扭力轴退火热处理生产线的设计与应用

底建永，宋德荣，温鸿博

（北方工程设计研究院有限公司，河北 石家庄050022）



扭力轴退火热处理生产线的设计与应用

底建永，宋德荣，温鸿博

（北方工程设计研究院有限公司，河北 石家庄050022）

对北方车辆公司扭力轴退火热处理生产线的结构、功能进行介绍，着重阐述井式炉的燃烧系统、控制系统及自身预热式烧嘴在井式炉上的创新性应用。

退火热处理；井式炉；节能；自身预热式烧嘴；低NOx

某扭力轴退火热处理生产线于2014年竣工并投产，整条生产线包括准备工位、气动平衡吊（上料）、上料工位、井式燃气退火炉、缓冷工位、气动平衡吊（卸料）、卸料工位、收料台架、生产工装及电气自动化控制系统等（见图1）。井式炉燃料为天然气，炉子规格Φ1.05 m×2.5 m。

1　工艺流程

完成上一道工序的扭力轴存放在准备工位料台上。上料工位由半沉式地坑和气动平衡吊组成，气动平衡吊将准备工位的扭力轴起吊至地坑中的工装料盘上，每个料盘可吊装30根扭力轴。装满扭力轴的料盘由气动平衡吊起吊至井式炉中。热处理工艺要求退火温度930℃，保温2～2.5 h，随炉降温至600℃时出炉冷却。热处理工艺曲线如图2所示。完成退火的扭力轴随工装料盘起吊至缓冷坑内进行冷却，待完全冷却后转运至卸料工位，而后转入下一道校直工序。

图1　扭力轴退火热处理生产线

图2　热处理工艺曲线图

2　主要技术参数

该井式燃气退火炉的主要技术参数见表1。

表1　井式燃气退火炉的主要技术参数

3　燃烧系统

井式燃气退火炉烧嘴的选用，目前国内成熟的做法是使用高速脉冲式烧嘴，这种烧嘴需要在炉体结构上独立设置地下排烟烟道和配置空气预热装置，占地面积大，空气预热温度低，节能效果不明显。为达到甲方技术领先、节能环保的要求，项目组人员经过认真研究和反复论证，最终将高效节能型自身预热烧嘴应用于井式燃气退火炉上，这在国内是一个技术创新，是井式燃气热处理炉领域燃烧理念新的突破，也是一个大胆的尝试。

炉子使用高效节能型自身预热烧嘴，具有燃烧、空气预热和排烟多功能于一体，空气预热温度可达500℃，排烟烟气温度低于300℃，烧嘴换热效率可达70%。由于烧嘴本身具有排烟功能，专用的引射排烟系统减少了排烟所需的烟道，又使炉内每个控温区的温度和压力分区可调可控，实现了炉内温度场均匀稳定。同时该烧嘴采用空气分级燃烧技术，阻碍了高温空气下燃烧气体NOx形成。NOx排放可控在150～200 mg/m3范围内，达到了环保要求，保护了大气环境。高效节能型自身预热烧嘴见图3。

全炉共螺旋状布置高效节能型自身预热烧嘴8个，每个烧嘴配有烧嘴控制器和点火变压器，可实现自动点火。每两个烧嘴为一区，分4个控温区进行全自动控制。

图3　高效节能型自身预热烧嘴

4　供风与排烟系统

供风风机与引射排烟风机分开，两台风机均采用变频定压风机，这样有利于燃料燃烧和炉温炉压的控制。采用明火燃烧时，烧嘴配备有专利的烟气引射系统保证90%～100%的烟气从烧嘴排出，并且可调节炉膛压力。燃烧产物经引风机通过排烟管路直接排入室外，烟囱高度超出厂房高度，排放标准符合北京市地方标准要求（DB/501-2007）。

该烧嘴的引射排烟系统减少了常规烧嘴采用换热器集中换热所需的烟道、空气管道保温、耐高温阀门等环节，既节约了成本又减少了占地面积。

5　控制系统

整个井式退火炉的控制系统为全套自动控制系统，由设备自控系统和人机界面HMI—工业PC机构成。设备自控系统由仪控和电控两部分构成。

5.1温度控制

炉温控制采用PID+数字化脉冲的控制方式。系统主要有测温热电偶、智能仪表、PLC模块和电动调节阀组成，控温仪表（和PLC）接受检测热电偶及变送单元传送的标准信号，通过PID参数的比较与计算输出执行信号，控制响应阀门，从而达到控制炉温的要求。

为了使炉温满足工艺曲线的降温速度，在本炉烟气引射风管道上装有一台电控调节阀来控制炉膛负压（排烟速度），从而控制炉温的降温速度。

5.2炉压控制

炉膛炉压控制系统由压力变送器、PID控制模块和引射风管道上的蝶阀构成自控调节闭环系统。引射风管道上蝶阀控制回路设手动、自动两种控制方式，操作人员可在上位机上实现控制回路手动、自动切换，正常工作时回路处于自动，启停炉或其他必要情况时，可切换至手动，在画面上输入引射风管道上阀门的开度百分比。

6　结语

该生产线于当年8月底经检测合格后交付给北京北方车辆集团有限公司进行试生产运行。生产线运行后未发生一次掉、卡轴事故。生产线运行平稳，安全可靠，各项技术指标均达到甲方技术要求。自身预热式烧嘴成功应用于井式燃气热处理炉上，在国内同类炉型中是一个技术创新，并达到令人满意的效果。为今后新技术的推广积累了实践经验。

［1］王秉铨.工业炉设计手册［M］.3版.北京：机械工业出版社，2010.

［2］杨世铭，陶文铨.传热学［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，高级工程师，主要从事工业炉窑的设计研究工作.