淺談立式鋁合金淬火爐設計

喬冰劍 沈珺宏 田 冰

（1.中捷機床有限公司，遼寧 沈陽110043；2.中國建筑東北設計院 精益所，遼寧 沈陽110006；

3.亞泰集團 丹東交通水泥有限公司，遼寧 丹東118000）

0 引言

立式鋁合金淬火爐主要用于買方緩速器、變速器等鋁合金鑄件的T6熱處理（固溶淬火+時效），處理后的鋁合金鑄件硬度均勻、變形量小。電爐與控制柜配合使用，可自動控制及記錄電爐的工作溫度。

1 設備技術規格

（1）爐型：立式

（2）最高工作溫度：650℃

（3）使用溫度范圍：120℃～650℃

（4）淬火水介質工作溫度：60-90℃

（5）爐溫均勻性：±5℃

（6）控溫區數：單區控溫

（7）溫度儀表系統精度：≤±1.0℃

（8）淬火轉移時間：＜15 s（從爐門開啟到鑄件全部沒入水中）

（9）爐膛有效工作尺寸：2000×2000×1500mm

（10）最大裝爐量：≤1000kg（不含料框重量）

（11）安裝功率：～520 kW

（12）加熱功率：324 kW

（13）空爐升溫速度（20-535℃）：≤90分鐘，可控

（14）水槽有效容積：10-12 m3

（15）循環風機：22/28kW雙速軸流風機

（16）恢復時間：工件入爐后爐溫恢復到工藝溫度下限的時間：滿載≤90分鐘，空載≤60分鐘

（17）工作溫度下外壁溫度：溫升≤35℃

（18）水槽加熱功率：130 kW

（19）加熱元件：一體式管狀加熱器（加熱器材質：Cr20Ni80；套管材質：不銹鋼SUS304）

2 設備主要組成

設備由爐體、底部爐門裝置、料筐升降轉移裝置、頂裝加熱器、空氣循環裝置、淬火槽車及其驅動裝置、料筐、設備檢修平臺及爐子控制系統組成。

2.1 爐體

爐體起保溫作用且支撐各部件，承受裝載負荷，保證設備在高溫下長時間連續工作。外形為方形結構，由爐頂和四面爐墻組成。

外殼采用型鋼與5mm厚鋼板焊接而成的網狀結構，內外兩側采用連續焊與斷續焊相結合的方式，既保證爐子的密封性，又強化了整體強度，且外觀平直、美觀。爐殼外表面刷兩遍底漆，兩遍面漆。

2.2 底部爐門裝置

爐門采用對開式，雙層結構。由爐門及爐門托架組成。

爐門由爐門鋼架、爐門內襯以及密封纖維繩組成，爐門鋼架采用型鋼制作，在鋼架上安裝可承載爐門滑動的滑輪，爐門內襯結構與爐襯相似，由纖維以及1.5mm厚不銹鋼內襯板組成。密封采用定制的纖維繩，內含不銹鋼絲，安裝在爐門內襯預留的凹槽內，用不銹鋼鋼絲網覆蓋固定爐門內襯上，爐門壓緊密封時，露在凹槽外的纖維繩沿垂直方向與四周爐口鋼板壓緊，完成密封。

爐門托架由型鋼以及車輪組組成，鋼架上方裝設斜面導軌，用來支撐引導爐門上的滑輪，爐門開啟或關閉時爐門可以在托架沿導軌斜向移動，車輪組安裝在爐門托架下部，在爐體兩側的下部軌道上移動。對開爐門的開閉驅動靠兩側油缸分別驅動爐門托架，從而帶動爐門。

爐門關閉時，上層爐門首先接觸，相互擠壓（對開爐門接觸處均設有纖維，用不銹鋼絲網覆蓋固定）促使爐門沿下部托架上的斜面導軌垂直與爐門四周護板垂直擠壓，完成密封。雙層車架結構設計合理，避免密封繩與爐口護板有刮蹭現象，爐門打開時，爐門先完成一個垂直下降的動作，然后在托架帶動下迅速打開爐門。爐門的開啟速度及開啟方式充分考慮淬火轉移時間的要求。

