热处理箱式电阻炉的技术改造

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摘要：应用新技术、新材料打破常规对标准型箱式电阻炉进行技术改造。本文阐述了应用轻质硅酸铝纤维基不定型耐火材料预制炉衬现场成型的筑炉工艺，简单省时，对炉底板进行了改造。增加了炉子的有效加热面积，功率变化并不太，使加热炉适用产品的特殊性，保证了产品的质量的稳定性，提高了加热炉的性能，节能显著，使吨钢生产耗能有较大幅度下降，经济效益可观。改造老的传统的热处理设备也是节能降耗的重要途境之一。
! r- A1 ?! p  e4 I关键词：节能降耗、炉温均匀性、平均单位耗能

1  概述
    我国热处理行业是机械工业的耗能大户，机械制造厂热处理用电比重占全厂的25～30％，全国热处理行业有热处理炉约12万台，其中50％以上用电，每年耗电约为100亿KWh。我国热处理平均单位耗能达700KWh/t，比西方发达国家的平均耗能高出一倍多。我国“十五”发展目标到2010年使热处理平均单位耗能降到500KWh/t，应该说实现这个目标不是轻易能达到的。而降低能耗和提高热处理产品的质量是我们每一位热处理工作者义不容不得辞的责任。采取高效节能和提高热处理产品质量，更换淘汰陈旧热处理设备，应用新型节能加热设备是一必然。但有许多企业又不具备条件，一些特殊工件的热处理不一定都使用标准型加热设备，为此，改造原有设备也是一种节能的重要的途经。

. z  V; Q3 C0 q/ A0 @5 r( ^: [2  问题的提出
    多年来我厂生产的割草机主要件之一的护刃器梁是一扁钢制作而成，全长2670mm，需要进行调质，它是一长杆件，经井式炉的加热淬火，而回火采用75KW标准箱式炉，而该炉的有效加热长度为1800mm。在装炉时将其件采用交叉对角装炉，这也只是免强关上炉门，但还是使炉后墙时常要进行维修，更主要的是生产效率低，平均单位耗能高。为此提出改造箱式炉，加长该炉的有效加热长度，并做到尽可能不再增大装机容量，以提高该炉的适用性。
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# n+ B1 J1 `: G3 ]+ X8 `# S1 x箱式电阻炉  热处理车间
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- K1 m6 m1 q, G3  技术改造方案
    1)使有效加热长度1800mm，改为2200mm，需在炉后侧加长400 mm。
    2)由于我厂热处理没有太大的件，采用标准型炉，其高度没有发挥作用，能否降低高度，而炉子的总功率尽可能变化不要太大。
& e- o" h0 A- X2 w0 w    3)炉衬采用轻质硅酸铝纤维基不定型耐火材料预制构件，炉前成形施工的筑炉工艺。
" Z; G% I8 m4 L/ V* U+ u7 M    4)由于改变了炉体形状与结构，为此重新布置加热元件。
! q# m5 n9 N* ]$ H' }% O    5)改变现有炉底板结构形状。
    6)控温点仍为一点，即一个加热区，但测温点位置有所变动。

4  实施步骤与分析
6 L: j/ g. D$ V6 K# x    1)首先进行核算，如果在原炉的结构上后侧直接加长400mm其它不变的话，总功率至少要增加到90KW～95KW，这样热处理能耗不但没降下来反而增加了，此方案不可取。考虑把加热室高度降低。加热元件的分布由原来两侧墙的8排改为6排，高度可降低160mm，炉顶拱形由原来的R1150mm改为R800mm，加热容积由原来的1.71m3改为1.72m3，虽然容积变化，因加长炉体，炉底加热面积增加了0.44m2为保障炉温均匀性，适当增加了功率，尤以炉底功率应增加才能改善箱式电阻炉均温热工性能。
  N& @% Y' p  t6 z' x- d* O7 M+ P加长了加热室，并将高度降低以确保热处理工艺施工。若按常规布置，特别是炉底难度较大，大功率设备布电平衡问题也是较重要的问题，通过计算调整电热元件为炉底三组，共9排，即14KW×3=42KW，炉两侧为三组，每侧6排，即13KW×2＋6.5KW×2=26KW＋13KW=39KW，接电为双星接法如图1。这样炉子的结构也随之改变了，确定结构如图2。



