CN112853083A - 一种用于直火炉炉顶辊室的空气冷却式温度控制装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于直火炉炉顶辊室的空气冷却式温度控制装置及其方法，该装置包括在炉顶辊室外设置的循环风机、冷却风机、空气冷却式换热器、空气冷却管道、空气排气管道和循环冷却管道，所述循环冷却管道通过吸风口和送风口分别与炉顶辊室的两侧连接，所述的循环冷却管道的中部还依次连接有循环风机和空气冷却式换热器，在循环风机的作用下炉顶辊室内的气体被从吸风口抽出经空气冷却式换热器冷却后从送风口返回炉顶辊室，达到降低炉顶辊室温度的目的。本发明结构简单、操作方便，能有效降低直火炉炉顶辊室的温度并达到温度可控的目的，大大地提高炉顶辊室内的第二转向辊和第三转向辊的使用寿命，同时解决了直火炉的炉顶辊室内带钢跑偏的问题。
Description
技术领域
本发明属带钢连续退火技术领域，具体是指一种用于直火炉炉顶辊室的空气冷却式温度控制装置及其方法。
背景技术
目前在带钢连续热处理领域，直火加热具有占地面积小，加热速度快等优点，一度得到大规模应用。不过，随着汽车板比例的提升和对带钢表面要求的提高，直火加热进一步推广应用受到了限制。这是因为直火燃烧废气直接接触带钢，要想得到良好的带钢表面质量，需要使用天然气或液化石油气做燃料。而我国天然气或液化石油气资源不足，因此，限制了直火加热在带钢连续热处理领域的应用。但是，近些年，高强钢特别是超高强钢在汽车等领域得到了大规模推广应用，而直火加热在超高强钢的生产上优势非常明显：第一，加热速度快，一个pass(道次)就可以把带钢加热到600℃以上，极大地降低了带钢在立式退火炉内的跑偏风险；第二，直火加热可以通过空燃比调节实现预氧化还原工艺，提高超高强钢的可镀性，加上我国天然气资源增加和人造天然气技术的进步，近几年直火加热技术推广应用速度明显加快。
如图1所示的现有技术，带钢1经过直火炉前的第一转向辊2转向后从密封装置3进入到直火废气预热炉4内进行预热，然后从直火废气预热炉4进入炉顶辊室5，再经过炉顶辊室内的第二转向辊6和第三转向辊7转向后进入到直火炉9，在直火炉9内经多个的直火加热区11加热后，再经直火炉9的出口侧的第四转向辊10转向后继续向后运行。
直火废气预热炉4通过余热锅炉21与烟囱23连接，可以将残余热量回收利用，在余热锅炉21与烟囱23之间设置有废气风机22和废气风量调节阀24，使直火炉9内的压力具有可控性。
炉顶辊室5的温度非常关键，不能太高(即不能高于600℃以上)，否则第二转向辊6和第三转向辊7的受热膨胀量大，低温的带钢1接触到高温的第二转向辊6和第三转向辊7后，会造成第二转向辊6和第三转向辊7接触带钢1部分产生负凸度，从而造成带钢1在炉顶辊室5内产生跑偏，影响机组的稳定运行。为了降低炉顶辊室5的内部温度，传统的做法是在直火废气预热炉4与炉顶辊室5之间和直火炉9与炉顶辊室5之间都设置有炉喉8，用于限制直火燃烧废气进入炉顶辊室5的量，从而降低炉顶辊室5的温度。另外，在炉喉8的下方还设有废气连通管道12，废气连通管道12的两端分别与直火炉9和直火废气预热炉4的顶部连接并相互连通，所述直火炉9内燃烧废气经过废气连通管道12的短接直接进入直火废气预热炉4，避免直火炉9内燃烧废气大量进入炉顶辊室5，从而可以大幅度降低炉顶辊室5的温度。
为了解决炉顶辊室5的带钢1跑偏问题和提高第二转向辊6和第三转向辊7的使用寿命，通过在炉喉8内设置水冷密封辊，以达到降低炉顶辊室5的温度的目的，但由于炉喉8处的温度较高，特别是直火炉9顶部的炉喉8处温度特别高，水冷密封辊很容易发生弯曲变形、漏水等问题，导致水冷密封辊的使用寿命变短，需要经常更换，会影响到机组的有效作业效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于直火炉炉顶辊室的空气冷却式温度控制装置及其方法，结构简单、操作方便，能有效降低直火炉炉顶辊室的温度并达到可控的目的，大大地提高炉顶辊室内的第二转向辊和第三转向辊的使用寿命，同时解决了直火炉的炉顶辊室内带钢跑偏的问题，不需再在炉喉内设置水冷密封辊，避免了该水冷密封辊相关维护、更换造成的机组作业率降低。