在爐門兩側行程方向上分別設置開關到位、減速等行程開關，在保證開啟速度、滿足淬火要求的基礎上，整個爐門開啟或關閉過程運行準確、快慢結合，無卡滯現象。

2.3 料筐升降轉移裝置

料筐轉移機構主要由液壓站、支撐鋼架、倍速滑輪組機構、不銹鋼絲繩、爐內吊鉤及吊架組成。

液壓站由專業液壓制造單位提供，元器件均采用外資或中外合資品牌，液壓缸雙向均采用電磁調速閥調速，使爐門和料筐按規定的工藝節拍運動，達到淬火轉移時間要求。

支撐鋼架安裝在爐體一側，與爐體鋼架融為一體，增強爐子整體的強度。

倍速滑輪組機構采用四倍速滑輪機構，安裝滑輪的滑車沿安裝在支撐鋼架上的導軌上下運動，運行平穩無卡滯。滑車上下到位均設置油缸驅動的安全銷。進一步保證生產安全。

不銹鋼絲繩、爐內吊鉤及吊架的制作均采用不銹鋼制作，保證在爐子最高溫度下仍具備足夠的強度，能使料筐實現自動掛鉤及脫鉤。

升降行程均設置限位開關，并將工作位置反饋給電控系統，實現程序控制，可實現淬火過程的自動化。淬火過程中實現料筐的自動抖動，防止工件局部過熱影響產品質量。

升降轉移裝置與爐門及槽車設置嚴格的連鎖保護，并帶有故障報警，杜絕淬火過程中發生意外。

2.4 頂裝加熱器

加熱器的合理排布，是保障爐溫均勻性的重要因素之一。

本設備采用卡口式加熱器，加熱器本身帶有保溫層，從爐頂預留安裝孔直接插入爐內四周循環風道，電阻絲材質選用Cr20Ni80。壽命長，拆裝方便且平時無需維護，需要更換時可直接從爐頂抽出。

2.5 空氣循環裝置

空氣循環裝置由循環風機及不銹鋼導流系統組成。循環風機的選擇以及導流系統結構的設計直接影響爐溫均勻性的優劣。

設備采用單區控溫，由一臺大流量軸流式高溫循環風機完成爐內整體熱風強制循環，風機選用國產優質品牌，雙速調速，當爐溫低于170℃時，風機低速運行，爐溫超過170℃時，風機自動轉為高速運行。風機葉片可耐溫800℃。性能穩定，運行噪音低，并設有過流、過熱等電氣保護。風機與爐內溫度設置連鎖保護，爐內溫度低于100℃時，風機方可停止。軸承為進口日本精工軸承，冷卻方式采用風冷，去除了繁瑣的水冷系統，降低了因冷卻水缺水、欠壓引起的風機故障，影響生產。采用吊裝方式安裝在爐頂，維護、檢修方便。

爐內導流板及其固定裝置采用2mm厚不銹鋼材料制作，導流板做成不銹鋼螺栓連接的整體吊裝于爐內，四周側墻加裝固定桿，既能保證強度，又能保證在熱態下變形小、氣密性好，長期使用不會出現熱短路及泄露現象。在導流板內部安裝不銹鋼防護桿，防止料筐在淬火、上料過程中碰撞、刮蹭導流板。

在爐內導流板靠近熱源處增裝隔熱層，由耐熱不銹鋼板及硅酸鋁纖維毯組成，有效的防止局部高溫輻射影響有效區，從影響整體的爐溫均勻性。

2.6 淬火槽車及其驅動裝置

淬火槽車將淬火槽、料筐平臺、移動小車做成一體。

淬火槽由槽體、水溫測量記錄系統、液位計、機械攪拌裝置、淬火液冷卻系統、排汽系統等組成。

槽體均采用碳鋼型鋼及5mm厚不銹鋼板制作（外部鋼架采用型鋼加固），保證足夠強度，制作完成后做滲漏試驗，防止水槽滲水或漏水。槽內四周設置導向桿，防止淬火時料框偏斜碰撞槽體或槽內其它管路。槽體上留設溢流管口及放水管口，避免淬火液溢出和便于及時排放廢水。水溫測量記錄系統包括測溫熱電偶、數顯溫度表。數顯溫度表精度fflt;1℃，帶聲光報警且可自由設置報警溫度，顯示的溫度可實時記入設備的溫度記錄儀中。槽體上裝有一個液位計，可直觀觀察液位，防止抽水過量或液位過高。機械攪拌通過大流量水泵實現，通過水泵與槽內安裝的循環管路使淬火液形成內循環，保證淬火液溫度比較均勻。槽體外表面用巖棉板與鍍鋅板做保溫處理。

3 結語

立式鋁合金淬火爐在妥善操作和科學管理的條件下有利于降低生產費用。實現準確控制，不易造成環境污染，熱效率也較高，爐溫均勻，便于實現自動控制，加熱質量好。一般沒有煙塵和噪聲危害，但限于我國供電量不足和電費較貴而較少采用，即使如此也仍然有許多加熱工藝要采用立式鋁合金淬火爐。