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球墨铸铁技术特点及应用2018/7/20 12:25:20

 1铸管退火炉主要技术特点

  1.1铸管热处理目的及热处理曲线

  球墨铸管由于壁薄,在加热段属于"薄料"加热,因此不限制加热速度,一般在5~20min内将铸管加热到规定温度(900~930℃)。

  保温时间一般为15~20min,保温时间的长短及温度取决于铁液成分。铁液中含Mn,Cu,Cr越高,所需加热与保温温度越高,保温时间越长。经过加热和保温,铸管中的渗碳体组织应该完全被破坏,然后进入快冷段。

  快冷时间一般为7~10min,时间长短取决于铸管规格,冷却强度及终冷温度。快冷段出口终冷温度一般控制在780℃左右。

  缓冷段时间一般为20~30min,缓冷终了温度范围较大,一般为650~730℃,经过缓冷实现基体组织转化的铸管可以快速冷却后出炉,进入精整线。

  1.2炉型结构及方案选择

  根据铸管规格,热处理曲线及退火炉生产率,确定退火炉有效长度,另外,还需考虑铸管运行速度以及铁液化学成分等因素的影响。我公司为邯郸金鑫铸管厂设计并于2001年投产的DN100~400球墨铸管退火炉,生产率8t/h,炉长为26m.后邯郸金鑫铸管厂铸管规格变为DN100~800,相应炉长增加为40m.我公司为俄罗斯铸管厂设计并于2007年投产的DN100~1000球墨铸管退火炉,生产率25t/h,因为其铁液成分中Cr的含量偏高,必须增加炉长,增加保温时间,因此炉长定为58m.目前已经投产,使用效果良好。所以处理大规格的铸管的退火炉长度相应地长一些;反之,处理小规格铸管的退火炉,炉长可以做得短一些。当然,炉长和铸管的运行速度还要根据退火炉产量,热处理曲线等一系列因素综合考虑。

  在退火炉入炉和出炉口,分别设置有耐热钢隔帘和密封气幕,入炉口的耐热钢隔帘可以升降,最大限度地减少了炉门口的吸风和溢气。在急冷段的两端以及缓冷段和出炉段之间,也设置了耐热钢隔帘,防止了炉气的窜动。

  

  保温段烧嘴既可以采用炉顶平焰烧嘴,也可以采用侧墙烧嘴,关键是保证整个保温段的炉膛长度与宽度方向上的温度均匀,确保铸管基体内渗碳体的完全分解。因此可选择多个小功率的烧嘴,均布在炉顶或侧墙上。布置在侧墙上的烧嘴采用高速和亚高速烧嘴,依靠高速热流的搅拌促使炉膛温度均匀。

  再者,保温段铸管处在高温下,很容易氧化,应该控制炉内气氛为中性或还原性气氛。

  急冷段冷却方式多采用水冷方式。入口水温20~30℃,出口水温小于60℃,冷却水管组下方设置冷却翻板,铸管温度由红外辐射温度计进行检测,并根据检测值控制冷却翻板角度,达到控制炉温的目的。急冷段前后设置压下曲线炉顶。曲线炉顶下挂耐热钢制作的隔帘,减少各段温度的相互干扰,有利于各段温度控制。

  缓冷段的热工控制将最终决定铸管的力学性能,因此温度控制尤为关键。此段采用先进的脉冲燃烧方式,一般在炉两侧墙设置煤气或燃油烧嘴。在此段内管温从780℃均匀下降到650℃,以便得到理想的基体组织和满意的力学性能。当生产大口径铸管时或退火炉产量大时,铸管放出的热量大于炉体散热量,这时应向炉内铸管喷射冷空气,带走多余的热量。当生产小口径铸管时或退火炉产量低时,铸管放出的热量小于炉体散热量,这时需开启烧嘴,补给所需热量,维持铸管缓慢冷却。缓冷段和后缓冷段设置压下炉顶。

  1.3退火炉机械传动系统

  根据装管工艺要求,退火炉炉前设备由拨挡装置,对中机和V型托辊,管径测量系统,步进梁,液压系统和自控系统组成。分为拨挡工位,对中工位,自动进料工位。

  铸管到达拨挡工位后,由管径识别器测量管径,PLC根据工位反馈信号,由液压系统驱动拨挡管机构,把铸管送入下道工位。根据管径的不同,DN100- 300由单缸拨管,DN400-1200由双缸拨管。

