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全纤维台车电阻炉结构设计

2014-04-16湖北神力锻造有限责任公司丹江口442700刘中阳

金属加工(热加工) 2014年7期
关键词:电阻炉炉壳炉门

湖北神力锻造有限责任公司 (丹江口 442700) 刘中阳

着重介绍了一种全纤维台车式电阻炉的结构设计,采用高铝全纤维模块、CrMn电阻带和纤维密封替代传统的砖窑式电阻炉结构,整体节电30%,且具备节能环保、方便适用和安全可靠的特点。

一、工艺分析和技术要求

该台车炉主要用于45、50、55、12Mn2VB、40Cr、42CrMo、32MnSiVS5等钢制大型汽车锻件的回火、焊接退火,也用于碳素结构钢、合金钢、模具钢等产品的低温回火处理,零件在炉中加热到工艺温度后进行保温,然后出炉空冷,完成整个工艺过程。设备的环境温度:-10~40℃,相对湿度:≤85%,供电:三相380V±10%,(50±1)Hz。

要求设备额定温度700℃,常用工作温度550~650℃;炉膛尺寸3000mm×2400mm×1500mm;工件装料空间2400mm×2000mm×1200mm;台车面尺寸3300mm×2280mm;额定功率340kW+5%,两区控温;额定装炉量6t;台车额定承载量10t。

二、结构原理

全纤维台车式电阻炉虽然形式结构各式各样,但是其主要结构大致相同,主要由炉壳、炉衬、炉门、台车、加热元件和电控系统等六部分构成。

1. 炉壳

炉壳骨架采用型钢焊接而成,主体骨架采用角钢和槽钢组焊,以保证炉体强度和刚度稳定可靠。炉壳主体采用成形钢板组焊,并根据炉衬纤维模块的布置,在炉壳钢板上焊接不锈钢铆固件,用于固定纤维模块,最后整个炉壳刷防锈漆。炉口面板采用Q235钢板(厚≥14mm)组焊于炉架上,耐热面板分块固定,留1.5~2mm的膨胀缝,炉壳表面需喷涂耐高温防锈漆,以防止漆层受热脱落。

2. 炉衬

(1)炉体炉衬 炉体两侧面、后面、顶面和炉门均采用全纤维炉衬,靠近炉壁平铺两层20mm耐火纤维毯,纤维毯需错缝平铺,以达到紧固、绝热的效果。在纤维毯上布置纤维模块,纤维模块采用密度达230kg/m3以上的高铝陶瓷纤维组件,用锚固件(1Cr18Ni9Ti)将纤维毯和纤维模块固定在壳体上,炉衬总厚度应达到280mm以上。陶瓷纤维组件、耐火纤维毯及锚固件具有热损失小、可靠耐用、节能显著等优点,使用寿命在5年以上。在炉门、侧墙、后墙模块上设有高铝瓷组件固定电阻带,高铝瓷组件由一件“木螺钉”形高铝瓷件和高铝垫圈组成。

(2)台车复合炉衬 支撑工件的台车炉衬下部采用(QZ)-1.0轻质黏土砖、保温砖砌筑而成隔热保温层,其上部采用高抗热震耐磨大型高铝砖砌成方格形,大型高铝砖支撑炉底板和工件重量,其强度高,抗冲击好;方格中采用轻质黏土砖、高铝定形砖等组成复合炉衬,炉底平铺电阻带,电阻带上方有炉底盖板,使其不受工件重量;台车炉边框采用成型标准耐火黏土砖,减少碰撞损坏,确保耐用、节能。

3. 炉门

炉门壳体采用型钢、板材焊接而成,并需留有2mm左右的膨胀缝,保证炉门长久使用不变形。根据炉门设计重量,采用相应吨位的电动葫芦进行炉门升降,葫芦固定于炉体前端侧面,方便维修。电动葫芦端使用钢丝绳连接,炉门端使用耐热扣链连接,炉门升降使用固定的钢丝绳与耐热扣链相连,通过炉门架上的导向轮定向完成炉门升降,保证炉门升降的扣链不会受热失效,使炉门运行安全可靠。炉门两侧各设两个滚轮,滚轮在用型钢做成的导向槽内运动,保证炉门升降运行流畅。

