最新罩式爐結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

1、罩式爐結(jié)構(gòu)與應(yīng)用摘要：高溫退火是決定取向硅鋼表面質(zhì)量優(yōu)劣的尖鍵工藝，了解罩式爐結(jié)構(gòu)是 保證高溫退火穩(wěn)定進(jìn)行的重要前提。本文從結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的角度對罩式爐進(jìn)行分類， 簡要陳述了罩式爐結(jié)構(gòu)特征及其應(yīng)用范圍，為取向硅鋼高溫退火罩式爐的選擇和應(yīng) 用提供參考。尖鍵詞：罩式爐結(jié)構(gòu)高溫退火取向硅鋼1前言表面質(zhì)量一直是取向硅鋼工藝中的瓶頸，而高溫退火是決定取向硅鋼 表面質(zhì)量優(yōu)劣的尖鍵性工序。為了改善表面質(zhì)量，提高取向硅鋼 磁性能， 眾多科研人員投入到高溫退火工藝的研究中。取向硅鋼高溫退火工藝主要在環(huán)形爐或罩式爐內(nèi)完成?？紤]到成本問 題，在高溫退火工藝成熟、取向硅鋼批量化生產(chǎn)前，大多工廠均 采用罩式爐 生產(chǎn)取向硅鋼

2、。2罩式爐簡介罩式爐屬于間斷式變溫工業(yè)爐1，爐膛不分區(qū)供熱，爐溫按規(guī)定的加 熱制度隨時(shí)間變化。主要用于工件的光亮退火，也用于鍛件、鑄件或焊接件 的退火、正火、消除應(yīng)力以及去氫處理的加熱。罩式電阻爐則主要用作高溫 熱處理加熱。和臺(tái)車式爐相比，罩式爐容易保持氣密性，可以通入可控氣氛；外罩轉(zhuǎn) 移時(shí)表面溫度只降低150200C，熱損失較小，爐子熱效率亦高；罩式爐不 需要爐門及其升降機(jī)構(gòu)，一般也不需要各種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而造價(jià)較低。 另外，一罩兩臺(tái)罩式爐的占地面積僅和一座臺(tái)車式爐相當(dāng)，但產(chǎn)量較大。因 而罩式爐已取代了部分臺(tái)車式爐，并且其應(yīng)用范圍愈加廣泛。按照裝料情況不同，罩式爐分為圓形罩式爐和矩形罩式爐

3、；按照規(guī)格 范圍不同，罩式爐可分為小型罩式爐和大型罩式爐，小型圓形罩式爐內(nèi)徑 為1.52m，大型爐子達(dá)5m ；小型矩形罩式爐爐臺(tái)尺寸為0.91 mx1.30m，大型爐子則達(dá)3.65mx14.78m，爐內(nèi)容積高達(dá)150rrP ；按 照供熱方式不同，罩式爐分為燃料罩式爐（煤氣）和罩式電阻爐。燃料罩式爐成本低，結(jié)構(gòu)靈活，在妥善操作和科學(xué)管理的條件下有利 于降低生產(chǎn)費(fèi)用。但燃料爐難于實(shí)現(xiàn)精確控制，易造成環(huán)境污染，熱效率 也較低。罩式電阻爐的最大特點(diǎn)是爐溫均勻，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，加熱質(zhì) 量好。電阻爐一般沒有煙塵和噪聲危害，但限于我國供電量不足和電費(fèi)較貴 而不能廣泛采用，即使如此也仍然有許多加熱工藝要采用

