专利名称：一种实现热处理炉快速降温的装置和方法
技术领域：
本发明涉及钢板热处理领域，特别是钢板辐射管加热保护气氛热处理炉领域。
背景技术：
保护气氛辊底式热处理炉是中厚板热处理线上的关键设备，其采用纯度为 99. 99%的氮气作为保护气氛，通过I型辐射管间接加热，采用低NOx(χ表示一个氧化氮分 子中的氧原子数)自身预热式烧嘴进行脉冲燃烧控制，通过炉底辊单独进行变频驱动和控 制，实现灵活多变的速度控制。热处理炉具有产量高，炉温均勻，自动化程度高，产品性能稳 定、均勻，表面质量好等优点，受到广大中厚板生产厂的青睐，得到了广泛应用。正是由于保护气氛热处理炉良好的密封性能，充满窒息气体氮气，采用辐射管间 接加热等原因，导致热处理炉散热能力被严重消弱，其降温速度比较缓慢。例如，在自然冷 却条件下，炉温由900°C降至150°C，需要三天三夜(72h)的时间。严重影响炉子作业率。中厚板热处理具有“小批量、多品种”的特点，并且不同种类的钢板要求的热处理 工艺可能各不相同。因此，中厚板热处理过程中，不可避免地需要多种工艺降温过程(例 如，炉温由900°C降至650°C，或炉温由900°C降至450°C )。目前工艺降温过程普遍采用空 炉后自然冷却的方式。这种方式不仅冷却时间长，而且空炉过程也需要很长的时间，最终导 致整个工艺降温过程的延长。另外，热处理炉难免会出现事故停炉或质量停炉(例如，炉底辊结瘤将严重影响 钢板质量，需要停炉磨辊)。为了缩短停炉降温时间，操作人员采用向炉膛内鼓风，装入冷钢 板在炉内连续运行等方式降温，这些方式在一定程度上，可以加快降温速度，但炉膛鼓风所 产生高温空气的排放，被加热的冷钢板使用与存放一直困扰着操作人员。可见低的降温速度即不利于生产工艺的调整变化，也不利于事故状态下的停炉检 修，很大程度上影响了热处理炉的生产灵活性和作业率的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现热处理炉快速降温的装置和方法， 本发明在不改变炉内气氛的情况下，利用现有条件实现保护气氛辊底式热处理炉的快速降 温，以加快热处理炉工艺降温过程，提升生产的灵活性；本发明还能加快热处理炉停炉检修 的降温过程，缩短降温检修时间，提高热处理炉有效作业率。本发明所采用的技术方案是一种实现热处理炉快速降温的装置，其包括烧嘴控 制器5、煤气阀组、空气阀组和供热/冷却管组，烧嘴控制器5接至煤气阀组和空气阀组的控 制端，煤气阀组和空气阀组的出口端接至供热/冷却管组，烧嘴控制器5通过烧嘴点火电极 及点火变压器10对供热/冷却管组进行点火控制，烧嘴控制器5通过火焰监测装置11对 供热/冷却管组的火焰状况进行监测。在炉膛冷却条件下，烧嘴控制器5或独立控制信号源单独打开空气电磁阀7，使助 燃风进入I型辐射管1内，将辐射管的热量带走，进而使炉膛冷却。
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与空炉后自然冷却方式相比，本发明所提供的热处理炉快速降温装置及方法，具 有以下优点1.冷却速度快2.可实现分区冷却，减少或避免热处理炉工艺降温过程中的空炉3.工艺降温时间大大缩短，提高了热处理炉的作业率与停炉检修过程中，炉膛鼓风、冷钢板炉内连续运行方法相比，本发明所提供的热 处理炉快速降温方法及装置，具有以下优点1.冷却炉膛所产生的热空气，被热处理炉排烟系统直接排出厂房外2.不需要调运、存放冷却用钢板，生产管理简单3.另外，该方法仅对燃烧系统的控制部分进行升级改造，不会增加额外成本；由 于冷却风在进入辐射管内的过程中，首先被烧嘴的自身预热器预热，不会因急冷导致辐射 管内陶瓷内管的损坏，安全可靠。经实验证明，采用本降温方法及装置，热处理炉温度由900°C降低到450°C缩短为 10小时，由450°C降至150°C缩短为18小时。
图1为辐射管加热器结构示意图。图2为附图1的A-A视图。图3为辐射管加热器控制原理图(一)。图4为辐射管加热器控制原理图(二)。图中，1 :1型辐射管；2 低NOx自身预热式烧嘴；3 碳化硅内管；4 翅片对流型空 气预热器；5:烧嘴控制器；6:燃气气动/电磁阀(其采用气动阀或电磁阀)；7:空气电磁 阀；8 燃气手动开闭阀；9 空气手动开闭阀；10 烧嘴点火电极及点火变压器；11 火焰监 测装置；12:燃气手动调节阀。
