臺車爐
大冶臺車爐
退火爐技術(shù)改造主要由爐體鋼結(jié)構(gòu)、耐火纖維、爐門及升降系統(tǒng)、臺車及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、燃燒系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)及自動(dòng)化控制系統(tǒng)(PLC等利舊，損壞新增或精度不達(dá)標(biāo)的投標(biāo)方需更換)等組成、控制柜部分等利舊。
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1. 爐體
1.1. 爐體鋼結(jié)構(gòu)
爐體鋼結(jié)構(gòu)既要考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、撓度和受熱膨脹等因素,又要合理減少用鋼量,采用桁架框加強(qiáng)結(jié)構(gòu), 爐體鋼構(gòu)的立柱必須使用H型鋼或方鋼制作、5mm折邊式鋼板等焊接或用高強(qiáng)螺栓錨接成高強(qiáng)度的衍架剛性結(jié)構(gòu),氣密性好。在設(shè)計(jì)上充分考慮到熱膨脹的影響，使鋼結(jié)構(gòu)輕巧耐用不變形。鋼骨架上設(shè)有平臺、扶梯；
1.2 爐體密封系統(tǒng)（耐熱鑄件）
爐體密封使用氣缸結(jié)構(gòu)，爐體四周砂封刀護(hù)板：材質(zhì)：RTSi5.5，截面厚度≥20mm。保證砂封刀穩(wěn)定固定在爐體鋼架上，留設(shè)檢修緊固連接螺栓的空間。爐口外護(hù)板：材質(zhì)：RTSi5.5，截面厚度≥20mm。
1.3. 爐襯（包含爐門、排煙設(shè)施的耐材組成）
除臺車外，采用山東魯陽1260型全耐火纖維模塊結(jié)構(gòu)，熱惰性小，可實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)爐溫及較大范圍升溫和降溫速度的要求，爐襯結(jié)構(gòu)為耐火纖維組合結(jié)構(gòu)，耐火纖維模塊300mm，背襯耐火纖維毯厚度50mm，爐襯厚度共350mm，在最高爐溫時(shí)，爐墻外壁溫度不高于環(huán)境溫度+40℃,爐頂外壁溫度不高于環(huán)境溫度+50℃，耐火纖維折疊塊在使用過程中不產(chǎn)生影響正常性能的明顯縫隙。
2. 臺車
臺車車架采用雙層堅(jiān)固的型鋼框架結(jié)構(gòu)，牢固、平穩(wěn)。臺車的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮裝出料過程中工件的偏載。臺車車架的設(shè)計(jì)和選材按在正常使用條件下的變形不影響臺車的進(jìn)出、密封、偏載考慮。 臺車車架的設(shè)計(jì)和選材按在正常使用條件下的變形不影響臺車的進(jìn)出、密封、偏載考慮。
2.1 臺車密封結(jié)構(gòu)
因?yàn)闋t體和爐車有相對進(jìn)出，考慮到加熱后的膨脹，這一部位應(yīng)有較大的間隙(約40 mm)，所以此部位采用爐后氣缸推拉纖維密封快+耐熱鑄件護(hù)板的密封裝置 ,以密封住爐車和爐體兩側(cè)的沙封刀。這種密封結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡潔、密封可靠，調(diào)整方便。車架四周設(shè)有特制的耐熱鑄件車邊框，材質(zhì)：RTSi5.5，厚度≥20mm。
2.2 臺車驅(qū)動(dòng)機(jī)械
退火爐爐車架采用雙層車架,各由縱梁和數(shù)根工字鋼橫梁拼接而成，面輔6mm厚鋼板，其剛性確保在滿負(fù)荷情況下不變形?？v梁采用組合式預(yù)應(yīng)力焊接梁，可根據(jù)載重的變化合理調(diào)節(jié)車輪的受力。各由4臺斜齒輪減速機(jī)電動(dòng)自行驅(qū)動(dòng)，變頻調(diào)速同步啟動(dòng)。
2.3. 臺車耐材
臺車面為承重耐火層，墊鐵放置處(～400mm寬)采用大塊高強(qiáng)低水泥澆注料預(yù)制塊(燒結(jié)好)，最大承重能力按100t設(shè)計(jì)。燒嘴火焰通道處(～400mm寬)則采用重質(zhì)磚,下部隔熱層為輕質(zhì)隔熱粘土磚。臺車四周為異形大塊澆注料預(yù)制塊，設(shè)計(jì)和選材按在5年內(nèi)正常使用條件下臺車表面沒有明顯的下沉考慮，滿足生產(chǎn)工藝要求。
