脉冲式热处理炉应用及热工特性研究.doc

1、脉冲式热处理炉应用及热工特性研究摘要：金属工件的形成离不开热处理工艺，热处理工艺又不开合理的热处理炉。合理的热处理炉能够有效的提升产品质量、节约能源消耗水平和节省工人劳动强度，并且能够节省生产成本。传统的热处理炉具有性能差、环境污染大、成本高等特点，通过脉冲燃烧控制技术引入到热处理炉中能够有效的解决这类问题。因此，脉冲燃烧控制技术是未来工业炉控制技术的发展发现。脉冲燃烧控制技术传热效率高、炉内温度场均匀、氮氧化物排放少的优点。因此，研究脉冲式热处理炉应对提升脉冲式热处理炉的发展有着重要的意义。 关键词：脉冲控制;热处理;热工特性 Abstract: The formation of metal

2、 work piece cannot do without heat treatment, heat treatment process and without heat treatment furnace reasonable. Heat treatment furnace reasonable can effectively improve product quality, save energy consumption and save the labor intensity of workers, and can save the cost of production. Heat tr

3、eatment furnace with traditional performance is poor, environmental pollution, high cost; by means of pulse combustion control technology is introduced to solve this kind of problem in heat treatment furnace. Therefore, pulse combustion control technology is found that the development of control tec

4、hnology of industrial furnace in future. Pulse combustion control technology of high heat transfer efficiency, furnace temperature uniformity, less nitrogen oxide emissions. Therefore, study on the pulse type heat treatment furnace coping has important significance to promote the development of puls

5、e type heat treatment furnace. Keywords: Pulse control; heat treatment; thermal characteristics 中图分类号：TG15 文献标识码：A 文章编号： 1 热处理炉的应用 1.1 热处理工艺介绍 随着我国加入 WTO，与世界的联系不断加深。企业不仅面对国内企业的竞争，还将面临跨国的企业的竞争。产品的质量直接关系到企业的成败。在这样的背景下，决定产品质量的热处理工艺变得尤其重要。我国企业近几十年来，通过对国外先进技术的引进和消化，热处理工艺有着重大的进步。但是，由于我国热处理工艺底子薄和发展晚，整体上与发达

6、国家来说还是存在很大的差距。因此，近几年来我国加大了产业结构调正，通过投资加大了研发力度，热处理行业大量更新换代，不断吸收先进技术，通过精密热处理的发展，对我国节约能源和减少环境污染起着重要的作用。国家对热处理工艺的重视，使得我国热处理工艺技术有了长足的进步，大大提高了我国热处理整体水平。 通过对金属进行热处理可以有效的改善金属材料的性能和组织，能够完善金属的物理、力学和机械学性能。要是的金属制品具有高效的性能，必须要通过合适的热处理工艺进行处理。金属热处理工艺有正火、退火、淬火、回火等许多工艺组成。但是热处理工艺都离不开加热、保温和冷却这三个过程。要使金属工件达到所要的组织性能，关键是处理好

7、加热和冷却供需。如果加强供需不能满足热处理工艺的要求，就会对金属工件属性的形成带来不好的影响。另外，从整个热处理过程花费的时间来看，金属加热供需应该占整个热处理过程 40%到 80%的时间。从上面可以看出，加热工序是热处理工艺的关键。因此，要处理好加热工序的关键之处是有合适的加热设备，否则热处理工艺就不能达到要求，不能保证金属工件的质量。目前，随着高质量耐火材料的出现和燃烧技术的高度发展，计算机技术不断应用于热处理工艺，热处理炉不断实现全自动控制技术。 1.2 热处理炉应用 热处理工艺能否实现是由热处理炉的好坏决定的，好的热处理工艺能够带来好的产品质量。并且热处理炉还会直接关系到热处理的生产成

8、本。因此，设计合理的热处理炉，会直接关系到整个工程的技术经济活动。热处理炉在设计过程中应该要满足下列要求：第一，热处理炉要满足热处理工艺要求保证工艺能够实现和金属加热的质量。第二，热处理炉要性能好，经久耐用。第三，热处理炉能够精益求精，紧凑占有面积最优。第四，热处理炉要能够满足生产的自动化和机械化。第五，热处理炉建造费用低廉。热处理炉在使用过程中应该要达到下述的技术要求：第一，热处理炉应该能够加热均匀，温度分布合理。第二，热处理要保证金属有最少的氧化和脱碳。 2 脉冲控制燃烧技术的发展及应用 传统的热处理炉难以处理受燃料量的调节和测量。但是，现阶段国际上出现的脉冲燃烧控制技术有效的解决这个问题

