浅谈工业炉发展、分类及热工性能分析

王选涛 田 冰 闫永霞

(1.丹东东方测控技术股份有限公司，辽宁 丹东118000；2.亚泰集团 丹东交通水泥有限公司，辽宁 丹东 118000；3.辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东 118000)

0 引言

20世纪是工业炉迅速发展的年代，加热工艺对工业炉提出了愈来愈高的要求。在锻压生产中为了降低金属的变形阻力所采用的加热炉，在升温速度、温度场的均匀性、减少金属氧化和防止过烧方面均有严格的要求、例如：为了获得尺寸精确和表面光洁的工件，或者为了减少金属氧化达到保护模具、减少加工余量、简化工艺过程等目的而采用了各种少、无氧化加热炉；将人工制备的保护性气氛，如放热式和吸热醒气氛、氮分解气氛、滴注式气氛、氮基气氛等通入炉内以进行气体渗碳、碳氮共渗、光亮淬火、正火、退火等热处理工艺，以达到改变金相组织、提高机械性能为目的而发展了可控气氛炉；由于生产力的提高，出现了能够提高炉子生产率和改善劳动条件的各种机械化、自动化连续式炉；由于电的供应量逐渐增加出现了各种电阻炉、感应炉和电子束炉等。

工业炉的燃料也随着燃料资源的开发和燃料转换技术的进步而由采用块煤、焦炭、煤粉等固体燃料而逐步改用发生炉煤气、城市煤气、天然气、燃料油、液化石油气等气体和液体燃料，并且研制出了与原用燃料相适应的各种燃烧装置，如往复炉排燃烧室，高、低压煤气烧嘴和油嘴，平焰烧嘴，高速烧嘴，自身预热烧嘴，自身预热烧嘴，比例调节烧嘴及旋流煤粉烧嘴等。

1 工业炉分类

在工业生产中利用燃料燃烧所产生的热量，或将电能转化的热量对工件或物料进行加热、熔炼、干燥、烧结等作业的热工设备称为工业炉。

机械工业应用的工业炉有许多类型，在铸造车间内有熔炼金属的电弧炉、平炉、冲天炉、坩埚炉，有烘烤砂型、砂芯及各种合金的干燥炉，有铸件退火炉时效炉等；在锻压车间内有对钢锭或钢坯进行锻前加热的各种加热炉和锻后消除内应为的热处理炉；在热处理车间内有改善工件机械性能的各种退火、正火、淬火、回火和渗碳用的热处理炉；在焊接车间内有焊件的焊前预热炉和焊后热处理炉，有冲压件的冲压前钢板加热炉等。此外还有其他车间使用的木材干燥室和油漆干燥室等。

按供热方式工业炉分为两类：一是，火焰炉，或称燃料炉，是用各种燃料的燃烧热量在炉内对工件或物料进行加热的；二是，电炉，是在炉内将电能转化为热量对工件或物料进行加热的。

火焰炉所用燃料来源广泛，价格较便宜，便于因地制宜地建造不同结构和不同用途的炉子，在妥善操作和科学管理的条件下有利于降低生产费用。但火焰炉难于实现准确控制，易造成环境污染，热效率也较低，电炉的最大特点是炉温均匀，便于实现自动控制，加热质量好。

按热工制度工业炉也分两类：一是间断式炉，又称周期式炉，其特点是炉膛内不同温度区段，炉子按一般或两班生产，在每一加热周期内炉温是变化的，如各种宽式炉、台车式炉、井式炉、罩式炉等；二是连续式炉，其特点是炉质内划分温度区段，一般由预、加热、均热（保温）三个区段组成，炉子为三班连续生产，在加热过程中每一区段内的温度可认为是不变化的，如二段或三段连续式加热炉，推杆式加热炉和热处理炉，环形炉，步进式炉，原底式炉，冲天炉及石灰窑等。

