阅读说明：本技术 一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉及加热控温方法 (Double-flame heating and smoke exhaust adjustable trolley type heating furnace and heating temperature control method ) 是由 毕仕辉 李永亮 史金柱 门传政 徐阳 孔庆国 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉及加热控温方法,台车式加热炉的炉体为全密封结构,炉体内划分为上部加热区和下部加热区；燃烧器由设于上部加热区的多个脉冲烧嘴及设于下部加热区的多个调焰烧嘴组成,上部加热区和下部加热区分别设多个温度检测装置；台车上设多排耐材垫块用于承载被加热工件,调焰烧嘴设于对应2排耐材垫块之间的下部炉墙上。本发明采用调焰烧嘴、脉冲烧嘴的双焰加热,上部加热与下部加热叠错供热且分区控制的方式,炉膛两侧下排烟面积可调,在节能减排的同时,提高工件加热的温度均匀性,满足高端精品钢的加热工艺要求,实现复合钢坯加热时对复合金属元素均匀热扩散的性能需求。(The invention relates to a car-type heating furnace with double flames for heating and smoke discharge and an adjustable heating temperature control method, wherein a furnace body of the car-type heating furnace is of a full-sealing structure, and is divided into an upper heating zone and a lower heating zone; the burner consists of a plurality of pulse burners arranged in an upper heating zone and a plurality of flame-adjusting burners arranged in a lower heating zone, and the upper heating zone and the lower heating zone are respectively provided with a plurality of temperature detection devices; the trolley is provided with a plurality of rows of refractory blocks for bearing the heated workpiece, and the flame adjusting burners are arranged on the lower furnace wall between the corresponding 2 rows of refractory blocks. The invention adopts the double-flame heating of the flame-adjusting burner and the pulse burner, the overlapping heating of the upper part and the lower part and the partition control mode, the exhaust area at the two sides of the hearth can be adjusted, the temperature uniformity of workpiece heating is improved while energy is saved and emission is reduced, the heating process requirement of high-end fine steel is met, and the performance requirement of uniform thermal diffusion of composite metal elements when composite billets are heated is realized.)

一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉及加热控温方法

技术领域

本发明涉及加热炉技术领域，尤其涉及一种适用于厚板坯、复合板坯、扁钢锭等工件进行轧制前加热的双焰加热、排烟可调的台车式加热炉及加热控温方法。

背景技术

目前，国内钢铁行业正在由粗钢产品向高端钢、精品钢产品转型升级，早期依赖进口的高端钢铁产品经过技术创新已逐步被国产化，如大型水电产品、核设施配套产品、航天技术产品、建筑桥梁与钻井平台等用高端复合板产品等等。这些产品由于具有生产工艺特殊，材质为复合材质，超大、超厚、异形等特点，往往需要用台车式加热炉加热后进行轧制或锻压，轧制后的产品再进行热处理与机械加工。

传统的台车式加热炉的加热工艺及自动化控制水平落后，导致温差大、操作环境差、能耗高、产量低、成品率低、产品质量差、环保性差，主要表现在以下几个方面：

1)炉温不均匀，被加热工件由于温差大，造成废品或产品缺陷；

2)加热工艺落后；火焰组织不合理，排烟流场不均匀，导致能耗高、产量低；

3)支撑被加热工件的垫块采用金属垫块，其吸热性好而致使热损失大，在高温下会逐层被烧损氧化，导致寿命短，生成的铁皮、废渣导致工业污染；

4)炉体密封性能差，导致被加热工件氧化烧损大，炉压波动大，作业环境差；

5)控制逻辑落后，自动化程度低。

发明内容

本发明提供了一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉及加热控温方法，采用调焰烧嘴、脉冲烧嘴的双焰加热，上部加热与下部加热叠错供热且分区控制的方式，炉膛两侧下排烟面积可调，在节能减排的同时，提高工件加热的温度均匀性，满足高端精品钢的加热工艺要求，实现复合钢坯加热时使复合金属元素均匀热扩散的性能需求。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉，包括炉体、台车、燃烧器、供风系统、燃气系统、排烟系统及自动化控制系统；所述炉体为全密封结构，炉体内划分为上部加热区和下部加热区；所述燃烧器由设于上部加热区的多个脉冲烧嘴及设于下部加热区的多个调焰烧嘴组成，上部加热区和下部加热区分别设多个温度检测装置，温度检测装置、调焰烧嘴的控制单元、脉冲烧嘴的控制单元分别连接自动化控制系统；台车上设多排耐材垫块用于承载被加热工件，每排由多个耐材垫块组成，多排耐材垫块沿炉体纵向平行排列，调焰烧嘴设于对应2排耐材垫块之间的下部炉墙上。

