CN109929970B - 一种烟气循环式钢板中低温回火炉及低温控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种烟气循环式钢板中低温回火炉及低温控制方法，该回火炉将烧嘴火焰射流加热与循环烟气射流加热结合，由于供给热风喷嘴的烟气温度可控，通过使用热风喷嘴代替烧嘴火焰射流，射流频率可以比使用烧嘴提高4‑5倍，炉气搅动更剧烈，避免钢板局部过热，实现炉温均匀性；同时固定温度的烟气通过热风喷嘴高频脉冲射流冲击钢板，提升对流换热效率；这种方法和装置可以实现大温度跨度的热处理炉高精度均匀加热，强化低温传热效率，避免低温加热时烧嘴火焰温度高使钢板边部过热的问题产生，促使烟气循环利用、降低烟气排放，节能减排。
Description
技术领域
本发明涉及中厚钢板热处理装备及生产技术领域，尤其涉及温度范围在150-800℃的一种大温度跨度的低温加热的连续式热处理炉及其控制方法。
背景技术
高强度热处理钢板主要应用于工程/水泥机械、重型矿用车辆和军工等行业，需回火处理，处理温度很多在150-800℃，其性能对温度敏感性极高，某些品种需要温度均匀性±5℃，由于温度跨度大，常规热处理炉及加热方法很难实现该均匀性要求，因此需要专用的高精度中低温回火炉。
目前回火热处理炉广泛采用的是烧嘴明火火焰加热，钢板低温加热时，传热主要以对流方式进行，一般布置数量较多的小功率烧嘴直接加热。采用烧嘴直接加热的方式，炉温调节灵活，响应速度快，可适应较大供热负荷的变化，可适应较高的炉膛温度变化，但低温时边部烧嘴处燃烧温度较高，易引起板材边部过热，造成宽向温度不均匀。同时，对于150-800℃大温度跨度的回火炉，烧嘴配置不能在全温度范围实现高脉冲频率强化对流，低温回火时传热效率慢。
为了改善炉膛温度均匀性，达到低温回火时的板温均匀性≤±5℃的热处理工艺要求，有些企业在热处理炉保温段设置了搅拌风扇强化炉内烟气的混合搅拌等手段，也起到了一定效果，但是效果也不太显著。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术存在的问题，提供一种烧嘴火焰射流加热与循环烟气射流加热结合的钢板中低温回火均匀加热方法和装置。这种方法和装置可以实现大温度跨度的热处理炉高精度均匀加热，强化低温传热效率，避免低温加热时烧嘴火焰温度高使钢板边部过热的问题产生。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种烟气循环式钢板中低温回火炉，回火炉均热段和保温段设置烟气循环脉冲射流系统，该烟气循环脉冲射流系统包括循环风机、上热风喷嘴、下热风喷嘴、补热控温装置、导流管道；其中回火炉炉膛两侧沿炉辊上下对称布置上、下烧嘴和上、下热风喷嘴，并且烧嘴和热风喷嘴交错排布；循环风机布置在炉顶外，循环风机入口与炉膛连接，并设置保护阀门，高温时保护阀门关闭，使得风机叶轮不受炉内高温烟气影响；循环风机出口通过导流管道与补热控温装置连接，补热控温装置通过导流管道与热风喷嘴连接；
补热控温装置由补热烧嘴、兑冷风阀、补热箱组成；补热箱中间为热风通道，热风通道两侧靠近循环烟气入口上下对称设置补热烧嘴，在补热箱与循环风机之间的管道上开孔设置兑冷风调节阀，将冷空气送入补热控温系统；热风喷嘴喷出的热风加热钢板后，经循环风机循环重新再补热；热风喷嘴的热风温度由补热控温装置调整，温度低于目标值时通过补热烧嘴加热，温度过高时通过兑冷风阀冷却调温。
循环风机出口与补热控温装置之间的导流管道上设置入口热电偶和压力变送器，补热控温装置与热风喷嘴连接的导流管道设置出口热电偶；
所述热风喷嘴射流烟气和烧嘴射流火焰均水平于钢板；每个烧嘴配置一套烧嘴控制器、空气脉冲阀和燃气脉冲阀；每个热风喷嘴设有一个脉冲开关阀；每3～6m内的烧嘴和热风喷嘴分为一个控制区，控制区内烧嘴编为一组、热风喷嘴编为一组，组内烧嘴和热风喷嘴分别按传动侧和非传动侧的交错顺序脉冲开关，交错射流的高温烟气在钢板上下表面形成旋流场。
