31#天然氣臺車式熱處理爐改造方案研究

唐雪平

（中國第二重型機械集團萬航模鍛有限責任公司）

0 引言

某廠31#原臺車式天然氣熱處理爐（工作尺寸：3.8m×1.5m），因使用年限長（已使用30多年），爐溫均勻性差，達到了±50多℃，天然氣消耗大，浪費能源，已不能滿足產品精度高的要求，為此，我們按AMS2750F標準，把31#臺車式天然氣熱處理爐為高精度的臺車熱處理電爐并可自動降溫冷卻。

1 改造后主要技術參數

常用工作溫度：500～1100℃；

額定加熱功率：800kW；

加熱區段數：3區；

有效工作區尺寸：4200×2200×1500；

空爐升溫時間：≤2.5h；

爐冷降溫速率：≥90℃/h；

爐溫均勻性：≤±5℃；

溫度控制方式：PID調功；

控溫精度：±1℃；

系統精度：≤±1.7℃（或讀數的±0.3%）；

爐門提升速度：12m/min（從密封到爐門開啟完成最高處＜10s；

臺車行走速度：16m/min(變頻調節)。

2 結構簡介

本爐由爐殼、爐襯、加熱器、爐門及升降、氣動壓緊密封機構、強風循環風機、自動降溫冷卻系統、臺車及溫度控制系統組成。

（1）爐殼

采用Q235大規格的矩管、型鋼和5～16mm鋼板焊接制作殼體，矩管、型鋼制作骨架，外殼板彎折強化后內嵌入型鋼骨架內并與其表面平齊焊接。爐面板厚度18mm以上，并設有膨脹縫，其內設有型鋼加強筋，保證整體有足夠的剛度和熱強性以及外表美觀性。

（2）爐襯

因使用溫度高，為保證其高溫強度，其墻體耐火層采用含鋯耐火纖維折疊模塊、專門的耐熱鋼錨固件錨固于內壁型鋼架上，耐火層后錯縫層鋪耐火纖維針刺毯、纖維氈絕熱保溫。耐火層厚度300mm，利于加熱器的掛置，爐襯總厚度400mm以上，長期使用不會出現松動、傾突、坍塌現象，且絕熱保溫性能良好，外殼溫升≤40℃，優于國家標準要求。

爐口兩側易受碰撞，采用莫來石鋼纖維高強耐磨低水泥澆注料澆注成型，以保證其強度。防止臺車進出，工件不慎撞擊而損壞。

墻體耐火層內，預置高鋁陶瓷螺釘掛件，以吊置加熱元件。波紋狀電阻帶兩端均設有掛件，并均設置有擋墊。加熱元件不會出現脫落移位相互接觸短路現象。掛件為高鋁質陶瓷螺釘，直徑Φ20mm，有足夠高溫強度。

爐體按溫區設有控溫熱偶及負載熱偶插入孔，控溫熱偶孔旁50mm內各設有系統精度校驗熱偶插入孔。

爐溫均勻性測試熱偶的導入孔是在臺車前端砌體上左右側預留兩個溝槽，溝槽鑲嵌有硬質纖維塊，與砌體平齊，需測溫時取下纖維塊，熱偶由此導入。

（3）加熱器

加熱器不等功率分布，是保證爐溫均勻性的重要因素之一。

爐口部位溫度較爐膛偏低，除了加強爐門的熱密封之外，加熱器功率分配也極具影響作用。另外臺車車體磚體結構必須有一定的改進，讓爐底加熱器散發的熱能不被爐底板完全屏蔽，而合理輻射出來，這樣不僅改善了爐底加熱器的工作環境，而且還有效地改善了爐底溫場均勻分布狀態。

加熱器選用高溫性能優良的0Cr27Al7MO2高溫合金帶，繞制成波紋狀，分三區不等功率布置于爐膛兩側墻、爐門及臺車上。

側墻、爐門加熱器分層吊置于纖維折疊模塊墻體內高鋁陶瓷螺釘掛件上，設有高鋁擋塊固牢，電阻帶波紋兩端均固置于掛件上，不會出現脫離、松動；受熱膨脹也能自由伸長；兩波紋間留下有足夠間距，相互間不會出現接觸而造成短路。臺車加熱器置放于高鋁磚凹槽內，小鉤固定，臺車加熱器電源輸入方式采用臺車動靜觸頭連接方式傳導，臺車進入爐內預定位置后，臺車動觸頭在臺車驅動機械力作用下，壓緊爐體上相對位置定觸頭，接通臺車加熱器電源。

采用波紋狀電阻帶吊置于墻體內高鋁陶瓷螺釘上，結構較采用螺紋狀電阻絲，減少相互間屏蔽，利于熱量傳遞，提高了加熱器使用壽命。

（4）爐門及升降機構

爐門殼體采用Q235型鋼和板材組焊接制作，保證其強度。其殼體下部底板及內法蘭采用SUS304耐熱鋼板制作，以提高高溫強度，避免爐門開啟后受高溫輻射變形而關閉不嚴造成熱量散失及影響爐溫均勻性。