4、電爐。 3罩式電阻爐結(jié)構(gòu)罩式電阻爐主要用于高溫?zé)崽幚砑訜幔缛∠蚬桎摰母邷赝嘶?。由于爐 溫高，一般不使用爐臺(tái)風(fēng)機(jī)，而在爐臺(tái)上配置電熱元件以促使溫度均勻。罩式爐由外罩，內(nèi)罩及爐臺(tái)三部分組成，但根據(jù)工藝要求不同，有些罩 式爐沒有內(nèi)罩，而有些在這三部分的基礎(chǔ)上又添加了冷卻罩。由于工件在熱 處理加熱過程中一般要在內(nèi)罩中進(jìn)行冷卻，生產(chǎn)中往往 將多座裝好料的爐臺(tái) 組合成一組共同使用一個(gè)外罩（加熱罩），依次輪流供熱。料堆內(nèi)的最終溫 度和溫差達(dá)到規(guī)定值后，加熱過程結(jié)束。將外罩移到另一個(gè)已裝好料并扣上 內(nèi)罩的爐臺(tái)上，開始新的一輪熱處理加熱周期。原來爐臺(tái)上的工件在內(nèi)罩 中繼續(xù)冷卻，冷卻時(shí)間取決于最終冷卻溫度。有可

5、控氣氛時(shí)最終冷卻溫度為 120250C ；無可控氣氛時(shí)為300400C。冷卻過程結(jié)束后移走內(nèi)罩，工 件在爐臺(tái)上冷卻到室溫后再卸料，再裝入下一批工件，扣上內(nèi)罩，等待下一 輪加熱周期。3.1外罩罩式電阻爐的外罩又稱作加熱罩。外罩主要由爐殼（鋼結(jié)構(gòu)）、爐襯 和加熱元件三部分組成。根據(jù)工藝需要，選用不同材質(zhì)的鋼板制作爐殼，如果爐襯的耐熱和保 溫能力較高，爐殼一般采用普碳鋼制作；爐殼的主要作用是固定爐襯并承 擔(dān)其部分重量，因此對爐殼的強(qiáng)度有一定的要求；為了承受拱頂砌體的拉 力及爐內(nèi)砌體的熱膨脹力，爐殼兩側(cè)均設(shè)有導(dǎo)向柱，并通過滑輪與爐殼相 連，導(dǎo)向柱的另一個(gè)作用是用于爐殼的起吊，因此，外罩爐殼的頂端焊有

6、帶吊孔的橫梁，吊孔位置與外罩重心位置一致。爐襯，或稱砌體，是用耐火材料、隔熱材料和某些建筑材料砌筑或敷設(shè) 成的爐膛、燃燒室、排煙道等爐體部位。爐襯的作用是使罩式爐在加熱過程 中能承受高溫?zé)岷?、抵抗化學(xué)侵蝕，減少熱量損失并具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度，以保證爐內(nèi)熱交換過程的正常進(jìn)行。目前采用耐 火纖維、巖棉和微孔 硅酸鈣等輕質(zhì)爐襯后，外罩自重已不再是增大車間起重能力的影響因素。 爐襯厚度根據(jù)加熱溫度和爐襯材質(zhì)的不同而不同。由于在生產(chǎn)過程中往往多座爐臺(tái)共用一個(gè)外罩（加熱罩）進(jìn)行依次輪 流供熱，加熱元件一般放在外罩上，不僅減少了熱量損失，也簡 化了爐臺(tái)結(jié) 構(gòu)和維修工作。一罩一臺(tái)的罩式爐將加熱元件放在爐臺(tái)上

7、比較適宜。罩式電 爐的爐臺(tái)和外罩均配置電熱元件。3.2內(nèi)罩內(nèi)罩的作用是將煙氣流動(dòng)空間與工件所處的可控氣氛流動(dòng)空間隔開。同 時(shí)又是傳熱過程中得熱交換面，因此內(nèi)罩必須是密封性的、耐高溫抗氧化 的，并且還要具有一定剛度，否則在長期受熱過程中極易變形甚至發(fā)生塌 陷和破裂。因此罩式電阻爐內(nèi)罩的材質(zhì)非常尖鍵，一般采用耐熱鋼板焊制， 個(gè)別情況下用鑄鋼件。根據(jù)加熱溫度不同，內(nèi)罩材質(zhì)亦不同，溫度越高，材質(zhì)的長期工作溫度 就越高，價(jià)位就越高；考慮到成本問題，為延長內(nèi)罩使用壽命，很多廠家 在內(nèi)罩形狀上做了改變：根據(jù)罩內(nèi)氣氛的流動(dòng)方向，將內(nèi)罩中段設(shè)計(jì)成橫 向或縱向波紋，這樣可以增大換熱面積，同時(shí)能減少變形并延長使用壽

