CN111876578B - 一种车轮淬火炉热工参数测量与控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车轮淬火炉热工参数测量与控制方法，包括如下热工参数的测量与控制：1)燃气压力、流量的测量与控制；2)助燃风压力、流量、温度的测量与控制；3)空燃比的测量与控制；4)炉温的测量与控制；5)炉膛压力的测量与控制，对重要热工参数实行准确测量和精准控制，改善炉温均匀性，满足生产高性能、高品质车轮产品的热处理质量要求。
Description
技术领域
本发明属于车轮淬火炉控制技术领域，尤其涉及一种车轮淬火炉热工参数测量与控制方法。
背景技术
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
传统淬火炉炉体结构(有效加热区宽度、布料方式)不合理；操作控制(分支段人为比例控制、常焰燃烧、人为调节空燃比、炉膛压力控制失准等)落后；炉内温度场不均匀不稳定，很难适应高性能、高品质车轮生产的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种对重要热工参数实行准确测量和精准控制，改善炉温均匀性，满足生产高性能、高品质车轮产品的热处理质量要求的车轮淬火炉热工参数测量与控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种车轮淬火炉热工参数测量与控制方法，包括如下热工参数的测量与控制：
1)燃气压力、流量的测量与控制；
2)助燃风压力、流量、温度的测量与控制；
3)空燃比的测量与控制；
4)炉温的测量与控制；
5)炉膛压力的测量与控制。
上述第1)步中，外界压力在300-400kPa；降压稳压阀后压力-即天然气炉顶环管始端压力为7.6kPa；天然气用量0-1000m3/h、天然气总管最大流速20m/s、炉顶天然气前端管道最大流速8.0m/s、炉顶天然气后端管道最大流速12.0m/s；
炉顶天然气环形管道末端压力6.5-7.0kPa。
上述第2)步中，
助燃风机风量为12293m3/h、全压为12.8kPa、电机功率为75kw、额定转速为2900rpm；风机实现变频控制，风机频率在0-50Hz；
空气换热器最大烟气量为11000m3/h；换热器前烟气温度≤660℃；最大助燃风量为10000m3/h；热风温度≤450℃；空气侧阻力<2000Pa；烟气侧阻力<100Pa；
冷风压力设定在6.5-7.5kPa；热风总管始端压力为6.2-6.8kPa；热风总管末端压力为5.7-6.3kPa；助燃风流量0-10000m3/h；冷风管道最大风速10m/s；热风管道最大流速12m/s；大烧嘴前热风最大流速为30m/s，小烧嘴前热风最大流速为33m/s；助燃风预热温度在300℃-370℃。
上述第3)步中，脉冲燃烧模式的空燃比在每个烧嘴的嘴前调节，分为十个温控区，所有十个温控区脉冲烧嘴的天然气管道均联通炉顶环形天然气总管道，助燃风亦是如此，即所有十个温控区脉冲烧嘴的助燃风管道均联通炉顶环形助燃风总管道；全炉的空燃比由每个烧嘴的空燃比所决定；控制空气过剩系数在1.05至1.15之间；
每个脉冲烧嘴嘴前天然气管道上都有一个流量计，分别有两个取压点，调节流量蝶阀，测量流量计前后压差，可计算得到流量。
上述第3)步中，在冷态非生产状态下，管道介质压力保持在设定水平且稳定的条件下，将助燃风管道始端压力保持在第一压力，末端压力保持在第二压力，同时将天然气管道始端压力保持在第三压力，末端压力在第四压力的前提条件下，将单个烧嘴空燃比按设定数值调节好后，再做到：整个炉子生产运行期间，不管生产节奏如何改变，始终将助燃风管道压力——始端压力保持在第一压力，末端压力保持在第二压力，同时将天然气总管始端保持在第三压力，末端保持在第四压力的水平上。
上述第4)步中，
使测温点对炉体内外壁全覆盖，沿炉壁周向布置测温电偶，分十个温控区对炉温进行测量和控制；
全炉烧嘴分为大、小烧嘴两种形式；加热区布置功率为250kw的大烧嘴；均热段布置功率为180kw的小烧嘴；
烧嘴全部采用分级燃烧烧嘴，多级燃烧，烧嘴内部设有空气分级导流装置。
上述第4)步中，
