扭力軸退火熱處理生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

底建永，宋德榮，溫鴻博

（北方工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊050022）

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扭力軸退火熱處理生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

底建永，宋德榮，溫鴻博

（北方工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊050022）

對(duì)北方車輛公司扭力軸退火熱處理生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行介紹，著重闡述井式爐的燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及自身預(yù)熱式燒嘴在井式爐上的創(chuàng)新性應(yīng)用。

退火熱處理；井式爐；節(jié)能；自身預(yù)熱式燒嘴；低NOx

某扭力軸退火熱處理生產(chǎn)線于2014年竣工并投產(chǎn)，整條生產(chǎn)線包括準(zhǔn)備工位、氣動(dòng)平衡吊（上料）、上料工位、井式燃?xì)馔嘶馉t、緩冷工位、氣動(dòng)平衡吊（卸料）、卸料工位、收料臺(tái)架、生產(chǎn)工裝及電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)等（見圖1）。井式爐燃料為天然氣，爐子規(guī)格Φ1.05 m×2.5 m。

1　工藝流程

完成上一道工序的扭力軸存放在準(zhǔn)備工位料臺(tái)上。上料工位由半沉式地坑和氣動(dòng)平衡吊組成，氣動(dòng)平衡吊將準(zhǔn)備工位的扭力軸起吊至地坑中的工裝料盤上，每個(gè)料盤可吊裝30根扭力軸。裝滿扭力軸的料盤由氣動(dòng)平衡吊起吊至井式爐中。熱處理工藝要求退火溫度930℃，保溫2～2.5 h，隨爐降溫至600℃時(shí)出爐冷卻。熱處理工藝曲線如圖2所示。完成退火的扭力軸隨工裝料盤起吊至緩冷坑內(nèi)進(jìn)行冷卻，待完全冷卻后轉(zhuǎn)運(yùn)至卸料工位，而后轉(zhuǎn)入下一道校直工序。

圖1　扭力軸退火熱處理生產(chǎn)線

圖2　熱處理工藝曲線圖

2　主要技術(shù)參數(shù)

該井式燃?xì)馔嘶馉t的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1　井式燃?xì)馔嘶馉t的主要技術(shù)參數(shù)

3　燃燒系統(tǒng)

井式燃?xì)馔嘶馉t燒嘴的選用，目前國(guó)內(nèi)成熟的做法是使用高速脈沖式燒嘴，這種燒嘴需要在爐體結(jié)構(gòu)上獨(dú)立設(shè)置地下排煙煙道和配置空氣預(yù)熱裝置，占地面積大，空氣預(yù)熱溫度低，節(jié)能效果不明顯。為達(dá)到甲方技術(shù)領(lǐng)先、節(jié)能環(huán)保的要求，項(xiàng)目組人員經(jīng)過認(rèn)真研究和反復(fù)論證，最終將高效節(jié)能型自身預(yù)熱燒嘴應(yīng)用于井式燃?xì)馔嘶馉t上，這在國(guó)內(nèi)是一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新，是井式燃?xì)鉄崽幚頎t領(lǐng)域燃燒理念新的突破，也是一個(gè)大膽的嘗試。

爐子使用高效節(jié)能型自身預(yù)熱燒嘴，具有燃燒、空氣預(yù)熱和排煙多功能于一體，空氣預(yù)熱溫度可達(dá)500℃，排煙煙氣溫度低于300℃，燒嘴換熱效率可達(dá)70%。由于燒嘴本身具有排煙功能，專用的引射排煙系統(tǒng)減少了排煙所需的煙道，又使?fàn)t內(nèi)每個(gè)控溫區(qū)的溫度和壓力分區(qū)可調(diào)可控，實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)溫度場(chǎng)均勻穩(wěn)定。同時(shí)該燒嘴采用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，阻礙了高溫空氣下燃燒氣體NOx形成。NOx排放可控在150～200 mg/m3范圍內(nèi)，達(dá)到了環(huán)保要求，保護(hù)了大氣環(huán)境。高效節(jié)能型自身預(yù)熱燒嘴見圖3。

全爐共螺旋狀布置高效節(jié)能型自身預(yù)熱燒嘴8個(gè)，每個(gè)燒嘴配有燒嘴控制器和點(diǎn)火變壓器，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火。每?jī)蓚€(gè)燒嘴為一區(qū)，分4個(gè)控溫區(qū)進(jìn)行全自動(dòng)控制。

