31#天然气台车式热处理炉改造方案研究

唐雪平

（中国第二重型机械集团万航模锻有限责任公司）

0 引言

某厂31#原台车式天然气热处理炉（工作尺寸：3.8m×1.5m），因使用年限长（已使用30多年），炉温均匀性差，达到了±50多℃，天然气消耗大，浪费能源，已不能满足产品精度高的要求，为此，我们按AMS2750F标准，把31#台车式天然气热处理炉为高精度的台车热处理电炉并可自动降温冷却。

1 改造后主要技术参数

常用工作温度：500～1100℃；

额定加热功率：800kW；

加热区段数：3区；

有效工作区尺寸：4200×2200×1500；

空炉升温时间：≤2.5h；

炉冷降温速率：≥90℃/h；

炉温均匀性：≤±5℃；

温度控制方式：PID调功；

控温精度：±1℃；

系统精度：≤±1.7℃（或读数的±0.3%）；

炉门提升速度：12m/min（从密封到炉门开启完成最高处＜10s；

台车行走速度：16m/min(变频调节)。

2 结构简介

本炉由炉壳、炉衬、加热器、炉门及升降、气动压紧密封机构、强风循环风机、自动降温冷却系统、台车及温度控制系统组成。

（1）炉壳

采用Q235大规格的矩管、型钢和5～16mm钢板焊接制作壳体，矩管、型钢制作骨架，外壳板弯折强化后内嵌入型钢骨架内并与其表面平齐焊接。炉面板厚度18mm以上，并设有膨胀缝，其内设有型钢加强筋，保证整体有足够的刚度和热强性以及外表美观性。

（2）炉衬

因使用温度高，为保证其高温强度，其墙体耐火层采用含锆耐火纤维折叠模块、专门的耐热钢锚固件锚固于内壁型钢架上，耐火层后错缝层铺耐火纤维针刺毯、纤维毡绝热保温。耐火层厚度300mm，利于加热器的挂置，炉衬总厚度400mm以上，长期使用不会出现松动、倾突、坍塌现象，且绝热保温性能良好，外壳温升≤40℃，优于国家标准要求。

炉口两侧易受碰撞，采用莫来石钢纤维高强耐磨低水泥浇注料浇注成型，以保证其强度。防止台车进出，工件不慎撞击而损坏。

墙体耐火层内，预置高铝陶瓷螺钉挂件，以吊置加热元件。波纹状电阻带两端均设有挂件，并均设置有挡垫。加热元件不会出现脱落移位相互接触短路现象。挂件为高铝质陶瓷螺钉，直径Φ20mm，有足够高温强度。

炉体按温区设有控温热偶及负载热偶插入孔，控温热偶孔旁50mm内各设有系统精度校验热偶插入孔。

炉温均匀性测试热偶的导入孔是在台车前端砌体上左右侧预留两个沟槽，沟槽镶嵌有硬质纤维块，与砌体平齐，需测温时取下纤维块，热偶由此导入。

（3）加热器

加热器不等功率分布，是保证炉温均匀性的重要因素之一。

炉口部位温度较炉膛偏低，除了加强炉门的热密封之外，加热器功率分配也极具影响作用。另外台车车体砖体结构必须有一定的改进，让炉底加热器散发的热能不被炉底板完全屏蔽，而合理辐射出来，这样不仅改善了炉底加热器的工作环境，而且还有效地改善了炉底温场均匀分布状态。

加热器选用高温性能优良的0Cr27Al7MO2高温合金带，绕制成波纹状，分三区不等功率布置于炉膛两侧墙、炉门及台车上。

侧墙、炉门加热器分层吊置于纤维折叠模块墙体内高铝陶瓷螺钉挂件上，设有高铝挡块固牢，电阻带波纹两端均固置于挂件上，不会出现脱离、松动；受热膨胀也能自由伸长；两波纹间留下有足够间距，相互间不会出现接触而造成短路。台车加热器置放于高铝砖凹槽内，小钩固定，台车加热器电源输入方式采用台车动静触头连接方式传导，台车进入炉内预定位置后，台车动触头在台车驱动机械力作用下，压紧炉体上相对位置定触头，接通台车加热器电源。

采用波纹状电阻带吊置于墙体内高铝陶瓷螺钉上，结构较采用螺纹状电阻丝，减少相互间屏蔽，利于热量传递，提高了加热器使用寿命。

（4）炉门及升降机构

炉门壳体采用Q235型钢和板材组焊接制作，保证其强度。其壳体下部底板及内法兰采用SUS304耐热钢板制作，以提高高温强度，避免炉门开启后受高温辐射变形而关闭不严造成热量散失及影响炉温均匀性。

