差温加热炉在辊上的应用

差温加热炉在辊上的应用

湿热交热炉主要用于纵向生产行业，主要用于纵向加热和前加热辊。这是重要的扭转生产过程中的加热设备。差温加热炉炉膛空间小,升温速度快,空炉升温1000℃不到30min,差温加热可使轧辊表面一定厚度的金属层快速加热到淬火温度,而辊身内部仍处于相对低温状态,轧辊表面淬火处理后工件内外得到不同金属组织,既保证了轧辊工作层硬度,又保证了轧辊整体的强度与韧性。用这项工艺处理轧辊,只需3h左右的时间,既提高了生产效率,也起到了非常好的节能效果。1设备介绍1.1燃烧系统及烧圆面设备整体结构公司在2009年为扩大轧辊生产能力,解决生产中的热处理瓶颈问题,设计并制造一台开合式差温加热炉。设备整体主要由炉体、燃烧系统、电控系统、排烟系统、炉体开合机构、工件托转机构等组成。炉体采用两个半圆形炉体,炉壳由型钢和钢板焊接而成,燃烧系统采用高速烧嘴,每侧半圆形炉体布置15个高速烧嘴,分为上下两层。工件放置于位于炉体两端的托转机构上,托转机构和炉体开合机构由电机、减速机、旋转托轮、丝杠等组成。1.2最大装载量及13东南角高速烧敞机床炉膛最高温度/℃1300工件最高温度/℃1200空炉升温时间/min≤90炉膛尺寸/mm×mmΦ1800×3020最大装载量/t35燃料种类及热值/kJ·m-3城市煤气17640烧嘴形式及数量/个高速烧嘴30最大燃料消耗量/m3·h-1700最大空气消耗量/m3·h-13600最大烟气量/m3·h-14100炉前煤气压力/Pa7000炉前空气压力/Pa5000托辊旋转转数/r·min-12炉体开合行程/mm20002内部夹紧结构2.1直接确定炉身空间小的特点,主要特点为开合式差温加热炉属于轧辊行业专用热处理设备,主要特点是炉膛空间小,升温速度快,既节能高效又提高了产品产量和质量。针对以上特点,炉衬设计主要从以下几方面进行考虑:(1)抗急冷急热性由于差温加热升温速度快,达到≥33℃/min,因此炉衬必须有很好的热震稳定性,也就是抗急冷急热性要好,这是一般普通黏土耐火砖炉衬所不具备的性能。(2)差温加热炉的键差温加热炉不仅要求加热速度快,而且要求有很好的炉温均匀性,关键是必须满足工件的温度均匀性,这就是差温加热炉选用高速烧嘴的原因,但是高速烧嘴的出口火焰速度很高,能达到100m/s以上,要求炉衬必须具备良好的抗风蚀性,否则炉衬的使用寿命会受到影响。(3)炉衬的抗振由于差温加热炉在生产过程中,要经常的进行开合运行,以实现工件的装出炉,炉体的驱动由电机、减速机、丝杠组成,运行过程中存在一定的振动,因此炉衬必须牢固抗振,不能因为振动而出现脱落,尤其在炉衬出现损坏的情况下,不能出现稍有振动就会大面积掉落现象。(4)炉体及炉体重量由于差温加热炉炉膛空间很小,工件与炉壁之间距离在400～600mm范围,炉膛几乎没有蓄热能力,因此高温烟气会很快的排入烟道。另外,差温加热炉炉体是由两个半圆构成,生产过程中经常进行开合运动,在炉体接合密封处的密封结构经常会损坏,若维修不及时也会造成跑火。炉膛1300℃的温度也要求炉衬必须有很好的保温性和耐高温性能,以保证炉膛温度,同时起到很好的节能效果。结合以上几方面的因素,还考虑到炉体经常进行开合运动,所以炉体重量也是本次炉衬设计考虑的重要因素之一。因此经过热工计算,最终选用了耐火纤维毯+耐火纤维可塑料的复合炉衬结构。2.2路桥初步设计炉衬结构主要分为炉膛和端墙,分别从两个部分进行设计。2.2.1保温层、炉秆炉衬考虑到炉膛既承受高温风蚀作用,又必须有良好的保温性能,因此耐火层选用了含锆型耐火纤维可塑料,厚度70mm,现场施工;保温层选用了耐火纤维毯150mm厚,由50mm含锆型+100mm标准型平铺组成。炉膛炉衬共分三层,由里到外分别为:耐火纤维可塑料(70mm)、含锆型耐火纤维毯(50mm)、标准型耐火纤维毯(100mm),总厚度为220mm。炉衬固定方式:采用锚固钉和旋转卡片,梅花型布置,规格:Φ8mm×150mm,钉间距200mm,材质Cr25Ni20。