高溫型硅酸鋁耐火纖維熱處理爐爐襯設(shè)計(jì)

高溫型硅酸鋁耐火纖維熱處理爐爐襯設(shè)計(jì)

1溫度分布及冷卻眾所周知，熱處理是提高木材和材料質(zhì)量的一個(gè)重要過程。各種不同的熱處理工藝的基本要求是盡量使?fàn)t內(nèi)溫度分布均勻,爐子升溫及冷卻制度準(zhǔn)確,工件不變形或少變形,表面不氧化脫碳或少脫碳。因此熱處理爐是工業(yè)爐中對(duì)設(shè)備性能要求最高的一類爐子。當(dāng)前對(duì)熱處理爐而言,除了以高性能來滿足熱處理工藝的要求外,高效節(jié)能是重要的追求目標(biāo)。2先進(jìn)的熱處理技術(shù)2.1纖維爐襯硅酸鋁耐火纖維是一種高效節(jié)能材料,目前已經(jīng)在熱處理爐上廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明,在對(duì)耐火纖維材質(zhì)選擇正確的前提下,熱處理爐的爐襯耐火磚完全可由耐火纖維代替,如果爐襯結(jié)構(gòu)合理,則熱效率可提高到30%～40%。由于爐襯輕,無拱頂推力;爐門輕,故骨架負(fù)荷大為減少,可節(jié)約建爐鋼材1/3左右,同時(shí)可簡化爐體基礎(chǔ)。爐子熱平衡表明,間歇式磚體熱處理爐的蓄散熱損失占總供熱的25%～35%,而爐體的蓄散熱與爐襯的重量及絕熱性能成正比關(guān)系,耐火纖維不僅導(dǎo)熱系數(shù)低,而且容重輕,纖維爐襯僅為磚體爐襯的1/25～1/30。因此,纖維爐襯能大幅度地降低爐子的蓄散熱損失,節(jié)能效果顯著,一般地說,與磚體爐子相比節(jié)能20%～25%。由于爐襯輕,熱容量小,爐子升溫快,有利于縮短操作周期,提高爐子作業(yè)率和熱效率,使?fàn)t子同時(shí)獲得節(jié)能、增產(chǎn)的效果。在使用硅酸鋁耐火纖維時(shí),應(yīng)注意硅酸鋁耐火纖維材質(zhì)的選擇。而使用溫度是選材的最重要條件,應(yīng)該以纖維制品長期或持續(xù)使用溫度作為材料實(shí)際使用溫度進(jìn)行選材。對(duì)纖維材質(zhì)選用推薦如下:爐溫<1000℃,選用普通硅酸鋁纖維制品;爐溫為1000～1100℃,選用高純硅酸鋁纖維制品;爐溫為1100～1200℃,選用高鋁硅酸鋁纖維制品;爐溫為1200～1300℃,選用多晶莫來石纖維制品。2.2爐襯基層固技術(shù)全纖維爐襯能充分顯示纖維制品優(yōu)良特性,實(shí)現(xiàn)高效率,低能耗,輕型化的爐體結(jié)構(gòu)。目前的復(fù)合大模塊組合爐襯結(jié)構(gòu),吊掛鉚固技術(shù)被廣泛應(yīng)用,即在爐襯低溫段平鋪50mm厚普通型硅酸鋁纖維,作為保溫層;在爐襯高溫段敷設(shè)200mm或220mm高溫型硅酸鋁纖維模塊,作為耐火層。這種復(fù)合大模塊組合結(jié)構(gòu)有利于提高爐襯的絕熱性能和氣密性能,減少熱短路,耐氣流沖刷,在爐溫狀態(tài)下可耐60m/s高速?zèng)_刷,降低施工周期,并能有效地保證纖維與鋼結(jié)構(gòu)之間的連接強(qiáng)度,提高爐襯的使用壽命。2.3高速調(diào)溫燃燒技術(shù)燃燒裝置是熱處理爐的“心臟”,應(yīng)該具有高效、節(jié)能和高性能的特點(diǎn)。目前新型燃燒器的燒嘴有平焰燒嘴、高速燒嘴、自身預(yù)熱式燒嘴、蓄熱式燒嘴、低氧化氮燒嘴等。對(duì)熱處理爐而言,除了高效節(jié)能外,還要求高性能,即能滿足熱處理爐各種工況的要求,首先是保證爐溫均勻性達(dá)到工藝要求,因此在熱處理爐中高速調(diào)溫燃燒器被廣泛選用。它給熱處理爐帶來的好處是:(1)高速熱氣流加強(qiáng)了裝置內(nèi)的氣體循環(huán)，有效地提高了裝置的溫度均勻性(2)高速熱氣流加強(qiáng)了裝置內(nèi)的傳統(tǒng)熱(3)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制(4)可簡化涂層結(jié)構(gòu)2.4穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)場景的各種技術(shù)2.4.1爐壓控制的方法一般情況下,當(dāng)燃料消耗量增大時(shí),爐內(nèi)壓力會(huì)增大,當(dāng)煙囪抽力增大時(shí),爐內(nèi)壓力會(huì)減小,反之,爐壓會(huì)反向變化。