提高熱處理加熱爐爐溫均勻化的途徑

王 翔，國新春，朱 明，寧 珅

（寶武集團(tuán)馬鋼交材科技有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

熱處理爐由于受爐子結(jié)構(gòu)、爐體密封性、控制熱電偶安裝位置、燃燒燒嘴的位置、控制方式等因素影響，熱處理爐內(nèi)的實(shí)際溫度，特別是有效工作區(qū)內(nèi)的溫度場分布的均勻性將隨各種因素影響而發(fā)生變化。

寶武集團(tuán)馬鋼交材科技有限公司（以下簡稱馬鋼）對(duì)熱處理爐有效加熱區(qū)進(jìn)行了檢測。在檢測中發(fā)現(xiàn)了影響爐溫均勻性的因素，這些因素不僅涉及熱處理爐的等級(jí)使用，而且嚴(yán)重影響車輪熱處理質(zhì)量。因此，對(duì)這些因素加以有效控制，對(duì)車輪熱處理質(zhì)量的提高具有重大意義。

1 車輪熱處理爐加熱不均勻的原因分析

1.1 爐膛結(jié)構(gòu)的影響

環(huán)形熱處理爐的爐底和爐墻為分體結(jié)構(gòu)，并且爐底是環(huán)向運(yùn)轉(zhuǎn)的，因此在爐底和爐墻之間必須保留足夠的間隙，同時(shí)為保證爐膛的氣密性，爐底與爐墻的環(huán)縫采用水封刀密封。加熱爐兩側(cè)的溫差與水封間隙有直接的關(guān)系。爐子的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 爐子結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)車輛在爐膛里被加熱時(shí)，車輪表面除了受爐內(nèi)氣流加熱外，還受到火焰、爐墻等與車輪熱輻射影響，其熱輻射的大小取決于溫差大小。相對(duì)爐膛溫度，水封環(huán)縫周圍屬于低溫區(qū)，車輪邊緣靠近爐墻兩側(cè)的熱量向水封環(huán)縫傳動(dòng)熱量，導(dǎo)致車輪局部低溫。

1.2 爐膛氣氛配比影響

馬鋼熱處理加熱爐是亞高速有焰燒嘴，該燒嘴火焰長度和風(fēng)煤氣配比有極大關(guān)系。當(dāng)煤氣量一定時(shí)，風(fēng)量越大，火焰長度越短；風(fēng)量越小時(shí)，火焰長度越長?；鹧嬖跔t膛中屬于溫度最高的一個(gè)輻射體，如果火焰長度很長，會(huì)嚴(yán)重影響爐膛溫度場的均勻性。再者，爐內(nèi)的煤氣若燃燒不充分，殘余煤氣聚集到爐膛頂部，在爐膛頂部燃燒，導(dǎo)致爐頂溫度比側(cè)墻溫度高。

1.3 出料爐門壓力影響

出料爐門處于負(fù)壓狀態(tài)：煙道閘板開度大在40%～50%之間，形成的抽力大，爐氣流動(dòng)速度快，爐氣充滿爐膛密度較小，高溫爐氣會(huì)自動(dòng)上浮，造成爐膛內(nèi)頂部溫度高，下部溫度偏低情況,另外，爐頭壓力就會(huì)降低，造成爐頭吸冷風(fēng)，出料爐門口的車輪溫度會(huì)下降，特別是朝向爐門口的一側(cè)溫度下降較多，造成出爐車輪“陰陽面”。并且，當(dāng)爐門完全打開（全部開啟）時(shí)，爐門口爐膛壓力進(jìn)一步釋放，冷氣層更大范圍的侵入，冷氣流漩渦深入到爐膛內(nèi)（見圖2）。

圖2 爐氣、外界冷氣流動(dòng)示意圖

2 采取的改進(jìn)措施

2.1 有效加熱區(qū)域確定

通過4號(hào)爐黑匣子爐溫跟蹤測試，以爐膛中心部位溫度Tc為基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)Tc和各測溫點(diǎn)Tn之間的溫差△T（Tn—Tc）沿爐膛徑向方向作分布分析（見圖3）。

圖3 4號(hào)爐爐膛徑向截面溫差△T分布

在確定4號(hào)爐有效加熱區(qū)時(shí)，應(yīng)考慮車輪內(nèi)部熱傳導(dǎo)對(duì)測試結(jié)果帶來的修正，設(shè)定溫差30℃為有效加熱區(qū)內(nèi)溫度場分布可以接受的上限，參照試驗(yàn)分析出的溫差分布圖，可得出4號(hào)爐在現(xiàn)行工況下的有效加熱區(qū)（見圖4）（網(wǎng)格線區(qū)為有效加熱區(qū)）。

圖4 4號(hào)爐有效加熱區(qū)域（mm）

從圖4中可以得知，靠外環(huán)有效加熱區(qū)邊界距離外側(cè)爐墻520.5 mm，靠內(nèi)環(huán)有效加熱區(qū)邊界距離內(nèi)側(cè)爐墻385.5 mm。

2.2 合理調(diào)節(jié)空氣、煤氣比例

內(nèi)壁溫度低時(shí)，開大外環(huán)燒嘴，外壁溫度低時(shí)，開大內(nèi)環(huán)燒嘴（注意：不能只打開熱電偶旁邊的燒嘴，而是整段燒嘴的開度應(yīng)一致，從而使內(nèi)外環(huán)的煤氣量供量均衡）。調(diào)節(jié)內(nèi)外壁煤氣量均衡主要目的是使內(nèi)外壁溫差減少,爐膛內(nèi)一個(gè)平面上溫度的均勻以改善4號(hào)爐溫度均勻性?？諝饬啃。簹獠荒艹浞秩紵?，空氣量過大使內(nèi)外壁的溫度又降低，通過摸索各段的空氣量的配比，加熱一段、二段因?yàn)殇摐氐?，煤氣用量大，空氣量也就大，空氣量控制? 500～3 300 m3/h之間，煤氣能充分燃燒，頂部溫度能達(dá)到工藝要求；三段的空氣量在1 200～1 700 m3/h之間；均熱段在1 000～1 500 m3/h之間，在實(shí)際操作時(shí),觀察爐頂溫度變化,如果沒有升高的趨勢可適當(dāng)?shù)亟档鸵恍╋L(fēng)量。

2.3 爐膛壓力的控制

通過連續(xù)跟蹤試驗(yàn)表明采用大爐壓控制，煙道閘板開度定在20%～25%左右為宜，避免出料爐門打開冷風(fēng)吸入，壓力下壓后，減少了爐頂與爐墻的溫差，車輪輻射受熱更為均勻。

3 結(jié)語

通過采取對(duì)熱處理的有效措施，得到了良好的實(shí)際加熱效果，沿著環(huán)形爐爐寬的方向的溫度均勻性明顯提高，爐氣問起趨于一致，車輪淬火質(zhì)量明顯提高。