差溫加熱爐在輥上的應(yīng)用

差溫加熱爐在輥上的應(yīng)用

濕熱交熱爐主要用于縱向生產(chǎn)行業(yè)，主要用于縱向加熱和前加熱輥。這是重要的扭轉(zhuǎn)生產(chǎn)過程中的加熱設(shè)備。差溫加熱爐爐膛空間小,升溫速度快,空爐升溫1000℃不到30min,差溫加熱可使軋輥表面一定厚度的金屬層快速加熱到淬火溫度,而輥身內(nèi)部仍處于相對低溫狀態(tài),軋輥表面淬火處理后工件內(nèi)外得到不同金屬組織,既保證了軋輥工作層硬度,又保證了軋輥整體的強度與韌性。用這項工藝處理軋輥,只需3h左右的時間,既提高了生產(chǎn)效率,也起到了非常好的節(jié)能效果。1設(shè)備介紹1.1燃燒系統(tǒng)及燒圓面設(shè)備整體結(jié)構(gòu)公司在2009年為擴大軋輥生產(chǎn)能力,解決生產(chǎn)中的熱處理瓶頸問題,設(shè)計并制造一臺開合式差溫加熱爐。設(shè)備整體主要由爐體、燃燒系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、爐體開合機構(gòu)、工件托轉(zhuǎn)機構(gòu)等組成。爐體采用兩個半圓形爐體,爐殼由型鋼和鋼板焊接而成,燃燒系統(tǒng)采用高速燒嘴,每側(cè)半圓形爐體布置15個高速燒嘴,分為上下兩層。工件放置于位于爐體兩端的托轉(zhuǎn)機構(gòu)上,托轉(zhuǎn)機構(gòu)和爐體開合機構(gòu)由電機、減速機、旋轉(zhuǎn)托輪、絲杠等組成。1.2最大裝載量及13東南角高速燒敞機床爐膛最高溫度/℃1300工件最高溫度/℃1200空爐升溫時間/min≤90爐膛尺寸/mm×mmΦ1800×3020最大裝載量/t35燃料種類及熱值/kJ·m-3城市煤氣17640燒嘴形式及數(shù)量/個高速燒嘴30最大燃料消耗量/m3·h-1700最大空氣消耗量/m3·h-13600最大煙氣量/m3·h-14100爐前煤氣壓力/Pa7000爐前空氣壓力/Pa5000托輥旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)/r·min-12爐體開合行程/mm20002內(nèi)部夾緊結(jié)構(gòu)2.1直接確定爐身空間小的特點,主要特點為開合式差溫加熱爐屬于軋輥行業(yè)專用熱處理設(shè)備,主要特點是爐膛空間小,升溫速度快,既節(jié)能高效又提高了產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。針對以上特點,爐襯設(shè)計主要從以下幾方面進行考慮:(1)抗急冷急熱性由于差溫加熱升溫速度快,達到≥33℃/min,因此爐襯必須有很好的熱震穩(wěn)定性,也就是抗急冷急熱性要好,這是一般普通黏土耐火磚爐襯所不具備的性能。(2)差溫加熱爐的鍵差溫加熱爐不僅要求加熱速度快,而且要求有很好的爐溫均勻性,關(guān)鍵是必須滿足工件的溫度均勻性,這就是差溫加熱爐選用高速燒嘴的原因,但是高速燒嘴的出口火焰速度很高,能達到100m/s以上,要求爐襯必須具備良好的抗風(fēng)蝕性,否則爐襯的使用壽命會受到影響。(3)爐襯的抗振由于差溫加熱爐在生產(chǎn)過程中,要經(jīng)常的進行開合運行,以實現(xiàn)工件的裝出爐,爐體的驅(qū)動由電機、減速機、絲杠組成,運行過程中存在一定的振動,因此爐襯必須牢固抗振,不能因為振動而出現(xiàn)脫落,尤其在爐襯出現(xiàn)損壞的情況下,不能出現(xiàn)稍有振動就會大面積掉落現(xiàn)象。