烧嘴采用数字温度自动控制模式，炉体分十个温控区，一区T-90℃(±30℃)，二区T-50℃(±20℃)，三区T-15℃(±15℃)，四至十区，T(±10℃)，其中T为工艺温度中值。
上述第5)步中，炉膛压力的测量与控制中，取压点选取两点，其中一点为均热段出料端；另一点为第一温控区烟气进入烟道前的外环炉墙上，换热器前烟温350-420℃，换热器后烟温230-300℃，热风温度300-370℃。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，对重要热工参数实行准确测量和精准控制，改善炉温均匀性，满足生产高性能、高品质车轮产品的热处理质量要求。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
淬火炉基本情况描述：
改造目的：消除老炉体存在的结构缺陷及操作控制落后状况，对重要热工参数实行准确测量和精准控制，改善炉温均匀性，使改造后的炉体满足生产高性能、高品质车轮产品的热处理质量要求。
全炉总布料角度数60个，即布料角度间夹角6°；可布料角度56个，4个角度不可布料。
基本参数
(1)设计生产效率：30吨/小时；炉子热效率估算：45％-50％；设计单耗估算：1.1-1.5GJ/t；炉子总功率测算：9500kw-12000kw。
(2)实际生产效率：23-25吨/小时，平均小时用量：天然气800-900m3/h，平均热效率40％至45％，实际平均单耗1.8GJ/t。
(3)烧嘴总数68支，其中66支为侧墙布置的脉冲烧嘴，2支为出料口炉顶布置的平焰烧嘴(比例调节)。66支脉冲烧嘴分大、小功率两种类型：其中低温加热段烧嘴功率250kw36支，小计功率为9000kw；高温均热段烧嘴功率180kw30支，小计功率5400kw。两只平焰烧嘴功率80kw，小计160kw。
炉体重要热工参数的准确测量与精准控制
1.天然气参数——压力、流量的准确测量与精确控制
1.1燃气条件及参数
使用的燃料介质是管道天然气。
天然气管道及附件：外界天然气管道直径159mm；总管手动截止切断球阀；天然气总管过滤器；外界天然气压力测量点；天然气总管机械式自稳阀(DN108,内六角扳手手动调节)；天然气总管快速切断阀(电动；连锁条件：天然气低压2.5kPa；助燃风低压2.0kPa)；天然气总管快切阀后压力测量点(天然气总管始端压力)；天然气总管流量测量点；炉顶天然气前端环形管道直径(大烧嘴位置)219mm，炉顶天然气后端环形管道直径(小烧嘴位置)159mm；炉顶天然气压力测量点(
环形管道上,天然气总管末端压力)。烧嘴前天然气管道直径(大烧嘴
小烧嘴
)；手动截止快切球阀；天然气电磁阀(脉冲周期前几秒慢开功能)；天然气流量调节阀；天然气流量孔板(取压孔)。平焰烧嘴前天然气管道
平焰烧嘴前手动快切球阀；电磁阀；比例阀；流量调节阀。天然气管道上还有放散管、取压管、烘炉管等。
1.2参数测量与控制
外界压力300-400kPa；
降压稳压阀后(快速切断阀后)压力，即天然气炉顶环管始端压力：7.6kPa(小流量时升至8.5kPa)；
天然气用量0-1000m3/h；天然气总管最大流速20m/s；大烧嘴嘴前天然气管道最大流速8.0m/s；小烧嘴嘴前天然气管道最大流速12.0m/s；
炉顶天然气环形管道末端压力6.5-7.0kPa(小流量时升至8.0kPa)。
1.3说明
天然气热值是稳定的，维持在8400±200kcal/m3(35112±840kJ/m3)水平，理论最佳空燃比为10.0。
用流量测量仪对所有脉冲烧嘴的天然气流量(在一定的嘴前压力条件下)，即烧嘴功率进行标定，在切断阀后天然气总管道上对天然气总流量进行测量。
要保证脉冲烧嘴正常工作即保证烧嘴功率稳定，且燃烧完全，燃气关键控制参数是保持炉顶环形管道压力稳定，即保持切断阀后天然气总管始端压力和炉顶环形总管末端压力相对稳定。
生产期间只要外界压力维持在300-400kPa范围，通过机械自稳阀的调节，切断阀后天然气总管始端压力基本保持在7.6kPa水平上，末端压力随着生产节奏变化(流量变化)，会有所波动，但波动很小，基本在6.5k至7.0kPa之间波动，可以满足脉冲燃烧“自动控温”模式的条件。