9、。脉冲燃烧技术的出现具有一定的革命性，能够有效的解决传统燃烧控制技术的缺陷，是未来发展的方向。 2.1 脉冲燃烧控制原理 脉冲然手控制主要采用间断燃烧的方式，通过脉宽调制技术来调节燃烧时间对加热炉进行温度控制。这种技术是通过对给定区域中某个烧嘴燃料的控制来控制该烧嘴点燃的时间和频率。其主要由调节单元、非线性处理单元、控制输出单元、变结构的 PID 调节单元组成。调节单元是对设定信号和温度进行处理。非线性处理单元是对系统温度进行控制。控制输出单元是对烧嘴燃料供给量进行控制。PID 调节特性是对烧嘴的燃烧时间和温度进行控制，来节约能源。 2.2 脉冲控制的燃烧策略 脉冲燃烧是根据炉温的变化周期性来

10、向炉内提供燃料，使得烧嘴总是能够有足够的燃料，可以保证在任何情况下都能够快速的喷出烟气来保证炉内温度达到均匀。并且通过自动控制技术和策略来实现热处理炉合理。脉冲燃烧是通过把传统燃烧技术的连续调节方式改变为通断式调节。使得烧嘴能够达到最佳燃烧状态，能够保证炉温达到均匀。通过脉冲燃烧，可以使得炉内气体达到循环，强化了对流传热。脉冲燃烧方式通过气体与固定表明在燃烧炉中形成对流换热，能够使得固定表明有层流边界层，能偶有效的强化对流给热，减少边界层的热阻，从而大大提高了对流给热量。但是，脉冲燃烧方式还是具有调节周期长和速度慢，精度难以调节等缺点 2.3 脉冲控制燃烧的优点 脉冲控制然手技术与传统燃烧技术

11、相比降低了 66%氮氧化物的排放。并且，整个炉内燃烧温度低，能够有效的抑制氮氧化物的形成。通过把脉冲燃烧技术应用到热处理炉中，可以有效的解决传统燃烧频繁、死区大等缺点，能够使得炉内达到最佳燃烧状态，对于节约能源和保护环境有着重要的意义。现阶段，脉冲燃烧技术广泛的用于石化、陶瓷、冶金等行业，对于产品质量的提升和减少环境污染有着重要的作用。 3 高速燃烧器的发展及应用 高速燃烧器是脉冲式热处理炉中最关键的部门，直接关系炉嘴是否能够喷射出合格的火焰。高速燃烧器是指燃料在燃烧室和坑道的前半部就能够完全燃烧，完全燃烧形成的高温烟气能够在足够压力下从喷嘴喷出，来强化炉内的对流换热和烟气循环。高速燃烧器于

12、50 年代末发明于美国。在高速燃烧器中燃烧能够使得火焰高速喷出。这样能够有效的解决炉中低温阶段需热量小，焰气流量少，喷射速度低以及炉内温度差别大等问题。通过高速燃烧器能够有效的强化热对流，对于产品质量的提高有着重要的作用。 高速燃烧器有着一下的优点。第一，能够使得燃烧室内的温度在短时间内达到极高，可以接近 2000 度，并且其易于操作结构简单，对于节约燃料有着重要的意义。第二，能够有效的通过高速气流和高温带动炉内烟气的循环，使得物料温差得到缩小。减少物料损耗和提高产品质量。第三，能够适应各种燃烧炉的要求，并且应用范围广。第四，炉内温度能偶随意调节，气氛也可以任意的调节成氧化、中性气体和还原性气

13、体氛围。第五，对于燃气的要求低，低热值的煤气也可以在高速燃烧器中稳定燃烧。第六，燃烧产生的氮氧化物含量低。第七，能够有效的节省燃料，高速燃烧起能够有效的减少炉内热能的损耗。第八，可以减少热处理炉中燃烧器的数目，并且易于自动控制。但是，其也有一些特点，比如噪音大，需要用特殊的耐高温和耐冲刷材料构建。 参考文献 1王秉锉.工业炉设计手册M，北京：机械工业出版社,1996,52-53. 2陆钟武.火焰炉M，东北大学,1994,126-131. 3姜正候.燃气工程技术手册M，同济大学出版社,1993,954-999. 4王秉锉.热处理手册M，北京:机械工业出版社,1993,354-367. 5高家锐.动量、热量、质量传输原理M，重庆大学出版社，1987，264-254. 6武立云，张继光.脉冲控制燃烧器热工特性的实验研究J，工业炉，2008. 7李慧芳，王才.脉冲燃烧控制技术在车轮热处理回火炉上的成功应用M，科技情报开发与经济，2007. 8李善斌,王怀彬.脉冲燃烧器的工作原理与应用J,节能技术,2004,40-41.