淺談立式鋁合金淬火爐設(shè)計(jì)

喬冰劍 沈珺宏 田 冰

（1.中捷機(jī)床有限公司，遼寧 沈陽110043；2.中國建筑東北設(shè)計(jì)院 精益所，遼寧 沈陽110006；

3.亞泰集團(tuán) 丹東交通水泥有限公司，遼寧 丹東118000）

0 引言

立式鋁合金淬火爐主要用于買方緩速器、變速器等鋁合金鑄件的T6熱處理（固溶淬火+時(shí)效），處理后的鋁合金鑄件硬度均勻、變形量小。電爐與控制柜配合使用，可自動(dòng)控制及記錄電爐的工作溫度。

1 設(shè)備技術(shù)規(guī)格

（1）爐型：立式

（2）最高工作溫度：650℃

（3）使用溫度范圍：120℃～650℃

（4）淬火水介質(zhì)工作溫度：60-90℃

（5）爐溫均勻性：±5℃

（6）控溫區(qū)數(shù)：單區(qū)控溫

（7）溫度儀表系統(tǒng)精度：≤±1.0℃

（8）淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間：＜15 s（從爐門開啟到鑄件全部沒入水中）

（9）爐膛有效工作尺寸：2000×2000×1500mm

（10）最大裝爐量：≤1000kg（不含料框重量）

（11）安裝功率：～520 kW

（12）加熱功率：324 kW

（13）空爐升溫速度（20-535℃）：≤90分鐘，可控

（14）水槽有效容積：10-12 m3

（15）循環(huán)風(fēng)機(jī)：22/28kW雙速軸流風(fēng)機(jī)

（16）恢復(fù)時(shí)間：工件入爐后爐溫恢復(fù)到工藝溫度下限的時(shí)間：滿載≤90分鐘，空載≤60分鐘

（17）工作溫度下外壁溫度：溫升≤35℃

（18）水槽加熱功率：130 kW

（19）加熱元件：一體式管狀加熱器（加熱器材質(zhì)：Cr20Ni80；套管材質(zhì)：不銹鋼SUS304）

2 設(shè)備主要組成

設(shè)備由爐體、底部爐門裝置、料筐升降轉(zhuǎn)移裝置、頂裝加熱器、空氣循環(huán)裝置、淬火槽車及其驅(qū)動(dòng)裝置、料筐、設(shè)備檢修平臺(tái)及爐子控制系統(tǒng)組成。

2.1 爐體

爐體起保溫作用且支撐各部件，承受裝載負(fù)荷，保證設(shè)備在高溫下長時(shí)間連續(xù)工作。外形為方形結(jié)構(gòu)，由爐頂和四面爐墻組成。

外殼采用型鋼與5mm厚鋼板焊接而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)外兩側(cè)采用連續(xù)焊與斷續(xù)焊相結(jié)合的方式，既保證爐子的密封性，又強(qiáng)化了整體強(qiáng)度，且外觀平直、美觀。爐殼外表面刷兩遍底漆，兩遍面漆。

2.2 底部爐門裝置

爐門采用對(duì)開式，雙層結(jié)構(gòu)。由爐門及爐門托架組成。

爐門由爐門鋼架、爐門內(nèi)襯以及密封纖維繩組成，爐門鋼架采用型鋼制作，在鋼架上安裝可承載爐門滑動(dòng)的滑輪，爐門內(nèi)襯結(jié)構(gòu)與爐襯相似，由纖維以及1.5mm厚不銹鋼內(nèi)襯板組成。密封采用定制的纖維繩，內(nèi)含不銹鋼絲，安裝在爐門內(nèi)襯預(yù)留的凹槽內(nèi)，用不銹鋼鋼絲網(wǎng)覆蓋固定爐門內(nèi)襯上，爐門壓緊密封時(shí)，露在凹槽外的纖維繩沿垂直方向與四周爐口鋼板壓緊，完成密封。