始端压力和末端压力只是在处理故障停淬降温或空炉降温计划检修，天然气流量特别小(300m3/h以下)的情况下会升高一些，表现有所异常，但这时是非生产状态，对温度场均匀性影响可以忽略。
2.助燃风参数——压力、流量、温度的准确测量与精准控制
2.1助燃风机性能参数
风机型号：9-26-7.1D；风量：12293m3/h；全压：12.8kPa；电机功率：75kw；额定转速：2900rpm；数量：两台，一用一备，带消音器。两台风机均实现变频控制：0-50Hz，分自动和手动控制：自动以冷风压力为控制目标；手动用调节频率来稳定或改变冷风风压。正常生产期间，投入“自动”，主要以冷风压力为控制目标，输入设定冷风风压(人为设定)，通过变频程序控制，便可实现冷风压力的相对恒定。
2.2空气换热器性能参数
数量：1套；最大烟气量：11000m3/h(标态)；换热器前烟气温度≤660℃(实际运行时，<600℃)；最大助燃风量10000m3/h(对应的天然气最大用量1000m3/h，空燃比10.0)；热风温度≤450℃(实际生产过程中，<420℃)；空气侧阻力<2000Pa；烟气侧阻力<100Pa；使用寿命≥3年。
2.3助燃风管道及附件
两台助燃风机(一用一备)；冷风端总管直径
冷风放散阀(DN200)；冷风压力测量点；烟道掺冷风阀(DN150)；空气换热器；前端热风管道直径
热风压力始端测量点；热风温度测量点(热电偶插入点)；炉顶环形热风前端管道直径
(对应大烧嘴位置)；热风管道膨胀节；炉顶环形热风末端管道直径
(对应小烧嘴位置)；热风压力末端测量点；脉冲烧嘴嘴前管径(大烧嘴
小烧嘴
)；助燃风电磁阀；流量调节蝶阀；助燃风流量孔板(测压孔)。平焰烧嘴嘴前助燃风管道直径
嘴前手动流量调节蝶阀；平焰烧嘴助燃风比例阀等。
2.4参数测量：
冷风设定压力(最小6.0kPa，最大7.5kPa；生产期间设定6.5至7.5kPa)；此为手动输入，如何实现风压自我平衡，留待继续攻克。
热风总管始端压力(最小5.8kPa，最大7.0kPa；生产期间波动6.2k至6.8kPa)；
热风总管末端压力(最小5.5kPa，最大6.5kPa；生产期间波动5.7k至6.3kPa)；
助燃风流量0-10000m3/h；冷风管道最大风速10m/s；热风管道最大流速12m/s；嘴前热风最大流速(大烧嘴30m/s，小烧嘴33m/s)。
助燃风温度最低250℃，最高400℃；正常生产时，控制区间300℃至370℃。
2.5说明：
冷风压力的目标值设定参照热风总管末端压力，要能保证末端压力稳定在中值6.0k帕上下0.3k帕波动，即稳定在5.7k帕至6.3k帕范围波动，同时热风温度稳定在320℃至370℃范围。
为此，采取以下措施：
一是随着生产节奏的变化，助燃风流量变化，7000-10000m3/h，冷风压力设定7.0-7.5kPa，热风始端压力6.2-6.8kPa，热风末端压力5.7-6.3kPa；助燃风流量4000-7000m3/h，冷风压力设定6.5-7.0kPa，热风始端压力6.3-6.8kPa，热风末端压力5.7-6.3kPa；助燃风流量小于4000m3/h，冷风压力设定6.0-6.5kPa，热风始端压力6.0-6.4kPa，热风末端压力5.7-6.3kPa。
二是随着助燃风流量变化，7000-10000m3/h，烟道掺冷风阀及冷风放散阀开度均小于20％；助燃风流量4000-7000m3/h，烟道掺冷风阀及冷风放散阀开度均在20-50％帕；助燃风流量小于4000m3/h，烟道掺冷风阀及冷风放散阀开度均大于50％。
3.空燃比的准确测量与精准控制
3.1脉冲燃烧模式的空燃比，在每个烧嘴的嘴前调节。虽说，分为十个温控区，但它是一种“虚拟”分区。所有十个温控区脉冲烧嘴的天然气管道，均联通炉顶环形天然气总管道，助燃风亦是如此，即所有十个温控区脉冲烧嘴的助燃风管道，均联通炉顶环形助燃风总管道。中间没有支段流量调节阀。全炉的空燃比，由每个烧嘴的空燃比所决定。将每个脉冲烧嘴的空燃比调节在适当合理的范围内，那么，全炉空燃比也必将在一个比较合理的范围内。因此，每个温控区单个脉冲烧嘴的空燃比调节必须给予足够的重视。在理论计算的基础上，进行精确测量与精确调节，再结合一定的经验——即现场观察、比较、判断地方法。保证天然气的完全燃烧前提下，尽量减小空气过剩系数，理想状态下，控制空气过剩系数在1.05至1.15之间(过剩5％至15％)。比如：天然气热值为8400±200kcal/m3(35112±840KJ/m3)，理论空燃比为10，那么尽量把实际空燃比调节在10.5至11.5之间。
