CN102399964B - 钢管正火炉 - Google Patents

Abstract

一种钢管正火炉，属于金属管材加工窑炉技术领域。包括明焰连续热处理炉炉体，该明焰连续热处理炉炉体的炉膛的一端为具有排烟口的燃烧加热保温区，而另一端为冷却区，燃烧加热保温区与冷却区之间由窄缩的颈道连通，特点：在所述的排烟口上配接有一用于将出自排烟口的高温烟气预换热的预热空气换热机构，在所述的冷却区上设置有一用于将冷却后的烟气引入冷却区的冷却烟气进气管，在该冷却烟气进气管上配接有一烟气冷却机构，该烟气冷却机构与所述的预热空气换热机构连接，用于接受来自预热空气换热机构预热后的烟气。优点：可在炉内完成对钢管正火，从而可以避免对环境产生影响的弊端，此外，还具有节约资源和能源的长处。

Description

钢管正火炉

技术领域

本发明属于金属管材加工窑炉技术领域，具体涉及一种钢管正火炉。

背景技术

正火，又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上30-50℃，保温一定时间后，从炉子中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺，其目的在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点在于正火冷却速度比退火冷却速度快，因而正火组织比退火组织更细，其机械物理性能也有所提高。前述Ac3是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度；前述的Accm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线。

目前，钢管生产厂商对钢管正火通常采用传统的明焰加热连续处理炉。在执行钢管正火工艺时普遍采用高温出炉风冷过程来实现。高温出炉风冷虽然具有不占用设备并且生产效率高的长处，但是存在以下技术问题：一是钢管的表面质量难以保障，因为钢管在高温状态出炉后暴露于空气介质中风冷，易致钢管表面急剧氧化，并且产生树皮状氧化皮，严重时还伴随有氧化起泡现象；二是造成资源浪费，例如壁厚为4㎜的矩形钢管，经炉外空气介质中风冷后，双面（内外壁）氧化厚度一般为0.04㎜，从而造成钢耗10‰（千分之十）；三是增加后续处理工序并且易造成对环境污染，因为，为了去除表面氧化皮（氧化层），需要通过酸洗工序酸洗，在酸洗后进行修磨或喷丸处理，因而不仅增加了善后工艺的成本，而且酸洗会损及环境，特别是将酸洗废液废弃不当；四是钢管机械性能得不到保证，一致性差，因为由于钢管热处理是多支排列，炉外风冷受到诸如风力大小、近风、远风、阴面和阳面之类的不可控制因素影响，从而客观上难以保障正火处理后的钢管的机械物理性能的一致性；五是浪费能源，具体表现为过程余热利用率低，以目前全社会崇尚节约型和节能型经济精神相悖。

当然，如果将钢管在经明焰加热连续热处理炉热处理后转入另行配置的具有保护气氛（如氮气）的正火炉内正火处理，那么上述氧化现象可以得到有效遏制，但是择此方式会极大地增加处理成本。

毫无疑问，在明焰加热连续热处理炉内实施炉内正火可以完全消除前述的五点欠缺，然而在已公开的专利和非专利文献中均未见诸有相应的或称可借鉴的技术启示。为此，本申请人作了有益的探索，终于找到了解决问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是基于这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种能使钢管在明焰加热连续热处理炉内完成正火而藉以避免因炉外风冷所造成的表面氧化、浪费资源和能源、影响钢管物理性能的一致性以及避免因后续酸洗处理而造成损及环境。

