熱回收型連續(xù)正火爐的開發(fā)與應(yīng)用

黃培，陳仲連，陸粉榮，徐永明

(1.華東軸承材料熱處理學(xué)會專家工作站，江蘇 蘇州 215126；2.江陰耐士鐵金屬制品有限公司，江蘇 無錫 214443；3.蘇州工業(yè)園區(qū)華新電爐廠，江蘇 蘇州 215126)

1 概述

空調(diào)壓縮機(jī)用氣缸缸體常用FCD25共晶灰口鑄鐵經(jīng)鋼模鑄造而成，缸體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其化學(xué)成分見表1。在鑄造狀態(tài)得到的D型石墨坯件，一般均施行正火處理，以得到珠光體-鐵素體基底，正火的技術(shù)要求為：(1)抗拉強(qiáng)度≥23 kg/mm2；(2)硬度為170～219 HB；(3)金相組織中依ASTM標(biāo)準(zhǔn)，D型石墨含量為80%以上，珠光體含量為15%～30%。一般多采用臺車式電阻爐(多達(dá)20臺)加熱，保溫后抽出臺車，翻轉(zhuǎn)臺面，傾倒后吹風(fēng)噴冷。此方法能耗高(420 kW·h/t左右)，勞動強(qiáng)度大，環(huán)境熱污染嚴(yán)重，夏季車間溫度高達(dá)50 ℃以上。

圖1 氣缸缸體結(jié)構(gòu)

表1 缸體的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

針對上述情況，對高溫固體顯熱通過傳質(zhì)實(shí)現(xiàn)熱交換回收進(jìn)行研究，在熱回收型連續(xù)退火爐的基礎(chǔ)上，研制出了熱回收型連續(xù)正火爐，該正火爐已投產(chǎn)運(yùn)行，各項(xiàng)狀態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定[1]。

2 電爐設(shè)計(jì)原理

新型連續(xù)正火爐具有雙層爐道結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。爐子的上層爐道前端為預(yù)熱段，后端為加熱區(qū)和保溫段，下層爐道依次設(shè)置有快冷段和緩冷段；上層爐道有1條主傳送帶，下層爐道有2條傳送帶，即2#和3#傳送帶。電路的核心技術(shù)是將正火冷卻時(shí)金屬放出的熱量用于熱交換器內(nèi)新進(jìn)爐工件的預(yù)熱，由于所有傳送帶都沒有直接裸露在爐體外，因此大大減少了封閉爐內(nèi)熱量循環(huán)的熱能損耗。

1—熱交換器；2—主傳送帶；3—導(dǎo)流套；4—托輥；5—加熱體；6—轉(zhuǎn)移料斗；7—噴冷系統(tǒng)；8—熱回收管路；9—爐體；10—2#傳送帶；11—3#傳送帶；12—工件；13—離心風(fēng)機(jī)；14—出料臺；15—電動機(jī)

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

設(shè)備型號：SHRN-380-9；

額定功率：380 kW；

額定溫度：930 ℃；

加熱室有效空間：8 000 mm×800 mm×200 mm；

生產(chǎn)效率：800 kg/h；

熱交換器有效空間：5 000 mm×800 mm×1 200 mm；

外形尺寸: 13 800 mm×2 500 mm×3 800 mm；

質(zhì)量：48 t。

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)加熱室為托輥支撐型網(wǎng)帶加熱爐，瓷管芯螺旋電熱體加熱器總功率為380 kW，由72支加熱管均勻分擔(dān)，爐內(nèi)呈4個(gè)加熱區(qū)布置，按工藝要求，獨(dú)立控溫，爐襯采用陶瓷纖維氈加輕質(zhì)耐火磚復(fù)合結(jié)構(gòu)。