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于直火炉炉顶辊室的空气冷却式温度控制装置，包括在炉顶辊室外设置的循环风机、冷却风机、空气冷却式换热器、空气冷却管道、空气排气管道和循环冷却管道，所述循环冷却管道通过吸风口和送风口分别与炉顶辊室的两侧连接，使得循环冷却管道与炉顶辊室形成一种封闭式的气体循环结构，所述的循环冷却管道的中部还依次连接有循环风机和空气冷却式换热器，在循环风机的作用下炉顶辊室内的气体被从吸风口抽出经空气冷却式换热器冷却后从送风口返回炉顶辊室，达到降低炉顶辊室温度的目的，所述空气冷却式换热器用空气冷却管道连接冷却风机，冷却风机通过空气冷却管道从厂房外吸入空气送入空气冷却式换热器，用于换热降低炉内气体温度，然后通过空气排气管道再排出到厂房外，空气冷却式换热器内的循环冷却管道密闭设计，空气冷却管道内的冷却空气与循环冷却管道内炉内气体不直接接触，仅有热量交换，不会影响炉内气体成分，所述炉顶辊室在其内的带钢的出口方向设置有风量分配器。
所述风量分配器位于炉喉的上方。
所述炉顶辊室内的带钢入口区域设置有带钢入口区域温度计，并在炉顶辊室内的带钢出口区域设置有带钢出口区域温度计。
所述循环风机的出口还设置有循环风机出口温度计，并在炉顶辊室的外侧设置有分别与循环风机和循环风机出口温度计相连接的温度控制器。
所述送风口的端部深入炉顶辊室的内部并与风量分配器连接。
所述循环冷却管道采用不锈钢材质制作。
一种用于直火炉炉顶辊室的空气冷却式温度控制方法，采用了上述所述的空气冷却式温度控制装置，包括以下步骤：
S1.通过循环风机抽取从直火炉进入炉顶辊室的气体，气体经空气冷却式换热器冷却降温后再返回到炉顶辊室，使得炉顶辊室内部的温度降低；
S2.通过冷却风机的空气冷却管道从厂房外吸入空气后送入空气冷却式换热器内进行换热，然后再通过排气管道排出到厂房外，使炉顶辊室内的气体温度降低；
S3.通过风量分配器的出风口将风量斜向下，压制减少直火炉内的废气进入炉顶辊室的废气量，风量分配器的出风量从带钢上、下表面对称吹向炉喉上方，降低循环气体对带钢的冲击力，避免炉顶辊室内的带钢晃动或抖动；
S4.通过带钢入口区域温度计和带钢出口区域温度计测量炉顶辊室的内部温度；
S5.通过循环风机出口温度计实时测量循环风机的出口循环气体的温度，并通过温度控制器根据循环风机出口温度计的温度测量结果与设定的循环气体目标温度的偏差，再通过温度控制器调节循环风机的转速来实现对炉顶辊室的内部温度的控制。
所述步骤S2所吸入的空气在空气冷却式换热器内与循环冷却管道的外壁接触进行热量交换，而不与循环冷却管道内的气体接触混淆，保留了炉顶辊室内的气体成分，并得到冷却循环气体。
本发明的有益效果在于：
(1)使用空气冷却式换热器降低循环气体的温度，其表面温度在可控范围，不至太低，以避免直火燃烧废气中的水气在其表面产生冷凝引起质量事故；
(2)能将炉顶辊室温度控制在600℃以下，避免带钢在炉顶辊室的区域发生跑偏；
(2)不需要使用故障率高的水冷密封辊，而且可以提高第二转向辊和第三转向辊的使用寿命；
(3)通过对称布置的风量分配器将循环气体送回炉顶辊室，可以减少循环气体对带钢的冲击力，减少直火炉内带钢晃动；
(4)循环冷却管道采用不锈钢材质，避免直火燃烧废气中的水分和杂质燃烧产物腐蚀风管，造成腐蚀产物污染炉膛，引起质量事故。
附图说明
图1为现有技术的直火炉结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明与现有的直火炉的组合结构示意图。
图中：1带钢；2第一转向辊；3密封装置；4直火废气预热炉；5炉顶辊室；6第二转向辊；7第三转向辊；8炉喉；9直火炉；10第四转向辊；11直火加热区；12连通管道；21余热锅炉；22废气风机；23烟囱；24废气风量调节阀；31循环风机；32空气冷却式换热器；33冷却风机；34循环冷却管道；35空气冷却管道；36风量分配器；37带钢入口区域温度计；38带钢出口区域温度计；39循环冷却风机出口温度计；40温度控制器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的实施方法进行进一步说明：需要说明的是，应用本发明思想可以演化出多种实施方式，本实施例仅给出一种实施方式，按本发明所述的思想演化出各种方案，都在本发明的保护范围。
