精密铸造高效焙烧线的设计与应用.docx

高效焙烧、熔炼生产线的设计与应用杨军 许立勋 东风精密铸造有限公司装备管理部 湖北 十堰 442714摘要：焙烧、熔炼生产线是精密铸造行业重要的生产设备。本文介绍了采用合理的生产布局、新型工业窑炉结构，先进天然气燃烧节能技术，高效熔炼技术，配合可靠的机械传动机构及自动化的电气控制技术，对东风精密铸造有限公司的模壳焙烧、熔炼生产线进行技术升级。升级后的焙烧、熔炼生产线具有高效节能、绿色环保、自动化程度高等特点。关键词：焙烧生产线 生产布局 节能技术 自动化控制 绿色环保前言东风精密铸造有限公司主要以熔模铸造工艺为主，其中模壳焙烧、熔炼是该工艺的重要环节。模壳脱蜡以后，模壳内部残留大量水份，只有对模壳进行高温焙烧后才能除去模壳内部的残留物。同时，经过焙烧后的模壳，提高了模壳的透气性和高温强度，大大降低了由于渣气孔和炮火而产生的废品。焙烧、熔炼两道工序的动能在全工序生产中的占比达到70%以上，是精密铸造生产中最大的耗能工序。 该工序的动能成本决定了精密铸造工艺的生产成本。 为了提升产品质量，提高生产能力，降低动能成本，精铸公司设计并开发一条高效的焙烧、熔炼生产线。1 系统方案设计1.1整体布局设计焙烧、熔炼生产线由焙烧炉、燃烧系统、传动系统、熔炼系统、浇注系统等组成。该生产线目标产能为30吨/日，天然气CPU为150m/吨铸件，熔炼电耗CPU为1700kwh/吨铸件。为了达成项目目标，设计的布局方案如图1。 图1 生产线平面布局图 为了达成30吨/日的产量目标，该生产线配置36.8米天然气焙烧炉一条，同时配置5台500kg中频熔炼炉。为了减少物流距离，降低工人劳动强度，总体布局采用就近原则设计。模壳上线区域布置在模组配料区，保证模壳转运距离由75米降低至25米。浇注线布置在熔炼炉正前方，保证钢水转运距离由25米降低至5米。同时为了高效利用厂房空间，减少厂房建设投资成本，部分区域采用立体空间布置。中频电源布置在中频炉台下方的地下室，上方炉台用于备料和物流。员工休息室、工序监控室采用架空布局，下方布置维修仓库和检测室。1.2焙烧炉体的设计焙烧炉炉体由金属框架和耐火保温材料砌体制作而成。金属框架为装配式单元结构，采用型材等焊接而成，窑体外表镶嵌烤漆装饰钢板。设计的具体结构见图2。图2 焙烧炉炉体结构图焙烧炉炉体按照温区分为3个温区段：预热段、加热段、保温段。预热段利用烟气余热进行模组的预热，使模壳平滑升温，避免模壳直接高温加热而破裂。加热段是模壳升温加热焙烧区域，该区域一共安装21组230kw长阎烧嘴。保温段是模壳恒温焙烧区域，该区域安装9组150kw长阎烧嘴。为了防止窑车在运行过程中上下跑温，在窑车与窑墙的曲封处设置了砂封装置，由安装在窑炉侧墙底部的钢结构上的固定沙封槽和安装在窑车金属结构上的活动沙封刀组成。本窑采用可靠性较高的拱顶结构。同时每个温度控制区设置一组平拱，炉顶结构均选用选用重质粘土砖。1.3 燃烧系统的设计焙烧炉燃烧系统包括烧嘴系统、燃料供应系统、助燃系统、燃烧控制系统等组成。该焙烧炉设计系选用天然气高速等温烧嘴，小流量多布置的方案。烧嘴内芯为耐热不锈钢材质。焙烧炉总共配置有30只烧嘴，毎只烧嘴额定功率为230KW。30只烧嘴在焙烧炉加热段和保温段的侧墙交错布置。30只烧嘴分成10组，每组3只，进行分组自动控制。烧嘴控制具备自动点火、自动检测、自动控温、自动报警等功能。焙烧炉所用燃料为天燃气。燃料供应系统主管路（下文简称燃气主管路）上设有过滤器、安全切断阀、压力开关、燃气切断阀、安全溢流阀等，燃气主管路元器件布置如图2-6所示。