鐵路貨車領域連續(xù)式熱處理爐的保溫性設計要點

劉福貴

中車齊齊哈爾車輛有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161002

1 序言

當前，連續(xù)式熱處理工藝的應用已經(jīng)成為提高工件熱處理質量和生產(chǎn)效率的重要手段，近年來，鐵路貨車核心關鍵工件如搖枕、側架、車鉤等均采用連續(xù)式熱處理工藝。中車齊齊哈爾車輛有限公司為了滿足連續(xù)式熱處理工藝的需要，借鑒國內(nèi)外同行業(yè)的先進經(jīng)驗，自行研制出了國內(nèi)領先的搖枕、側架、車鉤等工件的連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線，獲得了在鐵路系統(tǒng)內(nèi)外企業(yè)推廣應用。作為連續(xù)式熱處理生產(chǎn)線的核心裝備，連續(xù)式熱處理爐的設計尤其是保溫性設計至關重要，筆者公司通過注重連續(xù)式熱處理爐的保溫性設計，并經(jīng)生產(chǎn)實際檢驗，取得了良好的效果。

2 連續(xù)式熱處理爐的主要結構和原理

連續(xù)式熱處理爐一般應用為淬火爐和回火爐（見圖1），主要由爐體鋼結構、保溫材料系統(tǒng)、爐門、爐頂保溫風幕、爐門保溫風幕、電阻帶及電氣控制系統(tǒng)等組成，而保溫材料系統(tǒng)主要由爐墻、爐頂、爐門及爐底等保溫層組成。連續(xù)式熱處理爐工作時，按照熱處理工藝曲線要求，工件在爐內(nèi)加熱保溫，達到要求時出料端爐門打開，由爐頂部的積放式鏈傳動傳輸裝置帶動工件移出至下道工序。出料端爐門關閉后，進料端爐門打開，爐外等候區(qū)的工件由爐頂部的積放式鏈傳動傳輸裝置移進至爐內(nèi)，然后進料端爐門關閉，進入新一輪加熱保溫作業(yè)，如此反復，進入連續(xù)式熱處理生產(chǎn)狀態(tài)。

圖1 連續(xù)式熱處理爐現(xiàn)場

3 連續(xù)式熱處理爐的結構特點對保溫性提出的要求

連續(xù)式熱處理爐工作時爐內(nèi)溫度較高，如淬火爐在1000℃左右。爐的結構特點是前后設置爐門，并且爐門開閉頻繁，爐頂為積放式鏈傳動傳輸裝置及吊具預留通長的敞口條縫，爐底橫跨鋪設電纜地溝。連續(xù)式熱處理爐工作時，應使爐墻外表達到溫度標準要求，避免爐門開閉時對現(xiàn)場操作者產(chǎn)生高溫輻射，避免爐頂溫度過熱對積放式鏈傳動傳輸裝置軸承、潤滑裝置等部件產(chǎn)生影響，以及避免爐底溫度過熱對電纜熱輻射過熱影響。基于連續(xù)式熱處理爐的結構特點以及上述的工作條件和要求，對連續(xù)式熱處理爐的保溫性提出了嚴格的要求，因此設計時要注意諸多方面環(huán)節(jié)，以確保連續(xù)式熱處理爐的整體保溫性能。

4 連續(xù)式熱處理爐的保溫性設計要點

4.1 爐墻、爐頂、爐門、爐底保溫層的設計要點

爐墻、爐頂和爐門均采用硅酸鋁纖維材料保溫，爐底采用輕質耐火磚保溫，如圖2所示。

圖2 連續(xù)式熱處理爐結構

爐墻、爐頂和爐門保溫材料分層分布，爐墻保溫材料安裝在爐體鋼結構內(nèi)墻上，在錨固釘焊接布置完成后，首先鋪設2層30mm厚度普通鋁硅酸鋁纖維毯，各層纖維毯接縫處互相錯開500mm，以便形成整體硅酸鋁纖維毯隔熱層，更加有效地防止熱傳導，然后采用厚度為450mm的高純鋁硅酸鋁纖維塊通過錨固件固定，最后再鋪設一層密度較大的50mm厚度的硅酸鋁纖維硬板，以實現(xiàn)爐墻良好的平整度，利于電阻帶排布。由于爐頂和爐門沒有電阻帶排布，因此只需安裝普通鋁硅酸鋁纖維毯高純鋁硅酸鋁纖維塊。通過以上措施，實現(xiàn)保溫材料連續(xù)、致密、互相補償、平整地排布。

