節能型軋輥退火爐的研制與應用

2013-10-23 09:12:12朱起云

天津冶金 2013年5期

朱起云

（天津市冶金集團重型機械制造有限公司，天津300220）

1 引言

我公司“修復中心”的軋輥退火爐是1993年前生產的，其爐體保溫采用長纖維氈、硅藻土磚、蛭石粉復合式保溫材料，在當時也是屬于節能型產品。但由于多年超負荷運行使爐膛內的保溫棉缺損粉化，爐面板變形，爐門密封不嚴，造成爐溫升溫時間長，爐溫不均，整體保溫性能低，損失大量電能，能耗高，全部加熱爐月耗電占企業總耗電的55%。同時由于纖維氈與退火爐的固定是用鋼絲網及鋼棒與爐體外殼焊接固定，極易造成爐膛與爐殼的熱短路，給設備運行帶來安全隱患，根據節能減排提質降耗的總體方針，提出了研發新型軋輥退火爐的設想。

2 熱處理爐在軋輥堆焊工藝中的作用

軋輥堆焊的工藝流程為：待修復軋輥——進廠檢驗——車加工——探傷——軋輥預熱（臺車爐內）——軋輥堆焊（堆焊專用爐內）——軋輥焊后回火（臺車爐內）——焊后檢驗——精加工——成品檢驗（包括探傷）——出廠。

2.1 軋輥預熱

由于軋輥及堆焊材料均為含碳量和合金元素較高的材料，加之軋輥輥徑大、剛性大、冷卻速度快，容易在焊接時造成脆性區，所以需要在對軋輥堆焊前對軋輥進行預熱，以保證軋輥在堆焊時堆焊的局部溫度與軋輥本身的溫度不會產生過大的差異，否則堆焊時由于溫度差異過大產生焊接應力造成裂紋，影響焊接質量甚至嚴重時造成整條輥的報廢。而預熱時間與溫度則要根據軋輥直徑的大小、堆焊的材料和軋輥材質來確定。

2.2 軋輥焊后回火

軋輥焊接后與其他焊接相同必然會產生焊接應力，因此需要進行焊后處理，同時由于軋輥和堆焊材料為含碳量較高的材料，焊后處理還可以改善堆焊層組織，提高堆焊層的硬度和耐磨性。

軋輥堆焊在回火處理時，有升溫、保溫、降溫3個階段。升溫時，為保證軋輥整體溫度的均勻性，保證焊接質量，升溫速度要慢；降溫時，為了消除焊接應力和由于表面冷卻速度和內部冷卻速度不一致而可能形成新的體積應力，也要控制降溫速度。因此，軋輥堆焊后熱處理時爐溫的均勻性、升溫速度、降溫速度，對軋輥堆焊后的熱處理質量控制都很重要。

2.3 退火爐升降溫的自動化

目前軋輥堆焊前預熱和堆焊后回火是在普通的退火臺車爐內進行的，由于爐齡老化和保溫材料的落后，工藝曲線不能自動控制，嚴重地影響了軋輥堆焊的質量。因此要提高產品質量，就要提高設備的自動化水平，減少人為因素對產品質量的影響。為此我們決定在采用新型保溫材料達到電爐節能的效果的同時實現堆焊后退火自動控制。

3 退火爐的研制

眾所周知，退火爐是屬于高能耗的設備，其消耗電能主要有兩個方面：有效消耗和無效損耗。有效消耗是指在生產產品過程直接和間接的必須消耗的電能。無效損耗是指在產品生產過程中由于多種因素造成的與生產產品本身沒有直接關系的不必要的損耗，因此要嚴格控制無效損耗，努力降低有效損耗。

3.1 主要技術參數的確定

根據堆焊軋輥的規格尺寸，確定軋輥退火爐的主要技術參數：

爐膛有效尺寸：4200（L）×2000（W）＝×1400（H）；加熱功率：240 kW；

爐膛最高使用溫度：650℃；

爐溫均勻性：≤±5℃；

控溫區數：2區；

爐溫控制方式：可控硅；

臺車一次最大裝載量：20 t。

3.2 加熱爐的保溫材料的選擇

保溫材料有普通耐火磚保溫材料、瀑珠輕質耐火磚、長纖維氈、硅藻土磚、蛭石粉復合式保溫材料、耐火陶瓷纖維折疊塊和耐火纖維噴涂保溫材料。

3.2.1 選擇耐火纖維材料的依據

（1）耐火陶瓷纖材料的優點：耐火陶瓷纖維可以根據用戶需求，生產出滿足不同溫度、形狀、需求的幾何形狀來，大大減少施工前的各項工作，施工中將所折疊成耐火纖維模塊襯砌筑完畢后解除捆扎，模塊膨脹相互擁擠密閉不留任何縫隙，同時可以彌補爐體等其他元件因受熱變形產生的縫隙，保持密閉性，施工完畢后即可投入使用，減少了養護、干燥、烘烤等過程。耐火纖維是一種纖維狀材料，與輕質耐火磚等材料相比具有重量輕、抗震性好的優點，由于耐火纖維材料吸熱少，所以和其它耐火材料的加熱爐相比，在工作時具有爐溫升溫快保溫性能好的優點，滿足控制無效損耗，降低有效損耗的目標。

（2）價格：新型保溫材料與傳統保溫材料相比，價格基本一致，因此決定采用耐火陶瓷纖維折疊塊和耐火纖維噴涂作為保溫層材料。

3.2.2 選擇保溫材料的適用范圍

根據軋輥焊后退火的工藝溫度要求，選擇600～800℃溫度范圍的耐火陶瓷纖維作為軋輥退火爐的保溫材料。

3.2.3 確定砌爐方式

采用爐殼鋼板錨固定釘上直接固定耐火陶瓷纖維折疊塊保溫材料方式砌筑，這樣可以簡化軋輥退火爐的施工，提高爐襯整體性。