全纖維臺車電阻爐結構設計

湖北神力鍛造有限責任公司 （丹江口 442700） 劉中陽

著重介紹了一種全纖維臺車式電阻爐的結構設計，采用高鋁全纖維模塊、CrMn電阻帶和纖維密封替代傳統的磚窯式電阻爐結構，整體節電30%，且具備節能環保、方便適用和安全可靠的特點。

一、工藝分析和技術要求

該臺車爐主要用于45、50、55、12Mn2VB、40Cr、42CrMo、32MnSiVS5等鋼制大型汽車鍛件的回火、焊接退火，也用于碳素結構鋼、合金鋼、模具鋼等產品的低溫回火處理，零件在爐中加熱到工藝溫度后進行保溫，然后出爐空冷，完成整個工藝過程。設備的環境溫度：－10～40℃，相對濕度：≤85%，供電：三相380V±10%，（50±1）Hz。

要求設備額定溫度700℃，常用工作溫度550～650℃；爐膛尺寸3000mm×2400mm×1500mm；工件裝料空間2400mm×2000mm×1200mm；臺車面尺寸3300mm×2280mm；額定功率340kW＋5%，兩區控溫；額定裝爐量6t；臺車額定承載量10t。

二、結構原理

全纖維臺車式電阻爐雖然形式結構各式各樣，但是其主要結構大致相同，主要由爐殼、爐襯、爐門、臺車、加熱元件和電控系統等六部分構成。

1. 爐殼

爐殼骨架采用型鋼焊接而成，主體骨架采用角鋼和槽鋼組焊，以保證爐體強度和剛度穩定可靠。爐殼主體采用成形鋼板組焊，并根據爐襯纖維模塊的布置，在爐殼鋼板上焊接不銹鋼鉚固件，用于固定纖維模塊，最后整個爐殼刷防銹漆。爐口面板采用Q235鋼板（厚≥14mm）組焊于爐架上，耐熱面板分塊固定，留1.5~2mm的膨脹縫，爐殼表面需噴涂耐高溫防銹漆，以防止漆層受熱脫落。

2. 爐襯

（1）爐體爐襯 爐體兩側面、后面、頂面和爐門均采用全纖維爐襯，靠近爐壁平鋪兩層20mm耐火纖維毯，纖維毯需錯縫平鋪，以達到緊固、絕熱的效果。在纖維毯上布置纖維模塊，纖維模塊采用密度達230kg/m3以上的高鋁陶瓷纖維組件，用錨固件（1Cr18Ni9Ti）將纖維毯和纖維模塊固定在殼體上，爐襯總厚度應達到280mm以上。陶瓷纖維組件、耐火纖維毯及錨固件具有熱損失小、可靠耐用、節能顯著等優點，使用壽命在5年以上。在爐門、側墻、后墻模塊上設有高鋁瓷組件固定電阻帶，高鋁瓷組件由一件“木螺釘”形高鋁瓷件和高鋁墊圈組成。

（2）臺車復合爐襯 支撐工件的臺車爐襯下部采用（QZ）-1.0輕質黏土磚、保溫磚砌筑而成隔熱保溫層，其上部采用高抗熱震耐磨大型高鋁磚砌成方格形，大型高鋁磚支撐爐底板和工件重量，其強度高，抗沖擊好；方格中采用輕質黏土磚、高鋁定形磚等組成復合爐襯，爐底平鋪電阻帶，電阻帶上方有爐底蓋板，使其不受工件重量；臺車爐邊框采用成型標準耐火黏土磚，減少碰撞損壞，確保耐用、節能。

3. 爐門

爐門殼體采用型鋼、板材焊接而成，并需留有2mm左右的膨脹縫，保證爐門長久使用不變形。根據爐門設計重量，采用相應噸位的電動葫蘆進行爐門升降，葫蘆固定于爐體前端側面，方便維修。電動葫蘆端使用鋼絲繩連接，爐門端使用耐熱扣鏈連接，爐門升降使用固定的鋼絲繩與耐熱扣鏈相連，通過爐門架上的導向輪定向完成爐門升降，保證爐門升降的扣鏈不會受熱失效，使爐門運行安全可靠。爐門兩側各設兩個滾輪，滾輪在用型鋼做成的導向槽內運動，保證爐門升降運行流暢。