所述炉体是由可塑料整体捣打而成的箱型炉体，炉口是由高性能浇注料整体浇注而成的框架结构，炉体与炉口以迷宫形涨缝衔接为一体，外设绝热纤维材料层和钢结构骨架。

所述台车的主体为双层钢结构框架，台车的工作台面为耐热合金边框与预制块、耐火砖的复合结构，工作台面的周边设耐热合金边框，耐热合金边框内嵌有耐火预制块，工作台面的中部砌筑耐火砖，工作台面上设有用于镶嵌耐材垫块的预留槽；工作台面的底部设纤维机制板绝热层；台车由销齿传动的台车牵引机构驱动，由接近开关与机械限位装置进行双重限位。

所述调焰烧嘴设置在炉体两侧的下部炉墙上，所述脉冲烧嘴设置在炉体两侧的上部炉墙上；调焰烧嘴、脉冲烧嘴均具有自动点火及火焰监测功能；调焰烧嘴、脉冲烧嘴分别通过膨胀节连接介质管路，介质管路上设有手动阀门、电动阀门及流量计。

所述耐材垫块由高性能耐火材料整体浇注成型并经1300℃以上高温烧制而成。

所述全密封结构包括台车与炉体之间的密封结构一、炉口与炉门之间的密封结构二；密封结构一包括由台车侧面与炉墙间的双曲面一次密封及车边刀与砂封槽间的二次密封共同形成的两侧锁口式密封结构，台车车尾与炉体后墙之间由纤维软密封形成的可调节密封结构；密封结构二包括炉门与炉口的自助压紧密封与裙边纤维软密封形成的组合式密封结构。

所述温度检测装置包括多个设于炉顶的热电偶及多个设于炉墙的热电偶，设于炉顶的热电偶及设于炉墙的热电偶分别沿炉体纵向设置多个。

所述自动化控制系统为PLC控制系统。

所述炉体的炉膛两侧均布多个排烟口，排烟口的排烟面积能够调节；炉体的烟道上设烟道闸板；排烟系统设换热器回收烟气余热。

一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉的加热控温方法，以炉墙、炉顶多点检测的温度测量值为控制目标，通过自动化控制系统进行温度闭环控制及分区域控制，运用比值无限靠近法则，自动调节燃料的供应量及空燃比，实现热负荷的动态调整使炉体内各测温点位的适时温度趋近设定的目标温度值，设定的目标温度值为被加热工件的温度制度曲线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用可调焰、脉冲焰进行双焰包覆加热、叠错供热，保证台车式加热炉的炉压稳定，炉内温度场均匀，能够实现扁钢锭、复合坯等被加热工件在任意点温差在±5℃以内的均温加热效果，保证了轧制产品的加热质量与性能；

(2)采用耐材垫块，其高温强度高，传热效果好；没有氧化铁皮产生，消除了工业污染；耐材垫块具有蓄热作用，可使入炉钢坯的初始热焓提高，有效实现蓄热再利用，总热损小，节能效果好；

(3)下部加热区采用可调焰进行分区域控温，上部加热区采用脉冲焰进行分区自助式补热，各烧嘴均能够自动启停，实现了动态的热负荷调整；采用温度闭环控制，无限靠近目标值锁控的燃料、空气自动调节与控制供给模式，实现了全流程的智能化温控与自学习优化；节能、减排又环保。

(4)炉膛两侧均布多个下排烟道，排烟面积可调，炉压可控、稳定；排烟不偏流；炉温均衡、均匀；烟气余热回收后用于预热助燃空气，节能、高效。

(5)采用可塑料整体捣打成型的箱型炉体，炉口为高性能浇注料整体浇注的框架结构，炉体与炉口以迷宫形涨缝衔接为一体，外敷绝热纤维材料，结构强度高，寿命长，密封性能好。

(6)炉体采用全密封结构，密封性能可靠，密封性能好。

附图说明

图1是本发明所述一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉的结构示意图。

图2是本发明所述一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉的主视剖面图。

图3是图2的俯视图。

图4是图2的横断面剖视图。

图5是本发明所述一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉加热控温方法的示意图。

图中：1.炉体 2.台车 3.耐材垫块 4.调焰烧嘴 5.脉冲烧嘴 6.炉口 7.供风系统8.燃气系统 9.排烟系统 10.排烟口 11.烟道 12.换热器 13.烟闸板 14.烟囱 15.自动化控制系统 16.被加热工件 17.台车牵引机构 18.接近开关 19.机械限位装置 20.锚固砖21.双曲面一次密封 22.车边刀与砂封槽的二次密封 23.炉门 24.设于炉墙的热电偶 25.设于炉顶的热电偶

