44，加热机构主要通过辐射管43燃烧燃气释放热量辐射加热带钢31，另外由于加热机构中还采用保护气体，保护气体也与辐射管43进行自然对流换热后也最终加热带钢31，因此在加热机构的带钢31的热量主要来自辐射热与保护气体的对流加热，排气管道44与集气室39的入气端相连，用以将辐射管43燃烧燃气产生的尾气输送至集气室39中。
较佳的，所述的集气室39上还设有压力调节阀45，通过压力调节阀45控制辐射管43燃烧后系统的压力与集气室内的压力。
较佳的，所述的换热器36为管壳式气-气换热器，辐射管43燃烧尾气走壳程，而预热箱体32内的循环气体走管程，这是因为燃烧尾气含有一定量的粉尘，以后利于换热器36的清洗，也可以在进预热机构之前的废气通道上设置过滤清洁装置，预先清洁废气。
较佳的，所述的带钢31输入及输出预热机构的位置上分别都设有一对密封辊46，用以隔开预热箱体32外空气对预热机构内气氛的影响，同时也消除了预热机构对加热机构内气氛的影响。
较佳的，所述的循环风机37采用变频马达的循环风机，以方便预热机构的控制。预热机构30内的循环风机37的运行需要耗费一定量的电能，循环风机37的功率又与辐射管燃烧尾气的热能利用率正相关，为了能够尽量大的利用辐射管燃烧尾气的热能而预热机构30内的循环风机37的用电量又能够控制在合理的范围之内，将预热机构30的喷气加热设备的各项参数都要经过优化，以便设备能在最合理的工况下运行。
较佳的，由于预热机构30内的喷气风箱34和射流喷嘴35等设备的尺寸对喷气加热的对流换热系数与回风阻力影响显著，因此喷气风箱34设备的加工采用激光落料、精细焊接等手段以便能够确保设备的尺寸精度。预热机构30内的喷气加热技术能够充分的利用辐射管燃烧尾气的热能，为了能够降低整个连退机组的占地空间，预热机构30一般只设置一个pass。辐射管燃烧尾气的排烟温度较高一般在700℃左右，喷气风箱34的制造材料优选地采用耐热不锈钢。
本发明的一种节能型连续热处理系统的热处理方法，包括以下步骤：
S1.加热机构通过辐射管43燃烧燃气释放的热量对带钢31进行辐射加热，在这一区域内带钢被加热到750～950℃，而辐射管43燃烧后产生的尾气通过排气管道44排到集气室39内，此时的尾气温度约在500～750℃，集气室39装有压力调节阀45，可以通过压力调节阀45控制辐射管43燃烧系统的压力与集气室39内的压力，集气室39再将尾气引入到预热机构内；
S2.预热机构30将集气室39内的尾气再引入至换热器36中，通过换热器36将尾气中的热量转换出来，并利用射流喷嘴35将转换出来的热量射流至带钢31上，对带钢31进行预热；
S3.预热机构30再通过循环风机37将射流喷嘴35射流加热后产生的循环气体进行增压，由循环通道38进入喷气风箱34，使循环气体与辐射管43燃烧尾气完成热交换后再由射流喷嘴35对带钢31进行射流预加热，形成一次循环；
S4.被转换器36转换掉热量后的尾气，通过排烟管道41由排烟风机40向外排出。
所述的S2和S3步骤中，预热机构30内的带钢31通过稳定辊33进行输送，避免循环的热量流场与压力场对带钢31产生的抖动，以及射流对带钢31产生的擦伤。
综上所述，带钢31首先经过预热机构30被预加热后，带钢31带温逐步升高，一般来说对于0.8mm的带钢31，在预热机构30内平均加热速度为30～70℃/s，而辐射管43燃烧尾气依次经过若干个换热器36后温度逐步降低下来，一般来说排烟温度为200～250℃，远低于目前大型连退或者热镀锌机组的排烟温度，烟气最终通过排烟机构的排烟风机40、调节阀42和排烟管道41排出。带钢31依次经过强制对流预热机构30(在该工艺区域内带钢依据产能情况的不同可被加热到250～350℃)、加热机构(750～950℃)、均热机构70和冷却机构80最终输出合格的产品。