    2)根据井式炉技术改造的经验，采用轻质硅酸铝纤维基不定形耐火材料预制构件，现场成形筑炉工艺提高筑炉气密性，确保炉温的均匀、节能。可以不用耐火砖的标准尺寸，在砌筑时更改某个尺寸受到砖形的限制，而不定形硅酸铝纤维就可以任意设定各个尺寸，非常有利技术改造。改造此炉加热室高度降低了160mm，炉顶改为．R800mm，不受任何限制。 通过使用证实，以轻质硅酸铝纤维基不定形耐火材料有上述优点，更主要的有如下特点：
* F3 J9 K8 ~: ^" Y6 {3 D    ①由于硅酸铝纤维导热系数小，故有良好的绝热保温性能，达到环保、节能的良好效果。
    ②升温速度快，温度控制精确、均匀、平稳，热效率高，可确保产品质量的技术参数。
# d% ~, j% Z/ P" P( o' h- k    ③筑炉易于操作，周期短，只要把预制构件按各部位摆放到位即可。此台箱式炉只用了4天就把炉子改造安装完毕了，烘炉用了5天，总计不到10天。如果用砖砌筑至少需要10天以上，加上烘炉5～7天，总计要超过半个月，对生产用炉显然是不允许的，而采用新的材料与筑炉工艺对生产影响不太。
( R* ^- s: j5 r% u! T    ④长的使用寿命，无故障运行期长。适用型广，我厂改造的井式炉与箱式炉已先后运行了5年与3年仍在正常使用，在这期间没有进行过任何维修。
5 r7 _! J6 Z. X: H! Q    3)以往箱式炉在装工件时无论怎样小心注意都很难避免不碰上两侧下面两排炉丝，一次碰上一般就会把托丝砖碰坏一块或几块，甚至遇到难装的工件装一炉就碰坏几处，如来不及维修或采以一些临时措施来维持生产，但也经常难免出现上下炉丝短路造成停产维修，这样带来很大不便与造成一定的经济损失，为此，在此次技术改造时特意将炉底板两侧与后侧加高了150mm的边沿，而且两侧加高的沿上有Φ90mm的10个均布的孔，以保证两侧下面的电热元件的热量充分地散发出来，这样即完成保护炉子下两排炉丝与托丝砖又不失电热元件的应有作用。经改造的炉子已运行了3年多，证实此举减少了炉子维修频次，彻底解决了因装工件造成碰坏下侧托板砖与炉丝问题，又提高了炉子的完整性与工艺性能。
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! a8 o# o; n! }  o( s6 \5  使用效果小结
  f  ~3 {1 y1 i9 Z    1)通过多年的使用与测试，改造后的箱式炉总功率为81KW
$ Y; r7 b3 M, D3 y: P$ l6 F    2)升温快，保温性能好，在烘炉状态达到950℃一小时测炉两侧墙炉壳温度是47℃，低于我国规定的50℃。
( \0 d+ n/ X$ K: B    3)、生产实际测试：本厂产品，A座位支板；增加20件，生产率提高50％；B弹簧，增加40件，生产率提高90％；C护刀器梁增加10～12件，生产率提高60％多。
' }5 B: j4 z; v) `  c    4)、改造了炉底板结构，三年多没有进行过炉衬维修，提高了生产效率，节约维修费用，增加显著的经济效益。
3 z" Y- o4 T* X. N- o5 w+ X8 {    5)、采用硅酸铝纤维基预制件与新工艺，提高了工效，提高了加热炉热效率，提高了炉温均匀性，提高了热处理工件的质量。
    6)、采用新材料、新工艺改造箱式炉节能降耗显著，节电率在30％以上。
/ {* V8 g  M& L& X6 S1 n    7)、以上述提到的两种典型工件计算单位耗能：
    A护刃器梁改造：1840.2KWh/t,改造后：1362.8KWh/t，下降了477.4KWh/t；
( K' v7 c. F* a7 V2 j    B座位支板：改造前：806.5KWh/t，改造后：526.2KWh/t，下降了280.3KWh/t，平均单位耗能为1323KWh/t，改造后944.5KWh/t，下降了378.9KWh/t。可见效果是明显的。
    综上所述：应用新材料、新技术、新工艺改造老的传统的热处理设备也是一种提高工效，节能降耗，增加经济效益的重要途径。