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图4所示，本发明所述一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉，包括炉体1、台车2、燃烧器、供风系统7、燃气系统8、排烟系统9及自动化控制系统15；所述炉体1为全密封结构，炉体1内划分为上部加热区和下部加热区；所述燃烧器由设于上部加热区的多个脉冲烧嘴5及设于下部加热区的多个调焰烧嘴4组成，上部加热区和下部加热区分别设多个温度检测装置，温度检测装置、调焰烧嘴4的控制单元、脉冲烧嘴5的控制单元分别连接自动化控制系统15；台车2上设多排耐材垫块3用于承载被加热工件16，多排耐材垫块沿炉体纵向平行排列，调焰烧嘴4设于对应2排耐材垫块3之间的下部炉墙上。

所述炉体1是由可塑料整体捣打而成的箱型炉体，炉口6是由高性能浇注料整体浇注而成的框架结构，炉体1与炉口以迷宫形涨缝衔接为一体，外设绝热纤维材料层和钢结构骨架。

所述台车2的主体为双层钢结构框架，台车2的工作台面为耐热合金边框与预制块、耐火砖的复合结构，工作台面的周边设耐热合金边框，耐热合金边框内嵌有耐火预制块，工作台面的中部砌筑耐火砖，工作台面上设有用于镶嵌耐材垫块3的预留槽；工作台面的底部设纤维机制板绝热层；台车2由销齿传动的台车牵引机构17驱动，由接近开关18与机械限位装置19进行双重限位。

所述调焰烧嘴4设置在炉体1两侧的下部炉墙上，所述脉冲烧嘴5设置在炉体1两侧的上部炉墙上；调焰烧嘴4、脉冲烧嘴5均具有自动点火及火焰监测功能；调焰烧嘴4、脉冲烧嘴5分别通过膨胀节连接介质管路，介质管路上设有手动阀门、电动阀门及流量计。

所述耐材垫块3由高性能耐火材料整体浇注成型并经1300℃以上高温烧制而成。

所述全密封结构包括台车2与炉体1之间的密封结构一、炉口6与炉门23之间的密封结构二；密封结构一包括由台车2侧面与炉墙间的双曲面一次密封21及车边刀与砂封槽间的二次密封22共同形成的两侧锁口式密封结构，台车2车尾与炉体1后墙之间由纤维软密封形成的可调节密封结构；密封结构二包括炉门23与炉口6的自助压紧密封与裙边纤维软密封形成的组合式密封结构。

所述温度检测装置包括多个设于炉顶的热电偶25及多个设于炉墙的热电偶24，设于炉顶的热电偶25及设于炉墙的热电偶24分别沿炉体1纵向设置多个。

所述自动化控制系统15为PLC控制系统。

所述炉体1的炉膛两侧均布多个排烟口10，排烟口10的排烟面积能够调节；炉体1的烟道11上设烟道闸板13；排烟系统9设换热器12回收烟气余热。

一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉的加热控温方法，以炉墙、炉顶多点检测的温度测量值为控制目标，通过自动化控制系统进行温度闭环控制及分区域控制，运用比值无限靠近法则，自动调节燃料的供应量及空燃比，实现热负荷的动态调整使炉体内各测温点位的适时温度趋近设定的目标温度值，设定的目标温度值为被加热工件的温度制度曲线。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

如图1-图3所示，本实施例中，一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉包括炉体1、台车2、耐材垫块3、调焰烧嘴4、脉冲烧嘴5、全密封结构、供风系统7、燃气系统8、排烟系统9及自动化控制系统15。多个调焰烧嘴4固定在炉体1两侧的下部炉墙上，火焰通过耐材垫块3之间的横向火道导向、有序组织进行下部区域的加热；上部炉墙上设置的脉冲烧嘴5布位于被加热工件16上方的空间，形成补热包覆层的脉冲式供热。火道与排烟口10均匀布置在炉膛两侧，同侧不互通，对侧相呼应。上部加热区、下部加热区分区控温，形成多点监测、比值法无限接近加热目标温度的动态恒温包覆加热的自动调节热负荷供应的加热工艺制度，使得炉压稳定、炉温非常均匀。

如图2所示，由于是高温加热，炉膛温度通常在1350℃以上，炉体1采用炉墙、炉顶均由锚固砖20锚固，可塑料整体捣打成型的箱型炉体；炉口6采用Cr25Ni20材质的高温合金锚固件与锚固砖20相结合，用高性能浇注料整体浇注成框架圈梁结构。炉体1与炉口6以迷宫形涨缝衔接为一体，外层设绝热材料及钢结构密封。

台车2的主体为双层框架结构，工作台面的四周由耐热合金边框板包围，内砌异形耐火预制块，车底由纤维机制板做绝热层，车体内以耐火砖填充砌筑，工作台面的中部留有镶嵌耐材垫块3用的预留槽。台车2由销齿传动的台车牵引机构17驱动，由接近开关18与机械限位19双重控制，以保证运行稳定与安全。

