對工業(yè)爐發(fā)展、分類及熱工性能的分析
2015-04-29 00:00:00徐志敏
【摘 要】本文綜合工業(yè)爐在20世紀的發(fā)展，歸納總結(jié)了工業(yè)爐的主要分類分析子了主要熱工性能指標。
【關(guān)鍵詞】工業(yè)爐；分類；熱工性能分析
20世紀是工業(yè)爐迅速發(fā)展的年代，加熱工藝對工業(yè)爐提出了愈來愈高的要求。在鍛壓生產(chǎn)中為了降低金屬的變形阻力所采用的加熱爐，在升溫速度、溫度場的均勻性、減少金屬氧化和防止過燒方面均有嚴格的要求、例如：為了獲得尺寸精確和表面光潔的工件，或者為了減少金屬氧化達到保護模具、減少加工余量、簡化工藝過程等目的而采用了各種少、無氧化加熱爐；將人工制備的保護性氣氛，如放熱式和吸熱醒氣氛、氮分解氣氛、滴注式氣氛、氮基氣氛等通入爐內(nèi)以進行氣體滲碳、碳氮共滲、光亮淬火、正火、退火等熱處理工藝，以達到改變金相組織、提高機械性能為目的而發(fā)展了可控氣氛爐；由于生產(chǎn)力的提高，出現(xiàn)了能夠提高爐子生產(chǎn)率和改善勞動條件的各種機械化、自動化連續(xù)式爐；由于電的供應(yīng)量逐漸增加出現(xiàn)了各種電阻爐、感應(yīng)爐和電子束爐等。
工業(yè)爐的燃料也隨著燃料資源的開發(fā)和燃料轉(zhuǎn)換技術(shù)的進步而由采用塊煤、焦炭、煤粉等固體燃料而逐步改用發(fā)生爐煤氣、城市煤氣、天然氣、燃料油、液化石油氣等氣體和液體燃料，并且研制出了與原用燃料相適應(yīng)的各種燃燒裝置，如往復(fù)爐排燃燒室，高、低壓煤氣燒嘴和油嘴，平焰燒嘴，高速燒嘴，自身預(yù)熱燒嘴，自身預(yù)熱燒嘴，比例調(diào)節(jié)燒嘴及旋流煤粉燒嘴等。
1.工業(yè)爐分類
在工業(yè)生產(chǎn)中利用燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，或?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化的熱量對工件或物料進行加熱、熔煉、干燥、燒結(jié)等作業(yè)的熱工設(shè)備稱為工業(yè)爐。
機械工業(yè)應(yīng)用的工業(yè)爐有許多類型，在鑄造車間內(nèi)有熔煉金屬的電弧爐、平爐、沖天爐、坩堝爐，有烘烤砂型、砂芯及各種合金的干燥爐，有鑄件退火爐時效爐等；在鍛壓車間內(nèi)有對鋼錠或鋼坯進行鍛前加熱的各種加熱爐和鍛后消除內(nèi)應(yīng)為的熱處理爐；在熱處理車間內(nèi)有改善工件機械性能的各種退火、正火、淬火、回火和滲碳用的熱處理爐；在焊接車間內(nèi)有焊件的焊前預(yù)熱爐和焊后熱處理爐，有沖壓件的沖壓前鋼板加熱爐等。此外還有其他車間使用的木材干燥室和油漆干燥室等。
按供熱方式工業(yè)爐分為兩類：一是，火焰爐，或稱燃料爐，是用各種燃料的燃燒熱量在爐內(nèi)對工件或物料進行加熱的；二是，電爐，是在爐內(nèi)將電能轉(zhuǎn)化為熱量對工件或物料進行加熱的。
火焰爐所用燃料來源廣泛，價格較便宜，便于因地制宜地建造不同結(jié)構(gòu)和不同用途的爐子，在妥善操作和科學管理的條件下有利于降低生產(chǎn)費用。但火焰爐難于實現(xiàn)準確控制，易造成環(huán)境污染，熱效率也較低，電爐的最大特點是爐溫均勻，便于實現(xiàn)自動控制，加熱質(zhì)量好。
按熱工制度工業(yè)爐也分兩類：一是間斷式爐，又稱周期式爐，其特點是爐膛內(nèi)不同溫度區(qū)段，爐子按一般或兩班生產(chǎn)，在每一加熱周期內(nèi)爐溫是變化的，如各種寬式爐、臺車式爐、井式爐、罩式爐等；二是連續(xù)式爐，其特點是爐質(zhì)內(nèi)劃分溫度區(qū)段，一般由預(yù)、加熱、均熱（保溫）三個區(qū)段組成，爐子為三班連續(xù)生產(chǎn)，在加熱過程中每一區(qū)段內(nèi)的溫度可認為是不變化的，如二段或三段連續(xù)式加熱爐，推桿式加熱爐和熱處理爐，環(huán)形爐，步進式爐，原底式爐，沖天爐及石灰窯等。