爐門托架由型鋼以及車輪組組成，鋼架上方裝設(shè)斜面導(dǎo)軌，用來支撐引導(dǎo)爐門上的滑輪，爐門開啟或關(guān)閉時(shí)爐門可以在托架沿導(dǎo)軌斜向移動(dòng)，車輪組安裝在爐門托架下部，在爐體兩側(cè)的下部軌道上移動(dòng)。對(duì)開爐門的開閉驅(qū)動(dòng)靠兩側(cè)油缸分別驅(qū)動(dòng)爐門托架，從而帶動(dòng)爐門。

爐門關(guān)閉時(shí)，上層爐門首先接觸，相互擠壓（對(duì)開爐門接觸處均設(shè)有纖維，用不銹鋼絲網(wǎng)覆蓋固定）促使?fàn)t門沿下部托架上的斜面導(dǎo)軌垂直與爐門四周護(hù)板垂直擠壓，完成密封。雙層車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，避免密封繩與爐口護(hù)板有刮蹭現(xiàn)象，爐門打開時(shí)，爐門先完成一個(gè)垂直下降的動(dòng)作，然后在托架帶動(dòng)下迅速打開爐門。爐門的開啟速度及開啟方式充分考慮淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間的要求。

在爐門兩側(cè)行程方向上分別設(shè)置開關(guān)到位、減速等行程開關(guān)，在保證開啟速度、滿足淬火要求的基礎(chǔ)上，整個(gè)爐門開啟或關(guān)閉過程運(yùn)行準(zhǔn)確、快慢結(jié)合，無卡滯現(xiàn)象。

2.3 料筐升降轉(zhuǎn)移裝置

料筐轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)主要由液壓站、支撐鋼架、倍速滑輪組機(jī)構(gòu)、不銹鋼絲繩、爐內(nèi)吊鉤及吊架組成。

液壓站由專業(yè)液壓制造單位提供，元器件均采用外資或中外合資品牌，液壓缸雙向均采用電磁調(diào)速閥調(diào)速，使?fàn)t門和料筐按規(guī)定的工藝節(jié)拍運(yùn)動(dòng)，達(dá)到淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間要求。

支撐鋼架安裝在爐體一側(cè)，與爐體鋼架融為一體，增強(qiáng)爐子整體的強(qiáng)度。

倍速滑輪組機(jī)構(gòu)采用四倍速滑輪機(jī)構(gòu)，安裝滑輪的滑車沿安裝在支撐鋼架上的導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行平穩(wěn)無卡滯?；嚿舷碌轿痪O(shè)置油缸驅(qū)動(dòng)的安全銷。進(jìn)一步保證生產(chǎn)安全。

不銹鋼絲繩、爐內(nèi)吊鉤及吊架的制作均采用不銹鋼制作，保證在爐子最高溫度下仍具備足夠的強(qiáng)度，能使料筐實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掛鉤及脫鉤。

升降行程均設(shè)置限位開關(guān)，并將工作位置反饋給電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)程序控制，可實(shí)現(xiàn)淬火過程的自動(dòng)化。淬火過程中實(shí)現(xiàn)料筐的自動(dòng)抖動(dòng)，防止工件局部過熱影響產(chǎn)品質(zhì)量。

升降轉(zhuǎn)移裝置與爐門及槽車設(shè)置嚴(yán)格的連鎖保護(hù)，并帶有故障報(bào)警，杜絕淬火過程中發(fā)生意外。

2.4 頂裝加熱器

加熱器的合理排布，是保障爐溫均勻性的重要因素之一。

本設(shè)備采用卡口式加熱器，加熱器本身帶有保溫層，從爐頂預(yù)留安裝孔直接插入爐內(nèi)四周循環(huán)風(fēng)道，電阻絲材質(zhì)選用Cr20Ni80。壽命長，拆裝方便且平時(shí)無需維護(hù)，需要更換時(shí)可直接從爐頂抽出。

2.5 空氣循環(huán)裝置

空氣循環(huán)裝置由循環(huán)風(fēng)機(jī)及不銹鋼導(dǎo)流系統(tǒng)組成。循環(huán)風(fēng)機(jī)的選擇以及導(dǎo)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接影響爐溫均勻性的優(yōu)劣。