进一步地，上述烧嘴为自身预热式烧嘴或亚高速烧嘴。
上述烟气循环式钢板中低温回火炉的低温控制方法，加热钢板的热源由烧嘴和热风喷嘴组成，回火炉加热时，单个烧嘴开关时长随炉温设定值与实际值的差值变化，热风喷嘴的脉冲开关时长采用短时长策略，实现高频脉冲射流。烧嘴和热风喷嘴的工作模式分为高温和低温两种模式，高温模式时采用烧嘴脉冲射流加热，热风喷嘴关闭；低温模式时采用热风喷嘴脉冲射流，烧嘴关闭，热风喷嘴喷射的烟气由强力循环风机从回火理炉内吸出，增压后送入补热调温装置调整到目标温度，然后经导流管道送进热风喷嘴；循环风机转数和压力变送器形成压力闭环恒压控制，采用PID控制策略；补热调温装置的补热烧嘴、兑冷风阀和出口热电偶形成温度闭环控制，分别采用两个PID控制环进行控制；标定该出口热电偶处温度与炉内保温段热电偶的关系曲线，温度闭环的目标设定值基于标定曲线插值获得。
进一步地，高温模式和低温模式界限温度为300-500℃。
进一步地，循环风机出口风压恒压控制在1-5kPa以内。
相对于现有技术，本发明的有益效果：
由于供给热风喷嘴的烟气温度可控，通过使用热风喷嘴代替烧嘴火焰射流，射流频率可以比使用烧嘴提高4-5倍，炉气搅动更剧烈，避免钢板局部过热，实现炉温均匀性；同时固定温度的烟气通过热风喷嘴高频脉冲射流冲击钢板，提升对流换热效率。
本发明装置设计的离心风机高温时采用保护阀门关闭，可以降低风机耐高温性能要求，降低回火炉投资。与现有技术相比离心风机工作时将烟气在炉内循环，可以减少烟气排放，节能减排。
本发明装置具有低温加热均匀性好、烟气循环利用、降低烟气排放的性能。本发明技术，使得炉温150℃-800℃的辊底式回火炉实现钢板150℃-400℃温度加热时，其温度均匀性在±5℃以内。
附图说明
图1烟气循环脉冲射流系统结构图。
图2补热装置结构图。
图3离心风机高温自保护结构示意图。
图4热风喷嘴布置图。
图5是钢板加热特性。
图中：1补热控温装置；2循环风机；3回火炉炉膛；4流量调节阀；5脉冲阀；6热风喷嘴；7出水口；8进水口；9保护阀门；10补热烧嘴1#；11补热烧嘴2#；12循环烟气入口；13循环烟气出口。
具体实施方式
实施例：以国内某厂温度范围150-800℃的热处理炉为例，热处理炉长度79000mm，宽度3600mm，全炉设计了一套烟气循环脉冲射流系统，见图1。
本发明提供了一种烟气循环式钢板中低温回火炉，在回火炉中后炉区设置1套烟气循环脉冲射流系统。
如图1所示，该烟气循环脉冲射流系统包括循环风机2、上热风喷嘴、下热风喷嘴、补热控温装置1、导流管道；其中回火炉炉膛两侧沿炉辊上下对称布置上、下烧嘴和上、下热风喷嘴，并且烧嘴和热风喷嘴交错排布；循环风机布置在炉顶外，循环风机入口与炉膛连接，并设置保护阀门9；循环风机出口通过导流管道与补热控温装置1连接，补热控温装置1通过导流管道与热风喷嘴连接；
补热控温装置1由补热烧嘴、兑冷风阀、补热箱组成；补热箱中间为热风通道，热风通道两侧靠近循环烟气入口12上下对称设置补热烧嘴，在补热箱与循环风机之间的管道上开孔设置兑冷风调节阀，将冷空气送入补热控温系统；
循环风机出口与补热控温装置1之间的导流管道上设置入口热电偶和压力变送器，补热控温装置1与热风喷嘴连接的导流管道设置出口热电偶；
所述热风喷嘴射流烟气和烧嘴射流火焰均水平于钢板；每个烧嘴配置一套烧嘴控制器、空气脉冲阀和燃气脉冲阀；每个热风喷嘴设有一个脉冲开关阀；每3～6m内的烧嘴和热风喷嘴分为一个控制区，控制区内烧嘴编为一组、热风喷嘴编为一组，组内烧嘴和热风喷嘴分别按传动侧和非传动侧的交错顺序脉冲开关，交错射流的高温烟气在钢板上下表面形成旋流场；单个烧嘴开关时长随炉温设定值与实际值的差值变化，热风喷嘴的脉冲开关时长采用短时长策略，实现高频脉冲射流。
上述的离心风机可以产生强对流循环，在热风压力为1-5kPa，保证热风喷嘴具备一定的射流速度。为保护风机的叶轮，将循环系统的风机布置在炉顶外，在风机循环入口设置保护阀门，高温时保护阀门关闭，使得风机叶轮不受炉内高温烟气影响。风机出口连接的导流管道采用圆管形式，管道设置压力变送器，出口风压恒压控制在1-5kPa以内。