3.2每个脉冲烧嘴嘴前天然气管道上(助燃风管道上)都有一个流量计，分别有两个取压点，调节流量蝶阀，测量流量计前后压差，可计算得到流量。
3.4关于脉冲烧嘴的完全燃烧调节控制方法，在相对静态(在冷态非生产状态下，管道介质压力保持在一定水平且相对稳定)的条件下，比如将助燃风管道始端压力保持6.5kPa，末端压力保持6.0kPa，同时将天然气管道始端压力保持7.6kPa，末端压力6.5kPa的前提条件下，将单个烧嘴空燃比按10.0调节好后，再努力做到：整个炉子生产运行期间，不管生产节奏如何改变，始终将助燃风管道压力——始端压力保持6.5kPa，末端压力保持6.0kPa，同时将天然气总管始端保持7.6k帕，末端保持在6.5k帕的水平上。实际上，天然气外界压力300-400kPa，经过机械式自稳阀后，可使切断阀后，即炉子总管始端天然气压力稳定在7.6kPa、末端压力稳定在6.5kPa的水平上。仅仅在小流量300m3/h以下，始端压力会升高至8.0kPa，末端压力升高至7.0或7.5kPa。在200m3/h以下时，始端末端压力还会有所上升，到达8.5kPa的高度。但这时基本都是计划检修、故障处理等空炉或停淬保温状态。助燃风的始端压力、末端压力在整个生产期间波动较大，需要人工干预。而我们根据生产节奏的变化，已经掌握其变化规律，有了一整套调节的原则和操作方法，确保烧嘴的完全燃烧。
3.5发生突发事件时，天然气电磁阀和助燃风电磁阀都处于关停状态。为安全起见，再逐个关闭脉冲烧嘴前天然气手动截止快切阀，而天然气流量调节蝶阀保持不变。故障处理完毕，将脉冲烧嘴前天然气手动截止快切阀全开即可，这时调节好的烧嘴功率保持原来功率。助燃风蝶阀在发生突发事件时，不做任何调整(助燃风调节阀平时的开度也已经做好了标识)。较好地保持了空燃比的稳定一致性。
4.炉温的准确测量与精确控制
4.1为避免出现测温盲区和测温死角，全炉尽可能缩短测温间距，使测温点对内外壁全覆盖，特别是关键区域的炉头均热段，实行更加严格的监控手段。此次改造在设计理念上，考虑沿炉壁(内、外壁及炉顶)周向多布置测温电偶，分十个温控区对炉温进行准确测量和精确控制。
4.2烧嘴设计及布置采用“能力小，密度大”，即“多点分散”原则。特别是进入均热段的温控区更有必要遵循这一原则。所以全炉烧嘴分为大小烧嘴两种形式。加热区布置功率为250kw的大烧嘴；均热段布置功率为180kw的小烧嘴。
4.3烧嘴全部采用分级燃烧低NOx高速烧嘴，多级燃烧，烧嘴内部有专用的空气分级导流装置，烧嘴点火成功率高，调节比宽，出口速度高，合适频繁开关脉冲控制方式。
4.4烧嘴采用开闭式脉冲燃烧控制——数字温度自动控制模式。脉冲燃烧控制方式的弹性分区模式可有效的消除加热段与均热段之间的局部高温现象。所谓弹性分区模式——一个温控区可以由一支脉冲烧嘴(超大功率)组成、可以由两支脉冲烧嘴(较大功率)组成，可以由三支、四支、五支等等组成。即使是同一座炉子，根据炉温均匀性要求，任意灵活组合。此次炉体升级改造设计，加热段五个温控区，总角度160°，平均每个温控区占角度32°，每个温控区外环炉壁长7.815米，内环炉壁长5.41米，中径炉顶圆周弧长6.61米，即外环每间隔7.82米，有一只测温热电偶，内环每间隔5.41米左右，有一只测温热电偶，炉顶每间隔6.61米左右，有一只测温热电偶。均热段五个温控区，总角度137°，平均每个温控区占角度27.4°，每个温控区外环炉壁长6.69米，内环炉壁长4.63米，中径炉顶圆周弧长5.66米，即外环每间隔6.69米左右，有一只测温热电偶，内环每间隔4.63米左右，有一只测温热电偶，炉顶每间隔5.66米左右，有一只测温热电偶。(无烧嘴区域角度63°，外环壁长15.39米，内环壁长10.65米)。相比原炉型六支段比例调节控温，这种分十个温控区，热电偶分布比较密集，基本没有控温(测温)死角或控温(测温)盲区，特别是精确控制的均热段五个温控区。热电偶插入深度规范要求：内外壁突出炉壁表面150mm，炉顶突出耐材表面150mm。