本发明的任务是这样来完成的，一种钢管正火炉，包括明焰连续热处理炉炉体，该明焰连续热处理炉炉体的炉膛的一端为具有排烟口的燃烧加热保温区，而另一端为冷却区，燃烧加热保温区与冷却区之间由窄缩的颈道连通，特征在于：在所述的排烟口上配接有一用于将出自排烟口的高温烟气预换热的预热空气换热机构，在所述的冷却区上设置有一用于将冷却后的烟气引入冷却区的冷却烟气进气管，在该冷却烟气进气管上配接有一烟气冷却机构，该烟气冷却机构与所述的预热空气换热机构连接，用于接受来自预热空气换热机构预热后的烟气，所述的预热空气换热机构包括预换热箱体、第一、第二管板、一组第一换热管和一第一风机，预换热箱体的一侧具有一第一接口和一第二接口，而另一端具有一第三接口，第一、第二管板彼此上下对应地固定在预换热箱体的箱腔内，藉由第一、第二管板将预换热箱体的箱腔分隔为顶部的热风腔、中部的烟气换热腔和下部的进风腔，其中：热风腔位于第一管板的上部，烟气换热腔位于第一、第二管板之间，而进风腔位于第二管板的下方，所述的第一接口与热风腔相通，所述第二接口以及第三接口均与烟气换热腔相通，一组第一换热管固定在第一、第二管板之间，各第一换热管的中部位于烟气换热腔内，而上端与热风腔相通，下端则与进风腔相通，第一风机与所述进风腔相配接，用于向进风腔引入外界空气，所述的第一接口通过管路与所述明焰连续热处理炉炉体所配置的燃烧器连接，第二接口与所述排烟口连接，而所述的第三接口通过烟气引出管与所述的烟气冷却机构连接。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的第二、第三接口彼此形成对角设置关系，其中，第二接口位于所述烟气换热腔的一侧下方，而第三接口位于所述烟气换热腔的另一侧的上方。

在本发明的又一个具体的实施例中，在所述的第一换热管位于所述烟气换热腔内的外壁上构成有第一换热翅片。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的烟气冷却机构包括烟气冷却箱体、第三、第四管板、一组第二换热管和一第二风机，烟气冷却箱体朝向所述预热空气换热机构的一侧具有一第四接口和一第五接口，而另一侧具有一第六接口，第三、第四管板彼此上下对应地固定在烟气冷却箱体的箱腔内，藉由该第三、第四管板将烟气冷却箱体的箱腔分隔为顶部的热水腔、中部的烟气冷却腔和下部的冷水进水腔，其中：热水腔位于第三管板的上部，烟气冷却腔位于第三、第四管板之间，而冷水进水腔位于第四管板的下方，所述的第四接口与热水腔相通，所述的第五接口和第六接口均与烟气冷却腔相通，一组第二换热管固定在第三、第四管板之间，各第二换热管的中部位于烟气冷却腔内，上端与热水腔相通，而下端则与冷水进水腔相通，第二风机与所述第六接口配接，所述的第五接口与所述冷却烟气进气管连接，所述的第四接口通过管路与热水取用场所连接。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的第五、第六接口彼此形成对角设置关系，其中，第五接口位于所述烟气冷却腔的一侧下方，而第六接口位于烟气冷却腔的另一侧的上方。

在本发明的更而一个具体的实施例中，在所述的第二换热管位于所述烟气冷却腔内的外壁上构成有第二换热翅片。

在本发明的进而一个具体的实施例中，在所述的冷水进水腔上配接有一冷水进水管，在该冷水进水管的管路上配设有控制阀机构。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的控制阀机构包括第一、第二电磁阀和第三电磁阀，该第一、第二、第三电磁阀既彼此独立又各自与所述的冷水进水管相通。

在本发明的又进而一个具体的实施例中，在所述的冷却区内并且在对应于所述的冷却烟气进气管的部位设置有导流器。

本发明提供的技术方案由于在燃烧加热保温区的排烟口上配接了预热空气换热机构，由预热空气换热机构将换热后的烟气引入与其连接的并且还与冷却区的冷却烟气进气管连接的烟气冷却机构，经冷却后的烟气进入冷却区12，由冷却的废烟气作为正火风冷介质实现正火气氛保护，由于烟气中的含氧量在3‰-2%范围内，趋于与普通氮气含氧量一致，因此可在炉内完成对钢管正火，从而可以避免已有技术在炉外对钢管正火所造成的诸如表面氧化、影响机械物理性能和在后处理过程中对环境产生影响的弊端，此外，还具有节约资源和能源的长处。

