淺析輥底式熱處理爐的設計與制造

陸鈴

摘要：本文詳細介紹了攀鋼集團工程技術有限公司實業分公司履帶板廠熱處理爐的原理及結構特點，研究出的熱處理爐設備經實際運行，完全達到了預期效果。

關鍵詞：履帶板熱處理爐 結構設計

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

1.概述

履帶板是工程機械的主要配件之一，生產過程中，最關鍵的工序是熱處理，熱處理效果直接決定了履帶板成品的質量，因此，熱處理爐是履帶板生產企業必備的設備。

國內主要履帶板生產企業有、遼陽遼鞍機械制造有限公司、山東山推工程機械股份有限公司、美國卡特彼勒亞實履帶（天津）有限公司、三一重工常熟華威公司等，各廠家的熱處理結構均有其自身的特點。

攀鋼工程公司實業分公司履帶板廠的熱處理爐有兩套，其中一套是自行設計、自行制造的，下面介紹自行設計制造的熱處理結構特點。

2.結構形式確定

履帶板熱處理爐由加熱爐、淬火器、回火爐及風冷裝置組成。由于工廠沒有煤氣，擬采用電加熱方式，工件傳送一般有兩種方式：一種是步進式，一種是輥式傳動結構。步進式結構的優點是傳動簡單、容易制造，缺點是熱效率不高，容易受熱處理變形；輥式結構的優點是熱效率高、輥子熱變形小，缺點是結構相對復雜；從長遠運行成本看，輥式結構的優點突出，所以決定采用輥式結構。速度的調節采用變頻無級調速，溫度采用PLC調節控制。

3.參數確定及結構設計

該設備連續完成履帶板的淬火加熱、噴淋淬火、回火加熱、回火后噴淋冷卻處理，經熱處理后的履帶板硬度需達到洛氏硬度42以上。

處理履帶板規格為長度500mm~800mm、寬300mm~400mm，最大單重50kg。

3.1設備的主要技術參數表

表1 設備主要技術參數

在確定參數的過程中，首先要考慮的是熱處理工藝，根據工藝要求確定加熱爐、回火爐的額定溫度必須達到設計要求。

選定目前的溫度參數是基于以下三個方面的考慮：一是結合實際廠房尺寸，根據保溫時間要求；二是考慮經熱處理后的硬度要求；三是最高溫度不能高于1000℃，否則將大幅度提高材料的耐高溫要求，增加成本。

整個爐子的尺寸根據以下三個因素確定：一是考慮產量，二是考慮實際廠房尺寸；三是考慮熱效率，爐內膛高度的確定是關鍵，內膛高，有利于檢修和觀察爐內的情況，但不利于熱效率。同時考慮到發生堆鋼意外時不至于損傷設備，經周密考慮，內膛高度確定為250mm最合適的，是兼顧了檢修和觀察爐內情況，同時，降低了設備總功率，提高了熱效率。

3.2主要結構設計

設計原則：滿足工藝要求，采用成熟技術，最大可能降低成本。

3.2.1加熱爐主要結構設計

（1）加熱區分16區加熱，每組區組成上下等溫輻射區。（2）加熱爐配兩種速度的輥子，慢速輥子在加熱段速度為280mm/min，出口端有快速出爐輥子，以便工件快速進入淬火工序。（3）加熱爐分三排，同步進料，進料口設有推料輥道。（4）爐子頂部設有平臺，兩側設有觀察孔。

3.2.2回火爐主要結構設計

（1）回火爐的加熱器分兩部分，分別布置在爐頂和爐底，采用等溫輻射，多區控制方式，提高爐溫均勻性，減小爐膛尺寸，減小爐殼熱損失。(2)回火爐六排同步排料進行回火。（3）加熱爐和回火爐分別驅動，分別排料，即淬火后自動轉入回火爐。

