提升熱處理爐生產能力的因素

何敏

【摘?要】熱處理爐的主要特點是無氧化、無脫碳、無毒等幾個方面，通過熱處理爐后可以完成零件的脫脂、脫氣，同時減少零件的表面污染與氫脆，與傳統處理爐相比，大大減少了能源的消耗，提高了材料的性能，提升了自動化控制水平。因此，針對傳統熱處理爐進行改造，以提升熱處理爐的性能，提高工廠的生產能力。

【關鍵詞】熱處理爐;技術;控制系統;改造

與普通箱式爐、鹽浴爐等常規設備比較，熱處理雖然投資費用較高，但產品質量大幅度提高，節能節材效果顯著，清潔環保，綜合來看具有很好經濟和社會效益。新機研制、批量生產和老舊設備的淘汰帶來生產能力的不足，越來越嚴格的質量要求和國家提倡節能、環保友好型生產都對目前熱處理技術改造提出了迫切的需求。因此，本文對爐技術改造的情況進行討論，并提出幾點改造過程中的注意事項。

1、爐技術改造需求分析

技術改造通常發生在新機研制時，現有設備的規格、性能或工藝不能滿足新機的需求、現有設備故障頻發已難以正常運行或不能滿足質量要求、提高生產能力，或者某些設備不能滿足節能、環保或安全的要求。

2、爐技術改造的技術條件

2.1熱處理爐技術參數的確定

爐的主要技術指標有工作溫度、度、冷卻方式、加熱速率、溫度均勻性和泄漏率都是由所要處理的零件（工件的熱處理溫度、材料成分、結構形式、冷卻方式）來決定的。在滿足工藝規范要求的前提下，根據經費情況、場地情況、人員情況及相關配套情況的實際現狀，提出所需選購的熱處理爐的相關技術要求。

1）工作溫度。按照要處理零件要求的最高溫度和最低溫度范圍，提出熱處理爐的工作溫度范圍，最高溫度應高于最高工作溫度100～150℃，用于烘爐操作。最低溫度應是滿足規范要求的最低溫度，如果所處理零件的最低溫度低于500℃，由于爐主要為輻射加熱，低溫階段的加熱效率低，溫度均勻性差，因此，為保證低溫階段設備有良好的溫度均勻性，必要時可增加對流加熱。

2）度。由于設備在使用過程中泵的抽空能力下降和爐膛的污染，其度會有所下降，因此度要求可以略高于規范的要求范圍，泵的抽速大小決定了泵組的功率，過剩的機組配置必然導致多余的功率消耗[2]。

3）加熱速率和抽速率。結合廠房的供電容量綜合考慮，為保證產品質量，提高生產效率，應最大程度地提高抽速率，但不宜追求過大的加熱速率。因為增大加熱速率導致設備的總功率增加，但在工件加熱過程中，速率過大會引起加熱不均勻造成零件畸變嚴重，按照經驗，加熱速率通常控制在10～15℃/min之間，因此，最大加熱速率控制在20℃/min即可。

4）冷卻能力。對于油淬爐，應根據裝爐量和加熱溫度對油槽的容積作合理的計算，使得滿載情況下，在最高溫度加熱淬火時油溫升高控制在要求的范圍內。對于氣淬爐，在冷卻氣體一定的前提下，影響冷卻速率的主要因素有冷卻氣體的壓力，充氣和氣體流動的速率以及熱交換器的換熱能力，因此在編制技術條件時應對充氣壓力和冷卻速率提出要求。對冷卻能力要求不高的，應盡量控制在2 bar以內，以避免壓力容器內壓力過高。

5）裝爐量。加熱功率以及爐床的支撐結構都和裝爐量的大小有關，因此在編制技術條件時，可以在滿足最大裝載量的前提下，提高裝爐量要求，促使廠家對爐床的支撐結構做優化設計。

6）淬火轉移時間。對于油淬爐淬火轉移時間是保證零件最終力學性能的重要指標，技術標準中對淬火轉移時間的規定為從爐門開啟時到零件完全浸入油中計算，一般不應超過25 s;但對于一些規格較大的設備，很難達到這一要求，因此對此要求應慎重，在能夠滿足零件性能的前提下可放寬要求。

2.2爐的組成

1）爐殼。爐均采用雙層水冷套爐殼，常規設備均是由碳鋼焊接而成，如果循環冷卻水水質較差的話，長期使用爐殼會出現腐蝕，建議爐爐殼內壁使用不銹鋼或雙層均使用不銹鋼，提高爐殼的可靠性。

