鑄管廠球墨鑄鐵管烘干爐技術(shù)改造

朱鎮(zhèn)鐘

(圣戈班(馬鞍山)管道系統(tǒng)有限公司，安徽 243000)

鑄管廠球墨鑄鐵管烘干爐技術(shù)改造

朱鎮(zhèn)鐘

(圣戈班(馬鞍山)管道系統(tǒng)有限公司，安徽 243000)

隨著鑄管機的生產(chǎn)能力從14萬噸增加到20萬噸，烘干爐已不能滿足生產(chǎn)與工藝要求，鑄管出爐溫度只有40℃左右，無法烘干固化表面防腐層，導(dǎo)致表面質(zhì)量較差。在減少投資和運營成本的前提下，對烘干爐的燃燒系統(tǒng)、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)進行改造。在不改變爐體整體結(jié)構(gòu)與尺寸的情況下，把原有加熱與循環(huán)系統(tǒng)分離的方式改為加熱循環(huán)一體式。熱風(fēng)系統(tǒng)由原來的從頭部到尾部的大循環(huán)方式改為上下對吹，中部回風(fēng)的方式，提高風(fēng)速及對流換熱系數(shù)，使?fàn)t溫從50℃升高到了100℃，鑄管出爐溫度達60℃以上，保證了擴能后的生產(chǎn)能力。

球墨鑄鐵管;烘干爐;設(shè)備改造;擴能;設(shè)計

離心鑄管機生產(chǎn)出的球墨鑄鐵管的外噴涂工序包括鑄管預(yù)熱、外噴涂、烘干固化和檢驗包裝工序［1］。球墨鑄鐵管的外表面防腐蝕效果直接影響著鑄鐵管的使用范圍和壽命，同時也影響著鑄管的外觀質(zhì)量［2］。烘干爐就是起著對外表面防腐層烘干固化的作用。

由于鑄管產(chǎn)能的提高，現(xiàn)有的烘干爐的能力不能滿足要求，鑄管烘干固化效果不理想，成品管表面上會留下軌道印記，防腐層容易破壞。為了改變這種現(xiàn)狀，通過對烘干爐的研究與計算，在以最少成本來實現(xiàn)目標的前提下，保持爐體尺寸和整體結(jié)構(gòu)不改變，只對燃燒系統(tǒng)與熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進行改造，滿足工藝和產(chǎn)能的要求。改造投入使用后，經(jīng)過三年多的生產(chǎn)實踐證明，取得了預(yù)期效果。

1 烘干爐的工作原理與組成

1.1 烘干爐的工作原理

烘干爐是大型低溫?zé)峥諝庋h(huán)工業(yè)爐［3］，總長16.5 m，適用于 DN100 mm ～DN600 mm，長度6 000 mm的鑄管。圖1為烘干爐原理圖。

天然氣通過燒嘴6在燃燒室內(nèi)燃燒，由助燃風(fēng)機把燃燒室內(nèi)的熱量帶到循環(huán)管道內(nèi)，然后由循環(huán)風(fēng)機10把熱空氣從烘干爐的尾端吹入爐內(nèi)，經(jīng)噴涂后管道通過鏈式輸送機從烘干爐頭部進入，被循環(huán)的混合熱氣干燥，達到工藝要求后，出爐。設(shè)在爐頂?shù)妮S流風(fēng)機，從爐頭抽出干燥、過管道后溫度有所降低的循環(huán)氣體。低溫循環(huán)氣體與通過燃燒室燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饣旌?，形成高溫循環(huán)氣體，從爐尾部進入爐內(nèi)，干燥管道。爐溫由熱電偶檢測，PD數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀輸出控制信號，調(diào)節(jié)燃燒系統(tǒng)的天然氣流量及燃燒溫度來保持設(shè)定爐溫的穩(wěn)定。

1.2 烘干爐結(jié)構(gòu)組成

整個爐子尺寸為(16 500×9 000×4 200)mm，2個燒嘴，分別為320 kW。一臺軸流循環(huán)風(fēng)機，風(fēng)量63 000 m3/h，全壓630 Pa，助燃風(fēng)機型號9-26No4.5A，爐體主要部分還有爐門裝置、密封裝置、工件輸送裝置等。圖2是烘干爐的結(jié)構(gòu)圖。

