大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统。加热部分包括电加热器，安装支架为置于热风炉拱顶内腔的笼式框架，笼式框架上呈梯次分层安装数个电加热器，数个电加热器分组引出电源线连接至智能温控仪的加热输出端；测温和控温部分包括热电偶、智能温控仪，数个热电偶分层布置于热风炉拱顶外部，热电偶的反馈线连接智能温控仪，热电偶的感温元件与热风炉拱顶表面点焊连接，智能温控仪的供电电源为移动式柴油发电车；热风炉拱顶外壁铺设保温层，热风炉拱顶下端口通过支撑墙垛设置钢结构平台，钢结构平台上铺设保温层。本发明采用整体电加热热处理工艺，能消除焊接应力，防止焊缝的氢脆和裂纹的产生，达到降低硬度、提高塑性和韧性的目的。
【专利说明】
大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统
技术领域
[0001]本发明涉及热处理系统，具体是一种大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统。
【背景技术】
[0002]目前，大型(4000立方米)高炉内燃式热风炉，在使用过程中，由于拱顶温度高，使用情况恶劣，在晶间应力腐蚀的情况下，母材会多处出现龟裂，此时则需整体更换拱顶。但热风炉拱顶总重约111吨，最大直径12200mm，炉顶标高47470mm，更换部位标高37334mm，即在37米标高更换10米拱顶。除保证焊接质量，还必须进行整体热处理，即消除焊接应力，又避免晶间应力腐蚀的发生(在应力及酸性介质共同作用下发生)。另外，现场会有其他热风炉正常使用，为煤气危险区域，不允许明火，排除常规燃油热处理方案，焊缝局部热处理，由于热风炉为焊接刚性体，局部退火消除应力对壳体将产生较大的温度梯度应力，影响壳体的精度及安全使用情况，不允许采用。如采用整体内部电解热热处理，由于热风炉有效空间约820立方米，重量111吨，按热力计算需2100千瓦热量，现场无法解决如此大的电量。
【发明内容】
[0003]本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统，从安全质量考虑，采用整体电加热热处理方法，消除焊接应力，避免晶间裂纹的产生。
[0004]本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
一种大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统，包括:加热部分，测温和控温部分，保温部分；
(1)加热部分包括电加热器，电加热器的安装支架，所述的安装支架为置于热风炉拱顶内腔的笼式框架，笼式框架的周缘靠近拱顶内侧壁，在笼式框架的周缘上呈梯次分层安装数个电加热器，在笼式框架的上、下面分别安装数个电加热器，数个电加热器分组引出电源线连接至智能温控仪的加热输出端；
(2)测温和控温部分包括热电偶、智能温控仪，数个热电偶分层布置，包括封头顶热电偶、上层热电偶，中层热电偶和下层热电偶，热电偶的反馈线连接智能温控仪，热电偶的感温元件与热风炉拱顶壳体外表面点焊连接，智能温控仪的供电电源为移动式柴油发电车；
(3)保温部分包括热风炉拱顶外壁铺设的保温层、热风炉拱顶下端口的密封结构，所述的密封结构包括底部的支撑墙垛、置于支撑墙垛上的钢结构平台、铺设在钢结构平台上的保温层。
[0005]采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其有益效果是:
(1)采用电加热法进行热处理，在热风炉拱顶内腔布置加热热源，拱顶外壁铺设保温绝热材料，利用热辐射和热空气对流加热，达到了均匀加热之目的；
(2)热处理过程通过智能温控仪，实现多点群控;通过仪表显示各点温度，自动修正加热功率系数，自动记录温度曲线，能够确保控温精度； (3)本发明可以消除设备组装与焊接的残余应力，稳定设备的几何尺寸，改善焊接接头和热影响区的组织和性能，达到降低硬度、提高塑性和韧性的目的，进一步释放焊缝中的有害气体，防止焊缝的氢脆和裂纹的产生。
[0006]进一步的，本发明优选方案是:
电加热器的安装支架为角钢焊接的笼式框架。
[0007]电加热器为NJ型框架式加热器，电加热器数量为210片，每片加热功率为10KW，电加热器总功率为2100KW;笼式框架的顶面安装24片电加热器，笼式框架的底面安装42片电加热器，笼式框架的周缘上呈梯次自下而上分4层安装电加热器，第一层安装48片电加热器，第二、三层分别安装36片电加热器，第四层安装24片电加热器。
[0008]电加热器的炉内电源线由托.5的圆钢及圆钢外套的氧化铝瓷管构成，炉内电源线引出炉外后连接外部电缆，再由外部电缆连接到智能温控仪的加热输出端；电加热器的零线连接钢结构的笼式框架，笼式框架与炉壳连接作为公共零线。
