朱鎮(zhèn)鐘

（圣戈班（馬鞍山）管道系統(tǒng)有限公司，安徽 馬鞍山 243052）

離心鑄管機(jī)生產(chǎn)出的球墨鑄鐵管將經(jīng)過退火、噴鋅、修磨、水壓試驗(yàn)、水泥涂襯、養(yǎng)生和內(nèi)表面處理工序，最后進(jìn)入到噴涂工序[2]。噴涂工序又包括鑄管預(yù)熱、外噴涂、烘干固化和檢驗(yàn)包裝工序。在噴涂工序中，鑄管預(yù)熱工序最為重要。鑄管預(yù)熱溫度是保證后續(xù)的外噴涂質(zhì)量，直接影響著外涂車間的生產(chǎn)能力[3]。

由于鑄管機(jī)產(chǎn)能的提高，現(xiàn)有的預(yù)熱爐能力不能滿足要求，成為生產(chǎn)的瓶頸。為了改變這種現(xiàn)狀，通過對(duì)10m預(yù)熱爐系統(tǒng)研究與計(jì)算，在以最少成本來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)為前提下，保持爐體尺寸和整體結(jié)構(gòu)不改變，只對(duì)燃燒系統(tǒng)與熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)工藝和產(chǎn)能的需求。改造投入使用后，經(jīng)過三年多的生產(chǎn)實(shí)踐證明，取得預(yù)期效果。

1 預(yù)熱爐的結(jié)構(gòu)組成與現(xiàn)狀

1.1 預(yù)熱爐的結(jié)構(gòu)組成

預(yù)熱爐屬于低溫?zé)峥諝庋h(huán)工業(yè)爐[5]，總長(zhǎng)10m，其適用于鑄管尺寸DN100～DN600，長(zhǎng)度6000mm.圖1為預(yù)熱爐結(jié)構(gòu)圖。

天然氣在燃燒室3內(nèi)燃燒，由助燃風(fēng)機(jī)把燃燒室內(nèi)的熱量帶到循環(huán)管道1內(nèi)，然后由引風(fēng)機(jī)2把熱空氣從預(yù)熱爐的頭端吹入爐內(nèi)，爐頂和側(cè)面有噴嘴5、6，再?gòu)念A(yù)熱爐尾端把換熱后的空氣引回到循環(huán)管道1內(nèi)與燃燒室內(nèi)的熱量混合，同時(shí)被加熱。爐溫由熱電偶檢測(cè)，PD數(shù)顯溫度調(diào)節(jié)儀輸出控制信號(hào)，調(diào)節(jié)燃燒系統(tǒng)的天然氣流量及燃燒溫度來保持設(shè)定爐溫的穩(wěn)定。爐體主要部分還有爐門裝置、密封裝置、工件輸送裝置等。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)制造良好的典型爐型可實(shí)現(xiàn)加熱速度快、爐溫均勻、工件潔凈度較好的效果，適用溫度300℃以下。

圖1 預(yù)熱爐結(jié)構(gòu)圖

1.2 預(yù)熱爐原有狀況

原來預(yù)熱爐的爐內(nèi)溫度最大只能達(dá)到90℃.鑄管出爐溫度只有30℃左右。頂部和側(cè)面噴嘴只在6m長(zhǎng)度范圍內(nèi)布置，該預(yù)熱爐采用循環(huán)加熱系統(tǒng)分離形式。表1是預(yù)熱爐的技術(shù)性能表。

表1 預(yù)熱爐的技術(shù)性能表

2 預(yù)熱爐系統(tǒng)的改造

2.1 爐體的改造

爐體的改造主要是為了滿足熱風(fēng)系統(tǒng)安裝的要求。便于安裝熱風(fēng)風(fēng)道和燃燒裝置。同時(shí)修護(hù)爐體的保溫結(jié)構(gòu)層，降低熱量的損失。

2.2 爐內(nèi)熱風(fēng)系統(tǒng)改造

根據(jù)空氣循環(huán)加熱爐的設(shè)計(jì)理論，氣流速度與對(duì)流換熱系數(shù)有著密切的關(guān)系。氣流速度越大，對(duì)提高爐溫均勻性越有利。由于不同爐型結(jié)構(gòu)的差別、氣流途經(jīng)的長(zhǎng)短、室內(nèi)或室外循環(huán)、保溫層的設(shè)置和氣流沿途溫度逐步下降因素以及需要加熱工件的形狀、大小、壁厚等具體情況各異。采用氣流循環(huán)次數(shù)能更確切地反映爐內(nèi)氣流速度與爐溫均勻性的關(guān)系。循環(huán)次數(shù)越大，爐溫均勻度越好。對(duì)于一般空氣循環(huán)爐的爐溫均勻度要求為±（3～5）℃時(shí)，循環(huán)次數(shù)應(yīng)為0.5～1.0.并且由于氣流速度慢、循環(huán)次數(shù)低，再延長(zhǎng)保溫時(shí)間或提高加熱溫度，對(duì)改變爐膛、工件溫度的不均勻性也無濟(jì)于事[1]。

根據(jù)強(qiáng)制對(duì)流傳熱原理，高速噴出的氣流破壞固體表面的流體邊界層，使其紊流化，極大地增加了空氣側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)，從而提高了綜合傳熱系數(shù)[4]。

為此，對(duì)熱氣流循環(huán)系統(tǒng)采取如下的改造措施：

1）采用爐內(nèi)全長(zhǎng)10m頂部底部雙向噴嘴送風(fēng)，爐頂中部回風(fēng)口集中回風(fēng)。風(fēng)速能達(dá)到4m/s以上。爐內(nèi)換熱均勻，換熱系數(shù)可達(dá)25W/m2·℃.