(4)爐體及爐體重量由于差溫加熱爐爐膛空間很小,工件與爐壁之間距離在400～600mm范圍,爐膛幾乎沒有蓄熱能力,因此高溫?zé)煔鈺芸斓呐湃霟煹?。另?差溫加熱爐爐體是由兩個半圓構(gòu)成,生產(chǎn)過程中經(jīng)常進行開合運動,在爐體接合密封處的密封結(jié)構(gòu)經(jīng)常會損壞,若維修不及時也會造成跑火。爐膛1300℃的溫度也要求爐襯必須有很好的保溫性和耐高溫性能,以保證爐膛溫度,同時起到很好的節(jié)能效果。結(jié)合以上幾方面的因素,還考慮到爐體經(jīng)常進行開合運動,所以爐體重量也是本次爐襯設(shè)計考慮的重要因素之一。因此經(jīng)過熱工計算,最終選用了耐火纖維毯+耐火纖維可塑料的復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)。2.2路橋初步設(shè)計爐襯結(jié)構(gòu)主要分為爐膛和端墻,分別從兩個部分進行設(shè)計。2.2.1保溫層、爐稈爐襯考慮到爐膛既承受高溫風(fēng)蝕作用,又必須有良好的保溫性能,因此耐火層選用了含鋯型耐火纖維可塑料,厚度70mm,現(xiàn)場施工;保溫層選用了耐火纖維毯150mm厚,由50mm含鋯型+100mm標(biāo)準(zhǔn)型平鋪組成。爐膛爐襯共分三層,由里到外分別為:耐火纖維可塑料(70mm)、含鋯型耐火纖維毯(50mm)、標(biāo)準(zhǔn)型耐火纖維毯(100mm),總厚度為220mm。爐襯固定方式:采用錨固釘和旋轉(zhuǎn)卡片,梅花型布置,規(guī)格:Φ8mm×150mm,釘間距200mm,材質(zhì)Cr25Ni20。2.2.2端墻模塊安裝此部分處于爐體的兩端,主要起到爐膛整體的作用,與爐膛相比,高溫高速火焰的沖刷風(fēng)蝕危害比較輕,因此考慮到施工難度的問題,端墻設(shè)計共分兩層:由里到外分別為含鋯模塊(150mm),平鋪標(biāo)準(zhǔn)型纖維毯(50mm),模塊尺寸控制在300mm×300mm以內(nèi)。2.2.3鋪設(shè)耐火纖維毯、管爐(1)錨固釘焊接前必須對爐殼鋼板進行除銹,錨固釘在爐殼上要滿焊,焊接完成后要逐個進行曲錘擊檢查,同時清除焊渣。(2)耐火纖維毯在鋪設(shè)時兩層平鋪之間錯縫間距不得小于100mm。(3)纖維可塑料施工時間隔1m要預(yù)留收縮縫,深度20mm,寬度1～2mm,烘爐完成后用多晶纖維棉填塞。(4)纖維模塊施工時,安裝一定要牢固可靠,模塊之間存在的縫隙一定要采用相同材質(zhì)的纖維棉進行填充塞實。3使用和存在的問題3.1u3000定期維護爐搗成型該爐在2007年8月份施工完成,根據(jù)爐襯材料廠家提供的烘爐曲線(見圖1),烘爐96h,烘爐最高溫度1300℃,升溫速度≤15℃,保溫時間>6h。該爐投產(chǎn)后主要用來進行工作輥淬火前的輥身加熱,在生產(chǎn)使用中,爐膛溫度一般控制在1000～1200℃之間,升溫時間約1h,在軋輥輥身溫度達到要求時,在高溫狀態(tài)下打開爐膛進行出爐,軋輥出爐后爐膛溫度一般降低到500～600℃,隨后關(guān)閉燒嘴停止作業(yè)。由于當(dāng)時生產(chǎn)安排產(chǎn)量少,每天處理軋輥1～2支。