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

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。