爐底主要采用輕質耐火磚材料，由下至上依次為普通硅酸鋁纖維毯、硅藻土磚、一般密度的輕質耐火磚、較小密度的輕質耐火磚4個層次，根據(jù)溫度傳導分布，保溫性能呈階梯遞增趨勢，而從上至下材料價格呈階梯遞減趨勢，體現(xiàn)出較好的經(jīng)濟性，從而使設備具有了良好的性價比。每層爐磚鋪設時間隔5m設置50mm的伸縮縫，在其中填充硅酸鋁材料，以防止爐底在高溫時膨脹隆起。

4.2 爐門開閉機構的設計要點

爐門開閉機構（見圖3）采用氣缸作為動力，為了在確保工件順利進出的前提下，盡量減少開閉時間，避免爐內(nèi)熱空氣快速外溢而不利于保溫，為此爐門開閉動作設為雙行程，即開關門動作分為兩步：第一步快速行程；二步緩慢行程到位。為實現(xiàn)緩慢行程到位平穩(wěn)，減少爐門閉合瞬間對爐體的沖擊，應用氣液阻尼缸配合氣缸完成動作，在第二步動作發(fā)揮作用，避免了快行程的沖擊，實現(xiàn)了爐門平穩(wěn)閉合到位。

出料端爐門和進料端爐門開閉動作在控制上設計為互鎖，即當進料端爐門開起時，出料端爐門一定處于關閉狀態(tài)，反之當出料端爐門開起時，進料端爐門一定處于關閉狀態(tài)，避免出料端爐門和進料端爐門同時開起造成爐內(nèi)出現(xiàn)對流現(xiàn)象，從而避免爐內(nèi)熱空氣快速外溢而不利于保溫。

圖3 連續(xù)式熱處理爐爐門結構

4.3 爐頂和爐端保溫風幕的設計要點

為減少爐連續(xù)工作時的熱量從爐頂條縫處外溢，以及減少爐溫對吊具及積放式鏈傳動傳輸裝置軸承、潤滑結構等部件的輻射熱影響，除設置與吊具一起運動的互相搭接的鑄鐵蓋板外，在爐頂設置保溫風幕，利用風機取風匯集到爐頂風室，經(jīng)噴口噴出形成兩層連續(xù)致密的風幕，可有效地阻止爐內(nèi)熱量從爐頂條縫處外溢，從而達到隔熱保溫和冷卻爐頂運動部件的目的。

為減少爐門開閉過程中爐內(nèi)熱空氣的逃逸，在爐兩端進出口處條縫兩側各設兩組風幕，爐門開起之前起動工作，以有效阻止爐內(nèi)熱量從爐門頂部外溢，待爐門徹底關閉后停止工作。考慮到開關門時該部位溫度較高，風幕一律采用不銹鋼殼體。

4.4 爐墻穿管處保溫的設計要點

由于爐內(nèi)布置大量的電阻帶，每組電阻帶都需要兩根接線柱引出到爐墻外，并且每個加熱區(qū)設置上中下3個熱電偶，爐墻穿管處數(shù)量較多，為避免接線柱與爐體鋼結構接觸形成熱橋和短路，每根接線柱都配置絕緣座及陶瓷套管，以有效地絕緣及隔熱，從而有利于保溫和確保安全。

5 使用效果分析

連續(xù)式熱處理爐作為生產(chǎn)線的核心設備，在鐵路貨車關鍵件如搖枕、側架、車鉤等生產(chǎn)中起到了至關重要的作用，工件熱處理質量和生產(chǎn)效率顯著提高。而通過周密合理的保溫性能設計，使爐外墻溫度達到標準要求，避免了爐門開閉時對現(xiàn)場操作者的高溫輻射，避免了爐頂對積放式鏈傳動傳輸裝置部件過熱影響，也避免了爐底對電纜熱輻射過熱影響，杜絕了電纜絕緣皮受熱軟化現(xiàn)象出現(xiàn)。連續(xù)式熱處理爐投入生產(chǎn)應用（見圖4），整體保溫效果良好，確保了設備和操作人員的有序安全運行。

圖4 連續(xù)式熱處理爐生產(chǎn)應用

連續(xù)式熱處理爐通過注重保溫性設計，投入生產(chǎn)應用保溫性良好，體現(xiàn)出可靠性、經(jīng)濟性、安全性及環(huán)保性等方面的優(yōu)勢，獲得了多家企業(yè)的推廣應用，受到了用戶的一致好評。