熱回收型連續正火爐的開發與應用

黃培，陳仲連，陸粉榮，徐永明

(1.華東軸承材料熱處理學會專家工作站，江蘇 蘇州 215126；2.江陰耐士鐵金屬制品有限公司，江蘇 無錫 214443；3.蘇州工業園區華新電爐廠，江蘇 蘇州 215126)

1 概述

空調壓縮機用氣缸缸體常用FCD25共晶灰口鑄鐵經鋼模鑄造而成，缸體結構如圖1所示，其化學成分見表1。在鑄造狀態得到的D型石墨坯件，一般均施行正火處理，以得到珠光體-鐵素體基底，正火的技術要求為：(1)抗拉強度≥23 kg/mm2；(2)硬度為170～219 HB；(3)金相組織中依ASTM標準，D型石墨含量為80%以上，珠光體含量為15%～30%。一般多采用臺車式電阻爐(多達20臺)加熱，保溫后抽出臺車，翻轉臺面，傾倒后吹風噴冷。此方法能耗高(420 kW·h/t左右)，勞動強度大，環境熱污染嚴重，夏季車間溫度高達50 ℃以上。

圖1 氣缸缸體結構

表1 缸體的化學成分(質量分數) %

針對上述情況，對高溫固體顯熱通過傳質實現熱交換回收進行研究，在熱回收型連續退火爐的基礎上，研制出了熱回收型連續正火爐，該正火爐已投產運行，各項狀態運行穩定[1]。

2 電爐設計原理

新型連續正火爐具有雙層爐道結構，其結構如圖2所示。爐子的上層爐道前端為預熱段，后端為加熱區和保溫段，下層爐道依次設置有快冷段和緩冷段；上層爐道有1條主傳送帶，下層爐道有2條傳送帶，即2#和3#傳送帶。電路的核心技術是將正火冷卻時金屬放出的熱量用于熱交換器內新進爐工件的預熱，由于所有傳送帶都沒有直接裸露在爐體外，因此大大減少了封閉爐內熱量循環的熱能損耗。

1—熱交換器；2—主傳送帶；3—導流套；4—托輥；5—加熱體；6—轉移料斗；7—噴冷系統；8—熱回收管路；9—爐體；10—2#傳送帶；11—3#傳送帶；12—工件；13—離心風機；14—出料臺；15—電動機

2.1 主要技術參數

設備型號：SHRN-380-9；

額定功率：380 kW；

額定溫度：930 ℃；

加熱室有效空間：8 000 mm×800 mm×200 mm；

生產效率：800 kg/h；

熱交換器有效空間：5 000 mm×800 mm×1 200 mm；

外形尺寸: 13 800 mm×2 500 mm×3 800 mm；

質量：48 t。

2.2 結構特點

(1)加熱室為托輥支撐型網帶加熱爐，瓷管芯螺旋電熱體加熱器總功率為380 kW，由72支加熱管均勻分擔，爐內呈4個加熱區布置，按工藝要求，獨立控溫，爐襯采用陶瓷纖維氈加輕質耐火磚復合結構。

(2)噴冷正火冷卻室位于加熱爐的下方，由返回的一級網帶機構和噴冷箱、噴風嘴及高壓風機等組成。為了調節風冷強度，正火冷卻配備“2+3”結構的風機裝備。為了節約能源，優化工作環境，噴冷室對外是絕熱的。

(3)熱回收室由4臺循環風機和專用風道承擔空氣工質的循環運動，由于灼熱工件熱量的回收，可以使新進爐工件在進入電熱區之前工件表面溫度達到350～400 ℃。工件經由二級網帶輸出爐外。

(4)電器控制系統采用智能儀表控制，溫控精度優于±2 ℃。

3 使用效果

3.1 冷態調試

所有機構動作(包括自動上料)，均按完整的操作程序聯動，準確定位各傳送帶速度、控制位置；調整噴冷機的各風機風量和各區段傳送帶的水平度及張緊度(3條傳送帶的結構、張緊方式和傳送速度均不同)。

3.2 熱態調試

(1)烘爐，打開電爐外門，按30 ℃/h速度升溫到200 ℃保持48 h，400 ℃保持48 h，600 ℃保持48 h。

(2)裝料入爐，將缸體以兩層方式平鋪于傳送帶上，工藝制度為一區850 ℃、二區900 ℃、三區900 ℃、四區900 ℃，總加熱為90 min開始進行工藝試驗，全部工藝正常達產為止。

3.3 工藝試驗

按照FCD-25共晶鑄鐵的典型正火工藝進行試驗，正火溫度穩定為880 ℃，加熱保溫80 min，根據實際情況調節快冷各風機閥門。經2個月生產統計，正火工件的日產量可達18～20 t，工件硬度為170～219 HB，金相組織如圖3所示，均符合技術要求；單位耗電為260～270 kW·h/t，比臺車爐(420 kW·h/t)節電約40%。

圖3 FCD-25共晶鑄鐵正火金相組織

對GCr15鋼軸承鍛件進行正火工藝試驗，其目的是細化組織，消除網狀碳化物，節省能源。鍛坯型號為6308/01，加熱規范為900 ℃×60 min，冷卻速度同鑄鐵缸體工藝，工件正火后硬度為294～302 HB(31.5～32.5 HRC),顯微組織為100%索氏體，金相組織如圖4所示，完全達到了工藝目的。

圖4 GCr15鋼軸承毛坯正火金相組織

4 結束語

高溫固體余熱回收作為熱處理節能技術的新領域，其重大意義已經越來越被人們所認識。爐型和爐襯結構對熱能利用率影響極大，爐型設計、高度絕熱(使爐殼溫升≤30 ℃)和余熱回收是熱處理節能技術的3個支配因素。

用熱回收型連續正火爐處理工件，可以提高產品質量的均勻性，節約能源和勞動力，改善勞動條件，達到優質高產。下一步將在已有的網帶傳送帶基礎上，進一步研發推盤型、推盤-輥底復合型、推盤-網帶(鏈帶)復合型熱回收型正火爐。