步進(jìn)式熱處理爐及其調(diào)質(zhì)線設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題

1、步進(jìn)式熱處理爐及其調(diào)質(zhì)線設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題總工程師 孫丸權(quán)【摘耍】 通過作苦本人設(shè)計(jì)、安狀調(diào)試并巳使用多輕的步進(jìn)式熱處理爐的經(jīng)臉，提供了 詼爐空曲傳動(dòng)形式的確定、工件定位的結(jié)構(gòu)、活動(dòng)爐底運(yùn)動(dòng)速度的選擇、回火爐鳳陰的設(shè)査 及爐底與基昭坑間的支承形式諄般，以供設(shè)計(jì)、使用老參考。關(guān)鍵詞 步進(jìn)式爐 熱處理爐 調(diào)質(zhì)處理 生產(chǎn)線 設(shè)計(jì)#、前言步進(jìn)式爐雄由專用的步進(jìn)機(jī)構(gòu)便工件在爐 內(nèi)移動(dòng)的一種機(jī)械化加熱爐。爐腌底部由固定 底和活動(dòng)底洌部分組成，活動(dòng)底的頂面低于固 定底，因此在原始位置時(shí)工件全部放置在固定 底上。經(jīng)過一定時(shí)間可調(diào)活動(dòng)底即沿爐底 縱向縫隙作上升（將固定底上的工件全部托 赴）、前進(jìn)、下降（將前進(jìn)一步后

2、的工件仍放 笠在固定底上）、后返復(fù)位四個(gè)動(dòng)作，從 而將全部工件向前移送一個(gè)行程。由于生產(chǎn)需要，筆者七十年代后期曾主持 設(shè)計(jì)了一條汽車前軸步進(jìn)式調(diào)質(zhì)線。除擔(dān)負(fù)兩 臺(tái)加熱爐的主要設(shè)卄外還參與了安裝調(diào)試'1988年又為某廠主持設(shè)計(jì)了高壓氣瓶步進(jìn)式調(diào) 質(zhì)線，正在制造中?，F(xiàn)將生產(chǎn)線的低況及在兩 次設(shè)計(jì)一次安裝中的一些心得提供參考。二、生產(chǎn)線的組成和主要設(shè)備簡(jiǎn)介闊質(zhì)線由兩臺(tái)步進(jìn)式爐再配以淬火櫃、漬 洗槽、中轉(zhuǎn)料架、龍門式白動(dòng)悴火機(jī)等組成， 總安裝容量435kW。除上料用人工或氣動(dòng)吊 具外，其他動(dòng)作可全線自動(dòng)完成，亦可按需耍 分段或單臺(tái)自控和手控。其平面布置示邀圖如 圖1。步進(jìn)式淬火加熱爐 爐殼由型

3、鋼和鋼板 幄接而成.兩端有鑄鐵面板和爐門，爐門升降 采用油壓傳動(dòng)，按節(jié)奏自動(dòng)啟閉，升降高度由#裝在爐門升降油缸處的限位開關(guān)限定。爐膛內(nèi) 沿長(zhǎng)度方向上設(shè)有兩個(gè)加熱區(qū)，其溫度（附超 溫報(bào)警）分別由兩臺(tái)電子電位差計(jì)獨(dú)立控制。 額定溫度950匕?？紤]劍可能單臺(tái)用于其他工 件正火，設(shè)計(jì)瑕高使用溫度為1050-Co在工件進(jìn)入端有進(jìn)料架，加熱前一匸件可煩 先成排放在進(jìn)料架上。爐前設(shè)有供活動(dòng)底維修 用的安裝在地溝內(nèi)的報(bào)輪架.維修時(shí)可借助吊 車將活動(dòng)爐底拉出置于編輪架上以使于作業(yè)； 平時(shí)蓋上蓋板，蓋板上可堆斜、通行車輛以減 少占地面積。其結(jié)構(gòu)見圖2。1. 龍門式自動(dòng)淬火機(jī) 用來作為工件的淬 火機(jī)構(gòu)，它能自動(dòng)接取