爐門內襯砌體與爐膛墻體相同：采用含鋯耐火纖維折疊模塊錨固砌筑為耐火層，其后錯縫粘結層鋪耐火纖維毯為保溫層，均用耐熱鋼錨固件錨固在殼體內層鋼結構架上，使其成為一個整體，長期使用不會出現傾突、坍塌現象。爐門厚度420mm。

爐門加熱器安裝方式與爐墻加熱器安裝方式相同，但內凹一定深度，以避免加熱器受熱膨脹不慎突出爐門平面而造成損壞。

爐門升降采用電機、減速機、鏈輪、套筒滾子鏈傳動方式，安裝于爐門龍門架上。其設計升降速度約12m/min，保證其上升速度從破密封到提升至爐口完全開啟最高速度＜10s，并配備了適當配重，使爐門能快速平穩上升或關閉。

爐門控制設有安全邏輯保護電路；爐門關閉并氣動壓緊到位，電爐可開始通電加熱；爐門開始開啟，自動切斷加熱器電源；爐門上升到位，臺車方可進出；臺車未進到位，爐門不能關閉。爐門啟閉、臺車進出所有動作均相互連鎖，其動作穩定安全可靠。

（5）強風循環風機

因爐膛尺寸較大，為確保本型爐在較大溫度范圍內，特別是較低溫度段長期使用的爐溫均勻性，負載加熱過程工件均勻受熱，不出現局部過熱現象，在本型爐爐頂安裝有6臺較大功率爐用循環風機，對爐內氣流進行強力攪拌循環，以使爐內溫度均勻。

風機變頻調節風量風壓，高溫時低速運行，以適應不同溫度熱風密度變化及傳熱方式要求，保證爐溫均勻的同時提高其使用壽命。

（6）臺車、臺車行走機構及爐底板

臺車為自行走式。電機、減速機、雙排滾子鏈傳動組成牽引機構，安裝于臺車前端箱體內，結構緊湊。經牽引機構牽引臺車多對走輪行走于地面軌道上，運行平穩。并設有行程限位裝置，行程準確可靠。牽引機構及走輪處于爐外空氣中，不會受熱變形。

車體上有Cr25Ni20Si2材質耐熱鋼爐底板，覆蓋在加熱器之上，以承載工件。

臺車加熱器的動力配電是靠彈性動靜導電銅觸頭壓緊而實現的，彈性動觸頭固定在臺車后端，爐底加熱器的導線與各觸頭連接固牢，隨車移動。

爐體下部耐火纖維砌體上設有兩道凹槽，臺車兩側和后部砌筑有與凹槽相對應的專門定制的帶有兩道凸臺的高鋁質重質磚。當臺車駛入爐內后，臺車雙道凸臺嵌入爐體耐火纖維凹槽內，形成雙道插榫嵌入式迷宮式密封，有效防止熱量散失，密封穩定可靠。

（7）降溫冷卻系統

由進風裝置、排風裝置、高溫引風機及相應水冷管道組成。在控制系統控制下，按設定程序自動控制爐溫降溫速度。

進風裝置由離心通風機、電動閘閥等組成，安裝于爐后。將冷空氣由爐體下部兩側設置的進風口送入爐內，不直接吹向工件。

排風裝置由安裝于爐頂后部的出風口、電動閘閥組成。

需降溫冷卻時，按設定程序進風裝置通風機啟動，進排氣口電動閘閥及高溫引風機啟動，冷空氣從爐體兩側進風口進入爐內，在循環風機作用下與熱空氣混合，經引風機從排風口排出經水冷管道后匯入排氣管經爐后地下煙道（原天然氣爐地下煙道）排出車間外。

（8）溫度控制系統

本型爐爐溫控制為三溫區控制，采用晶閘管PID連續自動調節，電壓周波過零觸發控制方式。其儀表配置按AMS2750F標準D類配置。每區三表三偶獨立控制方式。即各溫區各設一臺高精度智能數顯溫度儀和熱電偶控制爐內溫度，各設一臺數顯溫度儀和熱電偶監測爐內溫度并超溫報警，共設一臺記錄儀和各區各配一支熱電偶記錄爐內溫度。系統控制精度±1℃，系統精度≤±1.7℃。

1) 控溫儀選用歐陸3504型智能數顯控溫儀，具有PID參數自整定功能。儀表精度0.1級。

2) 記錄儀選用日本千野AH4700型混合電子記錄儀，儀表精度0.1級。

3) 報警儀選用日本島電SR23數顯溫度儀，儀表精度0.1級。

4) 主回路：加熱主回路調功執行元件選用國內品牌英杰電氣三相調功一體化智能電力調整器，選用功率大于額定功率1.5倍，其元件耐壓1800V，選用的周波過零觸發器具有的優點：① 采用了光電隔離“燒不壞”技術，可靠性高，對輸入端干擾小。② 電源反饋延遲時間可調的軟啟動/軟停止功能。

5) 安全保護系統：① 設置了超溫過載、過流、欠壓、短路、缺相、熱偶斷電等保護及聲光報警功能。② 設有安全邏輯保護系統：爐門開啟自動切斷主回路電源；電爐超溫，自動切斷主回路電源；循環風機無冷卻水，風機不能啟動，加熱器不能加熱；臺車未進到位，爐門未關閉到位，不能接通主回路電源。

3 結束語

經過改造后，達到了技術要求，解決了某廠高精度產品的瓶頸。