如图2、3所示，一种用于直火炉炉顶辊室的空气冷却式温度控制装置，包括在炉顶辊室5外设置的循环风机31、冷却风机33、空气冷却式换热器32和循环冷却管道34，所述循环冷却管道34通过吸风口和送风口分别与炉顶辊室5的两侧连接，使得循环冷却管道34与炉顶辊室5形成一种封闭式的气体循环结构，所述的循环冷却管道34的中部还依次连接有循环风机31和空气冷却式换热器32，所述空气冷却式换热器32通过空气冷却管道35与冷却风机33连通，在冷却风机的作用下，通过空气冷却管道35从厂房外吸入空气进入空气冷却式换热器32，冷却空气冷却式换热器32内的循环冷却管道内的炉内气体，然后通过空气排气管道(图中已画出，但未特别标注)排到厂房外，空气冷却式换热器内的循环冷却管道密闭设计，空气冷却管道内的冷却空气与循环冷却管道内炉内气体不直接接触，仅有热量交换，不会影响炉内气体成分，所述炉顶辊室5内的带钢的出口方向设置有风量分配器36。
所述风量分配器36位于炉喉8的上方。
所述炉顶辊室5内的带钢入口区域设置有带钢入口区域温度计37，并在炉顶辊室5内的带钢出口区域设置有带钢出口区域温度计38。
所述循环风机31的出口还设置有循环风机出口温度计39，并在炉顶辊室5的外侧设置有分别与循环风机31和循环风机出口温度计39相连接的温度控制器40。
所述送风口的端部深入炉顶辊室5的内部并与风量分配器36连接。
所述循环冷却管道34采用不锈钢材质制作。
一种用于直火炉炉顶辊室的空气冷却式温度控制方法，采用了上述所述的空气冷却式温度控制装置，包括以下步骤：
S1.通过循环风机31抽取从直火炉9进入炉顶辊室5的气体，气体经空气冷却式换热器32冷却降温后再返回到炉顶辊室5，使得炉顶辊室5内部的温度降低；
S2.通过冷却风机33的空气冷却管道35从厂房外吸入空气后送入空气冷却式换热器32内进行换热，然后再通过排气管道排出到厂房外，使炉顶辊室5内的气体温度降低；
S3.通过风量分配器36的出风口将风量斜向下，压制减少直火炉9内的废气进入炉顶辊室5的废气量，风量分配器36的出风量从带钢1上、下表面对称吹向炉喉8上方，降低循环气体对带钢1的冲击力，避免炉顶辊室5内的带钢1晃动或抖动；
S4.通过带钢入口区域温度计37和带钢出口区域温度计38测量炉顶辊室5的内部温度；
S5.通过循环风机出口温度计39实时测量循环风机31的出口循环气体的温度，并通过温度控制器40根据循环风机出口温度计39的温度测量结果与设定的循环气体目标温度的偏差，再通过温度控制器40调节循环风机31的转速来实现对炉顶辊室5的内部温度的控制。
所述步骤S2所吸入的空气在空气冷却式换热器内与循环冷却管道的外壁接触进行热量交换，而不与循环冷却管道内的气体接触混淆，保留了炉顶辊室内的气体成分，并得到冷却循环气体。
本发明的工作原理：如图2和图3所示，带钢1经过直火炉前的第一转向辊2转向后进入到直火废气预热炉4内进行预热，然后从直火废气预热炉4进入炉顶辊室5，再经过炉顶辊室内的第二转向辊6和第三转向辊7转向后进入到直火炉9，在直火炉9内经多个的直火加热区11加热后，再经直火炉9的出口外侧的第四转向辊10转向后继续向后运行。
通过在炉顶辊室5外设置循环风机31、空气冷却式换热器32，所述炉顶辊室5、循环风机31、空气冷却式换热器32之间用循环冷却管道34连接，所述循环风机31从炉顶辊室5抽取直火炉9进入其内的气体，经空气冷却式换热器32冷却降温后再送入炉顶辊室5，达到降低炉顶辊室温度的目的，冷却风机33通过空气冷却管道35从厂房外吸入空气后送入空气冷却式换热器32内进行换热，然后再通过空气排气管道(图中已画出但未特别标注)排出到厂房外，使炉顶辊室5内的气体温度降低，吸入空气只能在空气冷却式换热器32内与循环冷却管道34及炉顶辊室5内的气体进行热量交换，而不直接接触混淆，保留了炉顶辊室5内的气体成分，并得到冷却循环气体，所述空气冷却式换热器32通过空气冷却管道35连接冷却风机33，通过吸入厂房外部空气经空气冷却式换热器32换热来降低循环冷却管道34内循环气体的温度，以避免空气冷却式换热器32表面温度过低造成直火废气中的水气冷凝，从而避免冷凝水再次进入炉顶辊室5和直火炉9内产生带钢表面异常氧化。在炉顶辊室5内的带钢出口方向的炉喉8的上方设置风量分配器36，其出风口斜向下从带钢1上、下表面对称吹向炉喉8上方，用于压制直火炉9内的废气进入炉顶辊室5的废气量，并可以减少循环气体对带钢1的冲击力，减少直火炉9内带钢1晃动或抖动，所述风量分配器36为现有技术，在此不再赘述。