設(shè)備采用單區(qū)控溫，由一臺(tái)大流量軸流式高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)完成爐內(nèi)整體熱風(fēng)強(qiáng)制循環(huán)，風(fēng)機(jī)選用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品牌，雙速調(diào)速，當(dāng)爐溫低于170℃時(shí)，風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行，爐溫超過170℃時(shí)，風(fēng)機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)為高速運(yùn)行。風(fēng)機(jī)葉片可耐溫800℃。性能穩(wěn)定，運(yùn)行噪音低，并設(shè)有過流、過熱等電氣保護(hù)。風(fēng)機(jī)與爐內(nèi)溫度設(shè)置連鎖保護(hù)，爐內(nèi)溫度低于100℃時(shí)，風(fēng)機(jī)方可停止。軸承為進(jìn)口日本精工軸承，冷卻方式采用風(fēng)冷，去除了繁瑣的水冷系統(tǒng)，降低了因冷卻水缺水、欠壓引起的風(fēng)機(jī)故障，影響生產(chǎn)。采用吊裝方式安裝在爐頂，維護(hù)、檢修方便。

爐內(nèi)導(dǎo)流板及其固定裝置采用2mm厚不銹鋼材料制作，導(dǎo)流板做成不銹鋼螺栓連接的整體吊裝于爐內(nèi)，四周側(cè)墻加裝固定桿，既能保證強(qiáng)度，又能保證在熱態(tài)下變形小、氣密性好，長期使用不會(huì)出現(xiàn)熱短路及泄露現(xiàn)象。在導(dǎo)流板內(nèi)部安裝不銹鋼防護(hù)桿，防止料筐在淬火、上料過程中碰撞、刮蹭導(dǎo)流板。

在爐內(nèi)導(dǎo)流板靠近熱源處增裝隔熱層，由耐熱不銹鋼板及硅酸鋁纖維毯組成，有效的防止局部高溫輻射影響有效區(qū)，從影響整體的爐溫均勻性。

2.6 淬火槽車及其驅(qū)動(dòng)裝置

淬火槽車將淬火槽、料筐平臺(tái)、移動(dòng)小車做成一體。

淬火槽由槽體、水溫測量記錄系統(tǒng)、液位計(jì)、機(jī)械攪拌裝置、淬火液冷卻系統(tǒng)、排汽系統(tǒng)等組成。

槽體均采用碳鋼型鋼及5mm厚不銹鋼板制作（外部鋼架采用型鋼加固），保證足夠強(qiáng)度，制作完成后做滲漏試驗(yàn)，防止水槽滲水或漏水。槽內(nèi)四周設(shè)置導(dǎo)向桿，防止淬火時(shí)料框偏斜碰撞槽體或槽內(nèi)其它管路。槽體上留設(shè)溢流管口及放水管口，避免淬火液溢出和便于及時(shí)排放廢水。水溫測量記錄系統(tǒng)包括測溫?zé)犭娕?、?shù)顯溫度表。數(shù)顯溫度表精度fflt;1℃，帶聲光報(bào)警且可自由設(shè)置報(bào)警溫度，顯示的溫度可實(shí)時(shí)記入設(shè)備的溫度記錄儀中。槽體上裝有一個(gè)液位計(jì)，可直觀觀察液位，防止抽水過量或液位過高。機(jī)械攪拌通過大流量水泵實(shí)現(xiàn)，通過水泵與槽內(nèi)安裝的循環(huán)管路使淬火液形成內(nèi)循環(huán)，保證淬火液溫度比較均勻。槽體外表面用巖棉板與鍍鋅板做保溫處理。

3 結(jié)語

立式鋁合金淬火爐在妥善操作和科學(xué)管理的條件下有利于降低生產(chǎn)費(fèi)用。實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制，不易造成環(huán)境污染，熱效率也較高，爐溫均勻，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，加熱質(zhì)量好。一般沒有煙塵和噪聲危害，但限于我國供電量不足和電費(fèi)較貴而較少采用，即使如此也仍然有許多加熱工藝要采用立式鋁合金淬火爐。