热处理炉加热时，400℃以上采用烧嘴组加热、热风喷嘴组关闭，400℃以下采用热风喷嘴组加热、烧嘴组关闭。循环风机转数和压力变送器形成压力闭环恒压控制，采用PID控制策略。补热烧嘴、兑冷风阀和出口热电偶形成温度闭环控制，分别采用两个PID控制环进行控制。标定该热电偶处温度与炉内保温段热电偶的关系曲线，温度闭环的目标设定值基于标定曲线插值获得。
生产时，钢板放置在炉辊上面，根据工艺设置的程序把钢板送进热处理炉内，送出热处理炉。实例所述循环系统在如表1所示工艺参数工作时，测试获得钢板加热特性如图5所示，钢板进入保温段后均匀性在±5℃以内。
| 热风压力kPa | 热风温度℃ | 炉内温度 | 脉冲频率 |
| 2.0 | 335℃ | 315℃ | 15-30s |
45mm钢板加热曲线如图5所示，测得的钢板在保温阶段温度均匀性±5℃以内。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种烟气循环式钢板中低温回火炉，其特征在于，回火炉均热段和保温段设置烟气循环脉冲射流系统，该烟气循环脉冲射流系统包括循环风机(2)、上烧嘴、下烧嘴、上热风喷嘴、下热风喷嘴、补热控温装置(1)、导流管道；其中回火炉炉膛两侧沿炉辊上下对称布置上、下烧嘴和上、下热风喷嘴，并且烧嘴和热风喷嘴交错排布；循环风机布置在炉顶外，循环风机入口与炉膛连接，并设置保护阀门(9)，高温时保护阀门关闭，使得风机叶轮不受炉内高温烟气影响；循环风机出口通过导流管道与补热控温装置(1)连接，补热控温装置(1)通过导流管道与热风喷嘴连接；
补热控温装置(1)由补热烧嘴、兑冷风阀、补热箱组成；补热箱中间为热风通道，热风通道两侧靠近循环烟气入口(12)上下对称设置补热烧嘴，在补热箱与循环风机之间的管道上开孔设置兑冷风调节阀，将冷空气送入补热控温系统；热风喷嘴喷出的热风加热钢板后，经循环风机循环重新再补热；热风喷嘴的热风温度由补热控温装置调整，温度低于目标值时通过补热烧嘴加热，温度过高时通过兑冷风阀冷却调温；
循环风机出口与补热控温装置(1)之间的导流管道上设置入口热电偶和压力变送器，补热控温装置(1)与热风喷嘴连接的导流管道设置出口热电偶；
所述热风喷嘴射流烟气和烧嘴射流火焰均水平于钢板；每个烧嘴配置一套烧嘴控制器、空气脉冲阀和燃气脉冲阀；每个热风喷嘴设有一个脉冲开关阀；每3～6m内的烧嘴和热风喷嘴分为一个控制区，控制区内烧嘴编为一组、热风喷嘴编为一组，组内烧嘴和热风喷嘴分别按传动侧和非传动侧的交错顺序脉冲开关，交错射流的高温烟气在钢板上下表面形成旋流场。
2.根据权利要求1所述的一种烟气循环式钢板中低温回火炉，其特征在于，所述烧嘴为自身预热式烧嘴或亚高速烧嘴。
3.权利要求1或2所述的烟气循环式钢板中低温回火炉的低温控制方法，其特征在于，加热钢板的热源由烧嘴和热风喷嘴组成，回火炉加热时，烧嘴和热风喷嘴的工作模式分为高温和低温两种模式，高温模式时采用烧嘴脉冲射流加热，热风喷嘴关闭；低温模式时采用热风喷嘴脉冲射流，烧嘴关闭，热风喷嘴喷射的烟气由强力循环风机从回火理炉内吸出，增压后送入补热调温装置调整到目标温度，然后经导流管道送进热风喷嘴；循环风机转数和压力变送器形成压力闭环恒压控制，采用PID控制策略；补热调温装置的补热烧嘴、兑冷风阀和出口热电偶形成温度闭环控制，分别采用两个PID控制环进行控制；标定该出口热电偶处温度与炉内保温段热电偶的关系曲线，温度闭环的目标设定值基于标定曲线插值获得。
4.根据权利要求3所述的烟气循环式钢板中低温回火炉的低温控制方法，其特征在于，高温模式和低温模式界限温度为300-500℃。
5.根据权利要求3或4所述的烟气循环式钢板中低温回火炉的低温控制方法，其特征在于，循环风机出口风压恒压控制在1-5kPa以内。
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