具体实施例方式一种实现热处理炉快速降温的装置，其包括烧嘴控制器5、煤气阀组、空气阀组和 供热/冷却管组，烧嘴控制器5接至煤气阀组和空气阀组的控制端，煤气阀组和空气阀组的 出口端接至供热/冷却管组，烧嘴控制器5通过烧嘴点火电极及点火变压器10对供热/冷 却管组进行点火控制，烧嘴控制器5通过火焰监测装置11对供热/冷却管组的火焰状况进 行监测。在优选的实施方式中，如图3所示，煤气阀组包括燃气气动/电磁阀6、燃气手动开 闭阀8和燃气手动调节阀12，烧嘴控制器5接至燃气气动/电磁阀6的控制端子，燃气气 动/电磁阀6的入口端通过燃气手动开闭阀8接至煤气入口，燃气气动/电磁阀6的出口 端通过燃气手动调节阀12接至供热/冷却管组的煤气入口。在优选的实施方式中，如图3所示，空气阀组包括空气电磁阀7和空气手动开闭阀 9，烧嘴控制器5接至空气电磁阀7的控制端子，空气电磁阀7的入口端通过空气手动开闭 阀9接至空气入口，空气电磁阀7的出口端接至供热/冷却管组的空气入口。在优选的实施方式中，如图1和图2所示，供热/冷却管组包括依次相联通的低NOx自身预热式烧嘴2、翅片对流型空气预热器4和I型辐射管1，I型辐射管1内部装有碳 化硅内管3，煤气阀组和空气阀组的出口与低NOx自身预热式烧嘴2相接。在优选的实施方式中，如图3和图4所示，烧嘴控制器5采用B⑶控制器或IES258 型控制器，采用IES258型控制器时，空气电磁阀7的控制端还接有独立控制信号源。一种实现热处理炉快速降温的方法在炉膛冷却条件下，烧嘴控制器5或独立控 制信号源单独打开空气电磁阀7，空气手动开闭阀9处于打开状态，煤气阀组处于关闭状 态，使助燃风进入I型辐射管1内，将辐射管的热量带走，进而使炉膛冷却。在炉膛供热条件下，烧嘴控制器5控制燃气气动/电磁阀6、空气电磁阀7、烧嘴点 火电极10连锁动作，使供热/冷却管组燃烧供热。本发明的工作原理如图1 4所示，本发明的热处理炉供热系统由若干套辐射管 加热器构成。每套辐射管加热器均包括烧嘴控制器5 JSNOx自身预热式烧嘴2、翅片对流 型空气预热器4、燃气气动/电磁阀6、空气电磁阀7、燃气手动开闭阀8(设备维护时用，通 常打开)、燃气手动调节阀12 (调试时用，通常打开)、空气手动开闭阀9 (设备维护时用，通 常打开)、烧嘴点火电极及点火变压器10、I型辐射管1、碳化硅内管3。辐射管加热器的工作原理当烧嘴控制器5得到工作命令后，打开燃气气动阀/电 磁阀6和空气电磁阀7，同时烧嘴点火电极及点火变压器10将低NOx自身预热式烧嘴2内 陶瓷燃烧室的空燃气混合物点燃，并形成持续稳定的火焰；火焰从烧嘴口喷出，高温烟气直 接进入碳化硅内管3并运行至I型辐射管1末端；并在I型辐射管1和碳化硅内管3形成 的间隙内反向流动，并最终经过翅片对流型空气预热器4之后，由低NOx自身预热式烧嘴2 的排烟管道排出。在低NOx自身预热式烧嘴2的作用下，I型辐射管1形成高温辐射源，对 炉膛内的钢板进行加热。本发明所涉及的辐射管加热器，不仅具有炉膛供热的功能，还具有炉膛冷却(从 炉膛吸热)的功能，其特点是通过原有管道系统，向I型辐射管1内单独供原助燃用冷却 风，以冷却风冷却辐射管的方式，最终实现热处理炉快速降温。本发明所涉及的烧嘴控制器5，不仅可以使燃气气动/电磁阀6、空气电磁阀7、点 火电极10连锁动作，还可单独控制空气电磁阀7。本发明所涉及的烧嘴控制器5，在接到冷却炉膛命令后，单独打开空气电磁阀7， 使冷却风依次经过空气阀组的助燃风管道、翅片对流型空气预热器4(内管)、低NOx自身预 热式烧嘴2、碳化硅内管3、I型辐射管1、翅片对流型空气预热器4(外管)，并最终通过低 NOx自身预热式烧嘴2的排烟管道排出。本发明所涉及的空气电磁阀7，为单独控制电磁阀，即烧嘴控制器5具有单独控制 空气电磁阀7功能时，由烧嘴控制器5控制；烧嘴控制器5不具备单独控制空气电磁阀7功 能时，引入独立控制信号，进行开闭控制。图1为辐射管加热器结构示意图。图2为图1的A-A视图，“ + ”表示烧嘴喷出的 气体，沿垂直于纸面方向由外向里流动；“ ”表示遇到辐射管端面气体，反向流动，即，沿垂 直于纸面方向由里向外流动。图3为辐射管加热器控制原理图(一)，该图中烧嘴控制器5采用通用型BCU烧 嘴控制器，其具有单独控制空气电磁阀7的功能。