因此每次對軋輥進行差溫處理時,都是停爐后重新啟動,生產(chǎn)制度基本上是間歇性的,無法進行連續(xù)性生產(chǎn)。3.2爐襯可塑料裂紋的形成原因該爐投產(chǎn)使用約一周時間,在施工單位和設(shè)計人員共同對爐襯進行停爐檢查時發(fā)現(xiàn),爐襯的耐火纖維可塑料出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象,裂紋寬度約1mm,裂紋遍布整個爐襯,裂紋間距約200～300mm,而且在每個燒嘴出口處可塑料有明顯的風(fēng)蝕現(xiàn)象,順著燒嘴火焰的噴出方向,出現(xiàn)一條寬約80～100mm,長度300～400mm的風(fēng)蝕形成的溝。出現(xiàn)此情況后,爐襯材料的供貨廠家也來到了現(xiàn)場,分析認(rèn)為可塑料出現(xiàn)的裂紋屬于可塑類耐火材料正常現(xiàn)象,不會對該爐生產(chǎn)造成影響。然而隨著分廠生產(chǎn)量的逐步增大,每天處理3～4支,在兩個月后爐襯可塑料的裂紋寬度加大到約5mm,應(yīng)該稱其為裂縫,裂縫將爐襯整體劃分為約400～500mm間隔不規(guī)則的幾大塊,而且爐膛上部可塑料表層局部出現(xiàn)塊狀脫落現(xiàn)象。在三個月后,爐襯裂縫形成的大塊開始出現(xiàn)突出現(xiàn)象,爐襯內(nèi)側(cè)變得凹凸不平,隨時有脫落的危險,尤其是爐膛上部更為明顯。致使該差溫爐在生產(chǎn)使用三個多月時間后,必須對爐襯進行徹底的停爐修理。3.3爐內(nèi)非熱壓監(jiān)測針對該爐爐襯出現(xiàn)的問題,公司與施工單位和材料供應(yīng)商結(jié)合現(xiàn)場實際情況,共同多次進行了研究討論,認(rèn)為在材料選擇和施工方案上存在問題。(1)纖維可塑料的使用是問題的關(guān)鍵。纖維可塑料雖然有很高的耐火度,使用溫度可達到1300℃,然而其熱震穩(wěn)定性和抗風(fēng)蝕性差,極易在急冷急熱條件下開裂、剝落,在有振動情況下容易脫落,不適合開合式差溫處理這樣的爐況。(2)采用錨固釘固定的方式也不合理,對于纖維可塑料這種不定型材料應(yīng)該采用錨固釘加耐火鋼絲網(wǎng)的固定方式,因為鋼絲網(wǎng)會增加可塑料的整體性,在出現(xiàn)裂紋的情況下也不容易產(chǎn)生較大裂縫和爐襯大塊脫落現(xiàn)象。由于纖維可塑料是一種新型耐火材料,在爐襯修補方面有較好的市場應(yīng)用,然而公司是初次使用,尤其在開合式差溫加熱爐上是第一次應(yīng)用,因此對產(chǎn)品的性能了解還不透徹,這也是發(fā)生本次事故的客觀原因之一。4提高設(shè)計和應(yīng)用的效果4.1全纖維結(jié)構(gòu)爐襯的改進針對本次事故分析結(jié)果,進行對比分析認(rèn)為纖維模塊雖然抗風(fēng)蝕性差,但是熱震穩(wěn)定性、抗振動性要更好,而且含鋯纖維模塊的維修更換十分方便。因此公司對該差溫爐的爐襯進行了徹底改進,首先將已損壞的爐襯全部進行了拆除,包括兩端墻模塊。新方案采用了全纖維結(jié)構(gòu),爐膛爐襯總厚度220mm不變,由平鋪標(biāo)準(zhǔn)纖維毯(60mm)+含鋯纖維模塊(160mm)組成,端墻部分仍采用原設(shè)計。在整個爐膛纖維模塊施工完畢后,在爐膛內(nèi)側(cè)噴涂了一層耐火涂料,耐火涂料會有效的提高纖維模塊的抗風(fēng)蝕性能。4.