一种加热炉炉口气封装置及气封方法与流程

本发明涉及工业炉窑技术储，尤其涉及一种大型板坯加热炉炉口气封装置及气封方法。

背景技术：

轧钢行业的连续加热炉是高耗能设备。以板坯加热炉为例，其热平衡组成中，炉皮散热损失占总热支出项的5.8％～6.7％左右；炉门逸气热损失占总热支出项的6.3％～7.2％左右；由于蓄热式板坯加热炉与常规加热炉相比，炉压大而且炉压波动频繁，炉门逸气热损失的占比高达10％以上。

加热炉出钢时炉气温度基本在1250～1350℃，硅钢加热炉炉温更高，一般高达1450℃左右。连续出钢过程中，出料炉门开启频繁，一般每2分钟开启一次；开启过程中，不仅造成高温炉气外逸，同时还会引起冷空气乘虚而入，进而造成炉口出钢位钢坯严重氧化，增加钢坯烧损量，降低产量及表面轧制质量；同时，还会引起炉内温度场波动及炉压不稳定。炉膛截面越宽或越高，影响则越大；高温炉气外逸不仅会浪费大量能源，还会导致一系列不良后果发生，如烧损率增加，清理氧化铁皮的劳动强度增加，停炉频率增加，产量受影响等。另外，每次启、闭炉门后，均需要进行重复的升温恢复热平衡的过程。经测算，与焖炉状态相比，频繁启、闭炉门的操作状态将多消耗1.2倍的燃料。

综上所述，在连续生产出钢过程中，为了最大限度地降低板坯加热炉的高温炉气逸散和辐射热损失，减少氧化铁皮，稳定炉内温度场和炉压，需要对高温炉口进行有效密封。对于钢铁企业来说，对高温炉口实施有效密封还可获得减排、环保效益。也即减少氧化烧损就减少了氧化铁皮的生成；炉口密封阻止了高温烟气外逸，自然就减少了热辐射的环境污染。

当今世界工业污染严重，不可再生资源日益减少，对高温炉口进行有效密封是钢铁企业最简易、最实用、最奏效的节能方法之一，是企业注重环境保护、清洁生产，走可持续发展道路的重要举措。

技术实现要素：

本发明提供了一种加热炉炉口气封装置及气封方法，能够在出料炉门启闭过程中对加热炉炉口实施全程有效密封，减少逸气热损失，减少氧化烧损，实现节能、环保双重效益。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种加热炉炉口气封装置，包括氮气气源管、气幕发生装置、炉门集气罩和气体回收装置；所述气幕发生装置设于出料炉门下部的炉门托梁内，氮气气源管与气幕发生装置相连；在出料炉门升降机构的传动链轮的轮轴上安装角位移编码器，氮气气源管上设有气源电磁阀，角位移编码器与气源电磁阀通过控制系统联锁控制；炉门集气罩安装在出料炉门上部并可随之移动，炉门集气罩与气体回收装置相连；气体回收装置包括气体回收输送管道、余热回收装置、循环风机和氮气储罐；所述气体回收输送管道的一端与炉门集气罩连接，另一端依次连接余热回收装置、循环风机和氮气储罐，氮气储罐另外与氮气气源管相连；循环风机与控制系统相连。

所述气幕发生装置为沿管身纵向设有多个氮气喷射孔的管体结构，氮气喷射孔的开孔方向朝向上方或斜上方；气幕发生装置沿出料炉门宽度方向通长设置。

所述氮气气源管倾斜设置，其一端连接气幕发生装置，另一端向炉门侧柱下方倾斜，在最低点处设有排渣管。

所述控制系统设于中控室中，中控室中还设有显示屏，显示屏通过控制系统连接出料炉门外设置的监控摄像头。

一种基于所述加热炉炉口气封装置的加热炉炉口气封方法，包括：

使用氮气为气源，通过气幕发生装置对加热炉炉口实施气封；

出料炉门开启时，角位移编码器感应出料炉门位置变化，向控制系统发出信号，控制气源电磁阀开启，向气幕发生装置内输送氮气，氮气自各个氮气喷射孔喷出，在炉门托梁与出料炉门底沿之间形成一道气幕屏障，实现炉口密封；

