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。

一般说来，中低碳钢退火选用表6中的纯氮就可以达到无氧化、无脱碳的效果，但要达到光亮表面则需要在氮气中添加3%～5%的氢气。高碳钢、弹簧钢和合金工具钢为防止脱碳多在氮气中添加1%～6%的甲醇裂解气，1 kg的甲醇可产生1.66m3的裂解气，此时因炉气中含有CO和CH4，退火后的钢丝或盘条表面会覆盖一层碳黑。马氏体和铁素体不锈钢丝，以及要求以光亮状态交货的各类制针钢丝，通常选用氨分解气体或高纯氢气作保护气体。

凡是用保护气氛的热处理除了要严格控制气体纯净度以外，还要注意工作区空间密封，残余氧气驱赶，以及炉料的洁净度等环节，否则很难达到预期效果。以氮基气氛热处理为例，典型热处理工艺由四个阶段组成：

（1）残余氧气排除期：这阶段的主要目标是用大气量的氮气排除工作区空间的残留氧气，装料密封后，一般通入相当于工作区空间容积5倍的氮气，可以使炉胆或内罩内的氧含量达到0.1%左右，就可以送电升温了。

（2）加热期：炉温上升时，钢丝表面残留润滑剂开始蒸发，当炉温达到400℃左右时，润滑剂的蒸发最为剧烈，对钢丝的表面质量的影响最重，需要用一定流量（3～5m3/h）的氮气驱赶烟气。当烟气明显减少时，可将氮气流量控制到下限。

（3）保温期：钢丝进入保温阶段后，氮气流量可以控制在加热末期的下限水平。

（4）冷却期：气体流量只要能保证炉内处于微正压（120mmH2O水柱）即可，具体流量取决于炉子的气密性。

选用氨分解气体或高纯氢气作保护气体时，一般需要对钢丝进行预处理，彻底去除表面残留润滑剂及湿气；加热前，通常采用先抽真空的方法排除炉内残留空气，然后通入一定量的氮气洗炉，最后才接通氨分解气体或高纯氢气。冷却后期同样需要先通氮气赶净炉内氢气后才能出炉。此外，根据德国洛伊（LOI）公司提供的资料，使用氢气作为保护气体可以明显缩短热处理周期（见图7），原因是氢气的导热率远高于氮气（见图6），大大缩短均热时间。实践也证明了紧密盘卷的钢带和细钢丝，只有在高纯氢气中退火，才能达到里外卷同样光亮的效果，这可能与氢气具有更好的渗透性有关。

图6 氢气和氮气导热率 图7 保护气体对热处理时间的影响

5 强对流气体保护退火炉使用注意事项

强对流气体保护退火炉要实现高效、节能和优质的目标，掌握一些操作技巧，合理操作也是一个不可忽视的环节。 （1） 装料架的选择

选择装料架第一个原则是在强度够用的前提下，重量尽可能轻，以减少热量损失。推荐采用不锈钢（如304）料架，虽然一次投入成本高，但因料架重量轻，使用寿命长，经多年使用验证，成本消耗基本与Q235料架相当。不锈钢料架还有一个优点是：装在底部的钢丝退火后表面无局部氧化压疤。

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。

第二个原则是尽可能选用多层料架套装。不管选用什么料架，钢丝在退火过程中全要落到底部，造成过度密集，不易透烧。分层套装可以充分利用炉膛上部热量，缩短钢丝保温时间，提高退火均匀性。对于装炉量2～3t的小型退火炉也可以不用炉架，将钢丝直接装入导流桶中。不管是否用料架都应将钢丝头部卷好，防止钢丝头插入底部风机叶轮中，损坏强对流风机。装料架实例如图8。 （2）工艺曲线的设置

热处理工艺曲线的设置对钢丝热处理后的性能均匀性有决定性影响。强对流气体保护退火炉工艺曲线的设置原则是：合理控制加热速度，采用较短的保温时间（2～4h）完成热处理。生产中常见的工艺曲线的设置方法是：满功率（快速）升温到规定退火温度，采用长时间保温来实现均热，选用这种不合理的加热方法的预期目标是提高生产效率和节约能源，实际上新式热处理炉的保温性能都比较好，无论选用哪种加热方式，钢丝热处理总能耗变化不大，提高生产效率和节约能源的效果不显著，反而使钢丝性能均匀性显著降低。因为强对流气体保护退火炉的控温热电偶均安装在炉胆或内罩的上、中、下部，快速升温时这些部位首先达到规定退火温度，靠近炉胆或内罩的钢丝也首先达到规定退火温度，远离炉胆或内罩的钢丝要达到规定退火温度还要等数小时，甚至十多个小时，显然，处在两个部位的钢丝组织和性能会有很大差距，尤其是低温退火（650～680℃）的钢丝性能差距更大。

合理的加热速度可通过热平衡计算，确定某一装炉量，升温到规定温度所需的大致时间，然后经过生产验证，确定最终升温时间。表7给出了电加热强对流气体保护井式退火炉加热时间设置的实例。表7中在500℃设置一个台阶的目的是强化低温均热效果，加快加热速度。

表7 电加热强对流气体保护井式退火炉加热时间 …… 此处隐藏：1504字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……