  铸管拨到对中工位V型托辊上后,PLC给出信号,对中机自动向前对中,到位后对中机停留3~5s后自动复位。

  铸管对中后,PLC根据各工位反馈信号,管径识别器确认管径,PLC根据管径信号和光电开关检测到的链节拨爪,步进梁装置将铸管送至炉前轨道上方,拨爪到位后,自动推动铸管滚动进入炉内。

  炉前设备控制由PLC控制完成,并可进行手动操作。手动操作主要是进行设备复位及故障处理等特殊情况处理。

  炉内运输链由炉链节,驱动转向站,传动轴,传动链机构,减速机构,调速电机组成。铸管由两条输送链在炉内输送,输送链驱动站设在炉后,炉底平铺五条滑轨,铸管在滑轨上由拨爪推着滚动,链速为0.4~1.2m/s(工艺链速0.4~0.8m/s)。

  2退火炉控制系统

  整个控制系统采用一整套PLC作为控制系统的核心,完成温度,流量,压力,物料运输控制及保护系统。采用Wincc编制上位计算机人机交换界面,与PLC进行通讯,显示现场数据,并通过此界面对工艺相关参数进行设置,完成整个系统的监视及可视化集中操作等功能。

  PLC系统选用SimensS7-400控制系统为主体,与现场仪表及执行机构相结合,进行数据采集,显示及运行控制。现场控制站(S7-400)组装于控制柜内,完成数据的采集和运行控制。监控站则置于计算机台面上,其主要功能包括:①监视退火炉运行状况,显示过程参数,对主要数据进行归档存储,打印输出等;②设置退火炉操作运行参数,以及向现场执行机构发出控制信号;③报警记录。

  Wincc操作监视画面以退火炉工艺流程图为主画面,配合实物简图显示风机运行状态,各段炉温,炉压,空煤气总管压力,流量等。对各机构,设备的控制提供可隐藏的多层小界面操作。工艺参数界面除显示炉况参数外,还可对各类报警参数,空燃比等进行设置。

  2.1温度控制加热段和保温段温度控制

  采用连续比例控制,温度分两段控制。根据热电偶采集的炉温信号送至PLC与设定值比较,经PID计算后,PLC输出信号控制助燃风调节阀,调节助燃风量,根据助燃风量的改变及空/燃气比例,系统自动调节燃气的流量,从而改变烧嘴的输出功率,实现温度自动控制及最佳空/燃配比,并达到控制炉温的目的。连续比例控制方式虽然可以实时控制烧嘴功率的大小来控制炉温,但是当输出功率小于30%的时候,比例阀会出现一定的死区现象,温度也会相应地出现漂移,影响了正常的工艺要求。在这里,我们根据多年的调试经验及现场的实际情况,在程序中做出输出功率的上下限幅,并结合通断烧嘴的工作状态较好地解决了这个问题。

  为保证各烧嘴的安全运行,每个烧嘴配置火焰检测器及自动点火装置,烧嘴前燃气管路配电磁阀,保证燃气的安全燃烧。炉内温度及其他各种参数,按要求定期存入计算机,并可随时自动打印记录。该系统留有与上位机的通讯接口,可与企业微机网络联网,可以异地了解该炉的所有工艺曲线参数和运行状况。

  缓冷段分成两段,各段的加热/冷却控制采用脉冲燃烧系统。该系统的核心为脉冲燃烧控制系统。在脉冲燃烧控制系统中,烧嘴只工作在开/关两种状态下,用户可根据对烧嘴的功率,混合比,喷出速度等要求将烧嘴一次性调到最佳状态,这样每次启动烧嘴时,烧嘴都处于最佳工作状态,对于提高燃烧效率和降低排放物污染水平都具有明显效果。通过多个烧嘴配合工作产生的热气流可在炉内产生分布均匀的温度场,提高被处理工件的加热质量和温度均匀性。这种先进的控制模式在冶金和机械热处理行业都有着广泛的应用。

  采用加热或冷却的方式,保证缓冷段的工艺温度要求。冷却时切断燃气通路,通过燃烧器以同样的方式掺加冷风进行冷却;当冷却强度不够时,再启动冷却风机通过炉顶吹冷风,达到温度控制的目的。各烧嘴配置烧嘴控制器和火焰检测器,实现烧嘴的自动点火及熄火保护等功能。

  2.2压力控制

  炉压控制采用微差压变送器采集炉膛压力与大气压的差压信号,与炉压设定值进行比较并结合烧嘴的工作负荷,通过PID调节方式控制烟道蝶阀,以达到控制炉压目的。

  助燃风总管稳压系统是通过压力变送器测量助燃风总管压力信号,调节助燃鼓风机入口多叶阀,自动控制冷风总管压力,保证助燃风管的压力恒定。


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