附图说明

图1为本发明的实施例结构图。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

请见图1，给出了明焰连续热处理炉炉体1，以目前图1所示的位置状态为例（以下同），该明焰连续热处理炉炉体1的炉膛的一端即左端为燃烧加热保温区11，而另一端即右端为冷却区12，燃烧加热保温区11与冷却区12之间构成有窄缩的颈道13，也就是说，燃烧加热保温区11与冷却区12之间由颈道13相通。毫无疑问，冷却区12实质上担当着正火的功用。在燃烧加热保温区11上配设有一个排烟口111，而在冷却区12上配设有冷却烟气进气管121。

作为本发明的技术方案的技术要点：在前述的排烟口111上配接有一预热空气换热机构2，并且在前述的冷却烟气进气管121上配接有一烟气冷却机构3，出自排烟口111的高温烟气进入预热空气换热机构2，由于该预热空气换热机构2与烟气冷却机构3连接（管路连接），因此经预热空气换热机构2预换热后的并且降低了温度的烟气引入烟气冷却机构3进而冷却，使烟气冷却至正火所需的温度引入冷却区12对图示的钢管5正火。

前述的预热空气换热机构2包括预换热箱体21、第一、第二管板22、23、一组第一换热管24和第一风机25，预换热箱体21在使用状态下伴随于前述的明焰连续热处理炉炉体1，该预换热箱体21朝向烟气冷却机构3的一侧设置有一第一接口211和一第二接口212，而另一侧设有一第三接口213，第一、第二管板22、23彼此上下对应而设置在预换热箱体21的箱腔内，藉由第一、第二管板22、23将预换热箱体21的箱腔分隔出热风腔214、烟气换热腔215和进风腔216，热风腔214位于第一管板22的上部，烟气换热腔215位于第一、第二管板22、23之间，而进风腔216位于第二管板23的下部，前述的第一接口211与热风腔214相对应并且相通，第二接口212以及第三接口213均与烟气换热腔215相通。其中：第二接口212与所述的排烟口111相通，并且该第二接口212与第三接口213彼此形成对角设置关系，即，第二接口212位于烟气换热腔215的一侧的下方，而第三接口213位于烟气换热腔215的另一侧的上方。一组第一换热管24设置在第一、第二管板22、23之间，各第一换热管24的上端与热风腔214相通，下端与进风腔216相通，而第一换热管24的中部位于烟气换热腔215内。优选地，在各第一换热管24位于烟气换热腔215内的管体上（管体的外壁上）构成有第一换热翅片241，可见，第一换热管24为外翅片管。第一风机25与进风腔216连接。

在第一风机25处于工作状态下，由排烟口111经第二接口212将燃烧加热保温区11内的高温烟气引入前述的烟气换热腔215，同时第一风机25将外界空气引入进风腔216，进入到进风腔216内的空气经第一换热管24的管腔后进入热风腔214，由与热风腔214配接的第一接口211将换热后的空气（洁净空气）由管路回引给明焰连续热处理炉炉体1的燃烧器，从而可以节约能源。进入到烟气换热腔215内的烟气经第一换热管24换热后从与第三接口213相配接的烟气引出管2131引至烟气冷却机构3。

