CN116121521B - 一种加热炉装置及其加热制度 - Google Patents

Abstract

一种加热炉装置，其主要包括：加热炉体、辅助加热系统和中央控制系统。其中，热处理加热炉体包括空气烧嘴及通道、煤气烧嘴及通道、换向阀等；辅助加热系统包括可动式基座、主从动旋转辊、辅助火焰烧嘴、电动机等；中央控制系统可根据不同加热周期时，炉内各位置热电偶反馈温度的差异来调节不同区域辅助性火焰大小。本发明通过增设旋转辊让坯料匀速转动，使得坯料柱面各部分均受到加热炉上部高温炉气的对流换热及辐射传热作用，保证了坯料的均匀受热；同时，旋转辊可起到扰动坯料底部粘性湍流层的作用，利于坯料周围换热；另外，各坯料轴向均阵列有辅助性火焰烧嘴，在加热的不同周期内，精准调控不同区域辅助性火焰大小，能够补偿低温区温差，同时提高热处理效率。

Description

一种加热炉装置及其加热制度

技术领域

本发明涉及一种热处理技术领域，涉及用于大型管柱类坯料的热处理装置，特别是一种加热炉装置及其加热制度。

背景技术

在核电、军事以及石油化工等重要领域，大型管柱类钢件得到广泛的应用，由于应用领域的特殊性，我们对其成品钢材质量的要求越来越严格，因而也对加热炉处理此类大型坯料的锻前加热以及锻后热处理的加工质量提出了更高的要求。

相较于其他规格的坯料，大型管柱坯的热处理方式并没有多少不同，仅在于受其本身尺寸较大的影响，在实际热加工过程中，坯料的表面与内部会产生较大温度差异，这不仅会导致大型坯料产生热应力，而且温度分布不均会导致坯料不同部位产生不同组织转变，进而影响成品钢材的组织性能。

针对某厂的一款热处理加热炉进行模拟与实验分析后发现，由于加热炉两侧的烧嘴在热处理过程中循环承担着主燃烧口与副排烟口的作用，因此在加热过程中，坯料距离主燃烧口的不同产生温度梯度，远、近燃烧口的坯料具有较大温差；同时加热炉两侧烧嘴功能转换过程造成炉内上部温度出现波动，而坯料底部气流流速一直较低，易形成粘滞气流层，不利于坯料周边换热；最后，在热处理后期，炉尾坯料受温度较低的未完全燃烧气体的吹扫作用影响，其加热速率降低，最终加热温度甚至低于炉内平均温度；正是这些缺陷的存在，导致加热炉内不同位置的坯料产生不同的温度分布，受热不均匀，从而对管坯的热塑性、管坯的晶粒质量、组织性能等都产生不利的影响。

发明内容

针对以上不足，本发明提出了一种加热炉装置及其加热制度，通过增设旋转辊让管坯匀速转动，使得管坯柱面各部分均受到加热炉上部高温炉气的对流换热及辐射传热作用，保证了管坯的均匀受热；同时，旋转辊可起到扰动管坯底部粘性湍流层的作用，利于管坯周围换热；另外，各管坯轴向均阵列有辅助性火焰烧嘴，在加热的不同周期内，精准调控不同区域辅助性火焰大小，能够补偿低温区温差，同时提高热处理效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种加热炉装置，其主要包括：加热炉体、辅助加热系统和中央控制系统。其中，热处理加热炉体包括空气烧嘴及通道、煤气烧嘴及煤气通道、换向阀等；辅助加热系统包括可动式基座、旋转辊、辅助火焰烧嘴、电动机等；中央控制系统可根据不同加热周期时，炉内各位置热电偶反馈温度的差异来调节不同区域辅助性火焰大小。

所述空气烧嘴与煤气烧嘴对称阵列于加热炉体左右两侧；所述旋转辊通过螺纹连接固定于可动式基座之上，其动力由置于加热炉外的电动机提供；所述辅助火焰烧嘴固定于基座的卡槽之内，沿管坯轴向置于主动旋转辊与从动旋转辊之间，位于管坯中轴线正下方；所述可动式基座通过下部双导轨与滚轮相结合实现进、出料等进给运动。

优选地，所述加热炉单个加热周期分两个阶段：首先，右侧烧嘴负责燃烧，左侧烧嘴作为副排烟口排出废气。由于废气的温度极高(多在1000℃以上)，左侧储热炉壁吸热升温，其次，经过一定时间后烧嘴的工作方式互换；

优选地，所述空气烧嘴与辅助火焰烧嘴的通道均设置了蜂窝状保温砖，以完成助燃气体预热；

优选地，所述旋转辊的轴承座部分选用耐热材料制成，并包覆于隔热耐火材料之内；

优选地，所述旋转辊在能满足带动管坯匀速稳定转动的前提下，应尽量密集阵列，以提高加热炉生产效率；

优选地，所述旋转辊的旋转轴材料采用耐火耐高温材料制成，其熔点应远高于加热炉最高工艺温度；

优选地，所述辅助火焰烧嘴的进气通道等部分选用耐热材料制成，并包覆于隔热耐火材料之内；

优选地，所述旋转辊匀速转动，其转速为0-100r/min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过旋转辊带动管坯匀速转动，管坯柱面均匀地受到来自高炉热气的对流换热及辐射传热作用，以及炉内侧保温壁的辐射传热作用；同时，管坯底部的辅助火焰烧嘴辅助性加热，这些加热工艺使得管体的温度提升效率提高，受热更均匀；

