全纖維臺車電阻爐結(jié)構(gòu)設(shè)計

湖北神力鍛造有限責(zé)任公司 （丹江口 442700） 劉中陽

著重介紹了一種全纖維臺車式電阻爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用高鋁全纖維模塊、CrMn電阻帶和纖維密封替代傳統(tǒng)的磚窯式電阻爐結(jié)構(gòu)，整體節(jié)電30%，且具備節(jié)能環(huán)保、方便適用和安全可靠的特點。

一、工藝分析和技術(shù)要求

該臺車爐主要用于45、50、55、12Mn2VB、40Cr、42CrMo、32MnSiVS5等鋼制大型汽車鍛件的回火、焊接退火，也用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金鋼、模具鋼等產(chǎn)品的低溫回火處理，零件在爐中加熱到工藝溫度后進(jìn)行保溫，然后出爐空冷，完成整個工藝過程。設(shè)備的環(huán)境溫度：－10～40℃，相對濕度：≤85%，供電：三相380V±10%，（50±1）Hz。

要求設(shè)備額定溫度700℃，常用工作溫度550～650℃；爐膛尺寸3000mm×2400mm×1500mm；工件裝料空間2400mm×2000mm×1200mm；臺車面尺寸3300mm×2280mm；額定功率340kW＋5%，兩區(qū)控溫；額定裝爐量6t；臺車額定承載量10t。

二、結(jié)構(gòu)原理

全纖維臺車式電阻爐雖然形式結(jié)構(gòu)各式各樣，但是其主要結(jié)構(gòu)大致相同，主要由爐殼、爐襯、爐門、臺車、加熱元件和電控系統(tǒng)等六部分構(gòu)成。

1. 爐殼

爐殼骨架采用型鋼焊接而成，主體骨架采用角鋼和槽鋼組焊，以保證爐體強度和剛度穩(wěn)定可靠。爐殼主體采用成形鋼板組焊，并根據(jù)爐襯纖維模塊的布置，在爐殼鋼板上焊接不銹鋼鉚固件，用于固定纖維模塊，最后整個爐殼刷防銹漆。爐口面板采用Q235鋼板（厚≥14mm）組焊于爐架上，耐熱面板分塊固定，留1.5~2mm的膨脹縫，爐殼表面需噴涂耐高溫防銹漆，以防止漆層受熱脫落。

2. 爐襯

（1）爐體爐襯 爐體兩側(cè)面、后面、頂面和爐門均采用全纖維爐襯，靠近爐壁平鋪兩層20mm耐火纖維毯，纖維毯需錯縫平鋪，以達(dá)到緊固、絕熱的效果。在纖維毯上布置纖維模塊，纖維模塊采用密度達(dá)230kg/m3以上的高鋁陶瓷纖維組件，用錨固件（1Cr18Ni9Ti）將纖維毯和纖維模塊固定在殼體上，爐襯總厚度應(yīng)達(dá)到280mm以上。陶瓷纖維組件、耐火纖維毯及錨固件具有熱損失小、可靠耐用、節(jié)能顯著等優(yōu)點，使用壽命在5年以上。在爐門、側(cè)墻、后墻模塊上設(shè)有高鋁瓷組件固定電阻帶，高鋁瓷組件由一件“木螺釘”形高鋁瓷件和高鋁墊圈組成。

（2）臺車復(fù)合爐襯 支撐工件的臺車爐襯下部采用（QZ）-1.0輕質(zhì)黏土磚、保溫磚砌筑而成隔熱保溫層，其上部采用高抗熱震耐磨大型高鋁磚砌成方格形，大型高鋁磚支撐爐底板和工件重量，其強度高，抗沖擊好；方格中采用輕質(zhì)黏土磚、高鋁定形磚等組成復(fù)合爐襯，爐底平鋪電阻帶，電阻帶上方有爐底蓋板，使其不受工件重量；臺車爐邊框采用成型標(biāo)準(zhǔn)耐火黏土磚，減少碰撞損壞，確保耐用、節(jié)能。

3. 爐門

爐門殼體采用型鋼、板材焊接而成，并需留有2mm左右的膨脹縫，保證爐門長久使用不變形。根據(jù)爐門設(shè)計重量，采用相應(yīng)噸位的電動葫蘆進(jìn)行爐門升降，葫蘆固定于爐體前端側(cè)面，方便維修。電動葫蘆端使用鋼絲繩連接，爐門端使用耐熱扣鏈連接，爐門升降使用固定的鋼絲繩與耐熱扣鏈相連，通過爐門架上的導(dǎo)向輪定向完成爐門升降，保證爐門升降的扣鏈不會受熱失效，使?fàn)t門運行安全可靠。爐門兩側(cè)各設(shè)兩個滾輪，滾輪在用型鋼做成的導(dǎo)向槽內(nèi)運動，保證爐門升降運行流暢。

4. 臺車

臺車架體采用型鋼、板材組焊成臺車架，最大載荷應(yīng)取額定裝爐量的1.5倍左右，上面平鋪鋼板。臺車面設(shè)計方格形，方格中設(shè)電阻帶，其上鋪設(shè)爐底板，其厚度最少為30mm，爐底板為塊狀結(jié)構(gòu)分蓋于方格上，安裝后其高度要高出方格1.5~2mm。爐底板材料可選耐熱鋼鑄（ZG26Cr18Mn12Si2N），保證爐底板在工作狀態(tài)下有足夠的強度及使用壽命，爐底板兩側(cè)設(shè)有起吊位置，方便安裝和維修，其使用壽命可達(dá)3~5年。