8、 命；考慮到熱變形，內(nèi)罩頂部一般設(shè)計(jì)為拱形。在尺寸設(shè)計(jì)上，圓形罩式爐內(nèi)罩直徑比爐料直徑大0.250.50m，料垛 頂面與內(nèi)罩頂部之間應(yīng)留0.2m以上間隙；外罩頂部內(nèi)襯與內(nèi)罩 頂部之間留 0.200.45m的間隙，為了保證安全起吊，外罩側(cè)面內(nèi)襯距內(nèi)罩的凈距離0.2-0.4m。3.3爐臺(tái)爐臺(tái)主要由鋼結(jié)構(gòu)、砌體和加熱元件組成，起著承重和保溫的作用， 因此爐臺(tái)的砌體要有足夠的厚度，以保證在長時(shí)間高溫工作時(shí)有足夠的強(qiáng)度 和保溫功能。同時(shí)，爐臺(tái)還肩負(fù)著密封內(nèi)罩和外罩，供排氣等功能。為了保 證爐料受熱均勻，通常在爐臺(tái)頂端嵌入加熱元件。3.4密封外罩及內(nèi)罩與爐臺(tái)之間要求密封。通可控氣氛并強(qiáng)制循環(huán)時(shí)，內(nèi)罩和 爐

9、臺(tái)之間的密封要求更高。密封結(jié)構(gòu)形式有砂封、水封、膠封和耐火纖維密 封等多種形式，通常多組合使用。內(nèi)罩和爐臺(tái)之間常用兩種密封結(jié)構(gòu)：一 種是將內(nèi)罩和爐臺(tái)之間鎖緊，供排氣均從爐臺(tái)底部進(jìn)行；另一種采用砂封， 爐臺(tái)底部供氣，外罩的燒嘴燃燒廢氣。前者密封效果好，后者氣氛流動(dòng)均 勻，造價(jià)低，嚴(yán)密性差，對砂質(zhì)要求高。根據(jù)鋼種對工藝要求的不同，密封 結(jié)構(gòu)不同。外罩和爐臺(tái)之間采用水封和砂封復(fù)合結(jié)構(gòu)，效果較好。3.5自動(dòng)化與安全系統(tǒng)罩式電阻爐自動(dòng)化系統(tǒng)主要包含對溫度的控制和對爐 壓的控制兩個(gè)方面。前者主要是工藝的要求，后者是工藝和安全方面的雙 重要求，如果爐內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，且爐內(nèi)可控氣氛含有氫氣時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)氫氣聚 積進(jìn)

10、而爆炸的事故狀況。因此，為了保證罩式爐的安全操作，爐壓控制是至 尖重要的。一般情況下，當(dāng)氣氛中含有氫氣時(shí)，在爐壓自動(dòng)化控制方面，首先保證 進(jìn)氣和排氣之間壓差的正值，同時(shí)配置出現(xiàn)負(fù)值情況時(shí)的應(yīng)急措施，如事故 氮?dú)庀到y(tǒng)；其次，要保證氣體接點(diǎn)處的氣壓，當(dāng)氣壓為零即無氣體時(shí)應(yīng)及時(shí) 報(bào)警并采用緊急措施，如尖閉排氣閥或吹掃氮?dú)獾?。另外，在溫度控制?面，除需滿足工藝基本需求外，還需配置過熱報(bào)警裝置及相應(yīng)的補(bǔ)救措施。 4罩式電阻爐的應(yīng)用4.1全氫罩式爐的特點(diǎn)按照爐內(nèi)氣氛不同，罩式爐可分為無氣氛、氮?dú)?、?氫混合氣和全氫罩式爐。無氣氛罩式爐主要用于黑帶鋼的退火，如主要用于焊接件的碳素結(jié)構(gòu) 鋼Q195等；其它氣

