中钢耐火天祝大腔体高温高压群控真空氮化炉

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中钢耐火天祝大腔体高温高压群控真空氮化炉机械工业第六设计研究院有限公司（以下简称中机六院）创建于1951年，是拥有工程设计综合甲级资质的国家大型综合设计研究院，隶属世界500强企业、中央直接管理的国有重要骨干企业——中国机械工业集团有限公司。

中机六院拥有工程设计综合甲级资质、工程监理综合资质；拥有工程咨询甲级资质、建筑工程施工总承包壹级资质、工程造价咨询甲级资质；建筑智能化工程设计与施工一级资质和城市规划编制、工程招标代理、两化融合管理体系贯标咨询等一系列资质、资格。先后牵头或参与国家绿色与智能制造重大科技专项40余项；主编、参编国家和行业标准、规范62项；获得国家授权专利282项，其中发明专利18项，软件著作权登记255项。

目录

二、项目简介

中钢天祝大腔体高温高压真空群控氮化炉项目位于一带一路丝绸之路上的甘肃省武威市天祝藏族自治县水泉工业园，主要生产钢厂、铝厂用氮化硅制品，2019年底投入生产。

针对相应行业需要高、大、厚氮化硅制品的特点，应用高强度大腔体炉壳、大电流密封水冷电极、射流均温技术、高温排烟管路、组合式密封阀组等多项先进技术。研发的窑炉系统具有单位产品能耗低、系统自动化程度高、控制精度高、温差小、反应过程可控性好、开放性的控制平台、安全冗余等特点。项目实施后产品氮化率高，合格率高，对提升产品质量、改善工作环境、提升企业竞争力提供有力支持。

三、项目技术方案

（1）挥发份自动送排系统

碳化硅制品含有水分和结合剂，200℃以上会产生大量烟气和水蒸气。常规方法为人工控制鼓风机和排烟风机，窑压无法精确控制，排湿排杂不彻底，影响制品的氮化率。

项目结合氮化硅制品高挥发的特点，设计氮化炉鼓风曲线调节、窑压精确测量、排烟随窑压自动调节排杂排烟功能。升温排烟过程中，根据温度调试并设定好鼓风机曲线，匹配制品烟气及水气挥发量，避免大风量带走过多热量导致电能浪费。窑压具有高低压自动切换功能，自动匹配窑压测量，实现微差压送风排烟调节、高压及真空调节的自动控制。

（2）氮化反应自动控制技术

制品氮化反应时放热，会出现反应过快造成局部温度过高而流硅，影响氮化率，只能通过窑压变化和氮气的消耗量间接判断氮化反应程度。设计自动送氮系统，根据窑压变化自动补充氮气，维持氮化反应稳定进行。

（3）余热高效利用技术

降温过程中排出大量的洁净热空气，可用于坯体的干燥或暖气或洗澡等。由于是间歇窑，排出热量不均匀，造成余热利用率低。针对窑炉降温特点，设计高效利用系统。首先，稳定余热烟气温度提升余热利用效率，对排出的高温烟气，设置两级自动兑冷风阀，自动调节兑入冷风量控制余热空气温度，避免烟气温度过高损坏风机或温度过低造成输送热效率低的现象；其次，每个氮化炉的排烟风机根据余热管道的阻力自动变频调节，克服各自排气阻力将余热空气送出，实现余热烟气热量稳定输出的智能调节、高效利用，余热回收装置见图1。

（4）智能化控制

针对氮化硅制品烧成工艺特点，结合DCS控制系统集中操作、分散控制的硬件平台，设计了专用的工艺过程控制软件，实现加热升温、鼓风降温、送风排杂、射流均温、自动补氮、余热智能利用等控制功能，见图2所示。现场的各种传感器实时将监测的数据发送到中控计算机并显示在人机交互界面上，直观反映设备状态、制品反应情况等重要指标，并记录保存供后期查询追溯，为决策者改进烧成工艺提供依据。

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（5）能源管理系统

针对氮化炉耗能的特点，设计能源管理系统，见图3所示。对窑炉的主要耗能指标如电、氮气等进行记录统计，见图4所示，为优化烧成工艺、节能降碳提供决策依据。能源管理平台为开放性系统，全厂具有数据采集功能其他设备后期可逐步接入，为绿色、智能化工厂管理提供平台基础。

四、项目成效

（1）显著降低劳动强度，提高产品产量

采用工业大型控制系统DCS控制系统及工业组态软件相结合，自动排烟排杂、氮化过程自动控制技术、智能化自动控制技术提高装备的自动化程度，提高了产品质量、降低了安全风险、降低了劳动强度和对于经验的依赖，工人人均年产量提升50t。

（2）节能降碳绿色制造

科学合理的砌体保温设计，最大程度减少外部散热损失；余热高效利用技术充分提高余热输送效率，实现对余热的高效利用，从全过程方面实现节能降碳绿色制造目的。相比行业先进指标，节电250kW·h/t，节氮气55标方/吨。