2）拆除原有頂部風(fēng)管，新增頂部風(fēng)箱及風(fēng)嘴，頂部風(fēng)量占總風(fēng)量的1/3.拆除原有側(cè)墻風(fēng)管，新增側(cè)墻風(fēng)箱。新增底部風(fēng)箱及風(fēng)嘴，底部風(fēng)量占總風(fēng)量的2/3.側(cè)墻輔助送風(fēng)。

3）提高風(fēng)機(jī)的能力到60000m3/h.

2.3 熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)改造

原來的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)與燃燒室是分離的，通過阻燃風(fēng)機(jī)把熱量帶到循環(huán)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)。這樣的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致熱量損失比較大，而且燃燒室內(nèi)的熱量只有一部分參與熱循環(huán)，使得爐溫比較低，同時(shí)燃燒室內(nèi)的熱量一直比較高，燃燒室損壞比較快。為了解決這一問題，采用一體式循環(huán)加熱系統(tǒng)，即由熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)、燃?xì)饧訜崾?、送回風(fēng)管等組成。熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)為嵌入式，熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)安裝在爐頂平臺(tái)上。圖2是改造后的預(yù)熱爐結(jié)構(gòu)圖。

2.4 燃燒系統(tǒng)改造

根據(jù)計(jì)算，原有的燒嘴的功率已經(jīng)足夠，不需要更換，燒嘴及調(diào)節(jié)閥利用原有元件，阻燃風(fēng)機(jī)也利用原有元件，只是對(duì)原有的管路系統(tǒng)進(jìn)行改造。原來助燃風(fēng)機(jī)出口為100mm×140mm，擴(kuò)大為φ300mm后，又縮小為φ100mm，又進(jìn)一步縮小為φ65mm，分支又變?yōu)閮蓚€(gè)φ65mm.部分管路速度過大，整個(gè)管路速度變化太大，造成管路阻力過大，助燃風(fēng)壓過小，助燃風(fēng)量過小，這樣使得通過比例閥的燃?xì)饬窟^小，達(dá)不到額定能力。

圖2 改造后的預(yù)熱爐結(jié)構(gòu)圖

改造后，風(fēng)機(jī)出口100mm×140mm，變成φ150mm，在燒嘴上方時(shí)縮小為φ100mm，然后分支為兩個(gè)φ65mm.降低風(fēng)管風(fēng)速，降低風(fēng)管系統(tǒng)阻力，提高風(fēng)量和嘴前助燃風(fēng)壓。通過管路改造，燒嘴加熱能力比目前增加約1倍，達(dá)到額定燃燒能力，較大幅度提高爐溫，滿足使用要求。圖3是改造后燃燒系統(tǒng)圖。

圖3 改造后的燃燒系統(tǒng)圖

2.5 電氣控制系統(tǒng)

改造后的電氣控制系統(tǒng)具有完善的聯(lián)鎖保護(hù)、超溫報(bào)警等自控功能?？刂葡到y(tǒng)設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)兩種控制形式。當(dāng)有非安全生產(chǎn)因素存在時(shí)，自動(dòng)切斷氣源，保證安全。

溫度控制和流量計(jì)量采用宇光智能儀表，溫度預(yù)置后自動(dòng)控制調(diào)節(jié)。熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置3套測(cè)溫裝置，1套用于工作溫度控制，2套用于溫度顯示。儀表配有485接口。

主電氣元件和面板按鈕指示燈等采用施耐德產(chǎn)品，端子采用菲尼克斯，測(cè)溫裝置及其他元件均采用知名公司的產(chǎn)品。

2.6 改造后技術(shù)參數(shù)

經(jīng)過改造后，預(yù)熱爐能達(dá)到的技術(shù)參數(shù)如表2所示。從表中可見，改造后的加熱功率不超過640kW，但爐溫提高到了130℃，管道出爐溫度也能達(dá)到60℃，滿足工藝要求。

表2 改造后的技術(shù)參數(shù)

3 改造后的效果

改造投入運(yùn)營(yíng)正常后，在加熱功率不變，鏈速增加，當(dāng)年產(chǎn)量14萬t提高到20萬t時(shí)，預(yù)熱時(shí)間縮短，對(duì)鑄管長(zhǎng)度方向的溫度取點(diǎn)測(cè)量，溫差≤1℃，鑄管溫度≥60℃.為大幅提高外涂成品率提供了保障，保證預(yù)熱爐不再成為瓶頸，達(dá)到了設(shè)備改造的預(yù)期目的。

[1]張建鷹，常瑞強(qiáng)，董建萍，等.大型空氣循環(huán)換熱預(yù)熱爐的系統(tǒng)改造[J］.金屬熱處理，2009，30（3）：101-102.

[2]曹俊鋒，王華，王福興，等.球墨鑄鐵管噴涂線預(yù)熱爐設(shè)計(jì)[J］.農(nóng)業(yè)工程，2012（9）：37-38.

[3]吳建偉，王海玲.球墨鑄鐵管外部防腐效果生產(chǎn)實(shí)踐[J］.鑄造技術(shù)，2009，30（7）：47-48.

[4]第一機(jī)械工業(yè)部第一設(shè)計(jì)院.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)[M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

[5]劉波，張杰哲，薛紀(jì)二，等.DN100～400mm球墨鑄鐵管涂敷線預(yù)熱爐[G］//2009全國(guó)機(jī)電企業(yè)工藝年會(huì)（廈工杯）工藝征文論文集.2009.