本实施例中，还在炉顶辊室带钢入口区域设置带钢入口区域温度计37，在炉顶辊室带钢出口区域设置带钢出口区域温度计38，用于测量炉顶辊室5的内部温度，以便实时监控。另外，本实施例，循环风机31的出口还设置循环冷却风机出口温度计39，用于实时测量循环风机出口循环气体的温度，并在炉顶辊室5的外侧设置了温度控制器40，温度控制器40根据循环冷却风机出口温度计39的温度测量结果与设定的循环气体目标温度的偏差，通过调节循环风机31的转速来实现对炉顶辊室5的内部温度的控制。本实施例中，循环冷却管道34采用不锈钢材质，避免直火燃烧废气中的水分和杂质燃烧产物腐蚀风管，造成腐蚀产物污染炉膛，引起质量事故。
本发明可以解决直火炉炉顶辊室区域带钢跑偏问题，对生产DP钢、QP钢、CP钢、TRIP钢等高强钢和超高强钢产品非常有利，随着采用直火炉生产高强钢和超高强钢的推广应用，本发明具有非常广阔的应用前景。
Claims (8)
1.一种用于直火炉炉顶辊室的空气冷却式温度控制装置，其特征在于：包括在炉顶辊室外设置的循环风机、冷却风机、空气冷却式换热器、空气冷却管道、空气排气管道和循环冷却管道，所述循环冷却管道通过吸风口和送风口分别与炉顶辊室的两侧连接，使得循环冷却管道与炉顶辊室形成一种封闭式的气体循环结构，所述的循环冷却管道的中部还依次连接有循环风机和空气冷却式换热器，所述空气冷却式换热器用空气冷却管道和空气排气管道分别连接冷却风机，所述空气冷却式换热器内的循环冷却管道为密闭的独立管道，所述炉顶辊室在其内的带钢的出口方向设置有风量分配器。
2.根据权利要求1所述的空气冷却式温度控制装置，其特征在于：所述风量分配器位于炉喉的上方。
3.根据权利要求1所述的空气冷却式温度控制装置，其特征在于：所述炉顶辊室内的带钢入口区域设置有带钢入口区域温度计，并在炉顶辊室内的带钢出口区域设置有带钢出口区域温度计。
4.根据权利要求1所述的空气冷却式温度控制装置，其特征在于：所述循环风机的出口还设置有循环风机出口温度计，并在炉顶辊室的外侧设置有分别与循环风机和循环风机出口温度计相连接的温度控制器。
5.根据权利要求1所述的空气冷却式温度控制装置，其特征在于：所述送风口的端部深入炉顶辊室的内部并与风量分配器连接。
6.根据权利要求1所述的空气冷却式温度控制装置，其特征在于：所述循环冷却管道采用不锈钢材质制作。
7.一种用于直火炉炉顶辊室的空气冷却式温度控制方法，采用了权利要求1-6任一项所述的空气冷却式温度控制装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1.通过循环风机抽取从直火炉进入炉顶辊室的气体，气体经空气冷却式换热器冷却降温后再返回到炉顶辊室，使得炉顶辊室内部的温度降低；
S2.通过冷却风机的空气冷却管道从厂房外吸入空气后送入空气冷却式换热器内进行换热，然后再通过排气管道排出到厂房外，使炉顶辊室内的气体温度降低；
S3.通过风量分配器的出风口将风量斜向下，压制减少直火炉内的废气进入炉顶辊室的废气量，风量分配器的出风量从带钢上、下表面对称吹向炉喉上方，降低循环气体对带钢的冲击力，避免炉顶辊室内的带钢晃动或抖动；
S4.通过带钢入口区域温度计和带钢出口区域温度计测量炉顶辊室的内部温度；
S5.通过循环风机出口温度计实时测量循环风机的出口循环气体的温度，并通过温度控制器根据循环风机出口温度计的温度测量结果与设定的循环气体目标温度的偏差，再通过温度控制器调节循环风机的转速来实现对炉顶辊室的内部温度的高低控制。
8.根据权利要求7所述的空气冷却式温度控制方法，其特征在于：所述步骤S2所吸入的空气在空气冷却式换热器内与循环冷却管道的外壁接触进行热量交换，而不与循环冷却管道内的气体接触混淆，保留了炉顶辊室内的气体成分，并得到冷却循环气体。
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