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污水处理厂论文热处理炉论文辊底式热处理炉节能技术进展前言 轧钢厂中辊底式热处理炉的用途很广,既可用于棒线材、管材,也可用于板材的退火、正火、高温回火及淬火等热处理工艺。国内辊底式热处理炉多数是明火加热,现代化轧钢厂生产的成品在热处理过程中不允许氧化和脱碳,必须在可控气氛下进行,因此目前采用辐射管间接加热的辊底炉逐渐增多。然而辊底式热处理炉整体热效率较低,在当前能源日益紧张的情况下,如何挖掘辊底式热处理炉的节能潜力。提高其热效率,减少单位能耗则变得日益迫切。 目前辊底式热处理炉的燃烧装置、炉辊、耐材以及控制等方面的研究及应用都有了相应进展,诸多技术对于辊底炉的节能环保都有重要的意义,值得推广应用。 燃烧装置 燃烧器是辊底式热处理炉的核心装置,当前在辊底式热处理炉中使用较多的是自身预热式燃烧器,即将烧嘴、空气预热器和排烟装置结合为一体的燃烧装置,其能够在排出烟气的同时预热燃烧空气,同时避免集中排烟所造成的炉内气流和温度的不均匀。然而当前各生产厂家和工业炉公司所采用的大多为翅片式换热装置,受限于换热面积及传热系数的影响,目前排烟温度较高,通常达到500x2-600e,换热效率较低,因此如何提高燃烧器自身的热效率是研究的重要方向。 德国ws公司提出采用管式换热装置代替传统内外翅片管换热,如下图所示,其中煤气从中间喷口喷出,而空气则从多个预热喷管内进入炉内,燃烧高温烟气则从环状缝隙抽出,从而使每个空气管都处于高温烟气的包围之中,换热面积大为增强,同时实现了三维立体热交换,每组管束内外温差都相同。而传统翅片管虽然有翅片的存在,但仍然难以获得满意的传热面积和传热系数,因此换热效果较差。据报道,采用该新型换热器的自身预热烧嘴其烟气排放所带走的热量相对于传统翅片式下降了约50%。 图1德国ws公司新型自身预热烧嘴 随着高温燃烧技术的进展,蓄热式燃烧器也逐渐用于辊底式热处理炉中。日本nkk公司福山厂于2000年5月起采用u型蓄热式辐射管烧嘴。该烧嘴蓄热体采用紧凑的陶瓷蜂窝结构,可高效率地进行热回收。过去,该炉的预热空气温度最高为600k左右,但采用蓄热式辐射管烧嘴后,可以得到与炉温同样水平的预热空气温度,最高达到1100k左右。国内神雾公司将高温空气燃烧技术应用于燃气辐射管燃烧器加热装置,已研制出w型和u型蓄热式(hta c)燃气辐射管燃烧器并经不断实验改进推出了定型产品。 图2日本nkk公司蓄热式辐射管 近期德国ws公司开发出一款单端蓄热式烧嘴,可用于明火加热或者辐射管加热,其管型包括直管、p型管和1t2p型管。该蓄热式烧嘴不仅预热效率高,且在工作状态时采用所谓无焰燃烧方式,避免了局部高温并降低了nox排放,起到了节能和环保的双重效果。 图3ws公司蓄热式烧嘴及在辐射管内燃烧状态 新型炉辊 辊底炉的另一重要装备则是用于输送被加热钢材的炉辊。辊底炉炉辊可分为耐高温空腹炉辊和水冷炉辊,通常在低温场合采用空腹炉辊,而高温场合则采用水冷炉辊。过去国内很多厂家选用的炉底辊大多采水冷型, 冷却水带走的热量占总热量的30%,热损失太大了,且水冷系统复杂,也消耗大量水资源。因此诸多炉温低于1100的辊底式热处理炉大多使用耐热钢空腹炉辊,其在保证热强度和使用寿命的前提下减轻自重,其辊筒端部断面向轴承方向渐次缩小,同时为减少辊筒内高温辐射,辊内两端充填硅酸铝耐火纤维棉,从而减少传至轴承的热量。德国butting公司最新的成果表明其采用施密特克莱门斯特殊钢厂的一种称作所谓centralloy60 ht的材料制成的空腹炉辊最高使用温度可达到1250,能够大大降低在高温辊底炉中的能耗和冷却水用量,但目前国内未见有报道应用。 图4 butting hero高温空腹炉辊 脉冲燃烧控制技术 辊底式热处理炉由于其处理钢种规格变化较大,且处理工艺温度和时间也会随钢种规格而调整,因此处理不同钢种规格或工艺变化时能够灵活调整炉温则是辊底炉提高热处理质量和节能降耗的重要指标。随着数字化脉冲燃烧控制技术的出现,辊底炉可以实现弹性分区和分段以适应不同热处理制度的控制要求,并满足多品种所要求的温度制度调整的灵活性。 脉冲燃烧技术极大缩短了系统的响应时间,从本质上克服了传统燃烧方式滞后的缺点。在每一个脉冲燃烧时间内,烧嘴都在额定状态工作,燃料流量恒定,火焰长度不变,加热效果明显提高,实现了低产量时的温度均匀性。保证了产品质量的稳定性。脉冲燃烧方式,充分实现了生产的灵活性,炉体由若干炉段组成,每段有若干个烧嘴,每一对烧嘴完垒独立,一对或几对烧嘴作为一个控制区,控制系统或操作人员可以任意关闭一对或多对烧嘴,烧嘴的灵活组合实现了炉内的动态分段。脉冲技术大大提高了燃烧控制的精度,作为数字量的时间信号相对模拟量的流量信号,控制起来更准确,每一对烧嘴的独立控制和温度的独立检测,将坯料的温度曲线细化到更多控制区间,控制精度明显提高,控制系统和操作人员可以准确知道并方便实施对钢坯何时何处加热及加热多少,提高了加热质量和温度均匀性,使炉子的性能和产品质量不受外部条件的影响而变化。 节能炉衬 辊底式热处理炉内温度较高,其中80%的传热量需要依靠辐射传热方式,因此提高炉衬黑度以强化辐射传热对于提高加热炉产量以及节能具有重要的意义。同时大多数耐火材料其密魔和热容都比较高,这不利于炉子快速加热和冷却,为了降低炉子热情性,采用耐火纤维等轻型炉衬具有重要的节能作用。 由于耐火纤维的黑度随着炉温升高而下降,因此通常采用高发射率涂料与轻型耐火纤维相复合。高发射率涂料不仅能够强化传热,起到节能作用,同时能明显改善耐火纤维的疏松、易粉化、脱落现象,耐火纤维上喷涂高发射率涂料后,强度及耐火度可大幅度提高,收缩率降低,寿命延长。因此高黑度复合轻型炉衬在辊底式热处理炉内取得了较好的节能和强化传热效果。 总结与展望 当前我国能源的紧张与短缺已成定局,严重影响了经济的发展。节能是中国能源战略和政策的核心,解决能源和资