非工作状态下时，烧嘴控制器5的“2”、 “4”、“5”位处于低电位，燃气气动/电磁阀6、空气电磁阀7、烧嘴点火电极10均处于关闭状态；当处于加热炉膛状态时，烧嘴控制器5的“2”、“4”、“5”位处于高电位，燃气气动/电磁 阀6、空气电磁阀7、烧嘴点火电极10连锁动作，烧嘴被持续点燃；当处于冷却炉膛状态时， 烧嘴控制器5的“2”位处于高电位，“4”、“5”位处于低电位，只有空气电磁阀7打开，实现 往I型辐射管1内鼓冷风，达到降低炉膛温度的目的。 图4为辐射管加热器控制原理图(二)，该图中烧嘴控制器5采用通用型IES258 烧嘴控制器，其不具有单独控制空气电磁阀7的功能。非工作状态下时，烧嘴控制器5的 “2”、“4”、“5”位处于低电位，燃气气动/电磁阀6、空气电磁阀7、烧嘴点火电极10均处于 关闭状态；当处于加热炉膛状态时，烧嘴控制器5的“2”、“4”、“5”位处于高电位，燃气气动 /电磁阀6、空气电磁阀7、烧嘴点火电极10连锁动作，烧嘴被持续点燃；当处于冷却炉膛状 态时，烧嘴控制器的“2”、“4”、“5”位均处于低电位，独立控制信号源的外来信号使空气电磁 阀7打开，实现往I型辐射管1内鼓冷风，达到降低炉膛温度的目的。
权利要求
一种实现热处理炉快速降温的装置，其特征在于其包括烧嘴控制器(5)、煤气阀组、空气阀组和供热/冷却管组，烧嘴控制器(5)接至煤气阀组和空气阀组的控制端，煤气阀组和空气阀组的出口端接至供热/冷却管组，烧嘴控制器(5)通过烧嘴点火电极及点火变压器(10)对供热/冷却管组进行点火控制，烧嘴控制器(5)通过火焰监测装置(11)对供热/冷却管组的火焰状况进行监测。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于煤气阀组包括燃气气动/电磁阀(6)、燃 气手动开闭阀(8)和燃气手动调节阀(12)，烧嘴控制器(5)接至燃气气动/电磁阀(6)的 控制端子，燃气气动/电磁阀(6)的入口端通过燃气手动开闭阀(8)接至煤气入口，燃气气 动/电磁阀(6)的出口端通过燃气手动调节阀(12)接至供热/冷却管组的煤气入口。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于空气阀组包括空气电磁阀(7)和空气手 动开闭阀(9)，烧嘴控制器(5)接至空气电磁阀(7)的控制端子，空气电磁阀(7)的入口端 通过空气手动开闭阀(9)接至空气入口，空气电磁阀(7)的出口端接至供热/冷却管组的 空气入口。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于供热/冷却管组包括依次相联通的低NOx 自身预热式烧嘴(2)、翅片对流型空气预热器(4)和I型辐射管(1)，I型辐射管(1)内部 装有碳化硅内管(3)，煤气阀组和空气阀组的出口与低NOx自身预热式烧嘴(2)相接。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的装置，其特征在于烧嘴控制器(5)采用BCU控 制器或IES258型控制器，采用IES258型控制器时，空气电磁阀(7)的控制端还接有独立控 制信号源。
6.一种实现热处理炉快速降温的方法，其特征在于在炉膛冷却条件下，烧嘴控制器 (5)或独立控制信号源单独打开空气电磁阀(7)，使助燃风进入I型辐射管(1)内，将辐射 管的热量带走，进而使炉膛冷却。全文摘要
本发明提供了一种实现热处理炉快速降温的装置和方法，本装置包括烧嘴控制器5、煤气阀组、空气阀组和供热/冷却管组，烧嘴控制器5接至煤气阀组和空气阀组的控制端，煤气阀组和空气阀组的出口端接至供热/冷却管组，烧嘴控制器5通过烧嘴点火电极及点火变压器10对供热/冷却管组进行点火控制，烧嘴控制器5通过火焰监测装置11对供热/冷却管组的火焰状况进行监测。在炉膛冷却条件下，烧嘴控制器5或独立控制信号源单独打开空气电磁阀7，使助燃风进入I型辐射管1内，将辐射管的热量带走，进而使炉膛冷却。本发明利用现有条件实现保护气氛辊底式热处理炉的快速降温，本发明还能加快热处理炉停炉检修的降温过程。
文档编号F27D9/00GK101915505SQ20101026173
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年8月25日
发明者吴尚, 张荣明, 支英辉 申请人:中冶南方(武汉)威仕工业炉有限公司