烘干爐的爐內(nèi)溫度最大只能達到50℃，管道經(jīng)過預(yù)熱及噴涂后溫度為40℃。鑄管出爐溫度沒有什么改變，實現(xiàn)不了烘干固化的作用，成品表面質(zhì)量比較差。為了解決這個問題，首先需要提高爐內(nèi)溫度，其次就是要提高換熱系數(shù)，以實現(xiàn)鑄管出爐后溫度能在60℃以上，具有良好的烘干固化效果，提高表面質(zhì)量。

圖1 烘干爐原理圖Figure 1 Principle drawing of drying furnace

圖2 烘干爐結(jié)構(gòu)圖Figure 2 Structural diagram of drying furnace

2 烘干爐的改造

2.1 對原烘干爐的分析

(1)燒嘴能力

經(jīng)計算原爐配備的燒嘴，在正常情況下，能滿足供熱要求。

(2)風(fēng)機

現(xiàn)場使用的是軸流風(fēng)機，軸流式風(fēng)機不適合在這種工況下使用，雖然風(fēng)機的額定風(fēng)量滿足要求，但由于風(fēng)機風(fēng)壓選的比較低，導(dǎo)致實際的循環(huán)風(fēng)量達不到工藝要求。對于風(fēng)機流量，熱風(fēng)循環(huán)量是足夠的，但使用軸流風(fēng)機其風(fēng)壓太低，熱風(fēng)的循環(huán)量達不到風(fēng)機能力。風(fēng)機需要更換。

(3)風(fēng)道

進出風(fēng)道在爐頂，產(chǎn)品的下部加熱不到，導(dǎo)致產(chǎn)品上下的溫差很大。同時因風(fēng)機風(fēng)壓很低，熱風(fēng)可能只在爐頂空間內(nèi)循環(huán)(風(fēng)量也不足)，無法對產(chǎn)品進行全面烘干。而且頂部循環(huán)的方式，加上風(fēng)速低，熱風(fēng)是層流方式流通，導(dǎo)致熱交換率低，管體表面烘干效果差。根據(jù)熱傳遞原理，需要把層流變成紊流，熱傳遞效率才能提高［4］。

2.2 主要改造技術(shù)方案

(1)爐體的改造

爐體的改造主要是為了滿足熱風(fēng)系統(tǒng)安裝的要求，便于安裝熱風(fēng)風(fēng)道和燃燒裝置。同時修護爐體的保溫結(jié)構(gòu)層，降低熱量的損失。

(2)爐內(nèi)熱風(fēng)系統(tǒng)改造

根據(jù)空氣循環(huán)加熱爐的設(shè)計理論，氣流速度與對流給熱系數(shù)有著密切的關(guān)系。氣流速度越大，對提高爐溫均勻性越有利。由于不同爐型結(jié)構(gòu)的差別、氣流途經(jīng)的長短、室內(nèi)或室外循環(huán)、保溫層的設(shè)置和氣流沿途溫度逐步下降因素以及需要加熱工件的形狀、大小、薄厚等具體情況各異，采用氣流循環(huán)次數(shù)能更確切地反映爐內(nèi)氣流速度與爐溫均勻性的關(guān)系。循環(huán)次數(shù)越大，爐溫均勻度越好。對于一般空氣循環(huán)爐的爐溫均勻度要求為±(3～5)℃時，循環(huán)次數(shù)應(yīng)為(0.5～1.0)次/分鐘。并且由于氣流速度慢、循環(huán)次數(shù)低，再延長保溫時間或提高加熱溫度，也不能改變爐膛、工件溫度的不均勻性［5］。

而且根據(jù)強制對流傳熱原理［4］，高速噴出的氣流破壞固體表面的流體邊界層，使其紊流化，極大地增加了空氣側(cè)的對流換熱系數(shù)，從而提高了綜合傳熱系數(shù)。

為此，對熱氣流循環(huán)系統(tǒng)采取如下的改造措施:

①拆除原有熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。采用全長16 m頂部、底部雙向噴嘴送風(fēng)，爐頂中部回風(fēng)口集中回風(fēng)。風(fēng)速能達到2.5 m/s。爐內(nèi)換熱均勻，換熱系數(shù)可達15 W/m2·℃。②拆除原有頂部風(fēng)管，新增頂部風(fēng)箱及風(fēng)嘴，頂部風(fēng)量約為總風(fēng)量的1/3。拆除原有側(cè)墻風(fēng)管，新增側(cè)墻風(fēng)箱。新增底部風(fēng)箱及風(fēng)嘴，底部風(fēng)量約為總風(fēng)量的2/3。側(cè)墻輔助送風(fēng)。③取消原軸流風(fēng)機，更換為離心風(fēng)機，風(fēng)量765 000 m3/h，提高風(fēng)壓至1 450 Pa，保證有足夠壓力、足夠風(fēng)量。

