CN111811846A - 一种辐射管温度分布获得装置及辐射管运行状态调节方法 - Google Patents

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李�浩
杜贤武
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杨超
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Abstract

本发明公开了一种辐射管温度分布获得装置，包括一根耐热钢线，耐热钢线前端有防挡头，在耐热钢线上通过固定套固定有多个铠装热电偶，在耐热钢线后端设置有把手，在耐热钢线后端还设置有与铠装热电偶依次相连的补偿导线。本发明还提供了一种辐射管运行状态调节方法。本方法根据辐射管温度分布及尾气成分数据在线调节空、煤气压力来调节辐射管运行状态，可直接判断辐射管运行状态的优劣，根据最佳温度分布曲线使热处理炉内的所有辐射管调整到同一个温度分布状态。本方法中的辐射管温度分布获得装置可随辐射管的内部结构而发生变形，采用便携式辐射管温度分布装置，不需要在辐射管上焊接大量的热电偶，操作简单，使用方便，费用小。

Description

一种辐射管温度分布获得装置及辐射管运行状态调节方法
技术领域
本发明涉及一种辐射管温度分布获得装置及辐射管运行状态调节方法，属于冶金控制技术领域。
背景技术
辐射管是冷轧热处理炉的核心设备，其对炉内冷轧带钢起加热和热处理作用。辐射管的温度分布状况不但直接影响带钢热处理质量，也影响辐射管及附属设备的安全稳定运行。辐射管的温度分布主要受到安装在辐射管上的烧嘴影响，一旦辐射管烧嘴偏离设定燃烧状态，辐射管内的火焰长度会变长或变短，引起辐射管温度分布发生改变，均匀性变差，造成带钢加热不均匀，热处理性能不稳定，而且，温度不均造成的热应力集中也会造成辐射管变形开裂，引起带钢氧化等质量问题。
辐射管烧嘴偏离设定燃烧状态引起的辐射管温度分布异常在实际生产中非常常见。随着生产的进行，煤气热值、炉子老化情况、钢带宽度、厚度等外部边界条件经常发生改变，特别是当能源介质中的杂质引起管道及烧嘴堵塞的情况下，管道阻力特性等烧嘴系统环境发生了巨大变化，辐射管烧嘴燃烧状态也会发生很大的变化，于是就可能引起辐射管温度分布的变化，造成尾部冒火、换热器烧红、辐射管变形、开裂漏气、产品质量不稳定等问题。
针对上述问题，目前采取的方法是根据出厂参数进行在线调节，即在出厂前在实验室的条件下进行燃烧实验确定烧嘴最佳燃烧状态(辐射管温度、排放)的工作参数，如压力、流量等。出厂的烧嘴安装在冷轧辐射管热处理炉后，定期根据出厂参数对运行的每个辐射管烧嘴进行压力、流量调节。但是，由于外部环境的变化，燃烧系统阻力特性发生了改变，辐射管的温度分布这个关键参数的实际数值又无法获得，造成这种根据出厂参数调节方式在实际应用中效果并不太理想，无法解决辐射管温度分布调节的问题。
具体而言，冷轧辐射管热处理炉辐射管目前存在的问题主要有：
(1)冷轧热处理炉使用的辐射管在使用一定时间后，由于运行条件变化、设备老化等问题，通常发生燃烧状态偏离的问题，此时辐射管内部火焰形态和长度发生改变，辐射管的温度分布出现异常。当管内火焰过长时，辐射管尾部冒火、换热器及烧嘴外部设备烧坏，热应力升高甚至造成辐射管开裂漏气；当火焰短时，辐射管尾段发黑、带钢加热不均匀，加热能力达不到生产要求以及产品质量不稳定等。
(2)由于辐射管热处理炉为密封形式，从外界无法得知炉内辐射管的温度分布这一关键参数，只有当外部烧红、带钢加热质量、能耗升高等问题出现时才知道辐射管出现了问题，但又没有经济有效的手段确认哪些辐射管出现问题并进行在线调节。
(3)由于在实际运行过程中烧嘴劣化、煤气热值波动、管道内积灰、炉子老化、钢带规格等外部边界条件的改变，目前常用的根据出厂参数或单纯根据尾气成分进行周期调节的方式应用效果并不理想，无法调节辐射管的温度分布状态。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种可以准确获得辐射管温度分布的装置，从而可以精确地对运行的辐射管烧嘴进行压力、流量调节。
本发明具体是这样实现的：
一种辐射管温度分布获得装置，包括一根耐热钢线，耐热钢线前端有防挡头，在耐热钢线上通过固定套固定有多个铠装热电偶，在耐热钢线后端设置有把手，在耐热钢线后端还设置有与铠装热电偶依次相连的补偿导线。
更进一步的方案是：
所述的耐热钢线能够自由弯曲。
更进一步的方案是：
所述耐热钢线外径为3～6mm，材质为Cr25Ni20。
更进一步的方案是：
所述的铠装热电偶均匀间隔设置在耐热钢线上。
更进一步的方案是：
所述铠装热电偶直径为0.5～1mm。
更进一步的方案是：
所述铠装热电偶数量为3～10个。
本发明的原理是：由于辐射管外表面温度是辐射管内的气体温度的外在表现，辐射管外表面温度分布趋势与辐射管内的气体温度分布趋势相同，因此，本方法通过直接测量辐射管内的气体温度分布，从而可以对炉子所有辐射管温度进行调控。
本发明首先设计的辐射管温度分布的获得装置，其将铠装热电偶按一定间距和长度和耐热钢丝固定在一起，并采用合适外径的耐热钢丝和热电偶，这种组合式结构不仅可自由弯曲，而且具有一定的刚性。将其从辐射管尾部烟气出口处插入到辐射管时，整个装置可随辐射管的内部结构而发生变形，测量头部可以达到辐射管的头部，测量装置上的各支热电偶会沿长度方向均匀分布在辐射管内侧，进而准确获得整个辐射管沿长度方向的温度分布。其次，本方法根据温度装置获取的辐射管温度分布及尾气成分数据在线调节空、煤气压力来调节辐射管运行状态，可根据最佳分布曲线调节使热处理炉内的所有辐射管都可以调整到同一个温度分布状态，带钢加热均匀，加热质量稳定性高。