4.5车轮产品热处理工艺温度制定原则：一区T-90℃(±30℃)；二区T-50℃(±20℃)，三区T-15℃(±15℃)，四至十区，T(±10℃)，注：T为工艺温度中值。比如当T＝870℃，一区设定中值780℃，工艺温度范围750℃-810℃；二区设定中值820℃，工艺温度范围800℃-840℃；三区设定中值855℃，工艺温度范围840℃-870℃；四区至十区，设定中值870℃，工艺温度范围860℃-880℃。实际生产过程中，力争将十个温控区内外环炉温全部调节控制在工艺范围内，那么在规定的加热时间内，可以保证车轮产品在出炉前炉温达到要求，并保证整体车轮温度的均匀性。
4.6为保证十个温控区的内外壁炉温，全部满足工艺要求，我们从以下方面着手。
烧嘴全部重新设计更换，采用大调节比模式，即生产时，在满足内外环炉温均匀性，内外环炉温温差小于5℃，完全符合工艺要求的前提下，尽量做到满功率、大功率运行，使得脉冲烧嘴起到强烈搅拌的作用，增强对流传热效果，炉内温度场更加均匀，车轮热处理产品性能质量更趋稳定。
单个脉冲烧嘴在一个脉冲周期(60秒)内，天然气电磁阀和助燃风电磁阀开启关闭动作同步协调问题。天然气先来后走，都不好，应尽力做到同时开启，同时关闭，二者相差不超过2秒；且开启时均由小到大，过程3至5秒。
同一个温控区的脉冲烧嘴开启顺序：内环先开或外环先开，或内外环交错开启。
脉冲烧嘴在一个脉冲周期内，由于受烧嘴工作原理以及工作方式限制，天然气电磁阀和助燃风电磁阀必须开启关闭各一次，而且开启关闭都需要一定的时间。因此，负荷比(一个周期内，烧嘴工作时间与烧嘴停止时间之比)不能等于100％，也不可能为零。所以，规定大功率烧嘴和小功率烧嘴的最大负荷比均为90％，大烧嘴最低负荷比为8％，小烧嘴最低负荷比为5％。
根据炉体均热段工艺温度范围要求(中值正负10℃范围)，脉冲烧嘴负荷比设定遵循以下原则：实时炉温低于设定炉温10℃以上，负荷比90％，即脉冲烧嘴按最大值工作；实时温度与设定温度相同时，脉冲烧嘴按负荷比50％工作；实时炉温低于设定炉温0℃至10℃之间，负荷比在50％至90％之间波动，10℃对应40％，即实时温度每低于设定值1℃对应的负荷比增加4％；实时炉温高于设定炉温0℃至10℃之间，负荷比由50％降至8％(大)或5％(小)，大烧嘴10℃对应42％，即实时温度每高于设定值1℃对应的负荷比减少4.2％，小烧嘴10℃对应45％，即实时温度每高于设定值1℃对应的负荷比减少4.5％；实时炉温高于设定炉温10℃以上的，负荷比8％(大烧嘴的最小值)或5％(小烧嘴的最小值)。本次脉冲周期结束时的这个差值(计算出对应的负荷比)决定着下一脉冲周期的负荷比，周而复始。
在一个脉冲周期内，烧嘴的负荷比较小，比如30％以下，炉温又不稳定，表现在烧嘴开启时，升温速度较快，很快就突破工艺上限，而烧嘴一旦关闭，炉温又快速下降，低于工艺下限。说明：一、该温控区蓄热能力较差；二、烧嘴能力偏大；调节方法：将该温控区烧嘴功率往下调整，使其缓慢升温，使得负荷比增大至50％或60％。烧嘴能力大，负荷比小，而且温控区保温性能好，炉温稳定，烧嘴停止工作后，降温缓慢，这种状况烧嘴功率可以保持不变，不必下调。
烧嘴负荷比已达90％，实时温度仍然达不到设定温度要求，说明烧嘴功率不够。应将烧嘴功率进一步提高。比如加热段的一区和均热段的十区。
十个温控区，脉冲周期(60秒)启动时间的控制。每两个温控区相差6秒启动脉冲周期，60秒一个轮回，防止同时启动，天然气(助燃风)流量出现波峰值或波谷值，使天然气流量保持均衡稳定，振幅很窄。
内外壁炉温温差调整。理想状态是内外壁炉温温差不超过5℃，在同一个脉冲周期内，随着烧嘴开启和关闭，内外壁炉温同频波动——同时升高或同时降低(但都在工艺温度中值正负10℃范围内，即二者都在工艺温度范围内波动)，但两者差值始终低于5℃。实际生产中，由于受炉体结构、烧嘴布置、炉内布料方式、或热电偶插入位置等因素影响，出现外低内高或外高内低现象。这种情况的处置方法是，外环炉温受内环烧嘴分布和功率的影响程度大些，受本侧烧嘴分布或功率的影响程度小些。如果外环炉温低内环炉温高，可以增大内环烧嘴功率或减小外环功率。增大内环烧嘴功率做法：同一温控区脉冲烧嘴的天然气流量和助燃风流量同比例增加，增加后仍保持单个烧嘴空燃比10。有条件者，能够借助流量测量仪最好。但生产期间天然气压力和助燃风压力往往都是不稳定状态，特别是助燃风，还有一定的温度，很难准确测量，还是要靠一定的经验，天然气适量增大(微调)的同时，将助燃风做适当的增大(微调)，能够从炉门口观测到的温控区，还要进一步观察比较分析确认，查看火焰的喷出速度、颜色和形状(长短和粗细—火焰直径)。同理，减少外环烧嘴功率，具体方法与上类似。