4、工件、淬火并把工件放在 “中轉(zhuǎn)料架”上，其動(dòng)作田兩臺(tái)馬達(dá).限位開圖2步退式電bJ加肚爐兒爐左 2.砌體 3.兇立爐寂 4矗動(dòng)爐底5 .千移翠 G.刃洋粱關(guān)和時(shí)間繼屯器控制。2. 淬叱油 槽內(nèi)備有強(qiáng)循環(huán)裝置，可根據(jù) 需耍將工件進(jìn)行油濟(jì)或水淬。3. 淸詵憎用于油淬后清洗工件，淸洗動(dòng) 作由另一臺(tái)龍門式淬火機(jī)完成其過移為：在中 轉(zhuǎn)料架上接取工伴、淸洗并把清洗后的工件放 置在回火爐的進(jìn)料架上。4. 步進(jìn)式冋火加熱爐其結(jié)構(gòu)如淬火加熱 爐卞同的是分為三個(gè)加熱區(qū)，最高工作溫度為 7oor0出料口設(shè)有卸料架，使出爐工件自動(dòng) 滑入集料槽內(nèi)。經(jīng)過一定時(shí)間，可用吊車將裝滿 工件的集料架吊離生產(chǎn)線。維修用輟輪架布置 在

5、爐后的地溝內(nèi)。三、設(shè)計(jì)、安裝中所遇劃的一些問題和解 決措施1. 傳動(dòng)型式步進(jìn)式加熱爐國內(nèi)外都首先在鋼廠使用以 替代較落后的推鋼式爐，其歷史還是比較說 的。但多是平爐底型燃料爐，結(jié)構(gòu)型式種類繁 多，傳動(dòng)型式亦有機(jī)械、水壓、油壓三大類。 用于熱處理、定位自動(dòng)出料、電阻加熱，究竟 以何者為宜，當(dāng)時(shí)未找到借鑒的對(duì)象。為此， 對(duì)機(jī)械傳動(dòng)和油壓傳動(dòng)的性能特點(diǎn)作一比較。機(jī)械傳動(dòng)：運(yùn)行軌跡呈平行四邊形，步距 較短，振動(dòng)較大，速度微闊困難。油壓傳動(dòng)，運(yùn)行軌跡呈矩形，結(jié)構(gòu)緊湊衢 單，運(yùn)廿平穩(wěn).可微調(diào)，行程準(zhǔn)確。考慮到爐子是用于熱處理、電阻加熱，步 距較氐，出料端工件定位須準(zhǔn)確，而且工件置 于凹槽內(nèi)，如軌跡呈平行四

6、邊形可能擠壞凹槽 邊框，因此采用了油壓。為防止漏油，采用了低壓（631cg/cmZ）, 并嚴(yán)格控制加工和安裝質(zhì)JS,經(jīng)十余年運(yùn)行考 驗(yàn)，這種方式是可行的，用戶深感溝意，我們 在1988年的新線設(shè)計(jì)中仍采用油壓傳動(dòng)。值得一提的是，我們所采用的工作圧力 63kg/cml,流塑631/min,型號(hào)YB63的 單級(jí)葉片泵（勇臺(tái)爐一套），其所需電動(dòng)仇功 率按傳統(tǒng)公式，N = a_6i2n式中：N油泵所需功率（kw>.P油泵工作壓力（kg/cm2）Q沽泵流凰（1/min）T|油泵效率0. 750. 85 取0. 8計(jì)算 N=-?Ld=8kW導(dǎo)612X0.8 -再考慮電動(dòng)機(jī)的效率0.8則實(shí)際所需電動(dòng)機(jī)

7、功率N = 8/0.8 = 10RW 但由于某種原因，實(shí)際匹配的是 132S, N = 5. 5k W的馬達(dá)，十余年來卻運(yùn)行正 常，大概這里面有個(gè)“運(yùn)行系數(shù)” （HB值） 17止副吧。我們1988年設(shè)計(jì)氣瓶調(diào)質(zhì)線時(shí)參閱 了資料："87貢:表口一59, YB63單級(jí)葉片 泵匹配的電動(dòng)機(jī)功率也是10kW。怎么辦？我 們出亍對(duì)“非標(biāo)設(shè)計(jì)”耍慎重怕指導(dǎo)思想，折 中配用了Y160M 6型7. 5kW的電動(dòng)機(jī)。2工件出爐、淬火自動(dòng)化傳統(tǒng)的步進(jìn)爐出料方式是當(dāng)工件（鋼坯） 步進(jìn)到晟后一個(gè)位噬后，經(jīng)出鋼槽落入笹道送 往軋機(jī)。用于成品工件的熱處理，其過程就復(fù) 雜多了。起初我們用的是機(jī)械手，共計(jì)十七個(gè) 動(dòng)