2、通过在各管坯正下方增设辅助火焰烧嘴来进行低温补偿，在加热工艺的不同周期内，精准调控不同区域辅助性火焰大小，使得炉内不同位置的管坯同时均匀加热，提高了热处理速率，有效缩短了出料时间。

附图说明

图1是本发明热处理加热炉结构示意图；

图2是本发明进给部分装配简图；

图3是本发明炉内区域分布简图；

图4是本发明加热炉烧嘴侧面剖视图；

图5是本发明加热炉烧嘴俯视结构图；

附图中标记如下：

1、滚轮，2、可动式基座，3、主动旋转辊，4、辅助火焰烧嘴，5、从动旋转辊，6、炉门，7、煤气通道，8、空气通道，9、管坯，10、炉尾，11、空气烧嘴，12、煤气烧嘴，13、蜂窝状保温砖，14、网孔砖。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明：

该炉采用2组共8只功率为1200KW的烧嘴进行供热，加热温度最高可升至1300℃，炉内管坯为φ400mm2500mm，内径80mm。对于本发明所适用的管坯规格，在旋转辊能满足带动其稳定转动的前提下，待热处理管坯的规格越大越能体现本发明均匀加热并提高生产效率的思想。

本发明提供一种加热炉装置，如图1至图4所示，其主要包括：加热炉体、辅助加热系统和中央控制系统。其中，热处理加热炉体包括空气烧嘴11及空气通道8、煤气烧嘴12及煤气通道7、换向阀等；辅助加热系统包括可动式基座2、主动旋转辊3、从动旋转辊5、辅助火焰烧嘴4、电动机等；中央控制系统可根据不同加热周期时，炉内各位置热电偶反馈温度的差异来调节不同区域辅助性火焰大小。

进一步地，每组辅助火焰烧嘴4的进气通道相互独立，通过中央控制系统根据不同加热周期炉内预埋热电偶反馈温度数值来调节各进气通道气体流量，进而调节辅助火焰大小；

进一步地，炉体的整体采用储热结构，加热炉内壁有耐火材料，在防止热量损失的同时，进入炉体的冷气流通过储热保温结构实现预热；

进一步地，在不同加热周期内，炉体左右侧烧嘴分别交替作为燃烧口和副排烟口使用，因此炉内近烧嘴与远烧嘴位置存在温度差异，同时，受烧嘴气流与炉尾烟道回流气体扰动以及未充分燃烧低温燃气吹扫作用影响，炉内近炉尾区域和近炉门区域存在温度差异，为了便于说明，从近炉尾侧按由左至右依次将炉内区域划分为A₁-A₆。

进一步地，各组热电偶预埋于炉体上半部，反馈的温度主要分别对应于A₁-A₆区域上部各部分平均温度，为便于说明，将反馈的热信号按温度大小依次分为T₁、T₂、T₃（T₁为1250℃左右；T₂为1150℃左右；T₃为1050℃左右，T₁高于管坯工艺温度，T₂是近工艺温度，T₃低于管坯工艺温度）。

进一步地，为便于说明，辅助火焰烧嘴进气通道的气体流量按由大到小可分为C₁、C₂、C₃，其火焰温度分别对应于T₁、T₂、T₃。

本发明还公开了一种加热炉装置的加热制度，包括：

S1：入料，旋转辊带动管坯开始匀速转动后，热处理开始；

S2：预热，此时各组热电偶反馈温度均处于T₃部分；

S31：开始一个加热周期，右侧烧嘴负责燃烧，左侧烧嘴作为副排烟口排出废气，辅助火焰开启，A₃、A₅、A₆区域热反馈温度处于T₁，相应的该区域辅助火焰流量为C₃，A₂、A₄区域热反馈温度处于T₂，相应的该区域辅助火焰流量为C₂，A₁区域热反馈温度处于T₃，相应的该区域辅助火焰流量为C₁；

S32：左右侧烧嘴功能转换，左侧烧嘴负责燃烧，右侧烧嘴作为副排烟口排出废气，A₁、A₄、A₅区域热反馈温度处于T₁，相应的该区域辅助火焰流量为C₃，A₂、A₆区域热反馈温度处于T₂，相应的该区域辅助火焰流量为C₂，A₃区域热反馈温度处于T₃，相应的该区域辅助火焰流量为C₁；

S4：左右侧烧嘴功能转换一次为单个周期，根据热处理管坯规格大小来确定进行2-3次周期加热；

S5：出料。

具体实施例1

本具体实施例选用大型不锈钢柱坯，坯料规格为：φ450mm2000mm，具体的热处理步骤如下：

1、进料过程：通过天车将待热处理坯料置于各组旋转辊之上，可动式基座进给入炉腔内部，连接主动旋转辊与外部电机以及接通辅助火焰烧嘴进气管道后，封闭炉门，旋转辊转速增加至匀速：50-60r/min后，热处理开始；