脉冲烧嘴功率调节原则：在同一温控区，内环或外环的一组脉冲烧嘴功率调整后要保持基本一致，即天然气流量阀开度(压差相同——流量相同)，助燃风开度(压差相同——流量相同)要保持基本一致。
烧嘴的火焰检测、点火安全。低温时手动分步点火；高温时，自动点火。故障诊断，燃烧控制器的故障排查和维护更换。确保烧嘴正常工作的维护保养，故障排除和备件储备、报备、更换，保证脉冲烧嘴的正常工作。生产时，要投入“自动控温”模式，不得随意将烧嘴置于“手动关闭——烧嘴熄灭”模式或“手动常焰——烧嘴常开”燃烧模式。这样都会改变脉冲燃烧模式下的温度场。——烧嘴熄灭，局部温度场低；烧嘴常焰常开，局部温度场高。
停淬降温制度执行，按停淬时间，重新输入各个温控区的设定炉温。往往会出现，在最小负荷比(大8％，小5％)情况下，实时炉温仍然超过设定温度，这时，可以将整个温控区“自动”模式转“手动”模式，进行“一键式”关停，使这个温控区处于降温状态，当炉温降到设定值附近或低于设定值时，在恢复“自动控温”模式。
计划检修时炉温控制，九区、十区投自动，700℃保温，天然气0-150m3/h。
计划检修结束，升温操作。分阶段、分步骤提温，20℃一档，或从高温到低温，逐个温控区提温，防止热负荷突然增大，各段负荷比全部在高限运行。
5.炉膛压力的准确测量与精准控制
5.1排烟系统：大多数车轮产品淬火加热工艺温度中值在840℃至920℃，一区炉温设定值(工艺温度中值)为750℃至830℃，那么进入烟道的烟气温度大致在700℃至800℃之间。烟道总长度约50米，换热器离炉子排烟口约15米。换热器前烟温低于600℃；空气预热温度300-400℃，换热器后烟温低于300℃。换热器后的烟道上设置一道烟道闸板，用电动执行机构调节烟闸开度。排烟系统需要关注的重点是抽力能否满足生产需求，并在生产过程中合理地控制。它的表现形式就是出料端的炉膛压力。“炉膛压力”这个热工参数在整个炉子生产操作运行过程中十分重要，它涉及产品加热质量，对热处理产品来说，保证出炉时，物料的温度水平及温度均匀性，产品表面的氧化和脱碳也与炉压相关联。“炉膛压力”涉及设备维护保养以及使用寿命，炉压控制偏大，会加剧炉子本体设备的损坏，烧坏炉门附件，烧坏炉壳钢板，使炉底下部钢结构膨胀变形，设备精度变差，设备完好性变差；炉膛压力偏大，还恶化操作环境，使装出料设备承受高温冲击，烧坏电缆、传感器、编码器等电器通讯元件和辅助设备。“炉膛压力”还关系到节能降耗等生产成本指标：炉膛压力偏大：除了对设备冲击大的危害，从炉门散热、炉体散热都会增大；炉膛压力偏小，从烟道带走的热量增大，炉况表现为均热段保温困难，同时换热器前后烟气温度和热风温度升高，对均热段加热质量产生潜在的风险——不断补充新的逐步增大的热量，对流循环加快，而且空气预热温度高，实际燃烧温度高，燃料燃烧速度加快，容易造成物料的氧化和脱碳。
5.2脉冲燃烧模式，必须要有准确精确的炉膛测量系统。因为随着生产节奏的变化，炉内燃烧产物生成量变化很大。它的空燃比是在烧嘴端预先配置完成的，烧嘴开启，就按配置好的空燃比供热，烧嘴关闭，燃气和助燃风同时关闭，没有过剩的风量进入炉膛。而分支段控制的比例燃烧模式，某个支段(或全炉组)燃气很少时，也有相当的助燃风进入炉膛，炉膛压力不致骤减。脉冲燃烧模式下，总供热很少时，总的燃烧产物也很少，而炉膛温度不变，炉子气密性又良好，会呈现一定的真空度，炉膛压力骤降，炉子抽力呈过剩状态，如果没有炉膛压力检测，烟闸不做调整，就会出现一方面均热段炉膛温度下降幅度很大(保温时的燃烧负荷比变大，浪费能源)，另一方面，换热器前后烟气温度及热风温度快速上升，上升幅度较大，又反过来进一步增大抽力，出现恶性循环，浪费大量能源。