优选地，在前述的预换热箱体21的外壁上可以包覆预热箱体保温层217。

前述的烟气冷却机构3包括烟气冷却箱体31、第三、第四管板32、33、一组第二换热管34和第二风机35，烟气冷却箱体31在使用状态下伴随于明焰连续热处理炉炉体1，并且优选对应于前述的冷却区12的部位，该烟气冷却箱体31朝向前述的预换热箱体21的一侧设有一第四接口311和一第五接口312，而另一侧设有一第六接口313，第三、第四管板32、33彼此上下对应而设置在烟气冷却箱体31的箱腔内，藉由该第三、第四管板32、33将烟气冷却箱体31的箱腔分隔出热水腔314、烟气冷却腔315和冷水进水腔316，热水腔314位于第三管板32的上部，烟气冷却腔315位于第三、第四管板32、33之间，而冷水进水腔316位于第四管板33的下方。前述的第四接口311与热水腔314相对应并且相通，第五接口312以及第六接口313均与烟气冷却腔315相通，并且第五接口312与第六接口313彼此形成对角设置关系，即，第五接口312位于烟气冷却腔315的一侧的下部，与前述的冷却烟气进气管12配接，而第六接口313位于烟气冷却腔315的另一侧的上方。一组第二换热管34设置在第三、第四管板32、33之间，各第二换热管34的上端与热水腔314相通，而下端与冷水进水腔316相通，第二换热管34的中部位于烟气冷却腔315内。优选地，在各第二换热管34位于烟气冷却腔315内的壁体上（管体的外壁上）构成有第一换热翅片341，可见，第二换热管34为外翅片管。第二风机35与前述的第六接口313连接，具体而言，第二风机35的进风口与前述的烟气引出管2131连接，而出风口与第六接口313连接。在前述的冷却水进水腔316上配接有冷水进水管3161，在冷水进水管3161上设置有控制阀机构4。

在前述的预热空气换热机构2处于工作状态下，并且烟气冷却机构3处于工作状态下，开启控制阀机构4，将冷水经冷水进水管3161引入冷水进水腔316，进入到冷水进水腔316内的冷水经第二换热管34的管腔进入热水腔314，由第四接口311经管路引至热水使用场所如食堂和澡堂等等。出自第二风机35的出风口的烟气经第六接口313引入烟气冷却腔315经第二换热管34换热后将烟气温度降至正火工艺所要求的温度并且从第五接口312引出，经冷却烟气进气管121引入冷却区12对进入冷却区12内的钢管5正火。由此可知，出自热水腔314的热水可作为生活用水或其它使用，而降温的烟气进入冷却区12对钢管5正火，从而获得一箭双雕的技术效果。

优选地，在冷却区12内并且在对应于冷却烟气进气管121的位置设置有一导流器122。进而，可在前述的烟气冷却箱体31的外壁包覆保温层317。

前述的控制阀机构4包括第一、第二电磁阀41、42和第三电磁阀43，由图示可知，均受控于控制器的第一、第二、第三电磁阀41、42、43既彼此独立又各自与冷水进水管3161相通。由第一电磁阀41控制冷却烟气温度，由第二电磁阀控制冷却水出水温度，由第三电磁阀控制冷却区12的炉温。例如，超过温度设定值时，第一电磁阀141开启，以保持正常的冷烟气温度；当冷却水出水温度超过设定值时，则开启第二电磁阀42，以保持正常的烟气冷却机构3使用温度；当冷却区温度超过设定值时，开启第三电磁阀43。

综上所述，本发明提供的技术方案克服了已有技术中的欠缺，达到了发明目的，体现了申请人所述的技术效果。

Claims (9)

1.一种钢管正火炉，包括明焰连续热处理炉炉体(1)，该明焰连续热处理炉炉体(1)的炉膛的一端为具有排烟口(111)的燃烧加热保温区(11)，而另一端为冷却区(12)，燃烧加热保温区(11)与冷却区(12)之间由窄缩的颈道(13)连通，其特征在于：在所述的排烟口(111)上配接有一用于将出自排烟口(111)的高温烟气预换热的预热空气换热机构(2)，在所述的冷却区(12)上设置有一用于将冷却后的烟气引入冷却区(12)的冷却烟气进气管(121)，在该冷却烟气进气管(121)上配接有一烟气冷却机构(3)，该烟气冷却机构(3)与所述的预热空气换热机构(2)连接，用于接受来自预热空气换热机构(2)预热后的烟气，所述的预热空气换热机构(2)包括预换热箱体(21)、第一、第二管板(22、23)、一组第一换热管(24)和一第一风机(25)，预换热箱体(21)的一侧具有一第一接口(211)和一第二接口(212)，而另一端具有一第三接口(213)，第一、第二管板(22、23)彼此上下对应地固定在预换热箱体(21)的箱腔内，藉由第一、第二管板(22、23)将预换热箱体(21)的箱腔分隔为顶部的热风腔(214)、中部的烟气换热腔(215)和下部的进风腔(216)，其中：热风腔(214)位于第一管板(22)的上部，烟气换热腔(215)位于第一、第二管板(22、23)之间，而进风腔(216)位于第二管板(23)的下方，所述的第一接口(211)与热风腔(214)相通，所述第二接口(212)以及第三接口(213)均与烟气换热腔(215)相通，一组第一换热管(24)固定在第一、第二管板(22、23)之间，各第一换热管(24)的中部位于烟气换热腔(215)内，而上端与热风腔(214)相通，下端则与进风腔(216)相通，第一风机(25)与所述进风腔(216)相配接，用于向进风腔(216)引入外界空气，所述的第一接口(211)通过管路与所述明焰连续热处理炉炉体(1)所配置的燃烧器连接，第二接口(212)与所述排烟口(111)连接，而所述的第三接口(213)通过烟气引出管(2131)与所述的烟气冷却机构(3)连接。