淬火爐用于鋁合金管棒型材擠壓制品的淬火處理。在淬火前，擠壓制品的加熱應(yīng)均勻，溫差應(yīng)小于±2.5℃；淬火時，要求過渡時間短，不超過15秒。過去，鋁合金擠壓制品采用硝酸鹽（KNO3）浴槽處理。隨著鋁合金擠壓制品長度的增加，這種淬火方式已被淘汰。有色金屬加工設(shè)計研究院設(shè)計的一種立式淬火爐，可用于鋁合金擠壓制品的淬火處理，但最大料長不能大于8米，實用于中、小型鋁加工廠，年處理能力為1000噸。蘇聯(lián)設(shè)計的立式淬火爐，內(nèi)部均設(shè)有熱風強制循環(huán)系統(tǒng)。可用于處理大型鋁合金管棒型材，料長可從4米至20米，甚至還可長些。目前國內(nèi)、外用得比較普遍的是立式淬火爐，淬火池直接設(shè)在爐子下面。這種淬火爐具有如下特點：
①淬火前，擠壓制品可以均勻而快速加熱。
②可用最短時間將料放入淬火池內(nèi)。
③可以避免由于自重和加熱引起的擠壓制品的彎、扭變形，有利于保持制品遠行。
④淬火后的擠壓制品機械性能均一。
整個爐體封在一個鋼結(jié)構(gòu)框架內(nèi)。淬火池設(shè)在爐下，是防水混凝土結(jié)構(gòu)，直徑為4米，深20米，或根據(jù)淬火擠壓制品的長度再深些。加熱爐的中心相對于淬火池偏心1.2米，以便利用電葫蘆將料捆吊到淬火池中。然后平移至爐下，再用吊鏈（用卷揚驅(qū)動）拉到爐內(nèi)的一定高度，直到卷揚自動斷電。提升速度為0.4米/秒。淬火時下降速度為0.4-0.6米/秒。
2.對于大型擠壓制品，可單根進行淬火處理
淬火爐的加熱段中，每段均可由三角形連接變換成星形連接。爐子的主要缺點是土建工程量大，地坑深、房架高。在建廠房前，就需完成地坑混凝土工程。
反應(yīng)爐子熱工性能的主要參數(shù)是：爐子裝載量、爐子生產(chǎn)力、爐子生產(chǎn)率、燃料單位熱耗及爐底熱強度等。
2.1爐子裝載量
每一加熱周期內(nèi)，一次可裝入爐內(nèi)的工件或物料重量稱為爐子裝載量，單位為噸（t）。對于干燥爐，一次裝入爐內(nèi)的物料（砂箱、砂型、砂芯等）體積占爐室溶劑的百分數(shù)稱為爐子填充率。爐子裝載量或填充率代表了爐子的負荷量大小，也是計算爐體結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)承載能力的因數(shù)之一。
2.2爐子生產(chǎn)力
對于加熱爐和熱處理爐，按單位時間計算的爐子加熱能力稱為生產(chǎn)力，單位為千克/時（kg/h）；對于充填爐則習慣稱為爐子熔化率，單位為噸/時（t/h）。爐子升溫速度愈快，則生產(chǎn)力愈高。
2.3爐子生產(chǎn)率
對于加熱爐和熱處理爐，按單位時間單位爐底面積計算的爐子加熱能力稱為爐子生產(chǎn)率，單位為千克/米2.時（kg/（m2.h））；對于沖天爐則習慣稱為爐子熔化強度，單位為噸/米2.時（t/（m2.h））。爐子裝載量愈大，升溫速度愈快，則爐子生產(chǎn)率愈高。一般情況下，爐子生產(chǎn)率愈高，則加熱每千克工作的單位熱量消耗亦愈低，所以要想降低能源消耗，首先應(yīng)該滿負荷生產(chǎn)，盡量提高爐子生產(chǎn)率。
2.4單位熱耗與爐底熱強度
在一個加熱周期內(nèi)，加熱每千克工作玩消耗的熱量稱為工件的單位熱耗，單位為千焦/千克（kj/kg）。單位熱耗與爐子生產(chǎn)率相乘即為爐底熱強度，單位為千焦/米2.時[kj/（m2.h）]。利用單位熱耗與爐底熱強度指標可較為準確地計算爐子燃料消耗量。要想降低燃料消耗除應(yīng)滿足負荷生產(chǎn)、盡量提高爐子生產(chǎn)率以外，還要減少爐子砌體的置熱和散熱損失，水冷構(gòu)件熱損失、各種開口輻射熱損失、逸出爐外煙氣和吸入爐內(nèi)冷空氣造成的熱損失，以及離爐煙氣帶走的熱損失等。
3.結(jié)語
為了提高爐子的熱工性能，除必須根據(jù)工藝要求、預(yù)熱器及爐用機械形式、燃料及燃燒裝置類別、適宜的爐子排煙方式等設(shè)計優(yōu)良的爐型結(jié)構(gòu)外，還需對爐溫、爐壓進行自動控制，對燃料與助燃空氣進行自動接比例調(diào)節(jié)。需要指明：實現(xiàn)爐子最佳性能不能單獨依靠自動控制來實現(xiàn)，還應(yīng)有嚴格的操作管理制度。
【參考文獻】
[1]魏軍.有色金屬擠壓車間機械設(shè)備[M].冶金工業(yè)出版社，1988，8.