炉门内衬砌体与炉膛墙体相同：采用含锆耐火纤维折叠模块锚固砌筑为耐火层，其后错缝粘结层铺耐火纤维毯为保温层，均用耐热钢锚固件锚固在壳体内层钢结构架上，使其成为一个整体，长期使用不会出现倾突、坍塌现象。炉门厚度420mm。

炉门加热器安装方式与炉墙加热器安装方式相同，但内凹一定深度，以避免加热器受热膨胀不慎突出炉门平面而造成损坏。

炉门升降采用电机、减速机、链轮、套筒滚子链传动方式，安装于炉门龙门架上。其设计升降速度约12m/min，保证其上升速度从破密封到提升至炉口完全开启最高速度＜10s，并配备了适当配重，使炉门能快速平稳上升或关闭。

炉门控制设有安全逻辑保护电路；炉门关闭并气动压紧到位，电炉可开始通电加热；炉门开始开启，自动切断加热器电源；炉门上升到位，台车方可进出；台车未进到位，炉门不能关闭。炉门启闭、台车进出所有动作均相互连锁，其动作稳定安全可靠。

（5）强风循环风机

因炉膛尺寸较大，为确保本型炉在较大温度范围内，特别是较低温度段长期使用的炉温均匀性，负载加热过程工件均匀受热，不出现局部过热现象，在本型炉炉顶安装有6台较大功率炉用循环风机，对炉内气流进行强力搅拌循环，以使炉内温度均匀。

风机变频调节风量风压，高温时低速运行，以适应不同温度热风密度变化及传热方式要求，保证炉温均匀的同时提高其使用寿命。

（6）台车、台车行走机构及炉底板

台车为自行走式。电机、减速机、双排滚子链传动组成牵引机构，安装于台车前端箱体内，结构紧凑。经牵引机构牵引台车多对走轮行走于地面轨道上，运行平稳。并设有行程限位装置，行程准确可靠。牵引机构及走轮处于炉外空气中，不会受热变形。

车体上有Cr25Ni20Si2材质耐热钢炉底板，覆盖在加热器之上，以承载工件。

台车加热器的动力配电是靠弹性动静导电铜触头压紧而实现的，弹性动触头固定在台车后端，炉底加热器的导线与各触头连接固牢，随车移动。

炉体下部耐火纤维砌体上设有两道凹槽，台车两侧和后部砌筑有与凹槽相对应的专门定制的带有两道凸台的高铝质重质砖。当台车驶入炉内后，台车双道凸台嵌入炉体耐火纤维凹槽内，形成双道插榫嵌入式迷宫式密封，有效防止热量散失，密封稳定可靠。

（7）降温冷却系统

由进风装置、排风装置、高温引风机及相应水冷管道组成。在控制系统控制下，按设定程序自动控制炉温降温速度。

进风装置由离心通风机、电动闸阀等组成，安装于炉后。将冷空气由炉体下部两侧设置的进风口送入炉内，不直接吹向工件。

排风装置由安装于炉顶后部的出风口、电动闸阀组成。

需降温冷却时，按设定程序进风装置通风机启动，进排气口电动闸阀及高温引风机启动，冷空气从炉体两侧进风口进入炉内，在循环风机作用下与热空气混合，经引风机从排风口排出经水冷管道后汇入排气管经炉后地下烟道（原天然气炉地下烟道）排出车间外。

（8）温度控制系统

本型炉炉温控制为三温区控制，采用晶闸管PID连续自动调节，电压周波过零触发控制方式。其仪表配置按AMS2750F标准D类配置。每区三表三偶独立控制方式。即各温区各设一台高精度智能数显温度仪和热电偶控制炉内温度，各设一台数显温度仪和热电偶监测炉内温度并超温报警，共设一台记录仪和各区各配一支热电偶记录炉内温度。系统控制精度±1℃，系统精度≤±1.7℃。

1) 控温仪选用欧陆3504型智能数显控温仪，具有PID参数自整定功能。仪表精度0.1级。

2) 记录仪选用日本千野AH4700型混合电子记录仪，仪表精度0.1级。

3) 报警仪选用日本岛电SR23数显温度仪，仪表精度0.1级。

4) 主回路：加热主回路调功执行元件选用国内品牌英杰电气三相调功一体化智能电力调整器，选用功率大于额定功率1.5倍，其元件耐压1800V，选用的周波过零触发器具有的优点：① 采用了光电隔离“烧不坏”技术，可靠性高，对输入端干扰小。② 电源反馈延迟时间可调的软启动/软停止功能。

5) 安全保护系统：① 设置了超温过载、过流、欠压、短路、缺相、热偶断电等保护及声光报警功能。② 设有安全逻辑保护系统：炉门开启自动切断主回路电源；电炉超温，自动切断主回路电源；循环风机无冷却水，风机不能启动，加热器不能加热；台车未进到位，炉门未关闭到位，不能接通主回路电源。

3 结束语

经过改造后，达到了技术要求，解决了某厂高精度产品的瓶颈。