臺車架體四周邊框采用厚鋼板，臺車邊框間需設(shè)有膨脹縫。臺車殼體端頭設(shè)置爐門平臺，且?guī)L輪，保證爐門與臺車密封，方便操作。臺車殼體應(yīng)具有足夠高的剛度和強度，以保證臺車在使用中變形小，行走靈活可靠。

臺車前端下方設(shè)計為帶減速器的自動行走機構(gòu)，兩組雙排鏈主動輪，其余從動輪，實現(xiàn)臺車進(jìn)出運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且便于檢修與潤滑。臺車行走的主動、被動裝置必須保證保養(yǎng)（潤滑）、檢修、更換方便，行走輪采用鑄鋼件（ZG310—570），其軌道采用18kg/m的輕軌。臺車進(jìn)到位和開出到位都設(shè)有雙限位開關(guān)自動定位控制裝置，以及機械和行程開關(guān)雙保險，保證臺車端部定位準(zhǔn)確；軌道上還設(shè)有固定定位裝置。

為確保人員、設(shè)備安全，臺車與爐門需設(shè)置運動互鎖和聯(lián)鎖控制，即打開爐門后，自動切斷加熱元件，同時恢復(fù)臺車行走機構(gòu)電源；爐門關(guān)閉到位后，自動切斷臺車行走機構(gòu)電源，同時恢復(fù)加熱元件電源。同時設(shè)置聲光報警裝置，保證在臺車開動時警示周圍人員。減速機安裝應(yīng)制作安全防護(hù)罩；靠近爐體面護(hù)罩加設(shè)防熱輻射隔熱層。

5. 加熱元件

為便于在纖維模塊上進(jìn)行固定，加熱元件采用電阻帶，并呈V形分布于臺車面、兩側(cè)墻、爐門和后墻，材質(zhì)可選0Cr21Al6Nb或06Cr25Ni20，選取較小的表面負(fù)荷，并根據(jù)爐內(nèi)不同位置布置不同的功率密度，以提高爐溫均勻度，延長加熱元件使用壽命。爐外電纜與電源引出棒連接用電力線路用U形線夾；爐門上加熱元件引出電源線的移動采用金屬鋁管包裹，隨爐門的升降而移動；爐門上電源線采用耐熱電纜，加熱器使用壽命可保證在2~3年。

6. 電控系統(tǒng)

該臺車爐分兩個溫區(qū)，每個溫區(qū)均采用兩表制控溫，即由智能控溫儀和無紙記錄儀記錄溫度并兼作超溫報警。由插入爐內(nèi)的熱電偶將該區(qū)的溫度轉(zhuǎn)換成電信號，送到溫度儀表中，經(jīng)儀表內(nèi)部處理后與設(shè)定值比較，經(jīng)“PID”調(diào)節(jié)運算后，輸出一電壓控制信號控制固態(tài)繼電器的通斷，調(diào)節(jié)單位時間內(nèi)輸入該區(qū)的功率大小，以達(dá)到控溫的目的。

爐體加熱主回路設(shè)有復(fù)合式自動低壓斷路器，用作切斷電源及短路、過載、過流保護(hù)。另配置半導(dǎo)體專用快熔、保護(hù)一體化模塊，不易受損，模塊下端設(shè)有交流接觸器，當(dāng)超溫或爐門開起時，自動切斷主回路，保護(hù)設(shè)備和工人的安全。

控制柜可整體外包制造，柜體為前后開門，柜內(nèi)設(shè)有獨立檢修220V日光燈和檢修用插座，每臺電控柜需在頂部設(shè)置強制冷卻風(fēng)扇并帶防護(hù)網(wǎng)，門鎖開閉方便；回火爐分區(qū)布置控制回路，每個區(qū)單獨設(shè)置電控柜控制加熱，程序和動作控制可以合并到其中一個控制柜中。

7. 密封裝置

爐門與爐體、臺車間的密封采用桿杠和爐門自重密封。臺車與爐體間密封采用纖維棉45°角密封。

8. 通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)

在爐體頂部布置兩套高溫強循環(huán)系統(tǒng)，功率應(yīng)在10kW左右。為使?fàn)t內(nèi)循環(huán)暢通，爐內(nèi)設(shè)計導(dǎo)流板，材質(zhì)為耐熱不銹鋼1Cr18Ni9Ti，分別布于爐頂和爐體兩側(cè)，導(dǎo)風(fēng)通道寬度應(yīng)不小于180mm，頂部導(dǎo)風(fēng)板固定于爐頂耐熱掛鉤上，側(cè)墻導(dǎo)流板固定于側(cè)墻耐熱不銹鋼凹槽內(nèi)。整個結(jié)構(gòu)方便裝拆，維護(hù)簡單、方便，在導(dǎo)流板上有加強筋，防止變形。為方便風(fēng)機系統(tǒng)檢修，通風(fēng)機軸承通常采用風(fēng)冷卻，風(fēng)機使用壽命應(yīng)在兩年以上。

三、結(jié)語

全纖維臺車電阻爐在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，經(jīng)過批量生產(chǎn)驗證，其電耗比傳統(tǒng)磚爐降低30%以上，爐溫均勻度在8~10℃，爐體外表面溫升35~40℃，滿載升溫時間1.5~2h，爐內(nèi)通風(fēng)均勻，工件硬度散差小。