澆注料預(yù)制塊層厚：200mm
隔熱層厚： 283mm
為解決爐車耐火磚受熱膨脹頂壞車邊板，車邊磚采用大塊高強(qiáng)度澆注料預(yù)制塊,并比中間耐火層低20mm，確保車邊框在裝卸料過程中不受強(qiáng)沖擊。臺車邊框的耐熱件規(guī)格統(tǒng)一，可以互換，邊框與臺車用耐熱鋼螺栓連接。
爐車兩側(cè)的大塊異形磚與爐體兩側(cè)纖維澆注料成型塊形成迷宮式結(jié)構(gòu),并比爐車中間耐火磚低20mm,以防裝卸料時(shí)沖斷兩側(cè)的車邊框,爐車中間采用大塊澆注料預(yù)制塊,不但耐沖擊,單位耐壓大,而且使用壽命長,一旦有破損時(shí),更換方便。
3. 爐門鋼結(jié)構(gòu)
爐門結(jié)構(gòu)使用矩形鋼管和鋼板焊接而成，四側(cè)安裝爐門護(hù)板（材質(zhì)：RTSi5.5)，截面厚度≥20mm）。將爐門鋼結(jié)構(gòu)礦體和耐火框體巧妙地分離、組合，即使在長期高溫開門操作工況下，也能保證爐門鋼結(jié)構(gòu)不變形和密封的可靠性。爐門周邊裝有耐火纖維塊，可根據(jù)爐門和爐體接觸面情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。爐門鋼結(jié)構(gòu)由碳鋼焊接而成，耐火纖維模塊材質(zhì)、厚度同爐體,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮了熱膨脹的影響，爐門護(hù)板的設(shè)計(jì)和選材按正常生產(chǎn)約4年不出現(xiàn)影響正常使用的損壞考慮。
3.1. 爐門驅(qū)動(dòng)機(jī)械
爐門提升機(jī)構(gòu)由帶制動(dòng)減速機(jī)、套筒滾子鏈、鏈輪、配重和調(diào)節(jié)裝置等構(gòu)成。爐門運(yùn)行平穩(wěn)，能穩(wěn)定的平行提升和降落。
爐門設(shè)有安全銷，當(dāng)檢修和檢查時(shí)將安全銷鎖住爐門，并與控制系統(tǒng)聯(lián)鎖，降低風(fēng)險(xiǎn)。
爐門立柱由32#槽鋼及厚鋼板焊接成箱型結(jié)構(gòu)，橫梁采用槽鋼及工字鋼焊接成箱型結(jié)構(gòu)。
爐門采用爐前控制和遙控控制（帶遙控器）兩種方式，遙控控制可使操作人員遠(yuǎn)離高溫輻射，降低安全隱患。
爐門升降速度： 6～8m/min
爐門設(shè)有上、下行程雙保險(xiǎn)限位元機(jī)構(gòu)，限位元開關(guān)采用霍尼韋爾產(chǎn)品。同時(shí)設(shè)有超限安全保護(hù)開關(guān),一旦爐門上升越限,自動(dòng)切斷電源。
3.2. 爐門密封
爐門密封采用爐門鋼管+爐門柱槽鋼+軸承轉(zhuǎn)向的新型結(jié)構(gòu),采用4套重型汽缸+二側(cè)整體桿(不是4個(gè)點(diǎn))壓緊裝置。
4套重型氣缸的動(dòng)作各采用二套(同側(cè)二套氣缸用一套)SMC先導(dǎo)電磁閥(+24V 長期通電工作)+過濾裝置,氣缸限位采用歐姆龍接近開關(guān)。
爐門采用纖維內(nèi)襯，在關(guān)門時(shí)，爐門內(nèi)襯與爐口的墻體壓緊構(gòu)成一道密封，爐門四周的纖維與爐口的四周邊框構(gòu)成第二道密封。爐門上焊接的導(dǎo)桿，在活動(dòng)導(dǎo)槽內(nèi)運(yùn)行，當(dāng)爐門運(yùn)行到位時(shí)（下部安裝拖輪），由4套氣缸水平推力使?fàn)t門壓緊爐口。爐門在設(shè)計(jì)中要充分考慮高溫下頻繁開門裝出料的要求。
壓緊氣缸壓縮空氣系統(tǒng)，經(jīng)穩(wěn)壓、過濾三件套后定值撿測、欠壓報(bào)警。 供給爐門氣缸壓緊密封系統(tǒng)，作為操作動(dòng)力源,壓力0.5MPa。
4. 燃燒系統(tǒng)
退火爐的燒嘴均采用分體式自預(yù)熱燒嘴，并配備配備DP總線型燒嘴控制器或ET子站控制（不可單獨(dú)使用小型可編程控制器單獨(dú)控制燒嘴）。燃燒產(chǎn)物中（8%含氧量的情況下），NOX排放量≯200mg/Nm3，確保了爐子煙囪的總體NOX排放量、最大允許排放速率達(dá)標(biāo)。
焦?fàn)t煤氣自身預(yù)熱燒嘴或分體式自預(yù)熱燒嘴參數(shù)：