3.2.3輥子的傳動系統

（1）輥子傳動系統的電機采用變頻調速電機，以獲得應調整的速度。

（2）加熱爐兩套傳動機構，即快速和慢速各一套?；鼗馉t兩套慢速傳動裝置。

3.3電氣控制

電氣控制柜共設六臺，其中配電開關柜一臺，回火爐溫控柜二臺，淬火溫控柜二臺，傳動控制柜一臺。

工業電爐對控制系統的要求概況起來有三點，即穩定、控制精準、運行安全。

3.4水電設計

安裝總功率800kw；

設備用水量150m3/h。

3.5關于生產能力的計算

3.5.1 取值條件：工件長度800mm；工件視在長度820mm。取生產能力為1500kg/h，即43s/件。

3.5.2加熱爐及回火爐長度計算

(1)加熱爐工藝時間為40~45min，排三排加熱工藝長度計算值17m；實際加熱長度采用17m長。（2）回火爐工藝時間為80~100min排六排，加熱工藝長度計算值為8.5m，退火后，由于履帶板出爐的表面溫度高于80℃，人工無法觸摸，采取水冷辦法降溫，故實際退火爐長度為11m。

4.設備制造難點

在整個制造過程中有兩個難點：

一是輥子的制造。根據要求，該輥子由輥身和輥軸組成，制造時常規辦法是采用輥身熱漲與輥軸組裝成一體，同時，整個輥子的直線度必須得到保證，否則設備將無法正常運行；結合實際情況，由于無專用設備，生產工藝應根據實際情況改變，采用塞焊辦法，首先將輥軸粗加工后與輥身塞焊，然后再做精加工，這樣保證了輥子的精度。

二是爐殼的制造。爐殼是鋼結構件，主要難度是焊接變形問題，采用的主要辦法是控制焊接溫度、預變形焊接等，經過艱苦努力，確保了焊接順利完成。

5.技術特點

5.1雙面噴淋淬火

根據履帶板結構特點及淬火中易產生變形等情況，采用履帶板加熱后快速進入噴淋區，雙面噴淋淬火，根據履帶板厚薄，蓄熱量不均調節局部噴淋量；同時，在履帶板的底部采取水箱溢水覆蓋履帶板底面的辦法，達到均勻冷卻，減少和控制變形的目的。

5.2保證工件溫度均勻的方式

產品質量穩定、工藝重現性好，在工件規格不同的情況下每件履帶板在爐內的加熱工況完全相同，淬火加熱爐為上下雙面輻射均勻加熱，達到均勻爐溫保證工藝的目的。

5.3機械傳動穩定、可靠、定位精準

輥子傳動為變頻電機無極調速，傳動穩定可靠。每個傳動輥子均設有機加共精確的履帶板筋定位槽。

5.4防故障超溫功能

控溫和超溫報警采用各自相對獨立的系統，實現雙表制保護，消除主回路故障引起的超溫。

5.5故障自診斷，初始化自復位技術

設備全線采用PLC可編程控制，某個機械動作失靈或不到位時，將及時報警并提示故障位置。設備在一個周期初始動作前，能判定各個機械動作是否回到初始位置。通過設計、制造生產線，總結和優化了PLC的程序，解決了機械動作故障自診斷和報警技術難度，為設備的安全運行和故障的迅速排出提供了保障。

6.結束語

經本文所述的履帶板熱處理爐設備已經正常運行，經實際檢測，熱處理后的履帶板的硬度均達到洛氏硬度42以上，同時實際產量已經達到設計要求，達到了預期的目的。該項目采用了自己設計、自己制造的方式，實際成本在240萬元左右。

根據市場價格和實際成本的差異，節約投資190萬元。

該項目的順利實施，表明了實業分公司在非標設備的制造方面，有了較大發展，為今后在非標設備制造方面提供了寶貴的經驗，尤其在熱處理爐的制造方面積累了寶貴經驗。

參考文獻：

1、《機械設計手冊》第五版 化學工業出版社

2、《冶金加熱爐設計工作手冊》 冶金工業出版社