淺談工業爐發展、分類及熱工性能分析

王選濤 田 冰 閆永霞

(1.丹東東方測控技術股份有限公司，遼寧 丹東118000；2.亞泰集團 丹東交通水泥有限公司，遼寧 丹東 118000；3.遼寧機電職業技術學院，遼寧 丹東 118000)

0 引言

20世紀是工業爐迅速發展的年代，加熱工藝對工業爐提出了愈來愈高的要求。在鍛壓生產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展了可控氣氛爐；由于生產力的提高，出現了能夠提高爐子生產率和改善勞動條件的各種機械化、自動化連續式爐；由于電的供應量逐漸增加出現了各種電阻爐、感應爐和電子束爐等。

工業爐的燃料也隨著燃料資源的開發和燃料轉換技術的進步而由采用塊煤、焦炭、煤粉等固體燃料而逐步改用發生爐煤氣、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的各種燃燒裝置，如往復爐排燃燒室，高、低壓煤氣燒嘴和油嘴，平焰燒嘴，高速燒嘴，自身預熱燒嘴，自身預熱燒嘴，比例調節燒嘴及旋流煤粉燒嘴等。

1 工業爐分類

在工業生產中利用燃料燃燒所產生的熱量，或將電能轉化的熱量對工件或物料進行加熱、熔煉、干燥、燒結等作業的熱工設備稱為工業爐。

機械工業應用的工業爐有許多類型，在鑄造車間內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應為的熱處理爐；在熱處理車間內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；在焊接車間內有焊件的焊前預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對工件或物料進行加熱的；二是，電爐，是在爐內將電能轉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構和不同用途的爐子，在妥善操作和科學管理的條件下有利于降低生產費用。但火焰爐難于實現準確控制，易造成環境污染，熱效率也較低，電爐的最大特點是爐溫均勻，便于實現自動控制，加熱質量好。

按熱工制度工業爐也分兩類：一是間斷式爐，又稱周期式爐，其特點是爐膛內不同溫度區段，爐子按一般或兩班生產，在每一加熱周期內爐溫是變化的，如各種寬式爐、臺車式爐、井式爐、罩式爐等；二是連續式爐，其特點是爐質內劃分溫度區段，一般由預、加熱、均熱（保溫）三個區段組成，爐子為三班連續生產，在加熱過程中每一區段內的溫度可認為是不變化的，如二段或三段連續式加熱爐，推桿式加熱爐和熱處理爐，環形爐，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，擠壓制品的加熱應均勻，溫差應小于±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。有色金屬加工設計研究院設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。蘇聯設計的立式淬火爐，內部均設有熱風強制循環系統?？捎糜谔幚泶笮弯X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、外用得比較普遍的是立式淬火爐，淬火池直接設在爐子下面。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；

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構框架內。淬火池設在爐下，是防水混凝土結構，直徑為4米，深20米，或根據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（用卷揚驅動）拉到爐內的一定高度，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。

反應爐子熱工性能的主要參數是：爐子裝載量、爐子生產力、爐子生產率、燃料單位熱耗及爐底熱強度等。

①爐子裝載量

每一加熱周期內，一次可裝入爐內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，一次裝入爐內的物料（砂箱、砂型、砂芯等）體積占爐室溶劑的百分數稱為爐子填充率。爐子裝載量或填充率代表了爐子的負荷量大小，也是計算爐體結構及基礎承載能力的因數之一。

②爐子生產力

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，則生產力愈高。

③爐子生產率

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，則爐子生產率愈高。一般情況下，爐子生產率愈高，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，首先應該滿負荷生產，盡量提高爐子生產率。

④單位熱耗與爐底熱強度

在一個加熱周期內，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滿足負荷生產、盡量提高爐子生產率以外，還要減少爐子砌體的置熱和散熱損失，水冷構件熱損失、各種開口輻射熱損失、逸出爐外煙氣和吸入爐內冷空氣造成的熱損失，以及離爐煙氣帶走的熱損失等。

3 結語

為了提高爐子的熱工性能，除必須根據工藝要求、預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計優良的爐型結構外，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節。需要指明：實現爐子最佳性能不能單獨依靠自動控制來實現，還應有嚴格的操作管理制度。

［1］魏軍.有色金屬擠壓車間機械設備[M].冶金工業出版社,1988,8.