8、作，由五個(gè)油缸完成。機(jī)械手造價(jià)是熬條*產(chǎn)線預(yù)律價(jià)的1 /4 , 它乂是生產(chǎn)線的關(guān)謎設(shè)備之一，如稍有故障， 必將使整條線停產(chǎn)。為了尋找穩(wěn)妥可靠的方 案，設(shè)計(jì)人員經(jīng)過多番思考，提出并采用了兩 套措施：（1突破步進(jìn)爐傳統(tǒng)的上升、前進(jìn)一 步、下隆、返回復(fù)位四個(gè)動(dòng)作見圖3小的樓 式，創(chuàng)新采用了上升、前進(jìn)-步、下降、再前 進(jìn)、返回復(fù)位五個(gè)動(dòng)作（見圖3b，將留在 活動(dòng)爐底端頭上已達(dá)到加熱耍求的工件送至爐 外。b>（2參考龍門式超重運(yùn)輸設(shè)備的動(dòng)作，設(shè) 計(jì)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的龍門式自動(dòng)淬火機(jī)代 替機(jī)倣 手，動(dòng)作便簡(jiǎn)化為：a、接活動(dòng)爐底將工件送 出到位的信號(hào)后龍門架上的接料鉤上升接取 工件'b、龍門架平移至

9、淬火槽上方,c.接料 鉤下降，工件淬火* d、接料鉤上升,e、龍 門架平移至回火爐進(jìn)料架上方$仁接料鉤下 降把工件放在回火爐的進(jìn)料架上'g、龍門架 返回（平移）復(fù)原。動(dòng)作減至七個(gè)，造價(jià)也降 低至機(jī)械手的1/15。使用十余年仍運(yùn)行正常, 穩(wěn)妥可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。這是工件不經(jīng)清洗的情 況.如圖1 °需經(jīng)清洗工序時(shí)可用兩臺(tái)龍門式淬 火機(jī)經(jīng)“中轉(zhuǎn)料架” “接力”完成，也可自 動(dòng)用一臺(tái)龍門式自動(dòng)淬火機(jī)增加六個(gè) 動(dòng)作完 成。3. 如何保證工件定位為保證龍門式自動(dòng)淬火機(jī)接料可臬，必須 耍求活動(dòng)爐底將工件凜確送到位。為此將前梁 調(diào)質(zhì)線的爐底制成倒梯形凹槽如圖4,新設(shè)計(jì) 的氣瓶調(diào)質(zhì)線的爐底制成圖5

10、形狀，工件落入 槽中時(shí)能自動(dòng)修正誤差準(zhǔn)確到位，并且每前 進(jìn)一步能自動(dòng)滾轉(zhuǎn)-個(gè)小角度，使加熱更快吏圖5 氣瓶調(diào)質(zhì)線爐底凹樽4. 活動(dòng)爐底的運(yùn)動(dòng)速度問題活動(dòng)爐底的運(yùn)行述度過快，升降時(shí)涼使?fàn)t 底與工件產(chǎn)生撞擊，進(jìn)退行程至終點(diǎn)時(shí)振動(dòng)也 較人，減低爐子使用壽金，甚至導(dǎo)致工件倔 移！而過慢則又將影響爐子的生產(chǎn)率和熱效 率?；顒?dòng)妒底在僅作四個(gè)動(dòng)作時(shí)，每個(gè)動(dòng)作的 行程較小。以汽車前軸調(diào)質(zhì)線為初升距120mni 步距165mm,總行程0. 57m,速度備低影 唄是不犬的。但增加一個(gè)動(dòng)作后，總行程達(dá) 3叫 這就得注意適當(dāng)?shù)乃俣葐栴}了。原想 采用快進(jìn)一緩沖、快退一緩沖來牌決，但機(jī)構(gòu) 堆多了。是否可迭用一種速度，其前

11、進(jìn)時(shí)間等 于快進(jìn)加緩沖，后退時(shí)間等于快退加緩沖，而 又不至于撮動(dòng)呢？我們作了試輪，最后確定前 進(jìn)速度每秒350mm，后退速度為每秒650mm 左右，既保證了必要的速度又不感到振動(dòng)。經(jīng) 13使用，這個(gè)范圍是可行的。5. 怎樣補(bǔ)償活動(dòng)爐底將工件送出爐外所增 加的熱損失我們采取的措施是簡(jiǎn)單的，但效果卻很顯 著。加方案活動(dòng)爐底僅四個(gè)動(dòng)作肘.毎隔4. 5 分鐘出爐、淬火一個(gè)工件。增為五個(gè)動(dòng)作后， 每隔9分鐘同時(shí)出爐、淬火兩個(gè)工件。其具休 做法是活動(dòng)爐底上升托起全部工件后，前進(jìn)的 行程由原來的一個(gè)步距d65innO増加為兩個(gè) 步距（330mm） »再下降把工件放在固定爐底 上。這樣，生產(chǎn)率不變而