2.2.2端墙模块安装此部分处于炉体的两端,主要起到炉膛整体的作用,与炉膛相比,高温高速火焰的冲刷风蚀危害比较轻,因此考虑到施工难度的问题,端墙设计共分两层:由里到外分别为含锆模块(150mm),平铺标准型纤维毯(50mm),模块尺寸控制在300mm×300mm以内。2.2.3铺设耐火纤维毯、管炉(1)锚固钉焊接前必须对炉壳钢板进行除锈,锚固钉在炉壳上要满焊,焊接完成后要逐个进行曲锤击检查,同时清除焊渣。(2)耐火纤维毯在铺设时两层平铺之间错缝间距不得小于100mm。(3)纤维可塑料施工时间隔1m要预留收缩缝,深度20mm,宽度1～2mm,烘炉完成后用多晶纤维棉填塞。(4)纤维模块施工时,安装一定要牢固可靠,模块之间存在的缝隙一定要采用相同材质的纤维棉进行填充塞实。3使用和存在的问题3.1u3000定期维护炉捣成型该炉在2007年8月份施工完成,根据炉衬材料厂家提供的烘炉曲线(见图1),烘炉96h,烘炉最高温度1300℃,升温速度≤15℃,保温时间>6h。该炉投产后主要用来进行工作辊淬火前的辊身加热,在生产使用中,炉膛温度一般控制在1000～1200℃之间,升温时间约1h,在轧辊辊身温度达到要求时,在高温状态下打开炉膛进行出炉,轧辊出炉后炉膛温度一般降低到500～600℃,随后关闭烧嘴停止作业。由于当时生产安排产量少,每天处理轧辊1～2支。因此每次对轧辊进行差温处理时,都是停炉后重新启动,生产制度基本上是间歇性的,无法进行连续性生产。3.2炉衬可塑料裂纹的形成原因该炉投产使用约一周时间,在施工单位和设计人员共同对炉衬进行停炉检查时发现,炉衬的耐火纤维可塑料出现龟裂现象,裂纹宽度约1mm,裂纹遍布整个炉衬,裂纹间距约200～300mm,而且在每个烧嘴出口处可塑料有明显的风蚀现象,顺着烧嘴火焰的喷出方向,出现一条宽约80～100mm,长度300～400mm的风蚀形成的沟。出现此情况后,炉衬材料的供货厂家也来到了现场,分析认为可塑料出现的裂纹属于可塑类耐火材料正常现象,不会对该炉生产造成影响。然而随着分厂生产量的逐步增大,每天处理3～4支,在两个月后炉衬可塑料的裂纹宽度加大到约5mm,应该称其为裂缝,裂缝将炉衬整体划分为约400～500mm间隔不规则的几大块,而且炉膛上部可塑料表层局部出现块状脱落现象。在三个月后,炉衬裂缝形成的大块开始出现突出现象,炉衬内侧变得凹凸不平,随时有脱落的危险,尤其是炉膛上部更为明显。致使该差温炉在生产使用三个多月时间后,必须对炉衬进行彻底的停炉修理。3.3炉内非热压监测针对该炉炉衬出现的问题,公司与施工单位和材料供应商结合现场实际情况,共同多次进行了研究讨论,认为在材料选择和施工方案上存在问题。(1)纤维可塑料的使用是问题的关键。纤维可塑料虽然有很高的耐火度,使用温度可达到1300℃,然而其热震稳定性和抗风蚀性差,极易在急冷急热条件下开裂、剥落,在有振动情况下容易脱落,不适合开合式差温处理这样的炉况。(2)采用锚固钉固定的方式也不合理,对于纤维可塑料这种不定型材料应该采用锚固钉加耐火钢丝网的固定方式,因为钢丝网会增加可塑料的整体性,在出现裂纹的情况下也不容易产生较大裂缝和炉衬大块脱落现象。由于纤维可塑料是一种新型耐火材料,在炉衬修补方面有较好的市场应用,然而公司是初次使用,尤其在开合式差温加热炉上是第一次应用,因此对产品的性能了解还不透彻,这也是发生本次事故的客观原因之一。4提高设计和应用的效果4.1全纤维结构炉衬的改进针对本次事故分析结果,进行对比分析认为纤维模块虽然抗风蚀性差,但是热震稳定性、抗振动性要更好,而且含锆纤维模块的维修更换十分方便。因此公司对该差温炉的炉衬进行了彻底改进,首先将已损坏的炉衬全部进行了拆除,包括两端墙模块。新方案采用了全纤维结构,炉膛炉衬总厚度220mm不变,由平铺标准纤维毯(60mm)+含锆纤维模块(160mm)组成,端墙部分仍采用原设计。在整个炉膛纤维模块施工完毕后,在炉膛内侧喷涂了一层耐火涂料,耐火涂料会有效的提高纤维模块的抗风蚀性能。4.