出料炉门向上提升过程中，通过角位移编码器检测出料炉门具体位置，通过控制系统换算出出料炉门开启的高度，控制气源电磁阀的开度，调整氮气输出量，使炉门气幕屏障随着出料炉门开启高度而伸缩；在实现加热炉炉口有效气封的同时，节省氮气用量；

加热炉炉口气封后，即不影响出钢操作，又能够防止加热炉炉内气体向外逸散或炉外冷空气进入加热炉内；出料炉门关闭后氮气气源停供，气幕屏障消失；

气封用的氮气在炉口密封过程中被加热，出料炉门上部的炉门集气罩用于回收氮气，回收后的氮气在循环风机的作用下通过气体回收输送管道进入氮气储罐，重新作为氮气气源使用，从而形成氮气闭路循环系统；氮气回收过程中通过余热回收装置实现氮气的余热回收。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)对加热炉炉口进行气封，大大降低加热炉逸气与辐射热损失，可以显著节约燃料，填补了国内钢铁企业节能领域在加热炉炉口密封方面的技术空白，是钢铁行业最为实用的节能技术之一，能够带来显著的经济效益和环保效益；

2)采用加热炉炉口气封技术，隔绝了加热炉出钢时内、外气流流动与热交换，尤其隔绝外部冷空气进入，大大降低了钢坯烧损，提高了生产率、成材率和产品质量；

3)采用加热炉炉口气封技术，可以有效稳定炉门频繁开启过程中的炉况，稳定炉内烟气气氛，使炉压稳定，不会产生波动；

4)采用加热炉炉口气封技术，作为气封气源的氮气可以回收余热，并循环利用，大大节省氮气资源；

5)采用自动化控制，操作简单，动作精准；

6)本发明所述加热炉炉口气封装置结构简单，安装方便，建设、维护和运营成本低。

附图说明

图1是本发明所述加热炉炉口气封装置的结构示意图。

图2是本发明所述气幕发生装置、炉门集气罩、气体回收输送管道、排渣管的安装位置示意图。

图3是本发明所述加热炉炉口气封装置的工作原理示意图一(出料炉门关闭状态)。

图4是本发明所述加热炉炉口气封装置的工作原理示意图二(出料炉门开启状态)。

图中：1.排渣管 2.气幕发生装置 3.炉门集气罩 4.气体回收输送管道 5.出料炉门 6.炉门托梁 7.气幕屏障 8.氮气气源管 9.余热回收装置 10.循环风机 11.氮气储罐 12.控制系统 13.气源电磁阀 14.角位移编码器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1、图2所示，本发明所述一种加热炉炉口气封装置，包括氮气气源管8、气幕发生装置2、炉门集气罩3和气体回收装置；所述气幕发生装置2设于出料炉门5下部的炉门托梁6内，氮气气源管8与气幕发生装置2相连；在出料炉门5升降机构的传动链轮的轮轴上安装角位移编码器14，氮气气源管8上设有气源电磁阀13，角位移编码器14与气源电磁阀13通过控制系统12联锁控制；炉门集气罩3安装在出料炉门5上部并可随之移动，炉门集气罩3与气体回收装置相连；气体回收装置包括气体回收输送管道4、余热回收装置9、循环风机10和氮气储罐11；所述气体回收输送管道4的一端与炉门集气罩3连接，另一端依次连接余热回收装置9、循环风机10和氮气储罐11，氮气储罐11另外与氮气气源管13相连；循环风机10与控制系统12相连。

所述气幕发生装置2为沿管身纵向设有多个氮气喷射孔的管体结构，氮气喷射孔的开孔方向朝向上方或斜上方；气幕发生装置2沿出料炉门5宽度方向通长设置。

所述氮气气源管8倾斜设置，其一端连接气幕发生装置2，另一端向炉门侧柱下方倾斜，在最低点处设有排渣管1。

所述控制系统12设于中控室中，中控室中还设有显示屏，显示屏通过控制系统12连接出料炉门5外设置的监控摄像头。

一种基于所述加热炉炉口气封装置的加热炉炉口气封方法，包括：

使用氮气为气源，通过气幕发生装置2对加热炉炉口实施气封；

出料炉门5开启时，角位移编码器14感应出料炉门5位置变化，向控制系统12发出信号，控制气源电磁阀13开启，向气幕发生装置2内输送氮气，氮气自各个氮气喷射孔喷出，在炉门托梁6与出料炉门5底沿之间形成一道气幕屏障7，实现炉口密封；