4. 台车

台车架体采用型钢、板材组焊成台车架,最大载荷应取额定装炉量的1.5倍左右,上面平铺钢板。台车面设计方格形,方格中设电阻带,其上铺设炉底板,其厚度最少为30mm,炉底板为块状结构分盖于方格上,安装后其高度要高出方格1.5~2mm。炉底板材料可选耐热钢铸(ZG26Cr18Mn12Si2N),保证炉底板在工作状态下有足够的强度及使用寿命,炉底板两侧设有起吊位置,方便安装和维修,其使用寿命可达3~5年。

台车架体四周边框采用厚钢板,台车边框间需设有膨胀缝。台车壳体端头设置炉门平台,且带滚轮,保证炉门与台车密封,方便操作。台车壳体应具有足够高的刚度和强度,以保证台车在使用中变形小,行走灵活可靠。

台车前端下方设计为带减速器的自动行走机构,两组双排链主动轮,其余从动轮,实现台车进出运转平稳,且便于检修与润滑。台车行走的主动、被动装置必须保证保养(润滑)、检修、更换方便,行走轮采用铸钢件(ZG310—570),其轨道采用18kg/m的轻轨。台车进到位和开出到位都设有双限位开关自动定位控制装置,以及机械和行程开关双保险,保证台车端部定位准确;轨道上还设有固定定位装置。

为确保人员、设备安全,台车与炉门需设置运动互锁和联锁控制,即打开炉门后,自动切断加热元件,同时恢复台车行走机构电源;炉门关闭到位后,自动切断台车行走机构电源,同时恢复加热元件电源。同时设置声光报警装置,保证在台车开动时警示周围人员。减速机安装应制作安全防护罩;靠近炉体面护罩加设防热辐射隔热层。

5. 加热元件

为便于在纤维模块上进行固定,加热元件采用电阻带,并呈V形分布于台车面、两侧墙、炉门和后墙,材质可选0Cr21Al6Nb或06Cr25Ni20,选取较小的表面负荷,并根据炉内不同位置布置不同的功率密度,以提高炉温均匀度,延长加热元件使用寿命。炉外电缆与电源引出棒连接用电力线路用U形线夹;炉门上加热元件引出电源线的移动采用金属铝管包裹,随炉门的升降而移动;炉门上电源线采用耐热电缆,加热器使用寿命可保证在2~3年。

6. 电控系统

该台车炉分两个温区,每个温区均采用两表制控温,即由智能控温仪和无纸记录仪记录温度并兼作超温报警。由插入炉内的热电偶将该区的温度转换成电信号,送到温度仪表中,经仪表内部处理后与设定值比较,经“PID”调节运算后,输出一电压控制信号控制固态继电器的通断,调节单位时间内输入该区的功率大小,以达到控温的目的。

炉体加热主回路设有复合式自动低压断路器,用作切断电源及短路、过载、过流保护。另配置半导体专用快熔、保护一体化模块,不易受损,模块下端设有交流接触器,当超温或炉门开起时,自动切断主回路,保护设备和工人的安全。

控制柜可整体外包制造,柜体为前后开门,柜内设有独立检修220V日光灯和检修用插座,每台电控柜需在顶部设置强制冷却风扇并带防护网,门锁开闭方便;回火炉分区布置控制回路,每个区单独设置电控柜控制加热,程序和动作控制可以合并到其中一个控制柜中。

7. 密封装置

炉门与炉体、台车间的密封采用杆杠和炉门自重密封。台车与炉体间密封采用纤维棉45°角密封。

8. 通风循环系统

在炉体顶部布置两套高温强循环系统,功率应在10kW左右。为使炉内循环畅通,炉内设计导流板,材质为耐热不锈钢1Cr18Ni9Ti,分别布于炉顶和炉体两侧,导风通道宽度应不小于180mm,顶部导风板固定于炉顶耐热挂钩上,侧墙导流板固定于侧墙耐热不锈钢凹槽内。整个结构方便装拆,维护简单、方便,在导流板上有加强筋,防止变形。为方便风机系统检修,通风机轴承通常采用风冷却,风机使用寿命应在两年以上。

三、结语

全纤维台车电阻炉在实际生产应用中,经过批量生产验证,其电耗比传统砖炉降低30%以上,炉温均匀度在8~10℃,炉体外表面温升35~40℃,满载升温时间1.5~2h,炉内通风均匀,工件硬度散差小。

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