浅谈立式铝合金淬火炉设计

乔冰剑 沈珺宏 田 冰

（1.中捷机床有限公司，辽宁 沈阳110043；2.中国建筑东北设计院 精益所，辽宁 沈阳110006；

3.亚泰集团 丹东交通水泥有限公司，辽宁 丹东118000）

0 引言

立式铝合金淬火炉主要用于买方缓速器、变速器等铝合金铸件的T6热处理（固溶淬火+时效），处理后的铝合金铸件硬度均匀、变形量小。电炉与控制柜配合使用，可自动控制及记录电炉的工作温度。

1 设备技术规格

（1）炉型：立式

（2）最高工作温度：650℃

（3）使用温度范围：120℃～650℃

（4）淬火水介质工作温度：60-90℃

（5）炉温均匀性：±5℃

（6）控温区数：单区控温

（7）温度仪表系统精度：≤±1.0℃

（8）淬火转移时间：＜15 s（从炉门开启到铸件全部没入水中）

（9）炉膛有效工作尺寸：2000×2000×1500mm

（10）最大装炉量：≤1000kg（不含料框重量）

（11）安装功率：～520 kW

（12）加热功率：324 kW

（13）空炉升温速度（20-535℃）：≤90分钟，可控

（14）水槽有效容积：10-12 m3

（15）循环风机：22/28kW双速轴流风机

（16）恢复时间：工件入炉后炉温恢复到工艺温度下限的时间：满载≤90分钟，空载≤60分钟

（17）工作温度下外壁温度：温升≤35℃

（18）水槽加热功率：130 kW

（19）加热元件：一体式管状加热器（加热器材质：Cr20Ni80；套管材质：不锈钢SUS304）

2 设备主要组成

设备由炉体、底部炉门装置、料筐升降转移装置、顶装加热器、空气循环装置、淬火槽车及其驱动装置、料筐、设备检修平台及炉子控制系统组成。

2.1 炉体

炉体起保温作用且支撑各部件，承受装载负荷，保证设备在高温下长时间连续工作。外形为方形结构，由炉顶和四面炉墙组成。

外壳采用型钢与5mm厚钢板焊接而成的网状结构，内外两侧采用连续焊与断续焊相结合的方式，既保证炉子的密封性，又强化了整体强度，且外观平直、美观。炉壳外表面刷两遍底漆，两遍面漆。

2.2 底部炉门装置

炉门采用对开式，双层结构。由炉门及炉门托架组成。

炉门由炉门钢架、炉门内衬以及密封纤维绳组成，炉门钢架采用型钢制作，在钢架上安装可承载炉门滑动的滑轮，炉门内衬结构与炉衬相似，由纤维以及1.5mm厚不锈钢内衬板组成。密封采用定制的纤维绳，内含不锈钢丝，安装在炉门内衬预留的凹槽内，用不锈钢钢丝网覆盖固定炉门内衬上，炉门压紧密封时，露在凹槽外的纤维绳沿垂直方向与四周炉口钢板压紧，完成密封。

炉门托架由型钢以及车轮组组成，钢架上方装设斜面导轨，用来支撑引导炉门上的滑轮，炉门开启或关闭时炉门可以在托架沿导轨斜向移动，车轮组安装在炉门托架下部，在炉体两侧的下部轨道上移动。对开炉门的开闭驱动靠两侧油缸分别驱动炉门托架，从而带动炉门。

炉门关闭时，上层炉门首先接触，相互挤压（对开炉门接触处均设有纤维，用不锈钢丝网覆盖固定）促使炉门沿下部托架上的斜面导轨垂直与炉门四周护板垂直挤压，完成密封。双层车架结构设计合理，避免密封绳与炉口护板有刮蹭现象，炉门打开时，炉门先完成一个垂直下降的动作，然后在托架带动下迅速打开炉门。炉门的开启速度及开启方式充分考虑淬火转移时间的要求。

