底建永，宋德榮，溫鴻博

（北方工程設計研究院有限公司，河北 石家莊050022）

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扭力軸退火熱處理生產線的設計與應用

底建永，宋德榮，溫鴻博

（北方工程設計研究院有限公司，河北 石家莊050022）

對北方車輛公司扭力軸退火熱處理生產線的結構、功能進行介紹，著重闡述井式爐的燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及自身預熱式燒嘴在井式爐上的創(chuàng)新性應用。

退火熱處理；井式爐；節(jié)能；自身預熱式燒嘴；低NOx

某扭力軸退火熱處理生產線于2014年竣工并投產，整條生產線包括準備工位、氣動平衡吊（上料）、上料工位、井式燃氣退火爐、緩冷工位、氣動平衡吊（卸料）、卸料工位、收料臺架、生產工裝及電氣自動化控制系統(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備工位料臺上。上料工位由半沉式地坑和氣動平衡吊組成，氣動平衡吊將準備工位的扭力軸起吊至地坑中的工裝料盤上，每個料盤可吊裝30根扭力軸。裝滿扭力軸的料盤由氣動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進行冷卻，待完全冷卻后轉運至卸料工位，而后轉入下一道校直工序。

圖1　扭力軸退火熱處理生產線

圖2　熱處理工藝曲線圖

2　主要技術參數

該井式燃氣退火爐的主要技術參數見表1。

表1　井式燃氣退火爐的主要技術參數

3　燃燒系統(tǒng)

井式燃氣退火爐燒嘴的選用，目前國內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構上獨立設置地下排煙煙道和配置空氣預熱裝置，占地面積大，空氣預熱溫度低，節(jié)能效果不明顯。為達到甲方技術領先、節(jié)能環(huán)保的要求，項目組人員經過認真研究和反復論證，最終將高效節(jié)能型自身預熱燒嘴應用于井式燃氣退火爐上，這在國內是一個技術創(chuàng)新，是井式燃氣熱處理爐領域燃燒理念新的突破，也是一個大膽的嘗試。

爐子使用高效節(jié)能型自身預熱燒嘴，具有燃燒、空氣預熱和排煙多功能于一體，空氣預熱溫度可達500℃，排煙煙氣溫度低于300℃，燒嘴換熱效率可達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，又使爐內每個控溫區(qū)的溫度和壓力分區(qū)可調可控，實現(xiàn)了爐內溫度場均勻穩(wěn)定。同時該燒嘴采用空氣分級燃燒技術，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，達到了環(huán)保要求，保護了大氣環(huán)境。高效節(jié)能型自身預熱燒嘴見圖3。

全爐共螺旋狀布置高效節(jié)能型自身預熱燒嘴8個，每個燒嘴配有燒嘴控制器和點火變壓器，可實現(xiàn)自動點火。每兩個燒嘴為一區(qū)，分4個控溫區(qū)進行全自動控制。

圖3　高效節(jié)能型自身預熱燒嘴

4　供風與排煙系統(tǒng)

供風風機與引射排煙風機分開，兩臺風機均采用變頻定壓風機，這樣有利于燃料燃燒和爐溫爐壓的控制。采用明火燃燒時，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，并且可調節(jié)爐膛壓力。燃燒產物經引風機通過排煙管路直接排入室外，煙囪高度超出廠房高度，排放標準符合北京市地方標準要求（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)

整個井式退火爐的控制系統(tǒng)為全套自動控制系統(tǒng)，由設備自控系統(tǒng)和人機界面HMI—工業(yè)PC機構成。設備自控系統(tǒng)由儀控和電控兩部分構成。

5.1溫度控制

爐溫控制采用PID+數字化脈沖的控制方式。系統(tǒng)主要有測溫熱電偶、智能儀表、PLC模塊和電動調節(jié)閥組成，控溫儀表（和PLC）接受檢測熱電偶及變送單元傳送的標準信號，通過PID參數的比較與計算輸出執(zhí)行信號，控制響應閥門，從而達到控制爐溫的要求。

為了使爐溫滿足工藝曲線的降溫速度，在本爐煙氣引射風管道上裝有一臺電控調節(jié)閥來控制爐膛負壓（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控制模塊和引射風管道上的蝶閥構成自控調節(jié)閉環(huán)系統(tǒng)。引射風管道上蝶閥控制回路設手動、自動兩種控制方式，操作人員可在上位機上實現(xiàn)控制回路手動、自動切換，正常工作時回路處于自動，啟停爐或其他必要情況時，可切換至手動，在畫面上輸入引射風管道上閥門的開度百分比。

6　結語

該生產線于當年8月底經檢測合格后交付給北京北方車輛集團有限公司進行試生產運行。生產線運行后未發(fā)生一次掉、卡軸事故。生產線運行平穩(wěn)，安全可靠，各項技術指標均達到甲方技術要求。自身預熱式燒嘴成功應用于井式燃氣熱處理爐上，在國內同類爐型中是一個技術創(chuàng)新，并達到令人滿意的效果。為今后新技術的推廣積累了實踐經驗。

［1］王秉銓.工業(yè)爐設計手冊［M］.3版.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［2］楊世銘，陶文銓.傳熱學［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，高級工程師，主要從事工業(yè)爐窯的設計研究工作.