强对流气体保护退火炉(3)

发布时间：2021-06-06

本文系统地介绍了强对流气体保护退火炉的类型、结构、特性、优势和使用注意事项,同时给出了与炉体设计和退火炉使用相关的计算公式和经验公式,为该类型退火炉的设计、制造和使用提供了理论依据和技术支持。

平衡精度要求极为苛刻。由于加热和冷却过程中气体比重变化较大，风机一般选配多速电机或变频电机。

内罩用耐热钢板（310S或253 MA）焊接成形，为增加内罩热交换面积，提高强度，罩体压制成波纹形。内罩底部焊有钢质法兰盘及冷却水套，可与炉台实现密封配合。导流桶是用耐热钢（304）焊接成形的圆桶，悬挂在罩体内部，起非常重要的导流作用。

冷却罩用不锈钢板焊接成形，顶部两侧各装一台轴流风机，顶部配有喷水系统。热处理进入冷却阶段时，移开加热罩，扣上冷却罩，可以对炉料实施不同速度的快速冷却。

热处理过程中，强对流循环风机鼓起的强大的气流在导流桶的引导下，沿内罩壁上行，气流快速升温，到炉顶后折回，从钢丝料架中间穿过，将热量传递给炉料，再返回风机进风口（见图1中的箭头指向）。由风机、内罩和导流桶配合工作，钢丝在强热流中完成热处理，炉温的均匀性是一般退火炉无法比拟的。

强对流气体保护罩式退火炉的装炉量一般为24-40t，适用于热轧盘条和钢丝专业生产线（品种单一，批量较大）的成品和半成品热处理。缺点是炉体基本安装在地平线以上，再加上吊罩预留高度，厂房吊车标高要大于14m，起重能力一般大于20t，厂房和设备投资较大。这种炉子奥地利艾伯纳（EBNER）、德国洛伊（LOI）公司（分厂在天津）和北京北方东升工业炉公司均可生产。 3.2强对流气体保护井式退火炉

电加热式强对流气体保护井式退火炉结构如图2，强对流气体保护井式退火炉由炉体(图2中序号4、5)、炉胆(2)、强对流风机(8)、导流桶(3)和炉盖(1)几部分组成。

图2 强对流气体保护井式退火炉结构

炉体外壳(4)采用6 mmQ235钢板焊按成形，上面板和底板用25 mmQ235钢板加固。炉膛采用250mm厚的全纤维压制成型的高铝针刺毡(5)构筑，固定件焊接在炉壳内壁上，用横销将高铝针刺毡固定内壁上。加热元件采用Cr20Ni80优质电阻带，制成波形线，用耐高温螺旋式陶瓷钉锁挂在高铝

针刺毡上。电阻带总功率300kW，分上、中、下三区自动控温。炉体下部两侧装有2台1.5kW冷却风机(6)，热处理进入缓冷或快冷阶段，程序温控仪按给定工艺，自动控制降温速度，冷风由下向上吹扫炉膛，热气在炉体上部4个风口汇总(10)，集中排放。热处理后可将冷却风机打到手动挡，快速降温。

炉胆是一个密闭的圆柱形容器，盘圆或钢丝装在炉胆中热处理。炉胆用8mm厚1Cr23Ni13或1Cr18Ni9Ti不锈钢板焊接成形，圆柱面压成波纹形，以增强炉胆耐压性能。炉胆底部封头用10mm 310S耐热不锈钢板旋压成形，封头中用同材质的钢板焊出14条放射形导流通道，如图3，导流通道对胆底同时起加固作用。导流通道上方装配一个杯状导流筒，导流筒底板为12mm304不锈钢板，底板上焊出放射形导流通道，如图4，在上面覆盖一张12mm多孔的不锈钢板(9)，作用是将气流汇总到中间的气道中。导流筒上部焊接一圈网格式法兰盘，用来固定导流筒与炉胆内壁的相对位置，使两者保持同心。

双速强对流风机安装在炉胆底部，其叶轮装配在封头导流通道中间，叶轮中间吸风孔正对着导流筒的中间气道，叶轮和电机轴均采用耐热不锈钢制作，电机(7)配有冷却水套。

炉胆内侧还装配了保护气体输入管道和热电偶导入孔。炉胆上部法兰盘采用40mmQ235钢板焊接成形，法兰盘上面镶有一条耐高温橡胶密封圈，密封圈下设有水冷套，法兰盘四周配置了18个压紧螺栓，用来与炉盖密封连接。