本发明还提供了一种辐射管运行状态调节方法，利用了本发明的辐射管温度分布获得装置，具体包括如下步骤：
步骤一、选定冷轧热处理炉中的某一支辐射管，将辐射管温度分布获得装置从辐射管的尾部插入到辐射管中，烟气分析仪与辐射管的排烟管相接，温度记录仪与辐射管温度分布获得装置相连接，空气压力表、煤气压力表与安装在辐射管中的烧嘴的空气管道、煤气管道相接；
步骤二、采集辐射管及烧嘴的状态参数；状态参数包括辐射管温度分布t1(x)、空气压力Pk、煤气压力Pm、尾气成分中的O2、CO含量；
步骤三、调整辐射管及烧嘴运行参数，调整参数主要包括空气压力Pk、煤气压力Pm；具体为，根据测试数据调节空气管道上的空气阀门、煤气管道上的煤气阀门、使辐射管的温度分布t1(x)保持在一个合适的曲线t0(x)，尾气中的CO和O2含量在一个合适的范围。
更进一步的方案是：
所述步骤三中的t0(x)为辐射管沿长度方向的温度分布标准，有两种，一种由根据调节时的最小温差确定，确定标准为，当所有测点温度最大最小温度之差最小时的辐射管沿长度方向的温度分布；另一种根据带钢的加热工艺确定。
更进一步的方案是：
所述步骤三中的尾气成分合适的范围指的是，CO在0～1000ppm之间，O2在0～2％之间。
本发明至少具有如下的有益效果：
(1)本方法根据辐射管温度分布及尾气成分数据在线调节空、煤气压力来调节辐射管运行状态，不仅可直接判断辐射管运行状态的优劣，也可根据最佳温度分布曲线使热处理炉内的所有辐射管调整到同一个温度分布状态，带钢加热均匀，加热质量稳定性高。
(2)本方法中的辐射管温度分布获得装置采用柔性热电偶组合结构，其采用合适外径的耐热钢丝，不仅可自由弯曲，而且具有一定的刚性，当从辐射管尾部排烟出口插入到运行中的辐射管后，装置可随辐射管的内部结构而发生变形，测量头部可以达到辐射管的头部，耐热钢丝上均匀布置的热电偶可准确获得整个辐射管沿长度方向的温度分布。
(3)这种装置外径较小且从辐射管尾部插入，既不影响辐射管内的火焰状态，也不影响辐射管的温度分布。装置的热电偶直径较小，在辐射管内1～2分钟即可达到温度平衡，使用方便、快捷。
(4)本方法采用便携式辐射管温度分布装置，不需要在辐射管上焊接大量的热电偶，操作简单，使用方便，费用小。
附图说明
图1为本发明的辐射管温度分布获得装置结构示意图。
图2为本发明的冷轧热处理炉辐射管温度分布调节示意图。
图3为冷轧热处理炉辐射管温度分布调节实施示意图。
其中，1-辐射管、2-辐射管温度分布获得装置、3-冷轧热处理炉、4-烟气分析仪、5-排烟管、6-温度记录仪、7-空气压力表、8-空气阀门、9-空气管道、10-煤气压力表、11-煤气阀门、12-煤气管道、13-烧嘴、21-耐热钢线、22-铠装热电偶、23-防挡头、24-把手、25-补偿导线、26-固定套
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如附图1所示，一种辐射管温度分布获得装置，包括一根耐热钢线21，耐热钢线21前端有防挡头23，一般可将防挡头焊接在耐热钢线的前端，在耐热钢线上通过固定套26固定有多个铠装热电偶22，在耐热钢线后端设置有把手24，补偿导线25与铠装热电偶依次相连。
本实施例中，耐热钢线能够自由弯曲，耐热钢线21外径为3～6mm，材质可以为耐热不锈钢，如Cr25Ni20。
为了保证温度测量的准确，可以将铠装热电偶均匀间隔设置在耐热钢线上。铠装热电偶22直径为0.5～1mm；铠装热电偶22的数量为3～10个。
实施例二
如附图2所示，一种辐射管运行状态调节方法，具体包括如下步骤：
步骤一、选定冷轧热处理炉3中的某一支辐射管1，将辐射管温度分布获得装置2从辐射管1的尾部插入到辐射管1中，烟气分析仪4与辐射管1的排烟管5相接，温度记录仪6与辐射管温度分布获得装置2相连接，空气压力表7、煤气压力表10与安装在辐射管1中的烧嘴13的空气管道9、煤气管道12相接。
步骤二、采集辐射管1及烧嘴13的状态参数。状态参数包括辐射管温度分布t1(x)、空气压力Pk、煤气压力Pm、尾气成分中的O2、CO含量。
步骤三、调整辐射管1及烧嘴13运行参数，调整参数主要包括空气压力Pk、煤气压力Pm。具体为，根据测试数据调节空气管道9上的空气阀门8、煤气管道12上的煤气阀门11、使辐射管1的温度分布t1(x)保持在一个合适的曲线t0(x)，尾气中的CO和O2含量在一个合适的范围；
所述步骤三中的t0(x)为辐射管1沿长度方向的温度分布标准，有两种，一种由根据调节时的最小温差确定，确定标准为，当所有测点温度最大最小温度之差最小时的辐射管沿长度方向的温度分布；另一种根据带钢的加热工艺确定。这些温度分布标准都是可以准确确定或者预先设定的，其方法对于本领域技术人员来说是常规的，不存在技术难点。
所述步骤三中的尾气成分合适的范围指的是，CO浓度在0～1000ppm之间，O2浓度在0～2％之间。
实施例三
如附图3所示，冷轧辐射管热处理炉某温度控制区共有20套辐射管，合计全炉共有200套辐射管。要求掌握所有辐射管的温度分布状况，调节使所有辐射管的温度分布处于相同状况。
则采用实施例2公开的辐射管运行状态调节方法，选择其中一支辐射管实施其步骤一至步骤三。在步骤三完成后，记录t1(x)、空气压力Pk1、煤气压力Pm1；然后选定另一支辐射管重复步骤一、步骤二、步骤三，并记录相关数据。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (9)