圖3　高效節(jié)能型自身預(yù)熱燒嘴

4　供風(fēng)與排煙系統(tǒng)

供風(fēng)風(fēng)機(jī)與引射排煙風(fēng)機(jī)分開，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)均采用變頻定壓風(fēng)機(jī)，這樣有利于燃料燃燒和爐溫爐壓的控制。采用明火燃燒時(shí)，燒嘴配備有專利的煙氣引射系統(tǒng)保證90%～100%的煙氣從燒嘴排出，并且可調(diào)節(jié)爐膛壓力。燃燒產(chǎn)物經(jīng)引風(fēng)機(jī)通過排煙管路直接排入室外，煙囪高度超出廠房高度，排放標(biāo)準(zhǔn)符合北京市地方標(biāo)準(zhǔn)要求（DB/501-2007）。

該燒嘴的引射排煙系統(tǒng)減少了常規(guī)燒嘴采用換熱器集中換熱所需的煙道、空氣管道保溫、耐高溫閥門等環(huán)節(jié)，既節(jié)約了成本又減少了占地面積。

5　控制系統(tǒng)

整個(gè)井式退火爐的控制系統(tǒng)為全套自動(dòng)控制系統(tǒng)，由設(shè)備自控系統(tǒng)和人機(jī)界面HMI—工業(yè)PC機(jī)構(gòu)成。設(shè)備自控系統(tǒng)由儀控和電控兩部分構(gòu)成。

5.1溫度控制

爐溫控制采用PID+數(shù)字化脈沖的控制方式。系統(tǒng)主要有測(cè)溫?zé)犭娕?、智能儀表、PLC模塊和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成，控溫儀表（和PLC）接受檢測(cè)熱電偶及變送單元傳送的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過PID參數(shù)的比較與計(jì)算輸出執(zhí)行信號(hào)，控制響應(yīng)閥門，從而達(dá)到控制爐溫的要求。

為了使?fàn)t溫滿足工藝曲線的降溫速度，在本爐煙氣引射風(fēng)管道上裝有一臺(tái)電控調(diào)節(jié)閥來(lái)控制爐膛負(fù)壓（排煙速度），從而控制爐溫的降溫速度。

5.2爐壓控制

爐膛爐壓控制系統(tǒng)由壓力變送器、PID控制模塊和引射風(fēng)管道上的蝶閥構(gòu)成自控調(diào)節(jié)閉環(huán)系統(tǒng)。引射風(fēng)管道上蝶閥控制回路設(shè)手動(dòng)、自動(dòng)兩種控制方式，操作人員可在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)控制回路手動(dòng)、自動(dòng)切換，正常工作時(shí)回路處于自動(dòng)，啟停爐或其他必要情況時(shí)，可切換至手動(dòng)，在畫面上輸入引射風(fēng)管道上閥門的開度百分比。

6　結(jié)語(yǔ)

該生產(chǎn)線于當(dāng)年8月底經(jīng)檢測(cè)合格后交付給北京北方車輛集團(tuán)有限公司進(jìn)行試生產(chǎn)運(yùn)行。生產(chǎn)線運(yùn)行后未發(fā)生一次掉、卡軸事故。生產(chǎn)線運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到甲方技術(shù)要求。自身預(yù)熱式燒嘴成功應(yīng)用于井式燃?xì)鉄崽幚頎t上，在國(guó)內(nèi)同類爐型中是一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新，并達(dá)到令人滿意的效果。為今后新技術(shù)的推廣積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

［1］王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2006.

Design and Application of Torsion Shaft Annealing Heat Treatment Production Line

DI Jianyong，SONG Derong，WEN Hongbo
（Norendar International Ltd，Shijiazhuang 050022，China）

The structure and function of torsion shaft annealing heat treatment production line in Beijing North Vehicles Group Co.，Ltd，are introduced.The combustion system and control system of pit-type furnace，and the innovative application of self-preheating burner on pit-type furnace are emphatically expound.

annealing heat treatment；pit-type furnace；energy saving；self-preheating burner；low production of NOx

TG155

B

1001-6988（2016）02-0047-03

2015-12-26

底建永（1955—），男，高級(jí)工程師，主要從事工業(yè)爐窯的設(shè)計(jì)研究工作.