2.根据权利要求1所述的钢管正火炉，其特征在于所述的第二、第三接口(212、213)彼此形成对角设置关系，其中，第二接口(212)位于所述烟气换热腔(215)的一侧下方，而第三接口(213)位于所述烟气换热腔(215)的另一侧的上方。

3.根据权利要求1所述的钢管正火炉，其特征在于在所述的第一换热管(24)位于所述烟气换热腔(215)内的外壁上构成有第一换热翅片(241)。

4.根据权利要求1所述的钢管正火炉，其特征在于所述的烟气冷却机构(3)包括烟气冷却箱体(31)、第三、第四管板(32、33)、一组第二换热管(34)和一第二风机(35)，烟气冷却箱体(31)朝向所述预热空气换热机构(2)的一侧具有一第四接口(311)和一第五接口(312)，而另一侧具有一第六接口(313)，第三、第四管板(32、33)彼此上下对应地固定在烟气冷却箱体(31)的箱腔内，藉由该第三、第四管板(32、33)将烟气冷却箱体(31)的箱腔分隔为顶部的热水腔(314)、中部的烟气冷却腔(315)和下部的冷水进水腔(316)，其中：热水腔(314)位于第三管板(32)的上部，烟气冷却腔(315)位于第三、第四管板(32、33)之间，而冷水进水腔(316)位于第四管板(33)的下方，所述的第四接口(311)与热水腔(314)相通，所述的第五接口(312)和第六接口(313)均与烟气冷却腔(315)相通，一组第二换热管(34)固定在第三、第四管板(32、33)之间，各第二换热管(34)的中部位于烟气冷却腔(315)内，上端与热水腔(314)相通，而下端则与冷水进水腔(316)相通，第二风机(35)与所述第六接口(313)配接，所述的第五接口(312)与所述冷却烟气进气管(121)连接，所述的第四接口(311)通过管路与热水取用场所连接。

5.根据权利要求4所述的钢管正火炉，其特征在于所述的第五、第六接口(312、313)彼此形成对角设置关系，其中，第五接口(312)位于所述烟气冷却腔(315)的一侧下方，而第六接口(313)位于烟气冷却腔(315)的另一侧的上方。

6.根据权利要求4所述的钢管正火炉，其特征在于在所述的第二换热管(34)位于所述烟气冷却腔(315)内的外壁上构成有第二换热翅片(341)。

7.根据权利要求4所述的钢管正火炉，其特征在于在所述的冷水进水腔(316)上配接有一冷水进水管(3161)，在该冷水进水管(3161)的管路上配设有控制阀机构(4)。

8.根据权利要求7所述的钢管正火炉，其特征在于所述的控制阀机构(4)包括第一、第二电磁阀(41、42)和第三电磁阀(43)，该第一、第二、第三电磁阀(41、42、43)既彼此独立又各自与所述的冷水进水管(3161)相通。

9.根据权利要求1所述的钢管正火炉，其特征在于在所述的冷却区(12)内并且在对应于所述的冷却烟气进气管(121)的部位设置有导流器(122)。