(3)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)改造

原來的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)與燃燒室是分離的，通過阻燃風(fēng)機把熱量帶到循環(huán)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致熱量損失比較大，而且燃燒室內(nèi)的熱量只有一部分參與熱循環(huán)，使得爐溫比較低，同時燃燒室內(nèi)的熱量一直比較高，燃燒室損壞比較快。為了解決這一問題，采用一體式循環(huán)加熱系統(tǒng)，即由熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機、燃氣加熱室、送回風(fēng)管等組成。熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機為嵌入式，熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)安裝在爐頂平臺上，阻燃風(fēng)機以及燒嘴的功率保持不變。圖3是改造后的烘干爐結(jié)構(gòu)圖。

(4)電氣控制系統(tǒng)

改造后的電氣控制系統(tǒng)具有完善的聯(lián)鎖保護、超溫報警等自控功能。控制系統(tǒng)設(shè)有手動/自動兩種控制形式。當(dāng)有非安全生產(chǎn)因素存在時，自動切斷氣源，保證安全。

溫度控制和流量計量采用宇光智能儀表，溫度預(yù)置后自動控制調(diào)節(jié)。熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置3套測溫裝置，1套用于工作溫度控制，兩套用于溫度顯示。儀表配有485接口。

圖3 改造后烘干爐結(jié)構(gòu)圖Figure 3 Structural diagram of drying furnace after innovation

主電氣元件和面板按鈕指示燈等采用施耐德產(chǎn)品，端子采用菲尼克斯，測溫裝置及其它元件均采用知名公司的產(chǎn)品。

(5)改造后技術(shù)參數(shù)

經(jīng)過改造后，烘干爐能達到的技術(shù)參數(shù)如表1所示。從表中可見，改造后的加熱功率不超過640 kW，但爐溫提高到了100℃，管道出爐溫度也能達到60℃以上，滿足工藝要求。

表1 改造后的技術(shù)參數(shù)Tab le 1 Technical parameters of innovation

3 改造后的效果

改造完成投入正常運營后，加熱功率不變，鏈速增加，當(dāng)年產(chǎn)量由14萬噸提高到20萬噸。烘干時間縮短，在烘干爐爐體不變的情況下，對鑄管長度方向的溫度取點測量，溫差≤1℃，鑄管溫度≥60℃。大幅提高外涂成品表面防腐層的質(zhì)量，達到了設(shè)備改造的預(yù)期目的。

［1］曹俊鋒，王華，王福興，等.球墨鑄鐵管噴涂線預(yù)熱爐設(shè)計［J］.農(nóng)業(yè)工程.2012，9.

［2］吳建偉，王海玲.球墨鑄鐵管外部防腐效果生產(chǎn)實踐［J］.鑄造技術(shù).2009，30(7).

［3］劉波，張杰哲，薛紀二，等.DN100 mm～400 mm球墨鑄鐵管涂敷線預(yù)熱爐［A］.2009全國機電企業(yè)工藝年會＜廈工杯＞工藝征文論文集［C］.2009.

［4］第一機械工業(yè)部第一設(shè)計院.工業(yè)爐設(shè)計手冊［M］.北京:北京機械工業(yè)出版社.1981.

［5］張建鷹，常瑞強，董建萍，等.大型空氣循環(huán)換熱預(yù)熱爐的系統(tǒng)改造［J］.金屬熱處理.2009，30(3):101 －102.

編輯 傅冬梅

Technical Innovation of Nodular Cast Pipe Drying Furnace in the Cast Pipe Plant

Zhu Zhenzhong

As production capacity of castingmachine increasing from 140 thousand ton to 200 thousand ton，efficiency of drying furnacewas not sufficient for production and technical need，iron pipe discharged from furnacewas only 40℃ that corrosion preventive layer of solidification surface could notbe dried and result in bad quality.In order to reduce investment and operation cost，the heating system，thermalwind circulation system and control system of drying furnace have been conducted innovation.In the case of unchanged integral structure and size of furnace body，the primary heating and circulation separationmode was changed to the heating and circulation unitymode which was that the original large cycle way from top to bottom was improved to themode ofblow up and down andmiddle return air，which made furnace temperature increase from 50℃ to 100℃ and therefore temperature of cast pipe could exceed 60℃ to guarantee production capacity expansion.

nodular cast iron pipe;drying furnace;equipment innovation;production capacity expansion;design

TF06

B

2013—10—28