實(shí)現(xiàn)爐壓控制的方法有多種,較好的方法是在爐內(nèi)合適的位置設(shè)置取壓元件,通過微差壓變送器,將爐內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作,改變煙閥開度,把爐內(nèi)壓力調(diào)整到設(shè)定值,經(jīng)上回路形成爐壓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),有效、正確地控制爐內(nèi)壓力變化,其調(diào)節(jié)靈敏度在±0.98Pa以內(nèi)。據(jù)測試,正確控制好爐壓,將可節(jié)能近10%。2.4.2爐內(nèi)溫度的均勻性爐體密封是爐子設(shè)計(jì)改造中非常重要的環(huán)節(jié),密封性能的優(yōu)劣,直接影響爐內(nèi)溫度的均勻性、相關(guān)部件的使用壽命、燃料消耗及工件的熱處理質(zhì)量。在爐子整體結(jié)構(gòu)中,密封裝置處于相對(duì)高溫區(qū),工作環(huán)境較為惡劣,因此,采用性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、便于維修的密封方案是非常必要的。(1)爐門密封壓緊機(jī)構(gòu)爐門四周與爐襯之間設(shè)置軟—硬接觸的密封結(jié)構(gòu),即在爐門側(cè)將其周邊的纖維突出于主襯,爐體側(cè)配置耐熱鑄鐵板,在爐門處于工作狀態(tài)時(shí)(即關(guān)閉時(shí)),周邊纖維條與耐熱鑄鐵板充分接觸而密封。爐門密封壓緊機(jī)構(gòu)采用彈簧壓緊機(jī)構(gòu)或汽缸壓緊機(jī)構(gòu)。前者密封動(dòng)力來自爐門重力,具有簡單實(shí)用、密封可靠,維修方便等特點(diǎn);后者密封動(dòng)力靠汽缸實(shí)現(xiàn),大型爐門宜選用汽缸壓緊機(jī)構(gòu)。(2)式的可靠由于爐車與爐體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),所采用的密封方式必須簡單、可靠,既能保證使用性能,又便于維護(hù)。傳統(tǒng)的砂封方式已不能滿足要求,采用氣缸壓緊軟封塊結(jié)構(gòu),現(xiàn)場實(shí)踐證明,這種結(jié)構(gòu)是合理可靠的。(3)后端和船體在爐子后端設(shè)置軟密封塊,靠彈簧作用來實(shí)現(xiàn)與爐子臺(tái)車后端的密封。因動(dòng)力來自爐車,所以其簡單、實(shí)用、可靠。2.5換熱器的類型及用量煙氣帶走的熱量占熱處理爐總供熱量的30%～50%,回收從爐內(nèi)排出的煙氣熱量,并加以充分利用,是降低爐子能耗,提高爐子熱效率的重要措施,在爐子上回收煙氣余熱最有效和應(yīng)用最廣的是換熱器。目前推廣應(yīng)用的高效換熱器有:噴流輻射換熱器,波紋管插入件管式換熱器,網(wǎng)吸面輻射換熱器,傳輸對(duì)流換熱器等,它們的特點(diǎn)是綜合傳熱系數(shù)高。一般而言,預(yù)熱風(fēng)溫每提高100℃,可節(jié)約燃料5%,預(yù)熱溫度在350℃以上才是合理的。但是,由于熱處理工藝的獨(dú)特性,周期間歇式操作較多,當(dāng)預(yù)熱風(fēng)溫達(dá)最高時(shí),爐子馬上轉(zhuǎn)入保溫、降溫階段,換熱器真正的效益體現(xiàn)不充分。隨著熱處理爐自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展,自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)閥的采用,氣體介質(zhì)的溫度受到限制,也限制了預(yù)熱風(fēng)溫的提高。因此如何選擇合理性能價(jià)格比的換熱器,應(yīng)視不同爐子,不同燃料以及根據(jù)不同工藝來決定。