再如图6所示，本发明的预热机构30根据生产现场的需要，也可以呈纵向设置，使本发明的设计灵活，具有很强的现场操作性和可实施性。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种节能型连续热处理系统，包括依次相连的排烟机构、预热机构、加热机构、均热机构和冷却机构，带钢从预热机构输入进行热处理，经过加热机构、均热机构和冷却机构后输出，其特征在于，所述预热机构为节能型预热机构，包括预热箱体、稳定辊、喷气风箱、射流喷嘴、换热器、循环风机、循环风道和集气室，喷气风箱具有数对，都设于预热箱体内，每对喷气风箱都呈相对设置，稳定辊设于每对喷气风箱的相对面之间，每个喷气风箱的相对面上均设有数个射流喷嘴，每个喷气风箱内都设有一个换热器，射流喷嘴将换热器产生的热量射流至带钢上进行预热，预热机构的喷气风箱的一端均与排烟机构相连，另一端均与集气室的出气端相连，集气室的入气端与加热机构相连，加热机构产生的燃烧尾气输送至集气室内，集气室用以收集存储燃烧尾气，再将燃烧尾气输送至喷气风箱的换热器中，每对喷气风箱的侧边都设有一个循环风机，并通过循环风道使喷气风箱与循环风机连通，循环风机用以将射流喷嘴射流预热后的循环气体进行增压，再通过循环风道进入喷气风箱内。
2.如权利要求1所述的一种节能型连续热处理系统，其特征在于，所述排烟机构包括排烟风机、排烟管道和调节阀，排烟风机通过排烟管道与喷气风箱相连通，调节阀设于排烟管道上。
3.如权利要求1所述的一种节能型连续热处理系统，其特征在于，所述的加热机构包括辐射管和排气管道，辐射管用以燃烧燃气释放热量辐射加热带钢，排气管道与集气室的入口端相连，用以将辐射管燃烧燃气产生的尾气输送至集气室中。
4.如权利要求1所述的一种节能型连续热处理系统，其特征在于，所述的集气室上还设有压力调节阀。
5.如权利要求1所述的一种节能型连续热处理系统，其特征在于，所述的换热器为管壳式气-气换热器。
6.如权利要求1所述的一种节能型连续热处理系统，其特征在于，所述的带钢输入及输出预热机构的位置上分别都设有一对密封辊。
7.如权利要求1所述的一种节能型连续热处理系统，其特征在于，所述的循环风机采用变频马达的循环风机。
8.如权利要求1所述的一种节能型连续热处理系统，其特征在于，所述的喷气风箱为耐热不锈钢，并采用激光落料或精细焊接制成。
9.如权利要求1所述的一种节能型连续热处理系统的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.加热机构通过辐射管燃烧燃气释放的热量对带钢进行辐射加热，而辐射管燃烧后产生的尾气通过排气管道排到集气室内，通过集气室再将尾气引入到预热机构内；
S2.预热机构将集气室内的尾气再引入至换热器中，通过换热器将尾气中的热量转换出来，并利用射流喷嘴将转换出来的热量射流至带钢上，对带钢进行预热；
S3.预热机构再通过循环风机将射流喷嘴射流加热后产生的循环气体进行增压，由循环通道进入喷气风箱，再由射流喷嘴射流加热，形成一次循环；
S4.被转换器转换掉热量后的尾气，通过排烟管道由排烟风机向外排出。
10.如权利要求9所述的一种节能型连续热处理系统的热处理方法，其特征在于，所述的S2和S3步骤中，预热机构内的带钢通过稳定辊进行输送，避免循环的热量流场与压力场对带钢产生的抖动，以及射流对带钢产生的擦伤。
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