新型台车热处理炉
2014年04月28日热度:2848

   1 前言
  随着铁路机车提速,对机车铸件热处理的质量要求也越来越高,尤其是客车,铸件的热处理质量直接影响到客车的行走安全。因此,对客车铸件的热处理质量要求更高。我厂原使用燃重油台车式退火炉,炉温由人工控制,精确性差,热处理质量不稳定;用普通重质耐火砖保温,台车与炉体、炉体与炉门结合不紧密,保温性差;烧嘴与排烟口都在炉底面上间隔布置,进行下排烟,热量不能充分循环,不仅散热损失大,造成能源浪费,而且炉子温度均匀性差,影响热处理质量;以重油为燃料,不仅炉子周围环境差,而且由于烟气的排放,重油管路的泄漏,致使环境污染严重。
  为了解决上述问题,1999年对台车式热处理炉进行了全面的技术改造,要求达到国内先进热处理炉同等水平,以适应铁路提速后对铸件热处理质量的要求。
  2 台车式热处理炉的技术参数
  用途:铸件高低温处理台车炉底面积(长×宽):7.44m×306m=26.8m2;炉膛有效高:2.2m
  炉温:最高1100℃,最低450℃
  温控精度:10℃
  热效率:≥20%
  净装载量(最大):30t
  燃料种类:天然气,热值:37 255kj/m3,压力:1000Pa
  炉内温度900℃时,侧墙温度≤70℃,炉顶温度≤105℃
  烟气出炉温度≤900℃时,排烟温度560℃
  3 方案的选择与主要特点
  该台车热处理炉台车表面以上全部采用全纤维炉衬,炉门、台车与炉休采用密封结构。炉内采用下供热上排烟,全炉共设10个天然气高速烧嘴沿炉两侧底部的台车表面均匀交错分布,排烟口设于炉顶中央,烟气靠直接设于炉顶并带有自动排烟功能的复合式换热器排出。炉内沿炉长方向均分三区,炉前后两区各3个烧嘴,中间一区为4个烧嘴,烧嘴采用脉冲燃烧时序控制,用智能温控表按输入工艺曲线进行多功能程序控制。空气、天然气靠    气动薄膜比调阀随供风量自动比例调节,见图1。此炉型有如下特点:
  (1)下供热上排烟这与目前国内一般台车炉采用下供热侧排烟或炉后排烟相比,一是使烧嘴喷出高速焰气到排烟口排出,在炉内行程最长,与炉内工件热交换机会和时间最多,提高了加热速率和效率;二是炉底两侧交错布置的烧嘴喷出的焰气紧贴台车底面表面再经由侧墙向上直至炉顶烟口排出,则使炉内燃气包围炉内处理的工件,故使炉内温度更加均匀。
  (2)烧嘴,空气、天然气控制阀,比例调节阀与烧嘴时序控制器均采用德国KromSchroder进口产品。烧嘴的燃烧室与喷嘴为结晶碳化硅结构,烧嘴结构轻巧耐用,性能可靠,适应高温空气预热,解决了燃烧室寿命短的难题。空气、天然气比调阀随嘴前风压的大小,即风的流量多少按比例供应天然气量,是各种比调回路中比较简单、准确、可靠的一种先进比调装置,且比较经济。时序控制器的运用是炉内多烧嘴供热,高、低温大小负荷相差悬殊时,靠时序控制每个烧嘴开闭,均匀按时间和炉内位置交替均匀供热,不仅使炉膛区域控温精度提高,也提高了炉膛温度场的均匀性。
  (3)复合式金属换热器,是一种适应高低温烟气对流、辐射换热的高效、长寿的换热器,它直接设于炉顶排烟口处,具有结构简单、拆装方便、可靠性强,热交换性好的特点。
  (4)目前国内台车炉炉门密封不严一直是较难解决的问题。由于该处密封不严导致炉子散热大,温度不均匀。一般炉门靠弹簧压紧,长期使用后,弹簧弹性降低,导致炉门关不严而跑火。而该炉门采用框架式结构,刚性强,不变形。衬板与周边受热部位为浮动结构,防止受热变形,炉门靠导轮及炉门自重压紧。其结构简单,使用可靠。利用框架式结构及炉门自重巧妙地解决了这一难题。
  (5)采用全纤维炉衬结构。硅酸铝纤维毡是目前热处理炉使用比较成熟的一种性能较好的保温材料,但施工要求较高,因施工方法的不同直接影响到硅酸铝纤维毡的安装质量,进而影响硅酸铝纤维毡的使用寿命。 我厂采用长耐热穿针,两端均留有自由伸胀端,将穿针座(耐热)预穿好焊在炉墙钢板上,然后抽出穿针。折叠好2m左右长的针刺毯,压紧逐渐穿上,该结构接缝少,纤维安装整体性好,安装牢固,使用寿命长,施工方便,造价低。
  (6)脉冲燃烧时序控制。此台车炉在热控制上是国内率先采用先进的集成式电子脉冲燃烧时序控制系统。系统中每个烧嘴的燃烧是独立的通过改变烧嘴脉冲燃烧的频率来实现调节炉子供热负荷多少,又是各个烧嘴相继交替分散进行工作的。它既改变了以往传统中天然气与空气的连续调节为多点开关控制,又改变了每一区域全部烧嘴集中开关脉冲燃烧所造成炉压脉冲波动过大,使各个烧嘴既保证高速等温燃烧,又保证在时间和空间上均匀地供应负荷。故进一步提高炉温控制精度,也提高了炉内温度场的均匀性。这是当前火焰炉热工控制领域一种新型先进的燃烧控制技术。
  4 结束语
  该炉先后共建2台,投产一年多以来,基本是满负荷工作,运行良好,各项指标均达到了设计要求。
  4.1 热处理质量高
  两台炉投产以来,炉温波动完全可以控制在±10℃以内,热处理后的铸件表面氧化皮少,各项热处理性能指标全部达到要求。
  4.2 提高了炉子的热效率
  经计量,23t铸件耗用天然气为1603m3/炉,23t铸件退火所需热量为1.298×107kj,1603m3天然气发热量为5.97×107kj。因此该炉热效率为(1.298×107)kj/(5.97×107)kj,结果为21.7%,而过去燃重油的热效率在11%以下,因此该炉热效率提高了10.7%。
  4.3 改善了劳动条件和环境
  铸钢热处理炉油改气后,对环境也进行了改造。炉墙、炉顶加上了隔热层,地面铺上了水磨石,全跨进行了封闭生产,再加上炉子燃料清洁,结构紧凑,排烟顺畅。使热处理环境发生了巨大的变化,在铸造厂内达到了少有的三元车间:无灰、无噪声、无热辐射。
  4.4 设备性能稳定可靠
  两台炉在高空作业率条件下使用了一年以上,烧嘴、换热器、各种调节阀、控制阀、控制仪表等运行稳定,炉体、台车、炉门均正常运行。
  4.5 存在的问题
  由于台车炉使用垫铁工件垫起,垫铁直接与火焰接触,垫铁的使用寿命较低,且垫铁也吸收了一部分热量,提高了热处理成本。我们通过在垫铁表面涂刷远红外保温涂料,使用耐火水泥做垫等措施提高了垫块等措施提高了垫块的使用寿命,减少蓄热量,取得了令人满意的效果。
通过一年多的使用,这种新型天然气热处理炉,性能先进、运行稳定、安全可靠,达到了设计要求。

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