不必一味追求高風(fēng)溫。2.6熱處理爐的應(yīng)用由于爐子本體技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,爐溫自動(dòng)控制技術(shù)越來越多的被應(yīng)用于熱處理爐,如爐溫集散控制和計(jì)算機(jī)多媒體控制的應(yīng)用等。爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的溫度曲線對(duì)各區(qū)燒嘴的點(diǎn)火及大小火開閉過程進(jìn)行PID調(diào)節(jié),從而提高了爐溫的控制精度。3熱處理爐應(yīng)建而建90年代以前,由于受資金的限制,二重集團(tuán)公司的二百余臺(tái)工業(yè)爐窯改造進(jìn)展緩慢,其中絕大多數(shù)熱處理爐處于五六十年代水平,主要體現(xiàn)為:爐型落后,能源利用率低,燃料消耗高,爐子熱效率一般低于10%,產(chǎn)品熱處理成本高。爐溫均勻性差,熱處理產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。90年代后期,集團(tuán)公司開始改造工業(yè)爐窯,幾臺(tái)熱處理爐相繼改造成功,效益顯著,綜合技術(shù)性能達(dá)到國家特等爐標(biāo)準(zhǔn)?？上驳氖?近年以來,二重集團(tuán)公司斥巨資新建或改造熱處理爐。不久,一批高水平的現(xiàn)代熱處理爐將建成或改造完成,二重的熱處理爐水平將躍上一個(gè)新臺(tái)階。而且,現(xiàn)代熱處理爐的裝備必將為二重大型鑄鍛件、航空模鍛件、重型礦山機(jī)械等打入國際市場夯實(shí)基礎(chǔ)。4自動(dòng)控制系統(tǒng)(1)熱處理爐改造采用高速調(diào)溫燃燒系統(tǒng)、全纖維輕質(zhì)爐襯結(jié)構(gòu)、煙氣余熱回收裝置、全密封結(jié)構(gòu)、空燃自動(dòng)控制系統(tǒng)以及爐溫、爐壓自動(dòng)控制系統(tǒng)等先進(jìn)的技術(shù)措施,可以大大降低爐子的能源消耗。其可比單耗指標(biāo)bc≤60kg標(biāo)準(zhǔn)煤/噸熱處理件,滿載正常工作時(shí),熱效率在35%以上,與傳統(tǒng)爐子相比,綜合節(jié)能在40%以上。這將從根本上降低產(chǎn)品熱處理成本,同時(shí)也將全面提高熱處理產(chǎn)品的質(zhì)量。(2)我們也應(yīng)該看到,隨著熱處理爐技術(shù)的不斷發(fā)展,大量高科技儀器儀表應(yīng)用到熱處理爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)之中,現(xiàn)代熱處理爐已經(jīng)成為機(jī)電一體化的設(shè)備。因此,在熱處理爐的日常使用和維護(hù)上,改變過去的陳舊觀念,加強(qiáng)管理不斷提高操作者的業(yè)務(wù)水平也是極為重要的。經(jīng)測量燒嘴在出口速度為100m/s時(shí),氣流張角為19°12′,在燒嘴長6m、寬2.8m范圍內(nèi),氣流仍具有80m/s的流速,它所控制的溫度場比一般普通燒嘴大5～7倍,也就使?fàn)t內(nèi)溫度更均勻,一般可保證爐溫均勻在±10℃以內(nèi)。采用高速燒嘴的爐子,工件升溫速度顯著加快,而且保溫后期工件溫度與爐膛溫度也趨一致,其原因是爐內(nèi)對(duì)流熱交換占了主導(dǎo)作用,約占35%～85%。燒嘴配有自動(dòng)點(diǎn)火,火焰保護(hù)和自動(dòng)調(diào)節(jié)等裝置?？刂粕喜捎脟庀冗M(jìn)的大小火脈沖燃燒技術(shù),根據(jù)熱處理工藝在各溫度控制范圍內(nèi)供熱需求量,控制各個(gè)燒嘴大、小火交替變化頻率,既保持了高速氣流強(qiáng)制循環(huán)效果,又保證了控溫精度。根據(jù)高速燒嘴氣流特性,燒嘴布置間距可達(dá)3m(一般普通燒嘴布置間距不宜大于1.5m),這樣高速燒嘴可設(shè)計(jì)成單只大容量,也就減少了燒嘴數(shù)量,而不影響爐內(nèi)