提升熱處理爐生產(chǎn)能力的因素

何敏

【摘?要】熱處理爐的主要特點(diǎn)是無氧化、無脫碳、無毒等幾個(gè)方面，通過熱處理爐后可以完成零件的脫脂、脫氣，同時(shí)減少零件的表面污染與氫脆，與傳統(tǒng)處理爐相比，大大減少了能源的消耗，提高了材料的性能，提升了自動(dòng)化控制水平。因此，針對(duì)傳統(tǒng)熱處理爐進(jìn)行改造，以提升熱處理爐的性能，提高工廠的生產(chǎn)能力。

【關(guān)鍵詞】熱處理爐;技術(shù);控制系統(tǒng);改造

與普通箱式爐、鹽浴爐等常規(guī)設(shè)備比較，熱處理雖然投資費(fèi)用較高，但產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，節(jié)能節(jié)材效果顯著，清潔環(huán)保，綜合來看具有很好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。新機(jī)研制、批量生產(chǎn)和老舊設(shè)備的淘汰帶來生產(chǎn)能力的不足，越來越嚴(yán)格的質(zhì)量要求和國家提倡節(jié)能、環(huán)保友好型生產(chǎn)都對(duì)目前熱處理技術(shù)改造提出了迫切的需求。因此，本文對(duì)爐技術(shù)改造的情況進(jìn)行討論，并提出幾點(diǎn)改造過程中的注意事項(xiàng)。

1、爐技術(shù)改造需求分析

技術(shù)改造通常發(fā)生在新機(jī)研制時(shí)，現(xiàn)有設(shè)備的規(guī)格、性能或工藝不能滿足新機(jī)的需求、現(xiàn)有設(shè)備故障頻發(fā)已難以正常運(yùn)行或不能滿足質(zhì)量要求、提高生產(chǎn)能力，或者某些設(shè)備不能滿足節(jié)能、環(huán)?；虬踩囊?。

2、爐技術(shù)改造的技術(shù)條件

2.1熱處理爐技術(shù)參數(shù)的確定

爐的主要技術(shù)指標(biāo)有工作溫度、度、冷卻方式、加熱速率、溫度均勻性和泄漏率都是由所要處理的零件（工件的熱處理溫度、材料成分、結(jié)構(gòu)形式、冷卻方式）來決定的。在滿足工藝規(guī)范要求的前提下，根據(jù)經(jīng)費(fèi)情況、場地情況、人員情況及相關(guān)配套情況的實(shí)際現(xiàn)狀，提出所需選購的熱處理爐的相關(guān)技術(shù)要求。

1）工作溫度。按照要處理零件要求的最高溫度和最低溫度范圍，提出熱處理爐的工作溫度范圍，最高溫度應(yīng)高于最高工作溫度100～150℃，用于烘爐操作。最低溫度應(yīng)是滿足規(guī)范要求的最低溫度，如果所處理零件的最低溫度低于500℃，由于爐主要為輻射加熱，低溫階段的加熱效率低，溫度均勻性差，因此，為保證低溫階段設(shè)備有良好的溫度均勻性，必要時(shí)可增加對(duì)流加熱。

2）度。由于設(shè)備在使用過程中泵的抽空能力下降和爐膛的污染，其度會(huì)有所下降，因此度要求可以略高于規(guī)范的要求范圍，泵的抽速大小決定了泵組的功率，過剩的機(jī)組配置必然導(dǎo)致多余的功率消耗[2]。

3）加熱速率和抽速率。結(jié)合廠房的供電容量綜合考慮，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，應(yīng)最大程度地提高抽速率，但不宜追求過大的加熱速率。因?yàn)樵龃蠹訜崴俾蕦?dǎo)致設(shè)備的總功率增加，但在工件加熱過程中，速率過大會(huì)引起加熱不均勻造成零件畸變嚴(yán)重，按照經(jīng)驗(yàn)，加熱速率通常控制在10～15℃/min之間，因此，最大加熱速率控制在20℃/min即可。

4）冷卻能力。對(duì)于油淬爐，應(yīng)根據(jù)裝爐量和加熱溫度對(duì)油槽的容積作合理的計(jì)算，使得滿載情況下，在最高溫度加熱淬火時(shí)油溫升高控制在要求的范圍內(nèi)。對(duì)于氣淬爐，在冷卻氣體一定的前提下，影響冷卻速率的主要因素有冷卻氣體的壓力，充氣和氣體流動(dòng)的速率以及熱交換器的換熱能力，因此在編制技術(shù)條件時(shí)應(yīng)對(duì)充氣壓力和冷卻速率提出要求。對(duì)冷卻能力要求不高的，應(yīng)盡量控制在2 bar以內(nèi)，以避免壓力容器內(nèi)壓力過高。

5）裝爐量。加熱功率以及爐床的支撐結(jié)構(gòu)都和裝爐量的大小有關(guān)，因此在編制技術(shù)條件時(shí)，可以在滿足最大裝載量的前提下，提高裝爐量要求，促使廠家對(duì)爐床的支撐結(jié)構(gòu)做優(yōu)化設(shè)計(jì)。

6）淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間。對(duì)于油淬爐淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間是保證零件最終力學(xué)性能的重要指標(biāo)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間的規(guī)定為從爐門開啟時(shí)到零件完全浸入油中計(jì)算，一般不應(yīng)超過25 s;但對(duì)于一些規(guī)格較大的設(shè)備，很難達(dá)到這一要求，因此對(duì)此要求應(yīng)慎重，在能夠滿足零件性能的前提下可放寬要求。

2.2爐的組成

1）爐殼。爐均采用雙層水冷套爐殼，常規(guī)設(shè)備均是由碳鋼焊接而成，如果循環(huán)冷卻水水質(zhì)較差的話，長期使用爐殼會(huì)出現(xiàn)腐蝕，建議爐爐殼內(nèi)壁使用不銹鋼或雙層均使用不銹鋼，提高爐殼的可靠性。