(2)噴冷正火冷卻室位于加熱爐的下方，由返回的一級網(wǎng)帶機(jī)構(gòu)和噴冷箱、噴風(fēng)嘴及高壓風(fēng)機(jī)等組成。為了調(diào)節(jié)風(fēng)冷強(qiáng)度，正火冷卻配備“2+3”結(jié)構(gòu)的風(fēng)機(jī)裝備。為了節(jié)約能源，優(yōu)化工作環(huán)境，噴冷室對外是絕熱的。

(3)熱回收室由4臺循環(huán)風(fēng)機(jī)和專用風(fēng)道承擔(dān)空氣工質(zhì)的循環(huán)運(yùn)動，由于灼熱工件熱量的回收，可以使新進(jìn)爐工件在進(jìn)入電熱區(qū)之前工件表面溫度達(dá)到350～400 ℃。工件經(jīng)由二級網(wǎng)帶輸出爐外。

(4)電器控制系統(tǒng)采用智能儀表控制，溫控精度優(yōu)于±2 ℃。

3 使用效果

3.1 冷態(tài)調(diào)試

所有機(jī)構(gòu)動作(包括自動上料)，均按完整的操作程序聯(lián)動，準(zhǔn)確定位各傳送帶速度、控制位置；調(diào)整噴冷機(jī)的各風(fēng)機(jī)風(fēng)量和各區(qū)段傳送帶的水平度及張緊度(3條傳送帶的結(jié)構(gòu)、張緊方式和傳送速度均不同)。

3.2 熱態(tài)調(diào)試

(1)烘爐，打開電爐外門，按30 ℃/h速度升溫到200 ℃保持48 h，400 ℃保持48 h，600 ℃保持48 h。

(2)裝料入爐，將缸體以兩層方式平鋪于傳送帶上，工藝制度為一區(qū)850 ℃、二區(qū)900 ℃、三區(qū)900 ℃、四區(qū)900 ℃，總加熱為90 min開始進(jìn)行工藝試驗(yàn)，全部工藝正常達(dá)產(chǎn)為止。

3.3 工藝試驗(yàn)

按照FCD-25共晶鑄鐵的典型正火工藝進(jìn)行試驗(yàn)，正火溫度穩(wěn)定為880 ℃，加熱保溫80 min，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)快冷各風(fēng)機(jī)閥門。經(jīng)2個(gè)月生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，正火工件的日產(chǎn)量可達(dá)18～20 t，工件硬度為170～219 HB，金相組織如圖3所示，均符合技術(shù)要求；單位耗電為260～270 kW·h/t，比臺車爐(420 kW·h/t)節(jié)電約40%。

圖3 FCD-25共晶鑄鐵正火金相組織

對GCr15鋼軸承鍛件進(jìn)行正火工藝試驗(yàn)，其目的是細(xì)化組織，消除網(wǎng)狀碳化物，節(jié)省能源。鍛坯型號為6308/01，加熱規(guī)范為900 ℃×60 min，冷卻速度同鑄鐵缸體工藝，工件正火后硬度為294～302 HB(31.5～32.5 HRC),顯微組織為100%索氏體，金相組織如圖4所示，完全達(dá)到了工藝目的。

圖4 GCr15鋼軸承毛坯正火金相組織

4 結(jié)束語

高溫固體余熱回收作為熱處理節(jié)能技術(shù)的新領(lǐng)域，其重大意義已經(jīng)越來越被人們所認(rèn)識。爐型和爐襯結(jié)構(gòu)對熱能利用率影響極大，爐型設(shè)計(jì)、高度絕熱(使?fàn)t殼溫升≤30 ℃)和余熱回收是熱處理節(jié)能技術(shù)的3個(gè)支配因素。

用熱回收型連續(xù)正火爐處理工件，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量的均勻性，節(jié)約能源和勞動力，改善勞動條件，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。下一步將在已有的網(wǎng)帶傳送帶基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研發(fā)推盤型、推盤-輥底復(fù)合型、推盤-網(wǎng)帶(鏈帶)復(fù)合型熱回收型正火爐。