11、氛罩式電阻爐根據(jù)鋼種工藝具體要求，采用氣體比例不 同，主要用于去應(yīng)力和光亮退火，其中全氫罩式退火爐是20世紀(jì)70年代 奧地利EBNER公司在氮?dú)浠旌蠚獾幕A(chǔ)上開發(fā)出來的2，傳統(tǒng)罩式爐用 氮?dú)浠旌蠚怏w作為保護(hù)介質(zhì)，氫氣相對于氮?dú)饩哂袑?dǎo)熱性號、密度小、動(dòng)力 粘度小、還原強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸代替了傳統(tǒng)氮?dú)浠旌蠚怏w作為保護(hù)氣體，20 世紀(jì)80年代后被大量用于冷軋板 卷的光亮退火。德國LOI公司也開發(fā)了以 強(qiáng)對流和全氫氣為特色的HPH罩式爐。這兩種罩式爐對傳統(tǒng)罩式爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行 了很大改進(jìn)和完善，縮短了退火時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，改善了產(chǎn)品質(zhì)量。 4.2取向硅鋼高溫罩式爐的選擇和應(yīng)用取向硅鋼高溫罩式爐用于取向硅鋼高

12、溫退火工藝，主要完成取向硅鋼 底層的生成、二次再結(jié)晶和高溫凈化等功能，采用新鮮的氮?dú)浠旌蠚獗Ｗo(hù) 氣氛，反應(yīng)后的廢氣通向大氣或直接燃燒。高溫退火對取向硅鋼表面質(zhì)量和磁性能意義重大。該工序加熱溫度 高，流程長，對氣氛的流動(dòng)性和爐況的穩(wěn)定性要求較高，因此，用于高溫退 火的罩式爐在退火工具材質(zhì)的選擇，爐體的密封結(jié)構(gòu)，自動(dòng)和控制和安全 系統(tǒng)方面要求都極為嚴(yán)格，目前國內(nèi)大型鋼廠使用的大型取向硅鋼高溫退火 罩式爐大都購自國外。取向硅鋼高溫罩式爐在選型和應(yīng)用方面應(yīng)特別注意以 下幾項(xiàng)內(nèi)容：(1) 內(nèi)罩：由于是高溫加熱，不僅要考慮內(nèi)罩材質(zhì)的耐熱性，同時(shí)從成本的角度考慮，為延長使用壽命，內(nèi)罩形狀(波紋內(nèi)罩)的選擇也

13、 很重要。(2) 爐襯：除了要考慮爐襯工作面材質(zhì)的耐熱性之外，還要兼顧爐襯 的總厚度，以保證高溫加熱時(shí)爐體具有良好的隔熱性能和抵抗熱變形的強(qiáng) 度；另外，為了保證外罩的正常起吊，外罩用爐襯應(yīng)朝輕質(zhì)化發(fā)展。(3) 加熱元件：為實(shí)現(xiàn)高溫加熱和保證爐溫的均勻性，加熱元件在材 質(zhì)選擇和布置上都很重要。另外，要保證內(nèi)外罩之間具有一定的間距，以防 加熱元件在外罩起吊時(shí)受到損傷。(4) 密封系統(tǒng)：密封裝置是取向硅鋼罩式爐的技術(shù)訣竅，它不僅起到 隔離氣氛的作用，還直接決定著爐壓的大小，進(jìn)而影響取向硅鋼的表面質(zhì) 量。因此，在選擇罩式爐時(shí)要重點(diǎn)考慮廠商是否具有實(shí)際生產(chǎn)取向硅鋼的經(jīng) 驗(yàn)即業(yè)績。(5) 自動(dòng)化控制系統(tǒng)：就取向硅鋼而言，