2、预热阶段：加热炉主烧嘴半功率加热，配合使用辅助火焰进行坯料预热，全部区域辅助火焰进气通道的气体流量为C₁，预热时间为10-15分钟，预热后期，各组热电偶反馈温度数据波动至1050℃左右；

3、开始一个加热周期，右侧烧嘴负责燃烧，左侧烧嘴作为副排烟口排出废气，辅助火焰开启，A₃、A₅、A₆区域热反馈温度处于T₁：1250℃左右，相应的该区域辅助火焰流量为C₃，A₂、A₄区域热反馈温度处于T₂：1150℃左右，相应的该区域辅助火焰流量为C₂，A₁区域热反馈温度处于T₃：1050℃左右，相应的该区域辅助火焰流量为C₁；

4、左右侧烧嘴功能转换，左侧烧嘴负责燃烧，右侧烧嘴作为副排烟口排出废气，A₁、A₄、A₅区域热反馈温度处于T₁：1250℃左右，相应的该区域辅助火焰流量为C₃，A₂、A₆区域热反馈温度处于T₂：1150℃左右，相应的该区域辅助火焰流量为C₂，A₃区域热反馈温度处于T₃：1050℃左右，相应的该区域辅助火焰流量为C₁；

5、左右侧烧嘴功能转换一次为单个周期，根据该管坯规格进行3次周期加热；

6、断开主动旋转辊与外部电机的连接以及辅助火焰烧嘴进气管道，打开炉门，基座驶出炉腔，出料完成。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种加热炉装置，其特征在于，包括：加热炉体、辅助加热系统和中央控制系统；其中，加热炉体包括空气烧嘴及空气通道、煤气烧嘴及煤气通道、换向阀；辅助加热系统包括可动式基座、主动旋转辊、从动旋转辊、辅助火焰烧嘴、电动机；中央控制系统根据不同加热周期，炉内各位置热电偶反馈温度的差异来调节不同区域辅助性火焰大小；

所述空气烧嘴与煤气烧嘴对称阵列于加热炉体左右两侧；所述从动旋转辊和所述主动旋转辊均通过螺纹连接固定于可动式基座之上，其动力由置于加热炉外的电动机提供；

所述辅助火焰烧嘴固定于可动式基座的卡槽之内，沿管坯轴向置于主动旋转辊与从动旋转辊之间，位于管坯中轴线正下方；所述可动式基座通过下部双导轨与滚轮相结合实现进、出料进给运动；

从近炉尾侧按由左至右依次将炉内区域划分为A₁-A₆；各组所述热电偶预埋于炉体上半部，反馈的温度分别对应于A₁-A₆区域上部各部分平均温度，同时，将反馈的热信号按温度大小依次分为T₁、T₂、T₃；

每组所述辅助火焰烧嘴的进气通道相互独立，通过中央控制系统根据不同加热周期炉内预埋热电偶反馈温度数值来调节各进气通道气体流量，进而调节辅助火焰大小；辅助火焰烧嘴的进气通道的气体流量按由大到小分为C₁、C₂、C₃，其火焰温度分别对应于T₁、T₂、T₃。

2.根据权利要求1所述的一种加热炉装置，其特征在于，所述从动旋转辊和所述主动旋转辊的轴承座部分选用耐热材料制成，并包覆于隔热耐火材料之内；所述从动旋转辊和所述主动旋转辊在能满足带动管坯匀速稳定转动的前提下，应尽量密集阵列，以提高加热炉生产效率。

3.根据权利要求1所述的一种加热炉装置，其特征在于，所述辅助火焰烧嘴的进气通道部分选用耐热材料制成，并包覆于隔热耐火材料之内。

4.一种基于权利要求1-3任一所述的加热炉装置的加热制度，其特征在于：包括以下步骤：

S1：入料，从动旋转辊和主动旋转辊带动管坯开始匀速转动后，热处理开始；

S2：预热，此时各组热电偶反馈温度均处于T₃部分；

S31：开始一个加热周期，右侧烧嘴负责燃烧，左侧烧嘴作为副烟道排出废气，辅助火焰开启，A₃、A₅、A₆区域热反馈温度处于T₁，相应的该区域辅助火焰流量为C₃，A₂、A₄区域热反馈温度处于T₂，相应的该区域辅助火焰流量为C₂，A₁区域热反馈温度处于T₃，相应的该区域辅助火焰流量为C₁；

S32：左右侧烧嘴功能转换，左侧烧嘴负责燃烧，右侧烧嘴作为副烟道排出废气，A₁、A₄、A₅区域热反馈温度处于T₁，相应的该区域辅助火焰流量为C₃，A₂、A₆区域热反馈温度处于T₂，相应的该区域辅助火焰流量为C₂，A₃区域热反馈温度处于T₃，相应的该区域辅助火焰流量为C₁；

S4：左右侧烧嘴功能转换一次为单个周期，根据热处理管坯规格大小来确定进行2-3次周期加热；

S5：出料。