如图4所示，出料炉门5向上提升过程中，通过角位移编码器14检测出料炉门5具体位置，通过控制系统12换算出出料炉门5开启的高度，控制气源电磁阀13的开度，调整氮气输出量，使炉门气幕屏障7随着出料炉门5开启高度而伸缩；在实现加热炉炉口有效气封的同时，节省氮气用量；

加热炉炉口气封后，即不影响出钢操作，又能够防止加热炉炉内气体向外逸散或炉外冷空气进入加热炉内；出料炉门5关闭后氮气气源停供，气幕屏障7消失(如图3所示)；

气封用的氮气在炉口密封过程中被加热，出料炉门5上部的炉门集气罩3用于回收氮气，回收后的氮气在循环风机10的作用下通过气体回收输送管道4进入氮气储罐11，重新作为氮气气源使用，从而形成氮气闭路循环系统；氮气回收过程中通过余热回收装置9实现氮气的余热回收。

如图2所示，是当前国内外大型板坯加热炉的出料炉门及出料炉门升降系统的结构示意图。以国内现行板坯规格划分，基本涵盖了1250mm，1450mm，1580mm，1700mm，1780mm，2050mm，2150mm，2300mm，3500mm，3800mm，4300mm，4700mm，5000mm，5500mm等薄板、中厚板生产线的加热炉系列。

如图2所示，一般的板坯加热炉设计为双排料，即两扇炉门交替升降交替出钢；出钢时，先是开启(向上提升)出料炉门5，由出钢机的出钢臂伸进加热炉炉膛内，托起被加热好的钢坯返回炉外置于出料辊道上，而后，关闭出料炉门5。在此过程中，首先，出料炉门5开启时，大量的1250～1350℃的高温炉气逸散出加热炉外，带走了约10％的总热支出项的热量，造成热损失，同时，也伴随着巨大的辐射热损失，其结果是打破了炉膛内适时的热平衡。其次，由于加热炉一般为微正压操作，出钢瞬间开启出料炉门5时，由于炉口区域的能量守恒原因，炉口的冷空气迅速与处于出钢位的钢坯表面接触，快速形成氧化铁皮，造成一定的氧化烧损；同时又带来固废污染，导致修炉周期缩短，增加了人工劳动强度。再次，出料炉门5启闭过程中，瞬间改变了炉内气氛，同时又引起炉压波动，影响加热炉的供热制度与烧钢性能。这种影响随炉口开启的面积大小成正比,因此，出料炉门5越大，影响越甚。

本发明所述一种加热炉炉口气封装置及气封方法的工作原理如下：应用工厂内富裕的氮气资源作为加热炉炉口气封气幕用的气源，在出料炉门5下部的炉门托梁6内安装气幕发生装置2，气幕发生装置2沿出料炉门5宽度方向通长设置；每当出料炉门5开启，通过控制系统12控制气源电磁阀13开启，气幕发生装置2开始喷出氮气，在出料炉门5下沿与炉门托梁6之间形成了隔绝炉内、炉外的一层气幕屏障7，密封加热炉炉口；既不影响出钢机的出钢臂及钢坯出入，又实施了炉口密封，使炉膛内热气出不来，炉口外的冷空气又进不去。气幕屏障7随着出料炉门5的开启程度而伸缩，出料炉门5关闭时停止喷氮气；通过出料炉门升降与气幕供气的联锁控制，在保证有效密封的同时节约氮气用量。炉口气封过程中氮气被加热，加热后的氮气经过炉门集气罩3回收，由气体回收输送管道4送到余热回收装置9进行余热回收利用，回收余热后的氮气进入氮气储罐11，实现氮气的循环利用与减排，整个工艺过程节能、环保。

为了防止气幕发生装置堵塞，氮气气源管倾斜设置并在最低点设有排渣管，可定期清理管内积灰。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。