10.2 热处理炉——周期式热处理炉在线视频

下面我们进行第二小节

周期式热处理炉的学习

凡是需要进行单个处理的工件

或者形状 尺寸 规格很不相同的

成批工件

都可以用周期式炉进行热处理

周期式热处理炉

较常见的炉型有炉底固定的室状炉

台车式炉 罩式炉和井式炉等

炉底固定的室状炉是用于处理

产量不大 重量轻的工件

其构造简单 建设投资少

能满足工件的淬火 退火 正火

等热处理工艺的要求

如图所示为常见的室状炉结构

煤气或油在炉底燃烧室燃烧

利用燃烧装置的喷嘴出口动能

吸入一部分燃烧产物参与再循环

烟气由炉门口及后墙排烟口排出

汇入总烟道

底部燃烧室有利于减少

工件上下温差

室状炉炉底面积可达10平方米以上

这时需要配置装料机装卸工件

为了在烧燃料的室状炉上

使用可控气体进行光亮处理

必须增设一个马弗罩

如图所示为一座炉底固定的

室状马弗炉

它共有4个下部烧室

马弗罩位于炉底上

工件装入马弗罩后

即将炉门严密的盖上

有两根管子伸入罩内

其中一根通入可控气体

另一根排出已经使用过的可控气体

工件在炉内加热时

可以防止氧化脱碳

台车式热处理炉适用于重量较大的

铸件 锻件 钢棒 钢管 钢板等的

热处理

台车式炉的炉底

是一个可以移动的台车

加热前台车在炉外装料

工件放在台车垫铁上

加热时有牵引机构将台车拉进炉内

热处理

热处理完成后

有牵引机构将台车拉出炉外卸料

台车炉炉温不易均匀

需要较长的均热保温时间

生产率低

台车炉炉门 砂封 后墙等处

不易密封

加上卸料时

台车炉底有大量的蓄热损失

因此 炉子的热效率较低

一般在15%至30%

台车式炉炉膛结构有侧燃式

底燃式和二次送风循环结构等

如图所示

为侧燃式单侧燃烧室结构

烧嘴前有花格形挡墙

火焰碰到挡墙后大部分向上流动

小部分由花格孔喷入炉膛

从下部加热工件

这种结构的优点是

火焰不直接喷到工件上

可避免过热

这张图是底燃式结构

适用于中小型台车式炉

其优点是炉底热

可以减少工件上下温差

下面这张图是二次送风循环结构

当炉温要求在650摄氏度以下时

使用二次风与燃烧产物混合

使烟气温度降低

造成炉内气流再循环

达到低温下炉温均匀的目的

台车式热处理炉的烧嘴供热能力

应为最大燃料消耗量的1.1至1.2倍

炉底面积小于20平方米的炉子

可以仅在炉墙下部布置烧嘴

炉底面积大于20平方米的炉子

可以在炉口及炉后温度偏低的地方

增设一对上排烧嘴

烧嘴和排烟口交错布置

有利于炉温均匀分布

罩式热处理炉

常用于板垛和板卷的退火

也可用于处理棒材 管材或中厚板

用作钢卷退火的罩式炉

采用圆形炉膛

而用作薄板 中厚板 钢棒 钢管

退火的罩式炉多采用长方形炉膛

罩式炉是钢材热处理用的

最多的炉子

常常是几台 几十台

组成热处理工段

相较于台车式炉

罩式炉容易保持气密性

可以通入可控气氛

炉子热损失较小

炉子的热效率较高

炉子不需要炉门及升降机构

一般也不需要各种机械传动机构

因此 造价较低

一罩两台罩式炉的占地面积

与一台台车式炉相当

但产量较大

罩式炉的规格范围较大

小型圆形罩式炉内径为1.5至2m

大型炉子达5m以上

小型长方形炉台尺寸为

0.91×1.3m

大型炉子可达3.65×14.78m

炉内容积高达150立方米

下面 我们分析一下板垛

或钢卷的热工特点

若将一垛薄钢板或一卷钢带

看成一个整体

那么 它在不同方向上的导热能力

是不同的

在平行于板面的方向上

导热能力接近于钢材本身导热能力

垂直于板面的方向上

由于缝隙的存在 导热能力很低

两者相差数十倍