2）系統。系統是爐最重要的組成部分之一，因此在技術條件中有必要明確泵組、規管和閥的品牌甚至型號。空氣、水蒸氣和環境中的污染物以及由于操作失誤或清洗不徹底帶入的低熔點金屬、有機物和其它污染物都會加速規管、泵油的老化，為提高規管和泵的使用壽命，可以要求在規管前端增加過濾器和控制閥，在泵前端增加過濾器。

3）加熱元件。加熱系統的爐床、加熱帶和隔熱屏通常選用石墨或高溫金屬如鉬、鉬鑭合金、鎳鉻合金，根據使用溫度和處理的材料不同來確定材料，一般來說對于處理鈦合金的零件采用金屬爐膛，否則采用石墨爐膛;著名的石墨品牌有西格里、日本東洋、法國羅蘭和美國步高等。

4）控制系統。控制系統是設備的核心，主要由PLC、組態軟件、工控機、變頻器、溫度控制器、記錄儀、調功器、檢測元件、溫度檢測元件以及壓力和位置檢測元件等組成。為保證控制系統的可靠性，有必要對上述組成部分提出具體要求，例如采用西門子S7-1500PLC、歐陸或者霍尼韋爾的溫度控制器等，值得注意的是在規定元件組成的時候，不要僅僅提出品牌的要求，最好提出型號系列要求。對于溫度控制器和記錄儀應滿足AMS2750E的要求，特別是記錄儀，目前已開始大量使用無紙記錄儀，要對AMS2750E中關于電子記錄的要求做詳細的規定。另外，為實現設備的集中控制和數據的遠程采集，應對遠程控制和數據采集的方式加以說明。

3、配套設施

在提出爐技術方案的同時，就要考慮安裝場地、循環冷卻水、壓縮空氣、冷卻（分壓）氣體和電的配套實施。

一般來說，對于使用惰性氣體如氬氣進行冷卻或分壓的，最理想的方案就是使用液態氬氣通過汽化進入爐膛，可以避免瓶裝充裝時的污染，提高零件表面質量。在設計儲氣罐和管路時，一定要考慮所有設備同時充氣時的最大用量，合理規劃緩沖罐的容積和管路通徑，否則會出現充氣緩慢或壓力迅速降低不能滿足充氣要求。

對于循環冷卻水，除滿足溫度和流量要求外，應通過使用軟水、增加緩蝕劑、提高PH值和除氧等措施減少爐體、管路的腐蝕[3];同時可要求所有管路、爐殼采用不銹鋼，增加抗腐蝕能力。為保證設備在循環冷卻水故障或停電的情況不發生損壞，應增加應急自來水、用發電機驅動水泵運行、增加氣動泵來使水循環，保證設備關鍵部位不因循環水中斷而損壞。

4、安裝調試和驗收

設備在安裝調試期間，盡量安排熟悉設備、工作原理和操作維護的技術人員、操作人員和維護人員組成，避免后期操作維護中因人為因素造成的設備故障，及時發現設備存在的問題并要求廠家整改。應按照技術協議的要求，逐條驗收，認真核對隨機資料的完整性和正確性并及時歸檔;組態軟件和PLC程序應驗證其正確性。

設備在使用中，應做好設備日志，對于發現的異常現象記錄下來，以便后期維護、維修時參考，同時也給后期的技改項目留下寶貴的參考資料。

5、總結

爐技術改造前，首先要根據公司當前的生產能力和未來的發展規劃，確定主要的技術參數。其次，對國內外設備廠家的制造能力和設備使用情況進行調研，以滿足使用要求、節能降耗、清潔生產為主要原則，綜合考慮設備的操作性、維修性確定設備的技術方案。最后，對各廠家的設備用戶開展調研，選擇制造精良，用戶反饋問題較少的廠家進行技術交流，并確定招標范圍。制定完善的驗收大綱，對所有項目逐條驗收，注意隨機資料的正確性和完整性，便于設備后續的維護和保養。

參考文獻：

[1]閻承沛.我國熱處理技術的現狀和未來[J].熱處理，2017（2）

[2]胡勇，吳偉明.內熱式泵電阻爐的節能設計[J].熱處理技術與裝備，2015（1）

[3]程林，郭吉林.熱處理爐水冷卻系統的腐蝕與防護[J].金屬熱處理，2011（11）

（作者單位：南京鋼鐵股份有限公司）