热回收型连续正火炉的开发与应用

黄培，陈仲连，陆粉荣，徐永明

(1.华东轴承材料热处理学会专家工作站，江苏 苏州 215126；2.江阴耐士铁金属制品有限公司，江苏 无锡 214443；3.苏州工业园区华新电炉厂，江苏 苏州 215126)

1 概述

空调压缩机用气缸缸体常用FCD25共晶灰口铸铁经钢模铸造而成，缸体结构如图1所示，其化学成分见表1。在铸造状态得到的D型石墨坯件，一般均施行正火处理，以得到珠光体-铁素体基底，正火的技术要求为：(1)抗拉强度≥23 kg/mm2；(2)硬度为170～219 HB；(3)金相组织中依ASTM标准，D型石墨含量为80%以上，珠光体含量为15%～30%。一般多采用台车式电阻炉(多达20台)加热，保温后抽出台车，翻转台面，倾倒后吹风喷冷。此方法能耗高(420 kW·h/t左右)，劳动强度大，环境热污染严重，夏季车间温度高达50 ℃以上。

图1 气缸缸体结构

表1 缸体的化学成分(质量分数) %

针对上述情况，对高温固体显热通过传质实现热交换回收进行研究，在热回收型连续退火炉的基础上，研制出了热回收型连续正火炉，该正火炉已投产运行，各项状态运行稳定[1]。

2 电炉设计原理

新型连续正火炉具有双层炉道结构，其结构如图2所示。炉子的上层炉道前端为预热段，后端为加热区和保温段，下层炉道依次设置有快冷段和缓冷段；上层炉道有1条主传送带，下层炉道有2条传送带，即2#和3#传送带。电路的核心技术是将正火冷却时金属放出的热量用于热交换器内新进炉工件的预热，由于所有传送带都没有直接裸露在炉体外，因此大大减少了封闭炉内热量循环的热能损耗。

1—热交换器；2—主传送带；3—导流套；4—托辊；5—加热体；6—转移料斗；7—喷冷系统；8—热回收管路；9—炉体；10—2#传送带；11—3#传送带；12—工件；13—离心风机；14—出料台；15—电动机

2.1 主要技术参数

设备型号：SHRN-380-9；

额定功率：380 kW；

额定温度：930 ℃；

加热室有效空间：8 000 mm×800 mm×200 mm；

生产效率：800 kg/h；

热交换器有效空间：5 000 mm×800 mm×1 200 mm；

外形尺寸: 13 800 mm×2 500 mm×3 800 mm；

质量：48 t。

2.2 结构特点

(1)加热室为托辊支撑型网带加热炉，瓷管芯螺旋电热体加热器总功率为380 kW，由72支加热管均匀分担，炉内呈4个加热区布置，按工艺要求，独立控温，炉衬采用陶瓷纤维毡加轻质耐火砖复合结构。

(2)喷冷正火冷却室位于加热炉的下方，由返回的一级网带机构和喷冷箱、喷风嘴及高压风机等组成。为了调节风冷强度，正火冷却配备“2+3”结构的风机装备。为了节约能源，优化工作环境，喷冷室对外是绝热的。

(3)热回收室由4台循环风机和专用风道承担空气工质的循环运动，由于灼热工件热量的回收，可以使新进炉工件在进入电热区之前工件表面温度达到350～400 ℃。工件经由二级网带输出炉外。

(4)电器控制系统采用智能仪表控制，温控精度优于±2 ℃。

3 使用效果

3.1 冷态调试

所有机构动作(包括自动上料)，均按完整的操作程序联动，准确定位各传送带速度、控制位置；调整喷冷机的各风机风量和各区段传送带的水平度及张紧度(3条传送带的结构、张紧方式和传送速度均不同)。

3.2 热态调试

(1)烘炉，打开电炉外门，按30 ℃/h速度升温到200 ℃保持48 h，400 ℃保持48 h，600 ℃保持48 h。

(2)装料入炉，将缸体以两层方式平铺于传送带上，工艺制度为一区850 ℃、二区900 ℃、三区900 ℃、四区900 ℃，总加热为90 min开始进行工艺试验，全部工艺正常达产为止。

3.3 工艺试验

按照FCD-25共晶铸铁的典型正火工艺进行试验，正火温度稳定为880 ℃，加热保温80 min，根据实际情况调节快冷各风机阀门。经2个月生产统计，正火工件的日产量可达18～20 t，工件硬度为170～219 HB，金相组织如图3所示，均符合技术要求；单位耗电为260～270 kW·h/t，比台车炉(420 kW·h/t)节电约40%。

图3 FCD-25共晶铸铁正火金相组织

对GCr15钢轴承锻件进行正火工艺试验，其目的是细化组织，消除网状碳化物，节省能源。锻坯型号为6308/01，加热规范为900 ℃×60 min，冷却速度同铸铁缸体工艺，工件正火后硬度为294～302 HB(31.5～32.5 HRC),显微组织为100%索氏体，金相组织如图4所示，完全达到了工艺目的。

图4 GCr15钢轴承毛坯正火金相组织

4 结束语

高温固体余热回收作为热处理节能技术的新领域，其重大意义已经越来越被人们所认识。炉型和炉衬结构对热能利用率影响极大，炉型设计、高度绝热(使炉壳温升≤30 ℃)和余热回收是热处理节能技术的3个支配因素。

用热回收型连续正火炉处理工件，可以提高产品质量的均匀性，节约能源和劳动力，改善劳动条件，达到优质高产。下一步将在已有的网带传送带基础上，进一步研发推盘型、推盘-辊底复合型、推盘-网带(链带)复合型热回收型正火炉。