12、爐門開啟次數(shù)大為減; 少，熱效率比前有提高。而且還有一個(gè)額外收 獲，工件在爐底全長(zhǎng)上托起、放下的次數(shù)減少了 一半（爐內(nèi)停留時(shí)間相同）工件因托起、放 下所產(chǎn)生的位置偏移（簡(jiǎn)稱跑倔累訃蜃也相 應(yīng)減少了一半。G.如何防止工件跑偏步進(jìn)爐加熱工件的跑偏有兩種情況。一種 是偏斜，即工件的軸線與爐膛的軸線愈來愈不 垂直,另一種是橫移.嚴(yán)重時(shí)工件將堵在爐門 框內(nèi)，使?fàn)t底擠壞。跑偏的原因有振動(dòng)；兩個(gè) 以上活動(dòng)爐時(shí)的不同步；活動(dòng)底的搖擺受平 形四邊老運(yùn)行軌跡的影響；輻輪和導(dǎo)軌間的間 股過大等等。我們是采用油壓傳動(dòng)的，而且只有 一/卜爐底，還備有凹槽能自動(dòng)糾正偏斜。而活動(dòng) 爐底的搖擺多半是設(shè)訃不合理（上寬下狹不穩(wěn)

13、定和安裝時(shí)未找平所致，這是容易避免的。 所以我們抓住棍輪和導(dǎo)軌同的間隙這一環(huán)節(jié)， 使工杵的累計(jì)帳咨量不致過大就可段了。由圖2可知活動(dòng)爐底除破體外主要由平移梁 和升降梁組成。升降社由金屬桁架和固宦在桁 架上的兩組17對(duì)±10對(duì)、下7對(duì)）輻輪組 成，其下為7座斜於導(dǎo)軌。升降梁上方10對(duì)輻 駝則支承肴平移梁卞端的兩條輕型鐵軌。這些 桁架和梁、導(dǎo)軌都是焊接結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度在8 m左 右，如工因難。尤其輕軌則只能校直，誤爰更 大。從圖2的下圖來看，兩組導(dǎo)軌，兩對(duì)輻 輪，上下左右共有四個(gè)問隙。如每個(gè)取5mm, 則最大偏移蜀:為20mm。在爐內(nèi)以步進(jìn)15次 計(jì).累訐最大偏移最可達(dá)300mm。而爐口僅 比

14、工件寬356mm,即每邊178mm.工件就出 不了爐口了。但對(duì)于8m長(zhǎng)，基本上只進(jìn)行粗 略的校直措施的導(dǎo)軌來說，將其安置于相距 8m的7到10對(duì)的輾軌之間，毎邊5 mm間晾已 是太少了，運(yùn)行時(shí)就會(huì)“咬死”。對(duì)此，我們?cè)诎惭b時(shí)采用墊圈將第二檔和 倒數(shù)第三檔的上下兩對(duì)規(guī)輪與導(dǎo)軌間的間隙控 制住每邊2 mm,以抑制橫移屋，其余各檔則 僅那承重作用，把間隙放大到;7. 5mm.這就解 決了問題。7如何防止平移梁（主梁變形這主要是指平移梁的上部與耐火材料接觸 部分，它處于上熱下冷，既有熱脹伸長(zhǎng)又有 上下溫差而引起的上拱變形。消除的描施是分 段，毎段只用螺栓緊固一端，另一端置在長(zhǎng)條 形?L中的螺栓則不緊固

15、只起定位作用。投產(chǎn)后 效果良好。8.回火爐風(fēng)扇設(shè)盪問題傳統(tǒng)的回火妒都是有風(fēng)扇的.具體到我們 這種侑況是否也需要呢？當(dāng)然，毎區(qū)加一個(gè)風(fēng) 扇更保險(xiǎn)，但因增加導(dǎo)流層而需加寬爐膛。風(fēng) 扇及導(dǎo)流板需用大屋耐熱飯板，増加了造價(jià)，機(jī) 溝也復(fù)雜了。根據(jù)我們的悄況分析*工件形狀 不復(fù)雜，單層均勻裝料，工件在那熱過程中等 時(shí)通過各溫區(qū)，回火的溫度校高，工件本身也 具有使自身溫度趨于均勻的能力等因素，在設(shè) 計(jì)中未采用風(fēng)扇機(jī)溝。但采取了下列措施，（1 壓低爐頂以增加輻射效率：（2在布 覽電熱體時(shí)充分考慮到盡童使工件各部所受的 熱輻射總相近卜（3）在爐底布釁了兒組手控的 備用電熱體，熱調(diào)時(shí)使溫度場(chǎng)有闊節(jié)余地。采取了上述