1.一种辐射管温度分布获得装置，其特征在于：包括一根耐热钢线，耐热钢线前端有防挡头，在耐热钢线上通过固定套固定有多个铠装热电偶，在耐热钢线后端设置有把手，在耐热钢线后端还设置有与铠装热电偶依次相连的补偿导线。
2.根据权利要求1所述辐射管温度分布获得装置，其特征在于：
所述的耐热钢线能够自由弯曲。
3.根据权利要求1或2所述辐射管温度分布获得装置，其特征在于：
所述耐热钢线外径为3~6mm，材质为Cr25Ni20。
4.根据权利要求1所述辐射管温度分布获得装置，其特征在于：
所述的铠装热电偶均匀间隔设置在耐热钢线上。
5.根据权利要求1或4所述辐射管温度分布获得装置，其特征在于：
所述铠装热电偶直径为0.5~1mm。
6.根据权利要求1或4所述辐射管温度分布获得装置，其特征在于：
所述铠装热电偶数量为3~10个。
7.一种辐射管运行状态调节方法，利用了权利要求1至6任一权利要求所述的辐射管温度分布获得装置，其特征在于具体包括如下步骤：
步骤一、选定冷轧热处理炉中的某一支辐射管，将辐射管温度分布获得装置从辐射管的尾部插入到辐射管中，烟气分析仪与辐射管的排烟管相接，温度记录仪与辐射管温度分布获得装置相连接，空气压力表、煤气压力表与安装在辐射管中的烧嘴的空气管道、煤气管道相接；
步骤二、采集辐射管及烧嘴的状态参数；状态参数包括辐射管温度分布、空气压力Pk、煤气压力Pm、尾气成分中的O2、CO含量；
步骤三、调整辐射管及烧嘴运行参数，调整参数主要包括空气压力Pk、煤气压力Pm；具体为，根据测试数据调节空气管道上的空气阀门、煤气管道上的煤气阀门、使辐射管的温度分布保持在一个合适的曲线，尾气中的CO和O2含量在一个合适的范围。
8.根据权利要求7所述辐射管运行状态调节方法，其特征在于：所述步骤三中的为辐射管沿长度方向的温度分布标准，有两种，一种由根据调节时的最小温差确定，确定标准为，当所有测点温度最大最小温度之差最小时的辐射管沿长度方向的温度分布；另一种根据带钢的加热工艺确定。
9.根据权利要求7所述辐射管运行状态调节方法，其特征在于：所述步骤三中的尾气成分合适的范围指的是，CO在0~1000ppm之间，O2在0~2%之间。
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