4. 臺車

臺車架體采用型鋼、板材組焊成臺車架，最大載荷應取額定裝爐量的1.5倍左右，上面平鋪鋼板。臺車面設計方格形，方格中設電阻帶，其上鋪設爐底板，其厚度最少為30mm，爐底板為塊狀結構分蓋于方格上，安裝后其高度要高出方格1.5~2mm。爐底板材料可選耐熱鋼鑄（ZG26Cr18Mn12Si2N），保證爐底板在工作狀態下有足夠的強度及使用壽命，爐底板兩側設有起吊位置，方便安裝和維修，其使用壽命可達3~5年。

臺車架體四周邊框采用厚鋼板，臺車邊框間需設有膨脹縫。臺車殼體端頭設置爐門平臺，且帶滾輪，保證爐門與臺車密封，方便操作。臺車殼體應具有足夠高的剛度和強度，以保證臺車在使用中變形小，行走靈活可靠。

臺車前端下方設計為帶減速器的自動行走機構，兩組雙排鏈主動輪，其余從動輪，實現臺車進出運轉平穩，且便于檢修與潤滑。臺車行走的主動、被動裝置必須保證保養（潤滑）、檢修、更換方便，行走輪采用鑄鋼件（ZG310—570），其軌道采用18kg/m的輕軌。臺車進到位和開出到位都設有雙限位開關自動定位控制裝置，以及機械和行程開關雙保險，保證臺車端部定位準確；軌道上還設有固定定位裝置。

為確保人員、設備安全，臺車與爐門需設置運動互鎖和聯鎖控制，即打開爐門后，自動切斷加熱元件，同時恢復臺車行走機構電源；爐門關閉到位后，自動切斷臺車行走機構電源，同時恢復加熱元件電源。同時設置聲光報警裝置，保證在臺車開動時警示周圍人員。減速機安裝應制作安全防護罩；靠近爐體面護罩加設防熱輻射隔熱層。

5. 加熱元件

為便于在纖維模塊上進行固定，加熱元件采用電阻帶，并呈V形分布于臺車面、兩側墻、爐門和后墻，材質可選0Cr21Al6Nb或06Cr25Ni20，選取較小的表面負荷，并根據爐內不同位置布置不同的功率密度，以提高爐溫均勻度，延長加熱元件使用壽命。爐外電纜與電源引出棒連接用電力線路用U形線夾；爐門上加熱元件引出電源線的移動采用金屬鋁管包裹，隨爐門的升降而移動；爐門上電源線采用耐熱電纜，加熱器使用壽命可保證在2~3年。

6. 電控系統

該臺車爐分兩個溫區，每個溫區均采用兩表制控溫，即由智能控溫儀和無紙記錄儀記錄溫度并兼作超溫報警。由插入爐內的熱電偶將該區的溫度轉換成電信號，送到溫度儀表中，經儀表內部處理后與設定值比較，經“PID”調節運算后，輸出一電壓控制信號控制固態繼電器的通斷，調節單位時間內輸入該區的功率大小，以達到控溫的目的。

爐體加熱主回路設有復合式自動低壓斷路器，用作切斷電源及短路、過載、過流保護。另配置半導體專用快熔、保護一體化模塊，不易受損，模塊下端設有交流接觸器，當超溫或爐門開起時，自動切斷主回路，保護設備和工人的安全。

控制柜可整體外包制造，柜體為前后開門，柜內設有獨立檢修220V日光燈和檢修用插座，每臺電控柜需在頂部設置強制冷卻風扇并帶防護網，門鎖開閉方便；回火爐分區布置控制回路，每個區單獨設置電控柜控制加熱，程序和動作控制可以合并到其中一個控制柜中。

7. 密封裝置

爐門與爐體、臺車間的密封采用桿杠和爐門自重密封。臺車與爐體間密封采用纖維棉45°角密封。

8. 通風循環系統

在爐體頂部布置兩套高溫強循環系統，功率應在10kW左右。為使爐內循環暢通，爐內設計導流板，材質為耐熱不銹鋼1Cr18Ni9Ti，分別布于爐頂和爐體兩側，導風通道寬度應不小于180mm，頂部導風板固定于爐頂耐熱掛鉤上，側墻導流板固定于側墻耐熱不銹鋼凹槽內。整個結構方便裝拆，維護簡單、方便，在導流板上有加強筋，防止變形。為方便風機系統檢修，通風機軸承通常采用風冷卻，風機使用壽命應在兩年以上。

三、結語

全纖維臺車電阻爐在實際生產應用中，經過批量生產驗證，其電耗比傳統磚爐降低30%以上，爐溫均勻度在8~10℃，爐體外表面溫升35~40℃，滿載升溫時間1.5~2h，爐內通風均勻，工件硬度散差小。