燒嘴類型 焦?fàn)t煤氣自身預(yù)熱燒嘴或分體式自預(yù)熱燒嘴；
燒嘴正常使用壽命 約4年（不包括點(diǎn)火電極）；
4.1. 燒嘴系統(tǒng)
每套焦?fàn)t煤氣自身預(yù)熱燒嘴或分體式自預(yù)熱燒嘴系統(tǒng)由一套燒嘴、DP總線型智能燒嘴控制器或ET子站控制根據(jù)爐子結(jié)構(gòu)的型式，將燒嘴均勻布置在爐子兩側(cè)下部，燒嘴采用通、斷交替的脈動(dòng)方式進(jìn)行控溫。
為保證安全生產(chǎn)，焦?fàn)t煤氣總管設(shè)有一道眼鏡閥，互為備用的二套過濾器、孔板流量計(jì)、緊急切斷閥，燒嘴前設(shè)有電磁閥，實(shí)時(shí)監(jiān)測空氣和焦?fàn)t煤氣壓力，當(dāng)空氣和焦?fàn)t煤氣壓力低于設(shè)定值時(shí)進(jìn)行報(bào)警并快速關(guān)閉焦?fàn)t煤氣管道上的緊急切斷閥。
4.2. 燃燒控制系統(tǒng)：
燒嘴控制：采用AmBC480控制器或通過S7-300（利舊）直接控制，禁止每個(gè)燒嘴單獨(dú)使用可編程小型PLC控制燒嘴。高壓包、點(diǎn)火電極按使用壽命不小于一年選型。
4.3.燃燒安全保護(hù)
自身預(yù)熱燒嘴或分體式自預(yù)熱燒嘴系統(tǒng)具有可靠的安全保護(hù)裝置，設(shè)有點(diǎn)火前自動(dòng)吹掃、自動(dòng)點(diǎn)火程控、熄火、回火自動(dòng)監(jiān)測保護(hù)及報(bào)警等多項(xiàng)多層次安全保護(hù)措施。
4.4.燃燒比調(diào)節(jié)：
自身預(yù)熱燒嘴或分體式自預(yù)熱燒嘴配有自控專用閥門和手動(dòng)閥，可實(shí)現(xiàn)助燃空氣、焦?fàn)t煤氣的定量供氣，實(shí)現(xiàn)燒嘴自動(dòng)控制和空燃比精確控制（a=1.05～1.1）。
5. 管路系統(tǒng)
5.1. 助燃空氣及引射空氣供應(yīng)系統(tǒng)
自身預(yù)熱燒嘴或分體式自預(yù)熱燒嘴前供風(fēng)系統(tǒng)分助燃空氣及旁通引射空氣，助燃空氣提供給各燒嘴燃燒用，引射空氣供煙氣排放用。由于爐子在加熱過程中對助燃空氣和引射空氣的需求量變化很大，而脈沖控制系統(tǒng)對空氣、焦?fàn)t煤氣壓力要求非常嚴(yán)格。因此為保證在任何工況下空氣總管壓力穩(wěn)定，該系統(tǒng)配置具有很大的助燃空氣流量調(diào)節(jié)范圍。風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口設(shè)有消音過濾裝置,空氣總管路上設(shè)有安全防爆裝置。在爐子的管前總管上設(shè)置一臺壓力變送器,風(fēng)機(jī)采用西門子變頻器變頻控制,并與上位S7-300 PLC- DCS的PID調(diào)節(jié)模塊組成風(fēng)壓定值PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)，隨著供風(fēng)量的改變，自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)爐前總風(fēng)管壓力，使風(fēng)壓控制在最佳值，風(fēng)閥調(diào)節(jié)(即風(fēng)壓調(diào)節(jié))有自動(dòng)和在HMI工作站上手操遙控兩種控制方式,自動(dòng)調(diào)節(jié)爐前助燃風(fēng)壓?？筛鶕?jù)燃燒情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣系統(tǒng)壓力和供風(fēng)量。
助燃空氣供應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)：
助燃風(fēng)機(jī)臺數(shù) 1 臺；
爐子兩側(cè)的空氣支管端頭，均設(shè)有防爆片。以防有焦?fàn)t煤氣滲入到空氣管路中發(fā)生危險(xiǎn)。
5.2. 焦?fàn)t煤氣管路系統(tǒng)
遵循原則:根椐燃?xì)鉅t設(shè)計(jì)安全規(guī)范,在3#、14#退火爐的焦?fàn)t煤氣管路及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了以下完善安全防爆措施；