由此引出来罩式炉设计和操作原则

在加热板垛 钢卷的过程中

必须在平行于板面上的方向上供热

而不是在垂直于板面的方向上供热

冷却过程同样如此

如图所示

罩式炉由外罩 内罩和炉台

三部分组成

由于工件在热处理加热过程中

一般要在内罩中进行冷却

生产中往往将多座炉台组成一组

共同使用一个外罩

依次轮流供热

一个炉台上的工件最终加热温度

达到规定值后

加热过程结束

将外罩移到另一个已装好炉料

并扣上内罩的炉台上

开始新的一轮热处理加热周期

原来炉台上的工件在内罩中

继续冷却

冷却时间取决于要求的冷却速度

和最终冷却温度

冷却过程结束后移走内罩

工件在炉台上冷却到室温再卸料

再装入下一批工件 扣上内罩

等待下一轮加热周期

外罩的数目与炉台数目的比值

称为罩台比

一般情况下 罩台比为1：2-4

为了缩短冷却时间

并提高炉台周转次数

有的罩式炉在移走外罩后

又在内罩外扣上专用的冷却罩

有的罩式炉还在炉台上配置

冷却系统 冷却炉内循环可控气氛

某些高产量的罩式炉还设置装有

轴流风机的最终冷却台

工件在炉台上冷却到出炉温度后

立即调到最终冷却台上冷却

将炉台尽快腾空

一个外罩配一座炉台的罩式炉

只用于某些特殊场合

如合金厚钢板的退火 回火

与缓冷等

罩式炉的热源多为煤气

其次是电和轻油

由于外罩数量少

燃烧装置大都放在外罩上

不仅减少了热量损失

也简化了炉台结构和维修工作

这张图是处理薄板垛的罩式炉简图

外罩用钢板焊接而成

内衬耐火材料

外部用型钢框架加固构成整体

内罩用3到4mm厚的耐热钢板焊成

钢板压成瓦菱形

以减少变形

炉台是整个炉子的底座

是固定不动的

炉台的上缘稍高于车间地平面

炉台设置有带凸度的底板

薄板垛放置在底板上

可以有效的防止退火后

薄板翘曲的现象

底板的凸度大小

可根据退火后薄板是否平整来确定

烧嘴布置在外罩上

为了使炉温均匀

采用数量较多的小烧嘴

排烟口位于炉台两侧

烟气通过排烟口进入炉台下的烟道

炉子所用的可控气氛 冷却水等

都通过安装在炉台上的管路进出

测量板垛温度的热电偶

也从炉台插入

内外罩与炉台之间有密封装置

罩式炉的密封情况对于炉子的操作

和产品质量影响很大

为了寻求良好的密封方法

依次出现了砂封 水封 橡胶密封

金属丝网包覆耐火材料密封等

如图所示

为处理钢卷的罩式炉

有单垛和多垛之分

炉内只有一垛钢卷的叫单垛罩式炉

如a图所示

炉内有2至3垛钢卷的叫

多垛罩式炉 如b图所示

单垛炉的技术经济指标较好

所以我国大多数罩式炉都是单垛的

图a所示的单垛罩式炉

其中有4个钢卷堆成一垛

不采取其他措施

则在钢卷加热过程中

主要是靠钢卷的径向导热

来传递热量

这样加热是很缓慢的

所以 加热钢卷的罩式炉上

都采用循环风机

使炉内可控气氛在循环过程中

流经钢卷的端面

这样可使热量沿板面方向

从钢卷端头供入

炉子气体循环

可使炉子生产率大幅度提高

单位燃耗大幅度下降

炉台一般为耐热钢焊接而成的

呈盘形的金属结构

循环风机固定在炉台中心的

厚钢板上

只有风扇的叶轮伸入炉内

其余部分均在炉外

叶轮与风机同轴

电机的壳体和轴都是水冷的

炉台的各部件易于拆卸

并可整体调走

以便在风机出事故

或台架大修时

可将整个炉台调到修理场地

钢卷之间放置有对流板

对流板是一块环形的厚钢板

正反两面做成螺旋形的构造

可使气体能顺着螺旋形的通道

进入钢卷内腔

保证气流与板面之间的轴向换热

另外 对流板对两个钢卷进行隔离

防止了在退火过程中

钢卷端部的粘连

最上面的钢卷加盖

在钢卷外侧扣上带砂封

或其他密封装置的内罩