5.3脉冲燃烧模式，必须要有风管泄压装置。因为随着生产节奏的变化，炉内燃烧产物生成量变化很大。它的空燃比是在烧嘴端预先配置完成的，烧嘴开启，就按配置好的空燃比供热，烧嘴关闭，燃气和助燃风同时关闭，没有过剩的风量进入炉膛。在小燃气用量(流量)情况下，助燃风用量(流量)也很小。而根据风机的特性曲线，风机必须有一定的流量和压力相匹配，否则，风机会出现喘振现象，即风管压力波动很大，对风机电机也会造成一定的损害。这就是我们考虑到冷风放散的根本原因；另外由于抽力过剩情况的存在，烟闸在小角度调节时阻力较大，调节不到位，且到位后又容易卡死。所以我们又考虑小供热(小助燃风量时)可以往烟道补充一部分冷风，泄一部分风量进烟道，既防止了风机喘振，同时又增加了烟气量，降低了烟温(热风温度)，增大了炉压，即协助调节炉压，保护了换热器，降低了热风温度，降低了停淬降温保温期发生氧化脱碳的潜在风险。
5.4烟道掺冷风的作用有四方面，第一，保护换热器，使换热器管道温度不致过高；第二，在烟道闸板开度20％以下，仍然不能使炉头(出料端)呈现微正压时，掺入部分冷风，使烟气量增加，烟温降低，可以起到补偿炉膛压力的作用；第三，在停淬保温，炉膛压力较小，将部分冷风掺入烟道补偿炉膛压力的同时，由于此时助燃风量也较小，风机会出现憋压喘振现象，这时，将掺冷风阀打开，使冷风进入烟道，可减少风机喘振现象。第四，在停淬降温阶段，适当降低换热器前烟温，也会使热风温度适当降低，使炉内燃烧温度适当降低，降低过热过烧风险。而冷风放散的作用只有一个，即在慢节奏或停淬降温或空炉计划检修时，即小风量条件下，将部分风量放散进入大气，防止风机喘振。冷风放散有两方面负面作用,一是浪费电能(但为了防止风机喘振，必须付出一定的代价；二是，放散量大时，有噪音(可以装上消音器)。
5.5此次炉体改造，对炉膛压力这一重要参数进行准确测量和精准控制。取压点选取两点，其中一点，为均热段出料端(正对出料门的内环炉墙上，高度在托架上表面，理论零压面上)。另一点为第一温控区，烟气进入烟道前的外环炉墙上，高度：托架上表面400mm。之所以两点取压，第一，相互验证这两个压力值测量显示是否准确。如果同步同频波动(不考虑振幅)，变化规律相同，则充分证明两点测量显示都准确。同时证明炉子气密性良好。如果不再同步同频波动，则有几种可能，一是两点中的其中之一测量显示失准；二是炉子气密性变差，沿途有溢气点或吸冷风点，导致两个测压点变化无规律。虽然两个取压点的压力值同步同频波动，即变化规律相同，但两者的差值(压力差)随着生产节奏的变化，大小是不一样的。这个差值分别为大于10Pa，8-10Pa，6-8Pa，4-6Pa，小于4Pa。通过近一年的生产实践，我们已经发现并总结统计出这一规律(见一览表)。而且，换热器前后两个烟气温度和一个热风温度，同时从另一侧面，佐证了炉膛压力控制范围是否合适。正常生产节奏下，换热器前烟温350-420℃，换热器后烟温230-300℃，热风温度300-370℃。
自动控制系统开发预期(关注的重点、要点)：一是，无论生产节奏如何变化，始终保持热风总管始端、末端压力的相对稳定，即助燃风流量随天然气流量同频变化，但空燃比始终保持10.5至11.5，而且风机不喘振；二是，无论生产节奏如何变化，始终保持炉膛压力的稳定(-8Pa至+8Pa之间)，不过大(超过+8Pa或+10Pa)，也不过小(低于-8Pa或-10Pa)。三是，无论生产节奏如何变化，始终保持换热器前烟温、换热器后烟温、热风温度在合适的范围内；四是，保证脉冲烧嘴工作正常，全部投入“自动控温”模式，没有“常焰”状态，也没有“关停”状态；五是，不同的布料方式下，内、外环炉温同频波动，温差始终在5℃以内，而且二者均在工艺温度范围内波动，始终满足工艺温度要求。
采用上述的方案后，对重要热工参数实行准确测量和精准控制，改善炉温均匀性，满足生产高性能、高品质车轮产品的热处理质量要求。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种车轮淬火炉热工参数测量与控制方法，其特征在于，包括如下热工参数的测量与控制：
1)燃气压力、流量的测量与控制；外界压力在300-400kPa；降压稳压阀后压力-即天然气炉顶环管始端压力为7.6kPa；天然气用量0-1000m3/h、天然气总管最大流速20m/s、炉顶天然气前端管道最大流速8.0m/s、炉顶天然气后端管道最大流速12.0m/s；炉顶天然气环形管道末端压力6.5-7.0kPa；
