铁路货车领域连续式热处理炉的保温性设计要点

刘福贵

中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161002

1 序言

当前，连续式热处理工艺的应用已经成为提高工件热处理质量和生产效率的重要手段，近年来，铁路货车核心关键工件如摇枕、侧架、车钩等均采用连续式热处理工艺。中车齐齐哈尔车辆有限公司为了满足连续式热处理工艺的需要，借鉴国内外同行业的先进经验，自行研制出了国内领先的摇枕、侧架、车钩等工件的连续式热处理生产线，获得了在铁路系统内外企业推广应用。作为连续式热处理生产线的核心装备，连续式热处理炉的设计尤其是保温性设计至关重要，笔者公司通过注重连续式热处理炉的保温性设计，并经生产实际检验，取得了良好的效果。

2 连续式热处理炉的主要结构和原理

连续式热处理炉一般应用为淬火炉和回火炉（见图1），主要由炉体钢结构、保温材料系统、炉门、炉顶保温风幕、炉门保温风幕、电阻带及电气控制系统等组成，而保温材料系统主要由炉墙、炉顶、炉门及炉底等保温层组成。连续式热处理炉工作时，按照热处理工艺曲线要求，工件在炉内加热保温，达到要求时出料端炉门打开，由炉顶部的积放式链传动传输装置带动工件移出至下道工序。出料端炉门关闭后，进料端炉门打开，炉外等候区的工件由炉顶部的积放式链传动传输装置移进至炉内，然后进料端炉门关闭，进入新一轮加热保温作业，如此反复，进入连续式热处理生产状态。

图1 连续式热处理炉现场

3 连续式热处理炉的结构特点对保温性提出的要求

连续式热处理炉工作时炉内温度较高，如淬火炉在1000℃左右。炉的结构特点是前后设置炉门，并且炉门开闭频繁，炉顶为积放式链传动传输装置及吊具预留通长的敞口条缝，炉底横跨铺设电缆地沟。连续式热处理炉工作时，应使炉墙外表达到温度标准要求，避免炉门开闭时对现场操作者产生高温辐射，避免炉顶温度过热对积放式链传动传输装置轴承、润滑装置等部件产生影响，以及避免炉底温度过热对电缆热辐射过热影响。基于连续式热处理炉的结构特点以及上述的工作条件和要求，对连续式热处理炉的保温性提出了严格的要求，因此设计时要注意诸多方面环节，以确保连续式热处理炉的整体保温性能。

4 连续式热处理炉的保温性设计要点

4.1 炉墙、炉顶、炉门、炉底保温层的设计要点

炉墙、炉顶和炉门均采用硅酸铝纤维材料保温，炉底采用轻质耐火砖保温，如图2所示。

图2 连续式热处理炉结构

炉墙、炉顶和炉门保温材料分层分布，炉墙保温材料安装在炉体钢结构内墙上，在锚固钉焊接布置完成后，首先铺设2层30mm厚度普通铝硅酸铝纤维毯，各层纤维毯接缝处互相错开500mm，以便形成整体硅酸铝纤维毯隔热层，更加有效地防止热传导，然后采用厚度为450mm的高纯铝硅酸铝纤维块通过锚固件固定，最后再铺设一层密度较大的50mm厚度的硅酸铝纤维硬板，以实现炉墙良好的平整度，利于电阻带排布。由于炉顶和炉门没有电阻带排布，因此只需安装普通铝硅酸铝纤维毯高纯铝硅酸铝纤维块。通过以上措施，实现保温材料连续、致密、互相补偿、平整地排布。

炉底主要采用轻质耐火砖材料，由下至上依次为普通硅酸铝纤维毯、硅藻土砖、一般密度的轻质耐火砖、较小密度的轻质耐火砖4个层次，根据温度传导分布，保温性能呈阶梯递增趋势，而从上至下材料价格呈阶梯递减趋势，体现出较好的经济性，从而使设备具有了良好的性价比。每层炉砖铺设时间隔5m设置50mm的伸缩缝，在其中填充硅酸铝材料，以防止炉底在高温时膨胀隆起。

4.2 炉门开闭机构的设计要点

炉门开闭机构（见图3）采用气缸作为动力，为了在确保工件顺利进出的前提下，尽量减少开闭时间，避免炉内热空气快速外溢而不利于保温，为此炉门开闭动作设为双行程，即开关门动作分为两步：第一步快速行程；二步缓慢行程到位。为实现缓慢行程到位平稳，减少炉门闭合瞬间对炉体的冲击，应用气液阻尼缸配合气缸完成动作，在第二步动作发挥作用，避免了快行程的冲击，实现了炉门平稳闭合到位。

出料端炉门和进料端炉门开闭动作在控制上设计为互锁，即当进料端炉门开起时，出料端炉门一定处于关闭状态，反之当出料端炉门开起时，进料端炉门一定处于关闭状态，避免出料端炉门和进料端炉门同时开起造成炉内出现对流现象，从而避免炉内热空气快速外溢而不利于保温。

图3 连续式热处理炉炉门结构

4.3 炉顶和炉端保温风幕的设计要点

为减少炉连续工作时的热量从炉顶条缝处外溢，以及减少炉温对吊具及积放式链传动传输装置轴承、润滑结构等部件的辐射热影响，除设置与吊具一起运动的互相搭接的铸铁盖板外，在炉顶设置保温风幕，利用风机取风汇集到炉顶风室，经喷口喷出形成两层连续致密的风幕，可有效地阻止炉内热量从炉顶条缝处外溢，从而达到隔热保温和冷却炉顶运动部件的目的。

为减少炉门开闭过程中炉内热空气的逃逸，在炉两端进出口处条缝两侧各设两组风幕，炉门开起之前起动工作，以有效阻止炉内热量从炉门顶部外溢，待炉门彻底关闭后停止工作。考虑到开关门时该部位温度较高，风幕一律采用不锈钢壳体。

4.4 炉墙穿管处保温的设计要点

由于炉内布置大量的电阻带，每组电阻带都需要两根接线柱引出到炉墙外，并且每个加热区设置上中下3个热电偶，炉墙穿管处数量较多，为避免接线柱与炉体钢结构接触形成热桥和短路，每根接线柱都配置绝缘座及陶瓷套管，以有效地绝缘及隔热，从而有利于保温和确保安全。

5 使用效果分析

连续式热处理炉作为生产线的核心设备，在铁路货车关键件如摇枕、侧架、车钩等生产中起到了至关重要的作用，工件热处理质量和生产效率显著提高。而通过周密合理的保温性能设计，使炉外墙温度达到标准要求，避免了炉门开闭时对现场操作者的高温辐射，避免了炉顶对积放式链传动传输装置部件过热影响，也避免了炉底对电缆热辐射过热影响，杜绝了电缆绝缘皮受热软化现象出现。连续式热处理炉投入生产应用（见图4），整体保温效果良好，确保了设备和操作人员的有序安全运行。

图4 连续式热处理炉生产应用

连续式热处理炉通过注重保温性设计，投入生产应用保温性良好，体现出可靠性、经济性、安全性及环保性等方面的优势，获得了多家企业的推广应用，受到了用户的一致好评。