内罩的设计有两种

一种是单层内罩

一种是由两个圆筒组成的双层内罩

内罩一般采用耐热钢板

焊接辊压成形

内罩的横波形机构

可以加强径向抗变形能力

延长使用寿命

增加传热面积

提高加热和冷却能力

双层内罩的好处

是可以使气体在炉内

形成完整的大循环

提高了效率

如图所示

循环气流先在双层内罩的环缝中

向上流动

到达顶部后

才从环缝中流下来

这就避免了气流在炉子下部

形成短路

钢卷罩式炉的烧嘴和排烟口

都设置在外罩上

外罩的下部设有喷射装置

它将烟气抽入金属的烟囱支管中

为保持罩内具有一定的压力

排出的烟气量与供入的煤气量之间

应保持一定的关系

强对流氢气罩式炉

和高功能氢技术

代表着目前罩式炉的最高水平

氢气的导热率约为氮气的7倍

而密度仅为氮气的1/14

罩式炉用氢气可控气氛

来代替氮气可控气氛的目的是

一 增强传热能力

使加热与冷却速度约提高40%至50%

二 由于氢气的密度小

升温后炉台风机的功率消耗

迅速减小

加上热处理周期缩短

而使能耗明显降低

适当延长均温时间后

料堆内的温差可降到正负3摄氏度

从而使产品的力学性能提高

氢气是一种可燃气体

其有关理化性能如表所示

可见 与其他可燃气体相比

氢气与空气混合物的着火范围最宽

且着火能量最小

但出事故时

首先起作用的是着火范围的下限

这个指标氢气与其他气体区别不大

另外 氢气在空气中密度小

而不易聚集

难以形成混合气体

只要按规程操作

氢气并不比其他可燃气体危险

关键在于要确保炉膛严密

退火前和冷却前要做检漏实验

按规程换气放散

对规定时间内的压力降连续检测

再加上必要的报警系统

使用氢气在安全上是有保证的

强对流氢气罩式炉

和高功能氢气技术的要点如下

一 增大炉台风扇的叶轮直径

提高电动机的功率

并分级调节

配性能良好的分流盘和对流环

从而大大提高可控气氛的循环量

二 采用耐热钢壳密封式炉台

炉台风扇叶轮可深入炉台的

一段传动轴

用耐热钢制成

电动机转速可变

传动轴上带小叶轮或散热片

可控气氛消耗量

比非密封式炉台降低20%至30%

三 快速冷却罩既能风冷 又能水冷

提高了冷却能力

冷却过程操作方式如下

冷却阶段开始时

扣上冷却罩

炉台风扇和冷却罩风扇同时运转

工件温度低于520摄氏度时

炉台风扇停转

仅有冷却罩风扇冷却

工件温度降低到420摄氏度

或可控气氛低于300摄氏度

或者内罩冷却到低于200摄氏度

左右时

冷却罩改成喷水

随后 炉台风机重新启动

一直冷却到约160摄氏度

这样 大炉台风扇配合

水 风双冷的冷却罩

冷却时间只有加热和保温时间的

40%至80%

四 采用纯氢作为可控气氛

五 强对流氢气罩式炉的冷却时间

绝大多数情况下都比加热时间短

在扣外罩前 揭冷却罩后

和准备揭内罩之前

都要用氮气放散半小时左右

退火前和冷却开始前要做检漏实验

以确保安全

如图所示为强对流氢气罩式炉的

加热罩

由钢板和型钢焊接而成

顶部设起吊装置 底部有支撑腿

侧身带导向臂

为减轻重量 减少炉体蓄热量

炉衬使用轻型耐火纤维砌筑

罩体上设置有燃烧系统

排烟系统等

该图所示为强对流氢气罩式炉的

冷却罩

由耐热钢焊接而成

罩体上按照工艺需要

设置有冷却风机 换热器

或水喷淋装置

罩式炉内的传热过程是

外罩炉衬以辐射的形式传热给内罩

燃烧产物以辐射和对流的方式

传热给内罩

内罩以辐射的方式传热给钢卷表面

保护气体通过强制循环流动

以对流的方式传热给钢卷

冷却过程正好相反

最后 给大家看一个

罩式炉生产过程的动画

好 今天的学习内容就是这些

我们下次见