16、措施后熱調(diào)時(shí)，未使用手控電 熱體.當(dāng)爐溫達(dá)700C在保溫區(qū)（1區(qū)）離出料 口最近的一個(gè)工件位輕上，沿爐寬方向選8個(gè) 點(diǎn)用攜帶式直流電位差計(jì)測(cè)定，其溫差絕対值 為131,滿足工藝要求，因此在正式投產(chǎn)時(shí)爐 底電熱體并未使用，工件回火質(zhì)蜃始終翁定。 但我們?cè)?988年設(shè)計(jì)高壓氣瓶調(diào)質(zhì)線時(shí)還是布 覽了幾組手控的爐底電熱體，因?yàn)樗哂斜?要時(shí)可調(diào)節(jié)溫度場(chǎng)；每一工作周期中，前后爐門開啟的熱損失是難劭正確計(jì)算的?；蛘?， 當(dāng)加熱周期縮短每小時(shí)開啟次數(shù)多于設(shè)計(jì)次 數(shù)曲，爐底電熱體渝可以補(bǔ)償因散熱起童所引 起的功率不足。9.維儺問題便于維修是設(shè)備設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮的問題，如 上所述閥質(zhì)線的兩臺(tái)加熱爐爐頂壓低后，使?fàn)t 門

17、框部最髙點(diǎn)距爐底僅0.53m,這一問題就更 突出了。為便干維修我們?cè)跔t子一端的地溝內(nèi) 設(shè)置一系列輪輪，其標(biāo)髙與平移梁導(dǎo)軌底面的 標(biāo)高相等。維修時(shí)可將砌有確體的性條平移梁 拉出.便于爐內(nèi)爐外作業(yè).平時(shí)則覆口蓋板仍町 行年或堆料，使占地面積不致增力I!。(10)爐底與基礎(chǔ)坑間的支承形式固定爐底的爐殼底部與基礎(chǔ)坑之間的支 承，一般有兩種形式。第一種懇底部-端直接 擱任基礎(chǔ)充的邊框上，另一端則通過立柱支眞 于蛻底。其缺點(diǎn)是適風(fēng)不良地坑內(nèi)溫度較高 而且采光不佳不便于維修、檢査：另一種是底祁 兩端均通過立柱支承在坑底，這種方式雖狀免 了上述缺點(diǎn).但兩靖立柱過長(zhǎng)(1650xnm， 爐體穩(wěn)定性差。因此我們?cè)O(shè)計(jì)

18、了第三種方式如 圖6。實(shí)踐證明這種方式足可行的，我們?cè)谛?的設(shè)計(jì)中已予以定型采用°四、結(jié)語步遊式爐與攙懺式爐相比貝荷下列優(yōu)點(diǎn)*1 .工件可三血或四面圳燼，詢此加長(zhǎng)連度(上接第6頁)層評(píng)列，線圏的內(nèi)徑為<f)535njm,線圏長(zhǎng)度為 -iOOinni,在電壓為360V時(shí)，電流為4400A, 其最大的電磁力為103kg。則磁通駅360 xJ?5廠莎二就<丑=7 72 x 10*(Mx)磁感應(yīng)強(qiáng)度(Gs)荒礙平均的相對(duì)導(dǎo)磁率Ur= 7則-時(shí)戀if廠卩冋廠圖G 1.固定爐體 2立住決，在爐內(nèi)的停留時(shí)間短，滅少氧化并提離了 生產(chǎn)率'2. 可根據(jù)生產(chǎn)需要將爐內(nèi)T.件全部出空或 空出一段爐底，操作比校靈活；3不用托架或料盤，既節(jié)約耐熱鋼和能 耗，也避免了使出空后的托架和斜盤返回的一 連串反復(fù)動(dòng)作，改善勞動(dòng)條件。但它對(duì)被加熱丁.件的外形有局限性。針 對(duì)這一不足之處，一般常采用多個(gè)活動(dòng)爐底 (梁)以進(jìn)行彌補(bǔ)，可是結(jié)構(gòu)也就復(fù)雜了。目 前，備有多條步進(jìn)梁的小型保護(hù)氣筑步進(jìn)式爐 國內(nèi)正在試制中，我廠也在進(jìn)行中。筆者希望 能迪過這次報(bào)導(dǎo)“拋磚引玉”加深探討，共同 為我國設(shè)計(jì)制造出更完董的步進(jìn)式 熱處理機(jī) 組，以滿足新的生產(chǎn)需募。參考文猷