在燃气主管路的进出端分别装有一块压力表，用于在现场显示管路进出口压力；在两块压力表之间设有燃气高压压力开关和燃气低压压力开关，两压力开关用于设定燃气主管路上安全燃气压力值范围，当管路实际压力值超出该范围，压力开关就会向燃气切断阀发信号关闭燃气切断阀并发送报警信号。燃气主管路上还安装有压力变送器，将燃气压力值送到人机界面显示。燃料供应系统的分组主管路有10路，毎路管路上设有燃气手动阀和空燃比例阀等，毎路分组主管路末端给3只烧嘴供应燃料。空燃比例阀的控制作用就是保证到达烧嘴的天燃气量和助燃空气量的比例恒定。燃料供应系统的烧嘴前支路上设有手动球阀、电磁阀等。燃料供应系统的分组主管路及烧嘴前支管路的元器件布置如图2-7所示。1-燃气主管路 1.1-手动阀 1.2-燃气总电磁阀 1.3-压力表 1.4-安全切断阀 1.5-燃气减压阀 1.6-手动阀 1.7-安全溢流阀 1.8-压力变送器 1.9-燃气高压压力开关1.10-燃气低压压力开关 1.11-流量计 1.12-燃气切断阀 2-助燃空气主管路 2.1-离心风机2.2-手动阀 2.3-压力表 2.4-压力变送器 2.5-流量计 2.6-助燃空气压力开关 图2-6 燃气主管路和助燃空气主管路元器件布置图助燃系统包括高压离心送风机、助燃空气输送管路等装置。助燃空气输送管路由直径为350mm助燃空气主管路、DN150助燃空气分组主管路和DN50助燃空气嘴前支管路组成。助燃空气主管路上设有压力表、助燃空气低压压力开关、压力变送器等；助燃空气低压压力开关用于设定助燃空气主管路最低压力值，当助燃空气主管路上的压力值低于该值，助燃空气低压压力开关将向燃气主管路上的燃气切断阀发信号关闭燃气切断阀并发送报警信号；压力变送器用于检测助燃空气主管路上的压力并将压力值送到人机界面上显示。助燃空气主管路元器件如图2-6所示。助燃空气分组主管路有10路，毎路管路上设有手动阀、空气电动调节阀等；空气电动调节阀接收燃烧控制系统的信号，通过控制助燃空气的进入量最终达到控制炉膛内温度的目的。助燃空气分组主管路及烧嘴前支管路的元器件布置如图2-7所示。助燃空气由排烟系统中设置的金属列管式空气换热器利用烟气热量进行预热。预热助燃空气可以增大助燃空气带入的显热量，可以有效地节约燃料。这种节能不仅在于它的显热取代一部分燃料的化学热，而且还可以减少烟气量，从而减少了排烟带走的热量，节能且减排。1-燃气分组主管路 2-手动阀 3-空燃比例阀 4-燃气烧嘴前支管路 5-手动阀6-燃气电磁阀 7-烧嘴控制器及变压器 8-点火电极 9-火焰检测电极 10-烧嘴 11-手动阀 12-助燃空气烧嘴前支管路 13-电动调节阀 14-手动阀 15-助燃空气分组主管路图2-7 燃气分组主管路和助燃空气分组主管路元器件布置图燃烧控制系统温度检测系统、PLC和执行系统构成，温度检测系统由安装在焙烧炉炉体侧墙上的10个K型热电偶组成，执行系统为助燃空气分组主管路上的10个空气电动调节阀组成。热电偶检测到的温度信号传输至PLC，经PLC处理后并与设定的温度值进行比较，根据比较的结果来控制空气电动调节阀动作，控制助燃空气分组主管路中助燃空气的进入量，然后通过空燃比例阀控制燃料供应系统分组主管路天燃气的进入量，从而使烧嘴处于不同的燃烧状态，产生不同的热量，最终达到焙烧炉炉内的温度始终保持在设定值或保持在允许范围内的目的。1.4 浇注系统的设计1.5 机械驱动系统的设计2 应用效果3 结论本课题是基于精铸行业铸钢件的浇口及飞边的自动化打磨，利用工业机器人替代人工进行打磨作业。该自动打磨单元的投产不仅改善了员工的工作环境，提高了打磨质量，降低了打磨成本，而且还提高了公司的自动