①.燒嘴熄火報(bào)警并自動(dòng)快速切斷燒嘴前電動(dòng)燃?xì)忾y,重新自動(dòng)點(diǎn)火后,進(jìn)行3秒鐘的吹掃;
②.焦?fàn)t煤氣欠壓(≤2.5KPa)、風(fēng)機(jī)故障或欠壓(≤3KPa))時(shí)系統(tǒng)報(bào)警,延時(shí)6秒后,故障仍未消除,則自動(dòng)切斷焦?fàn)t煤氣電磁閥,同時(shí)自動(dòng)快速切斷總管安全切斷閥；
③.突然停電時(shí),自動(dòng)切斷燒嘴前電動(dòng)燃?xì)忾y及總管安全切斷閥,來電后,由人工起動(dòng)總管安全切斷閥后,進(jìn)入正常吹掃點(diǎn)火程序;安全切斷閥采用進(jìn)口電動(dòng)安全切斷閥。
④.爐前焦?fàn)t煤氣管路末端和總管上均設(shè)置了高端燃?xì)夥派⑾到y(tǒng),匯總后集中放散;首次開爐時(shí)或長時(shí)間停爐后再開爐時(shí),必須將管路中的空氣放凈,以免在點(diǎn)火時(shí)發(fā)生爆然或爆炸；
⑤.所有爐前空氣干管末端均設(shè)置了帶防護(hù)罩的防爆膜,以防焦?fàn)t煤氣因閥門泄漏或其他原因滲入空氣管路,產(chǎn)生燃?xì)獗〞r(shí),擊穿防爆膜泄壓,避免造成人身或設(shè)備傷害事故； 焦?fàn)t煤氣進(jìn)口總管上分別配置眼鏡閥、互為備用的二路焦?fàn)t煤氣過濾器、壓力變送器、調(diào)壓閥、安全切斷閥、孔板流量計(jì)、安全放散管路等；經(jīng)自動(dòng)調(diào)壓后,焦?fàn)t煤氣管道壓力從15～18Pa自動(dòng)減壓穩(wěn)壓,恒定在6PKa～8KPa,由于所配的調(diào)壓閥流量較大,在爐子火焰頻繁調(diào)節(jié)過程中,壓力波動(dòng)極小,確保控溫過程的穩(wěn)定；每套燃燒器前設(shè)有燃?xì)庵鞴苈罚O(shè)有廣州施能SG型焦?fàn)t煤氣電磁閥和手動(dòng)切斷球閥。每套燃燒器可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火、熄火報(bào)警等全過程的自動(dòng)控制。
6. 排煙系統(tǒng)
煙氣通過各燒嘴引射器引射到總煙道，總煙道匯總后通過引風(fēng)機(jī)連接至原煙囪排放。排煙溫度 ≤250 ℃；
自身預(yù)熱燒嘴或分體式自預(yù)熱燒嘴利用阻燃空氣沿?fù)Q熱器內(nèi)壁進(jìn)入燒嘴混合裝置，高溫?zé)煔庋負(fù)Q熱器外壁以相反的方向從爐內(nèi)流出，冷阻燃空氣和高溫?zé)煔馔ㄟ^換熱器進(jìn)行熱交換。通過煙氣與空氣的熱交換,回收煙氣大部分熱量以提高助燃空氣的溫度，煙氣排出溫度控制在180℃～250℃以下。
7. 密封系統(tǒng)
7.1. 爐門與爐體、爐車的結(jié)合部：
這一結(jié)合部是2臺熱處理爐最難以密封，又是爐子泄漏最大的部位。采用爐門纖維與爐口纖維組成迷宮結(jié)構(gòu),采用4套重型氣缸+二側(cè)整體桿壓緊裝置可靠壓緊。爐門下部耐火纖維凸臺與爐臺耐熱護(hù)板壓緊密封。采用這種密封結(jié)構(gòu)可以使這一部位密封得很好，調(diào)整方便。
7.2. 爐體和爐車兩側(cè)、后爐體與后爐車的結(jié)合部：
因?yàn)闋t體和爐車有相對進(jìn)出，考慮到加熱后的膨脹，這一部位應(yīng)有較大的間隙(約 40 mm)，而且退火爐需要做降溫控制,所以此部位采用爐后二套氣缸推動(dòng)型纖維軟密封裝置 ,以密封住爐車和爐體兩側(cè)的沙封刀。這種密封結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡潔、密封可靠，調(diào)整方便。在降溫工藝執(zhí)行過程中,一旦降溫速度低于預(yù)設(shè)的工藝要求,控制系統(tǒng)會自動(dòng)打開二側(cè)密封,加快降溫速度。
8. 電氣控制系統(tǒng)（利舊改造）