[0009]热电偶为K型简装热电偶，热电偶分三层布置，封头顶上布置3个、上层布置8个，中层布置12个、下层布置10个，共布置33个热电偶。
[0010]智能温控仪为ZWK型电脑温控仪，输出功率为360KW;智能温控仪设置6台，为智能温控仪供电的移动式柴油发电车输出的最大功率为2100kw。
[0011 ]保温层由叠加在一起的两层超细玻璃棉被构成，保温层厚度为100mm。
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为实施例的热处理加热工艺曲线；
图中:热风炉拱顶I;保温层2;炉内电源线3;外部电缆4;热电偶5;热电偶反馈线6;笼式框架7;顶部电加热器8;第四层电加热器9;第三层电加热器10;第二层电加热器11;第一层电加热器12;底部电加热器13;支撑墙垛14;钢结构平台15;移动式柴油发电车16;智能温控仪17。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图及实施例详述本发明，但本实施例不对本发明构成任何限制。
[0014]参见图1，本实施例是对公称尺寸为直径12200mm(10600mm/10213mm)X101360mm(高)X45/28mm、重量为110吨的高炉热风炉炉顶更换，按设计要求进行的焊后整体在线热处理系统，由加热部分、测温和控温部分、保温部分及供电电源组成。
[0015]加热部分:
根据热功计算，热处理工艺所需加热功率为2100KW。因此，加热部分的电加热器采用210片NJ型框架式电加热器，每片电加热器的加热功率为10KW，外形尺寸1000X400 X90mm，电加热器总功率为21OOKW;
热风炉拱顶I的内腔中安装一个角钢焊接的笼式框架7，笼式框架7的周缘靠近热风炉拱顶I的内侧壁，所有电加热器都安装在笼式框架7上，具体布置方式为:笼式框架7的顶面安装24片顶部电加热器8，笼式框架7的底面安装42片底部电加热器13，笼式框架7的周缘上呈梯次自下而上分4层布置，第一层电加热器12为48片，第二电加热器11和第三层电加热器10分别为36片，第四层电加热器9为24片;所有电加热器按三个一组引出一根电源线，炉内电源线3由托.5的圆钢及圆钢外套的氧化铝瓷管构成，炉内电源线3引出炉外后连接外部电缆4，再由外部电缆4连接到智能温控仪17的加热输出端;所有电加热器的零线焊为一体，作为公共零线与笼式框架7连接，笼式框架7与炉壳连接；
呈梯次分布于热风炉拱顶I内腔中的电加热器，每三片一组，各自形成独立电网，所有加热器均采用星形接法，同步通电加热。利用热辐射和热对流的加热工艺，使热风炉拱顶I达到均匀加热退火之目的。
[0016]测温和控温部分:
采用热电偶5测温，热电偶5为K型简装热电偶，热电偶5分三层布置于热风炉拱顶I夕卜部，其中，封头顶热电偶布置3个、上层热电偶布置8个，中层热电偶布置12个、下层热电偶布置10个，共布置33个热电偶5;热电偶反馈线6采用铜-康铜补偿导线，每个热电偶5均通过热电偶反馈线6与智能温控仪17连接，热电偶5的感温元件与热风炉拱顶I外表面点焊连接，能真实的反应热风炉拱顶I的实际加热温度；
采用智能温控仪17控温，智能温控仪17为ZWK型电脑温控仪，共设置6台智能温控仪17，每台智能温控仪17的输出功率为360KW，温度控制范围O—1000 V，控制精度为± TC ;热风炉拱顶I各点温度通过各点的热电偶5传递给智能温控仪17，由智能温控仪17监视控制，每台智能温控仪17相当一台微机，事先输入工艺参数，通过温度传感器过来的温度和设定温度比较后通过PID计算出相应功率控制加热器的加热，控温过程自动完成，并由连续式记录仪自动记录工艺曲线。
[0017]保温部分:
包括热风炉拱顶I外壁铺设的保温层2、热风炉拱顶I下端口的密封结构，该密封结构由底部的支撑墙垛14、置于支撑墙垛14上的钢结构平台15、铺设在钢结构平台15上的保温层2构成，保温层2是叠加在一起的两层超细玻璃棉被，超细玻璃棉被符合QJ/GN30-89标准，保温性能好，导热系数低，容重轻，加热时外层温度不高于60°C;为了减少热损失，保温层2的厚度不得小于100mm;两层超细玻璃棉被之间接缝错开搭接严密，并用铁丝乳紧，防止热量散失造成局部温差过大而形成热应力。
[0018]供电电源:
由于热处理的不可逆性，须确保现场热处理的供电和安全用电。根据以上热功计算，整体热处理需要6台ZWK型智能温控仪17，即供电系统输出的最大功率为2100kw时可以满足热处理时的供热需求。因此，供电电源采用移动式柴油发电车17，从移动式柴油发电车17至热处理施工现场设置6只DZ-600/600自动空气开关，6根输电导线(中间经空气开关)分别为3X 150+1 X70mm2铜蕊电缆。