图3 炉胆俯视图图4 导流桶俯视图

拱形炉盖(1)外面用12mmQ235钢板压制成形，里面封头用的是6mm1Cr18Ni9Ti不锈钢板，中间填充硅酸铝保温材料。炉盖上方设有抽真空管道、抽气接头、压力表、安全阀（起跳压0.05MPa）、限压（0.0025MPa）单向排气阀、冷却水活接头和防爆排气孔。还设有4个起吊攀，配备了一套专用吊具。

在热处理全过程，炉中通入保护气体。当强对流风机打开时，保护气体始终处于快速流动中，气体的流动方向是沿炉胆与导流筒的间隙（100mm）从下向上流动，同时被加热成热气流，升到炉盖时受阻，从四壁向中心汇聚；由于导流筒内整个装料区都与强对流风机的吸风口相通，升顶的热气流从上向下回流，将热量均匀地传递给钢丝，所以保护气体的强对流是实现钢丝均匀加热的关键。可以想象，保护气体纯度不够，即使含有微量氧气和水也会造成钢丝灾难性氧化和脱碳。

电热式强对流气体保护井式退火炉主要特点是：①采用电加热，温度控制精度高，热处理过程实现自动化；②炉底安装强对流风机，在热处理全过程中实现稳定的环流传热，炉温均匀性好，设计温控精度±5℃，实际达到±3

℃；③采用氨分解气体或高纯氮气等作为保护气体，实现无氧化、

无脱碳热处理，金属损耗少；④装载量适中，中型炉装料一般在8～16t左右，与特殊钢丝品种多、批量小（≤10t/批）的特征相适应，生产组织方便；⑤井式结构，可以深埋地下，能适应老厂房吊车标高不很高的基础条件；⑥设备结构简单，要达到同样的生产能力，设备投资仅为强对流气体保护罩式退火炉的50%左右；⑦操作方便，装、出料时只要吊走炉盖，就可以操作，无需配备大吨位吊车，安全可靠。

强对流气体保护井式退火炉型号较多，小型炉装炉量2t，大型炉装炉量可达20t，各类金属制品加工厂可根据品种结构和厂情选购。目前苏州东升和东盛，嘉兴三翁(台资企业)等电炉厂生产的强对流气体保护井式退火炉质量已过关、工艺成熟、使用性能也较好。 4强对流气体保护退火炉的特性

使用风机在退火炉中建立强制对流的气氛，提高炉子对流传热能力，提高热效率，是强对流气体保护退火炉的基本特性，可以说“强对流”是该炉型的灵魂。要发挥强对流的作用，还必须解决以下几个方面的问题： 4.1 保护气氛

在常规热处理中气体流动速度加快，势必造成炉料的氧化和脱碳加剧。要发挥强对流的作用，首先需要严格控制炉气中的氧含量，将装料空间密封起来，再通入保护气体，是实现强对流退火的前提条件。无论是罩式退火炉，还是井式退火炉，装料空间的气密性，保护气体的种类和纯度，钢丝和盘条表面的洁净度，与退火后钢丝和盘条表面的氧化和脱碳有直接对应关系。 4.2 气体流动状况

保护气体的流动必须是有序和稳定的，气体的流动方向就是热传导方向，从图1和图2可以看出，强对流风机均安装在炉底，鼓起的风在导流桶的引导下，首先沿热源——内罩或炉胆上行，抵达炉顶后折回，从中间装料区返回风机吸风口，形成有规律的环流传热。由于通风道截面是等宽的环状，四周气体的流量和流速也是等同的，在加热区各部位炉料接受的热量当然是等同的，这就是用强对流气体保护退火炉退火后，钢丝或盘条性能均匀性优于其它炉型的原因。对强对流气体保护退火炉而言，提高传热速度靠增大气体流量，改善炉温均匀性靠改善气体流动状况。不难看出，导流桶的破损和缺失，对退火的均匀性和热效率将产生致命的影响。 4.3 强对流风机特性

目前工业生产中使用的强对流气体保护退火炉，都是借助于离心式风机和导流桶配合建立强对流气氛的，在热处理过程中，保护气体的密度、热容和导热性能的变化必然带来气流状况的很大变化，下面以电加热强对流气体保护井式退火炉（如图2）为例，分析温度对气流特性的影响规律。（1）风机性能参数的換算

强对流风机的性能参数是在风机进风处空气绝对压力为760mm汞柱、空气温度为20℃的条件下标定的，在使用中随着气压和气温的变化，风机的性能参数会发生很大变化，变化后的性能参数可按下式进行換算：

²气压不变，气温变化后的风机风量：V1＝

VS （m3/h）公式7 T1

NS （kW）公式8 T1

²气压不变，气温变化后的风机功率：N1＝²转速变化时风机风量：V1＝

VS （m3/h）公式9 ns