淬火炉用于铝合金管棒型材挤压制品的淬火处理。在淬火前，挤压制品的加热应均匀，温差应小于±2.5℃；淬火时，要求过渡时间短，不超过15秒。过去，铝合金挤压制品采用硝酸盐（KNO3）浴槽处理。随着铝合金挤压制品长度的增加，这种淬火方式已被淘汰。有色金属加工设计研究院设计的一种立式淬火炉，可用于铝合金挤压制品的淬火处理，但最大料长不能大于8米，实用于中、小型铝加工厂，年处理能力为1000吨。苏联设计的立式淬火炉，内部均设有热风强制循环系统。可用于处理大型铝合金管棒型材，料长可从4米至20米，甚至还可长些。目前国内、外用得比较普遍的是立式淬火炉，淬火池直接设在炉子下面。这种淬火炉具有如下特点：

①淬火前，挤压制品可以均匀而快速加热；

②可用最短时间将料放入淬火池内；

③可以避免由于自重和加热引起的挤压制品的弯、扭变形，有利于保持制品远行；

④淬火后的挤压制品机械性能均一。

整个炉体封在一个钢结构框架内。淬火池设在炉下，是防水混凝土结构，直径为4米，深20米，或根据淬火挤压制品的长度再深些。加热炉的中心相对于淬火池偏心1.2米，以便利用电葫芦将料捆吊到淬火池中。然后平移至炉下，再用吊链（用卷扬驱动）拉到炉内的一定高度，直到卷扬自动断电。提升速度为0.4米/秒。淬火时下降速度为0.4-0.6 米/秒。

2 对于大型挤压制品，可单根进行淬火处理

淬火炉的加热段中，每段均可由三角形连接变换成星形连接。炉子的主要缺点是土建工程量大，地坑深、房架高。在建厂房前，就需完成地坑混凝土工程。

反应炉子热工性能的主要参数是：炉子装载量、炉子生产力、炉子生产率、燃料单位热耗及炉底热强度等。

①炉子装载量

每一加热周期内，一次可装入炉内的工件或物料重量称为炉子装载量，单位为吨（t）。对于干燥炉，一次装入炉内的物料（砂箱、砂型、砂芯等）体积占炉室溶剂的百分数称为炉子填充率。炉子装载量或填充率代表了炉子的负荷量大小，也是计算炉体结构及基础承载能力的因数之一。

②炉子生产力

对于加热炉和热处理炉，按单位时间计算的炉子加热能力称为生产力，单位为千克/时（kg/h）；对于充填炉则习惯称为炉子熔化率，单位为吨/时（t/h）。炉子升温速度愈快，则生产力愈高。

③炉子生产率

对于加热炉和热处理炉，按单位时间单位炉底面积计算的炉子加热能力称为炉子生产率，单位为千克/米2.时（kg/（m2.h））；对于冲天炉则习惯称为炉子熔化强度，单位为吨/米2.时（t/（m2.h））。炉子装载量愈大，升温速度愈快，则炉子生产率愈高。一般情况下，炉子生产率愈高，则加热每千克工作的单位热量消耗亦愈低，所以要想降低能源消耗，首先应该满负荷生产，尽量提高炉子生产率。

④单位热耗与炉底热强度

在一个加热周期内，加热每千克工作玩消耗的热量称为工件的单位热耗，单位为千焦/千克（kj/kg）。单位热耗与炉子生产率相乘即为炉底热强度，单位为千焦/米2.时[kj/（m2.h）]。利用单位热耗与炉底热强度指标可较为准确地计算炉子燃料消耗量。要想降低燃料消耗除应满足负荷生产、尽量提高炉子生产率以外，还要减少炉子砌体的置热和散热损失，水冷构件热损失、各种开口辐射热损失、逸出炉外烟气和吸入炉内冷空气造成的热损失，以及离炉烟气带走的热损失等。

3 结语

为了提高炉子的热工性能，除必须根据工艺要求、预热器及炉用机械形式、燃料及燃烧装置类别、适宜的炉子排烟方式等设计优良的炉型结构外，还需对炉温、炉压进行自动控制，对燃料与助燃空气进行自动接比例调节。需要指明：实现炉子最佳性能不能单独依靠自动控制来实现，还应有严格的操作管理制度。

［1］魏军.有色金属挤压车间机械设备[M].冶金工业出版社,1988,8.