2）系統(tǒng)。系統(tǒng)是爐最重要的組成部分之一，因此在技術(shù)條件中有必要明確泵組、規(guī)管和閥的品牌甚至型號(hào)。空氣、水蒸氣和環(huán)境中的污染物以及由于操作失誤或清洗不徹底帶入的低熔點(diǎn)金屬、有機(jī)物和其它污染物都會(huì)加速規(guī)管、泵油的老化，為提高規(guī)管和泵的使用壽命，可以要求在規(guī)管前端增加過濾器和控制閥，在泵前端增加過濾器。

3）加熱元件。加熱系統(tǒng)的爐床、加熱帶和隔熱屏通常選用石墨或高溫金屬如鉬、鉬鑭合金、鎳鉻合金，根據(jù)使用溫度和處理的材料不同來確定材料，一般來說對(duì)于處理鈦合金的零件采用金屬爐膛，否則采用石墨爐膛;著名的石墨品牌有西格里、日本東洋、法國羅蘭和美國步高等。

4）控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是設(shè)備的核心，主要由PLC、組態(tài)軟件、工控機(jī)、變頻器、溫度控制器、記錄儀、調(diào)功器、檢測(cè)元件、溫度檢測(cè)元件以及壓力和位置檢測(cè)元件等組成。為保證控制系統(tǒng)的可靠性，有必要對(duì)上述組成部分提出具體要求，例如采用西門子S7-1500PLC、歐陸或者霍尼韋爾的溫度控制器等，值得注意的是在規(guī)定元件組成的時(shí)候，不要僅僅提出品牌的要求，最好提出型號(hào)系列要求。對(duì)于溫度控制器和記錄儀應(yīng)滿足AMS2750E的要求，特別是記錄儀，目前已開始大量使用無紙記錄儀，要對(duì)AMS2750E中關(guān)于電子記錄的要求做詳細(xì)的規(guī)定。另外，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的集中控制和數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集，應(yīng)對(duì)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集的方式加以說明。

3、配套設(shè)施

在提出爐技術(shù)方案的同時(shí)，就要考慮安裝場地、循環(huán)冷卻水、壓縮空氣、冷卻（分壓）氣體和電的配套實(shí)施。

一般來說，對(duì)于使用惰性氣體如氬氣進(jìn)行冷卻或分壓的，最理想的方案就是使用液態(tài)氬氣通過汽化進(jìn)入爐膛，可以避免瓶裝充裝時(shí)的污染，提高零件表面質(zhì)量。在設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣罐和管路時(shí)，一定要考慮所有設(shè)備同時(shí)充氣時(shí)的最大用量，合理規(guī)劃緩沖罐的容積和管路通徑，否則會(huì)出現(xiàn)充氣緩慢或壓力迅速降低不能滿足充氣要求。

對(duì)于循環(huán)冷卻水，除滿足溫度和流量要求外，應(yīng)通過使用軟水、增加緩蝕劑、提高PH值和除氧等措施減少爐體、管路的腐蝕[3];同時(shí)可要求所有管路、爐殼采用不銹鋼，增加抗腐蝕能力。為保證設(shè)備在循環(huán)冷卻水故障或停電的情況不發(fā)生損壞，應(yīng)增加應(yīng)急自來水、用發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵運(yùn)行、增加氣動(dòng)泵來使水循環(huán)，保證設(shè)備關(guān)鍵部位不因循環(huán)水中斷而損壞。

4、安裝調(diào)試和驗(yàn)收

設(shè)備在安裝調(diào)試期間，盡量安排熟悉設(shè)備、工作原理和操作維護(hù)的技術(shù)人員、操作人員和維護(hù)人員組成，避免后期操作維護(hù)中因人為因素造成的設(shè)備故障，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問題并要求廠家整改。應(yīng)按照技術(shù)協(xié)議的要求，逐條驗(yàn)收，認(rèn)真核對(duì)隨機(jī)資料的完整性和正確性并及時(shí)歸檔;組態(tài)軟件和PLC程序應(yīng)驗(yàn)證其正確性。

設(shè)備在使用中，應(yīng)做好設(shè)備日志，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象記錄下來，以便后期維護(hù)、維修時(shí)參考，同時(shí)也給后期的技改項(xiàng)目留下寶貴的參考資料。

5、總結(jié)

爐技術(shù)改造前，首先要根據(jù)公司當(dāng)前的生產(chǎn)能力和未來的發(fā)展規(guī)劃，確定主要的技術(shù)參數(shù)。其次，對(duì)國內(nèi)外設(shè)備廠家的制造能力和設(shè)備使用情況進(jìn)行調(diào)研，以滿足使用要求、節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)為主要原則，綜合考慮設(shè)備的操作性、維修性確定設(shè)備的技術(shù)方案。最后，對(duì)各廠家的設(shè)備用戶開展調(diào)研，選擇制造精良，用戶反饋問題較少的廠家進(jìn)行技術(shù)交流，并確定招標(biāo)范圍。制定完善的驗(yàn)收大綱，對(duì)所有項(xiàng)目逐條驗(yàn)收，注意隨機(jī)資料的正確性和完整性，便于設(shè)備后續(xù)的維護(hù)和保養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻承沛.我國熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀和未來[J].熱處理，2017（2）

[2]胡勇，吳偉明.內(nèi)熱式泵電阻爐的節(jié)能設(shè)計(jì)[J].熱處理技術(shù)與裝備，2015（1）

[3]程林，郭吉林.熱處理爐水冷卻系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)[J].金屬熱處理，2011（11）

（作者單位：南京鋼鐵股份有限公司）