[0019]热风炉拱顶I下端口处设置的钢结构平台15在整体热处理过程中，还具有减小端口部位变形的功能。
[0020]本发明这种在线更换整体热处理系统，必须严格执行加热工艺规范，保温面在保温时在分段处向下1.5米，确保在热处理时各部位温差达到工艺技术要求，防止温差应力过大造成的变形，其热处理加热工艺规范是:
恒温温度570±20°C;
恒温时间4.5小时； 200-250 °C，保温2小时控制的消氢处理；
升温速度<108°C/h(200°C以前可不予控制)；
降温速度期<140°C/h(400°C以后可不予控制)；
恒温时最大温差± 20°C (<40 V )升温、降温时最大温差< 120 V ;
热处理加热工艺曲线如图2所示。
[0021]以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。
【主权项】
1.一种大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统，包括加热部分、测温和控温部分、保温部分，其特征在于: (1)加热部分包括电加热器，电加热器的安装支架，所述的安装支架为置于热风炉拱顶内腔的笼式框架，笼式框架的周缘靠近拱顶内侧壁，在笼式框架的周缘上呈梯次分层安装数个电加热器，在笼式框架的上、下面分别安装数个电加热器，数个电加热器分组引出电源线连接至智能温控仪的加热输出端； (2)测温和控温部分包括热电偶、智能温控仪，数个热电偶分层布置，包括封头顶热电偶、上层热电偶，中层热电偶和下层热电偶，热电偶的反馈线连接智能温控仪，热电偶的感温元件与热风炉拱顶壳体外表面点焊连接，智能温控仪的供电电源为移动式柴油发电车； (3)保温部分包括热风炉拱顶外壁铺设的保温层、热风炉拱顶下端口的密封结构，所述的密封结构包括底部的支撑墙垛、置于支撑墙垛上的钢结构平台、铺设在钢结构平台上的保温层。2.根据权利要求1所述的大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统，其特征在于:电加热器的安装支架为角钢焊接的笼式框架。3.根据权利要求1所述的大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统，其特征在于:电加热器为NJ型框架式加热器，电加热器数量为210片，每片加热功率为10KW，电加热器总功率为2100KW;笼式框架的顶面安装24片电加热器，笼式框架的底面安装42片电加热器，笼式框架的周缘上呈梯次自下而上分4层安装电加热器，第一层安装48片电加热器，第二、三层分别安装36片电加热器，第四层安装24片电加热器。4.根据权利要求2或3所述的大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统，其特征在于:电加热器的炉内电源线由托.5的圆钢及圆钢外套的氧化铝瓷管构成，炉内电源线引出炉外后连接外部电缆，再由外部电缆连接到智能温控仪的加热输出端；电加热器的零线连接钢结构的笼式框架，笼式框架与炉壳连接作为公共零线。5.根据权利要求1所述的大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统，其特征在于:热电偶为K型简装热电偶，热电偶分三层布置，封头顶上布置3个、上层布置8个，中层布置12个、下层布置10个，共布置33个热电偶。6.根据权利要求1所述的大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统，其特征在于:智能温控仪为ZWK型电脑温控仪，输出功率为360KW;智能温控仪设置6台，为智能温控仪供电的移动式柴油发电车输出的最大功率为21 OOkw。7.根据权利要求1所述的大型热风炉拱顶在线更换整体热处理系统，其特征在于:保温层由叠加在一起的两层超细玻璃棉被构成，保温层厚度为100mm。
【文档编号】C21D9/50GK106086365SQ201610696198
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月22日 公开号201610696198.0, CN 106086365 A, CN 106086365A, CN 201610696198, CN-A-106086365, CN106086365 A, CN106086365A, CN201610696198, CN201610696198.0
【发明人】李景超, 李志新, 刘金明, 刘斌, 姜猛, 王海军, 李玉成, 蔡晓峰, 王丙涛, 张彦丰, 张富山
【申请人】首钢股份公司迁安钢铁公司, 迁安首钢设备结构有限公司