多块耐材垫块3排列成行，相互平行地置于台车2上形成火道，调焰烧嘴4的工作火焰位于耐材垫块3之间的横向火道中；耐材垫块3由高性能耐火材料整体浇注，再经1300℃以上的高温烧成。耐材垫块3上承载有复合钢坯，耐材垫块3具有等腰梯形且顶部为曲面的结构，高温下曲面折射热量全部贡献于被加热的坯料，助推了快捷加热与均热效果的实现。

调焰烧嘴4的火焰长度可调，以保证被加热的复合钢坯16下表面的供热负荷以及下部加热的整体温度均匀性。复合钢坯16的上表面由脉冲烧嘴5的大火、小火脉冲火焰所覆盖，以保证上部加热温度恒定及上部加热的整体温度均匀性。所有的调焰烧嘴4、脉冲烧嘴5均具有自动点火、火焰监测的功能；调焰烧嘴4、脉冲烧嘴5通过管路与供风系统7、燃气系统8及相关的阀门、检测计器等相连。

供风系统7由变频的助燃风机、空气管道、流量检测与自动调节阀、防爆阀、手电动阀等组成。

燃气系统8由盲板阀组、快切阀、煤气管道、流量检测与自动调节阀、吹扫放散管路、手电动阀等组成。

如图1、图2、图3所示，排烟系统9由可调排烟口10、烟道11、换热器12、烟道闸板13、烟囱14等构成。炉膛两侧均布多个排烟口10，排烟面积可通过调节砖调节；通过烟道闸板13与炉压连锁保证炉压稳定。烟气余热通过换热器12回收用以预热助燃空气，实现节能；为了保护换热器，当外排烟气超温时，通过掺冷风机自动掺冷风且换热器12的热风自动放散，直到烟气温度恢复正常时掺冷风机关停且自动放散关闭。

如图1、图2、图4所示，炉体1的全密封结构包括台车2与炉体1、炉口6及炉门23的全方位密封，台车2的侧面与炉墙间通过双曲面一次密封21及车边刀与砂封槽22间的二次密封相结合而成的两侧锁口密封，台车车尾与炉体后墙的纤维软密封形成可调节密封，炉口6与炉门23的自助压紧密封与裙边纤维软密封结合而形成炉口、炉门门框间的密封。

本发明所述一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉的特点是，彻底消除了传统台车式加热炉加热速度慢、温度不均、炉压波动大、密封性能差等缺陷，通过自动化控制系统15可实现无人值守的全自动烧钢生产工艺。

如图5所示，一种双焰加热、排烟可调的台车式加热炉的加热控温新方法，是通过PLC程序化手段，运用比值无限靠近法则，使多点温度按设定的目标值为趋势，自动调节燃料与空气的供给量，实现生产过程与加热控温工艺的全自动，并全程实现安全连锁控制。设定的目标值即为被加热的工件的温度制度曲线。

生产过程中，实现了炉门启、闭不到位，则台车进、出不动作；车进到位，烧嘴自动点火，车出到位，烧嘴自动熄火。

如图5所示，加热控温具体实施过程如下：为了得到均衡的炉温，控温系统采用在炉体上部、下部分若干区域分别控制，以设于炉墙的热电偶24、设于炉顶的热电偶25实现多点检测的适时温度为目标控制温度，以温度闭环自动调节燃料供应与空燃比。

如图5所示：下部加热三区的热电偶B3的关联体为20#调焰烧嘴，适时在线控制；下部加热二区的热电偶B2的关联体为14#、16#、18#调焰烧嘴，适时在线控制；下部加热一区的热电偶B1的关联体为12#调焰烧嘴，热电偶的温度值适时显示，提供温度调节参考。下部加热四区的热电偶B4的关联体为11#调焰烧嘴，适时在线控制；下部加热五区的热电偶B5的关联体为13#、15#、17#调焰烧嘴，适时在线控制；下部加热六区的热电偶B6的关联体为19#调焰烧嘴，温度值适时显示，提供温度调节参考。

上部加热区共分五个区域，以相向设置的2个烧嘴为单位划分一个区。上部加热一区的热电偶A1的关联体为1#、2#脉冲烧嘴，上部加热二区的热电偶A2的关联体为3#、4#脉冲烧嘴，上部加热三区的热电偶A3的关联体为5#、6#脉冲烧嘴，上部加热四区的热电偶A4的关联体为7#、8#脉冲烧嘴，上部加热五区的热电偶A5的关联体为9#、10#脉冲嘴；所有脉冲烧嘴均适时在线控制；任何一个区域的热电偶的适时温度低于设定的目标值时，即开启脉冲烧嘴的大火功能；高于设定的目标值时，即开启脉冲烧嘴的小火(保温)功能。

采用上述控温系统可以灵活实现动态热负荷调整，完全执行工件的温度制度曲线自动控温与加热。可实现全流程的智能化温控与优化管控，节能、减排、环保。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。