中鋼耐火天祝大腔體高溫高壓群控真空氮化爐檢視原始碼討論檢視歷史

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中鋼耐火天祝大腔體高溫高壓群控真空氮化爐機械工業第六設計研究院有限公司（以下簡稱中機六院）創建於1951年，是擁有工程設計綜合甲級資質的國家大型綜合設計研究院，隸屬世界500強企業、中央直接管理的國有重要骨幹企業——中國機械工業集團有限公司。

中機六院擁有工程設計綜合甲級資質、工程監理綜合資質；擁有工程諮詢甲級資質、建築工程施工總承包壹級資質、工程造價諮詢甲級資質；建築智能化工程設計與施工一級資質和城市規劃編制、工程招標代理、兩化融合管理體系貫標諮詢等一系列資質、資格。先後牽頭或參與國家綠色與智能製造重大科技專項40餘項；主編、參編國家和行業標準、規範62項；獲得國家授權專利282項，其中發明專利18項，軟件著作權登記255項。

二、項目簡介

中鋼天祝大腔體高溫高壓真空群控氮化爐項目位於一帶一路絲綢之路上的甘肅省武威市天祝藏族自治縣水泉工業園，主要生產鋼廠、鋁廠用氮化硅製品，2019年底投入生產。

針對相應行業需要高、大、厚氮化硅製品的特點，應用高強度大腔體爐殼、大電流密封水冷電極、射流均溫技術、高溫排煙管路、組合式密封閥組等多項先進技術。研發的窯爐系統具有單位產品能耗低、系統自動化程度高、控制精度高、溫差小、反應過程可控性好、開放性的控制平台、安全冗餘等特點。項目實施後產品氮化率高，合格率高，對提升產品質量、改善工作環境、提升企業競爭力提供有力支持。

三、項目技術方案

（1）揮發份自動送排系統

碳化硅製品含有水分和結合劑，200℃以上會產生大量煙氣和水蒸氣。常規方法為人工控制鼓風機和排煙風機，窯壓無法精確控制，排濕排雜不徹底，影響製品的氮化率。

項目結合氮化硅製品高揮發的特點，設計氮化爐鼓風曲線調節、窯壓精確測量、排煙隨窯壓自動調節排雜排煙功能。升溫排煙過程中，根據溫度調試並設定好鼓風機曲線，匹配製品煙氣及水氣揮發量，避免大風量帶走過多熱量導致電能浪費。窯壓具有高低壓自動切換功能，自動匹配窯壓測量，實現微差壓送風排煙調節、高壓及真空調節的自動控制。

（2）氮化反應自動控制技術

製品氮化反應時放熱，會出現反應過快造成局部溫度過高而流硅，影響氮化率，只能通過窯壓變化和氮氣的消耗量間接判斷氮化反應程度。設計自動送氮系統，根據窯壓變化自動補充氮氣，維持氮化反應穩定進行。

（3）餘熱高效利用技術

降溫過程中排出大量的潔淨熱空氣，可用於坯體的乾燥或暖氣或洗澡等。由於是間歇窯，排出熱量不均勻，造成餘熱利用率低。針對窯爐降溫特點，設計高效利用系統。首先，穩定餘熱煙氣溫度提升餘熱利用效率，對排出的高溫煙氣，設置兩級自動兌冷風閥，自動調節兌入冷風量控制餘熱空氣溫度，避免煙氣溫度過高損壞風機或溫度過低造成輸送熱效率低的現象；其次，每個氮化爐的排煙風機根據餘熱管道的阻力自動變頻調節，克服各自排氣阻力將餘熱空氣送出，實現餘熱煙氣熱量穩定輸出的智能調節、高效利用，餘熱回收裝置見圖1。

（4）智能化控制

針對氮化硅製品燒成工藝特點，結合DCS控制系統集中操作、分散控制的硬件平台，設計了專用的工藝過程控制軟件，實現加熱升溫、鼓風降溫、送風排雜、射流均溫、自動補氮、餘熱智能利用等控制功能，見圖2所示。現場的各種傳感器實時將監測的數據發送到中控計算機並顯示在人機交互界面上，直觀反映設備狀態、製品反應情況等重要指標，並記錄保存供後期查詢追溯，為決策者改進燒成工藝提供依據。

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（5）能源管理系統

針對氮化爐耗能的特點，設計能源管理系統，見圖3所示。對窯爐的主要耗能指標如電、氮氣等進行記錄統計，見圖4所示，為優化燒成工藝、節能降碳提供決策依據。能源管理平台為開放性系統，全廠具有數據採集功能其他設備後期可逐步接入，為綠色、智能化工廠管理提供平台基礎。

四、項目成效

（1）顯著降低勞動強度，提高產品產量

採用工業大型控制系統DCS控制系統及工業組態軟件相結合，自動排煙排雜、氮化過程自動控制技術、智能化自動控制技術提高裝備的自動化程度，提高了產品質量、降低了安全風險、降低了勞動強度和對於經驗的依賴，工人人均年產量提升50t。

（2）節能降碳綠色製造

科學合理的砌體保溫設計，最大程度減少外部散熱損失；餘熱高效利用技術充分提高餘熱輸送效率，實現對餘熱的高效利用，從全過程方面實現節能降碳綠色製造目的。相比行業先進指標，節電250kW·h/t，節氮氣55標方/噸。