在炉门两侧行程方向上分别设置开关到位、减速等行程开关，在保证开启速度、满足淬火要求的基础上，整个炉门开启或关闭过程运行准确、快慢结合，无卡滞现象。

2.3 料筐升降转移装置

料筐转移机构主要由液压站、支撑钢架、倍速滑轮组机构、不锈钢丝绳、炉内吊钩及吊架组成。

液压站由专业液压制造单位提供，元器件均采用外资或中外合资品牌，液压缸双向均采用电磁调速阀调速，使炉门和料筐按规定的工艺节拍运动，达到淬火转移时间要求。

支撑钢架安装在炉体一侧，与炉体钢架融为一体，增强炉子整体的强度。

倍速滑轮组机构采用四倍速滑轮机构，安装滑轮的滑车沿安装在支撑钢架上的导轨上下运动，运行平稳无卡滞。滑车上下到位均设置油缸驱动的安全销。进一步保证生产安全。

不锈钢丝绳、炉内吊钩及吊架的制作均采用不锈钢制作，保证在炉子最高温度下仍具备足够的强度，能使料筐实现自动挂钩及脱钩。

升降行程均设置限位开关，并将工作位置反馈给电控系统，实现程序控制，可实现淬火过程的自动化。淬火过程中实现料筐的自动抖动，防止工件局部过热影响产品质量。

升降转移装置与炉门及槽车设置严格的连锁保护，并带有故障报警，杜绝淬火过程中发生意外。

2.4 顶装加热器

加热器的合理排布，是保障炉温均匀性的重要因素之一。

本设备采用卡口式加热器，加热器本身带有保温层，从炉顶预留安装孔直接插入炉内四周循环风道，电阻丝材质选用Cr20Ni80。寿命长，拆装方便且平时无需维护，需要更换时可直接从炉顶抽出。

2.5 空气循环装置

空气循环装置由循环风机及不锈钢导流系统组成。循环风机的选择以及导流系统结构的设计直接影响炉温均匀性的优劣。

设备采用单区控温，由一台大流量轴流式高温循环风机完成炉内整体热风强制循环，风机选用国产优质品牌，双速调速，当炉温低于170℃时，风机低速运行，炉温超过170℃时，风机自动转为高速运行。风机叶片可耐温800℃。性能稳定，运行噪音低，并设有过流、过热等电气保护。风机与炉内温度设置连锁保护，炉内温度低于100℃时，风机方可停止。轴承为进口日本精工轴承，冷却方式采用风冷，去除了繁琐的水冷系统，降低了因冷却水缺水、欠压引起的风机故障，影响生产。采用吊装方式安装在炉顶，维护、检修方便。

炉内导流板及其固定装置采用2mm厚不锈钢材料制作，导流板做成不锈钢螺栓连接的整体吊装于炉内，四周侧墙加装固定杆，既能保证强度，又能保证在热态下变形小、气密性好，长期使用不会出现热短路及泄露现象。在导流板内部安装不锈钢防护杆，防止料筐在淬火、上料过程中碰撞、刮蹭导流板。

在炉内导流板靠近热源处增装隔热层，由耐热不锈钢板及硅酸铝纤维毯组成，有效的防止局部高温辐射影响有效区，从影响整体的炉温均匀性。

2.6 淬火槽车及其驱动装置

淬火槽车将淬火槽、料筐平台、移动小车做成一体。

淬火槽由槽体、水温测量记录系统、液位计、机械搅拌装置、淬火液冷却系统、排汽系统等组成。

槽体均采用碳钢型钢及5mm厚不锈钢板制作（外部钢架采用型钢加固），保证足够强度，制作完成后做渗漏试验，防止水槽渗水或漏水。槽内四周设置导向杆，防止淬火时料框偏斜碰撞槽体或槽内其它管路。槽体上留设溢流管口及放水管口，避免淬火液溢出和便于及时排放废水。水温测量记录系统包括测温热电偶、数显温度表。数显温度表精度fflt;1℃，带声光报警且可自由设置报警温度，显示的温度可实时记入设备的温度记录仪中。槽体上装有一个液位计，可直观观察液位，防止抽水过量或液位过高。机械搅拌通过大流量水泵实现，通过水泵与槽内安装的循环管路使淬火液形成内循环，保证淬火液温度比较均匀。槽体外表面用岩棉板与镀锌板做保温处理。

3 结语

立式铝合金淬火炉在妥善操作和科学管理的条件下有利于降低生产费用。实现准确控制，不易造成环境污染，热效率也较高，炉温均匀，便于实现自动控制，加热质量好。一般没有烟尘和噪声危害，但限于我国供电量不足和电费较贵而较少采用，即使如此也仍然有许多加热工艺要采用立式铝合金淬火炉。