退火爐置于遠(yuǎn)程集控室的動(dòng)力柜、PLC 控制柜利舊改造,風(fēng)機(jī)控制改換西門子變頻器,爐子溫度控制采用西門子S7-300 PLC 作為核心控制，PID 自動(dòng)調(diào)節(jié)，按程序自動(dòng)控制升溫速度，實(shí)現(xiàn)良好的溫控；同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制：并設(shè)有報(bào)警、保護(hù)功能。更換的低壓電器元件均選用施耐德產(chǎn)品。電偶溫度直接進(jìn)PLC，不允許通過溫度變送器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 爐門的升降與臺車進(jìn)出實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。在現(xiàn)場設(shè)無線遙控操作器。
控制系統(tǒng)采用由上位機(jī)西門子S7-300PLC組成的集散控制系統(tǒng)。上位計(jì)算機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)與 SIEMENS S7-300 連接，完成上位機(jī)和 PLC 之間的數(shù)據(jù)雙向通訊，并預(yù)留光纖接口。 控制系統(tǒng)以 PLC作為控制核心，實(shí)現(xiàn)溫度控制、動(dòng)力控制、動(dòng)作以及連鎖保護(hù)，確保系統(tǒng)準(zhǔn)確安全可靠地工作；上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理、數(shù)據(jù)（狀態(tài)數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)）保存、工藝編制等。 每個(gè)區(qū)設(shè)一支雙芯熱電偶(1芯控溫/1芯記錄報(bào)警)，一支超溫報(bào)警熱電偶，這些熱偶的數(shù)據(jù)均傳輸?shù)焦た貦C(jī)上顯示并記錄。各區(qū)的溫度控制采用 PLC 進(jìn)行控制。通過對 PLC進(jìn)行合理的編程及參數(shù)設(shè)置，可以達(dá)到每個(gè)溫區(qū)最佳控制，達(dá)到較為理想的溫度穩(wěn)定性。
根據(jù)工件熱處理工藝，設(shè)定升溫速度、保溫溫度、保溫時(shí)間，系統(tǒng)便按照輸入的參數(shù)進(jìn)行溫度控制。在運(yùn)行過程中，根據(jù)實(shí)際情況可在線修改工藝參數(shù)，用戶可隨時(shí)更改工藝，并設(shè)有斷電保護(hù)，意外斷電后重啟，可繼續(xù)執(zhí)行斷電前工藝。當(dāng)爐溫超出設(shè)定范圍時(shí)，發(fā)出超溫報(bào)警信號，確保爐溫控制在設(shè)定范圍內(nèi)。
冷卻控制：根據(jù)退火曲線的要求由PLC 控制冷風(fēng)電磁閥的通、斷各燒嘴供風(fēng)或打開側(cè)密封補(bǔ)充供風(fēng)方式，實(shí)現(xiàn)精確的冷卻曲線。
PLC 控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作并帶有自診斷、自巡查功能，如：各溫區(qū)的超溫、斷偶檢測,PLC 通過與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，由上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤各檢測參數(shù)及顯示診斷信息。
9. 上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
2臺熱處理爐計(jì)算機(jī)集散式控制系統(tǒng)采用研華IPC610H-PⅤ工業(yè)控制機(jī)，配西門子WinCC7.0組態(tài)軟件, 作為上位監(jiān)控組態(tài)軟件，使整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)接口友好，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)流程圖，工藝曲線設(shè)定、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及查詢打印歷史數(shù)據(jù)記錄。
下位采用西門子公司S7-300系列PLC。
上位機(jī)的基于Windows7操作系統(tǒng)的西門子WinCC7.3監(jiān)控組態(tài)軟件.
計(jì)算機(jī)集散式控制系統(tǒng)由研華IPC610L工業(yè)控制機(jī)、27寸液晶顯示器等接口設(shè)備組成。