2)助燃风压力、流量、温度的测量与控制；
助燃风机风量为12293m3/h、全压为12.8kPa、电机功率为75kw、额定转速为2900rpm；风机实现变频控制，风机频率在0-50Hz；
空气换热器最大烟气量为11000m3/h；换热器前烟气温度≤660℃；最大助燃风量为10000m3/h；热风温度≤450℃；空气侧阻力<2000Pa；烟气侧阻力<100Pa；
冷风压力设定在6.5-7.5k Pa；热风总管始端压力为6.2-6.8k Pa；热风总管末端压力为5.7-6.3k Pa；助燃风流量0-10000m3/h；冷风管道最大风速10m/s；热风管道最大流速12m/s；大烧嘴前热风最大流速为30m/s，小烧嘴前热风最大流速为33m/s；助燃风预热温度在300℃-370℃；
3)空燃比的测量与控制；
脉冲燃烧模式的空燃比在每个烧嘴的嘴前调节，分为十个温控区，所有十个温控区脉冲烧嘴的天然气管道均联通炉顶环形天然气总管道，助燃风亦是如此，即所有十个温控区脉冲烧嘴的助燃风管道均联通炉顶环形助燃风总管道；全炉的空燃比由每个烧嘴的空燃比所决定；控制空气过剩系数在1.05至1.15之间；
每个脉冲烧嘴嘴前天然气管道上都有一个流量计，分别有两个取压点，调节流量蝶阀，测量流量计前后压差，可计算得到流量；
4)炉温的测量与控制；
使测温点对炉体内外壁全覆盖，沿炉壁周向布置测温电偶，分十个温控区对炉温进行测量和控制；
全炉烧嘴分为大、小烧嘴两种形式；加热区布置功率为250kw的大烧嘴；均热段布置功率为180kw的小烧嘴；
烧嘴全部采用分级燃烧烧嘴，多级燃烧，烧嘴内部设有空气分级导流装置；
5)炉膛压力的测量与控制：
炉膛压力的测量与控制中，取压点选取两点，其中一点为均热段出料端；另一点为第一温控区烟气进入烟道前的外环炉墙上，换热器前烟温350-420℃，换热器后烟温230-300℃，热风温度300-370℃。
2.如权利要求1所述的车轮淬火炉热工参数测量与控制方法，其特征在于，上述第3)步中，在冷态非生产状态下，管道介质压力保持在设定水平且稳定的条件下，将助燃风管道始端压力保持在第一压力，末端压力保持在第二压力，同时将天然气管道始端压力保持在第三压力，末端压力在第四压力的前提条件下，将单个烧嘴空燃比按设定数值调节好后，再做到：整个炉子生产运行期间，不管生产节奏如何改变，始终将助燃风管道压力——始端压力保持在第一压力，末端压力保持在第二压力，同时将天然气总管始端保持在第三压力，末端保持在第四压力的水平上。
3.如权利要求2所述的车轮淬火炉热工参数测量与控制方法，其特征在于，上述第4)步中，
烧嘴采用数字温度自动控制模式，炉体分十个温控区，一区T-90℃(±30℃)，二区T-50℃(±20℃)，三区T-15℃(±15℃)，四至十区，T(±10℃)，其中T为工艺温度中值。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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Address after: 243000 No. 700, Yinhuang East Road, Ma'anshan economic and Technological Development Zone, Ma'anshan City, Anhui Province Applicant after: Baowu group Magang rail transit Material Technology Co.,Ltd. Address before: No. 700, Yinhuang East Road, Maanshan economic and Technological Development Zone, Yushan District, Ma'anshan City, Anhui Province Applicant before: Baowu group Magang rail transit Material Technology Co.,Ltd. |
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