程宏偉，儲少敏

（洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039）

輥底爐生產(chǎn)線是具有氮基保護(hù)氣氛的較為先進(jìn)的金屬熱處理生產(chǎn)線，主要用于大批量的軸承套圈、滾動(dòng)體、各類緊固件、小型環(huán)狀零件等的光亮淬火、回火和調(diào)質(zhì)處理。近年來，對該設(shè)備加工的產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，同一批次產(chǎn)品既產(chǎn)生馬氏體大于5級又產(chǎn)生屈氏體大于1級的現(xiàn)象，返工率極高。在對設(shè)備的技術(shù)狀況進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備爐溫均勻性較差，且爐壁溫升較高。針對出現(xiàn)的問題對輥底式淬火爐進(jìn)行了技術(shù)改造。

1 存在問題及分析

輥底爐生產(chǎn)線的淬火爐由前室（進(jìn)料室）、前爐門、加熱室、后爐門等幾部分組成。改造前前室及前、后爐門保溫密封材料均采用輕質(zhì)鈣板和輕質(zhì)抗?jié)B碳磚砌筑；加熱室采用輕質(zhì)鈣板作為保溫層，輕質(zhì)抗?jié)B碳磚作為耐火層。由于爐襯的熱脹冷縮造成粘接縫大量出現(xiàn)開裂，加上維修更換輻射管和輥棒對爐襯的碰撞造成爐襯破碎、塌陷。爐門的升降由液壓缸驅(qū)動(dòng)，對進(jìn)、出料口的爐襯產(chǎn)生一定的震動(dòng)，造成爐襯和爐門磚開裂、松動(dòng)、掉落，最終造成前、后爐門保溫密封材料損壞。以上問題使得淬火爐的保溫性能急劇下降，爐壁溫度急劇升高，動(dòng)能消耗隨之迅速升高。

該淬火爐分為4個(gè)區(qū)，均采用電輻射管加熱。Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ區(qū)每區(qū)設(shè)計(jì)安裝15根輻射管，Ⅳ區(qū)設(shè)計(jì)安裝9根輻射管。Ⅰ區(qū)為預(yù)熱區(qū)，即零件從前室進(jìn)入Ⅰ區(qū)后溫度開始緩慢升高，到達(dá)Ⅰ區(qū)測溫點(diǎn)時(shí)溫度還達(dá)不到Ⅱ區(qū)工藝設(shè)定溫度的區(qū)域；Ⅱ區(qū)為加熱區(qū)，即零件進(jìn)入Ⅱ區(qū)后在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到工藝設(shè)定溫度，并實(shí)現(xiàn)在工藝設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行加熱；Ⅲ，Ⅳ區(qū)為保溫區(qū)，即按照工藝要求，當(dāng)零件進(jìn)入Ⅲ區(qū)后在一個(gè)相對恒定的溫度下加熱的區(qū)域。Ⅲ，Ⅳ區(qū)最為重要，是完成零件內(nèi)部顯微組織和零件表面化學(xué)成分改變的關(guān)鍵區(qū)域。

改造前的爐溫曲線如圖1所示。由圖可知，Ⅰ，Ⅱ區(qū)及Ⅲ，Ⅳ區(qū)之間出現(xiàn)較大波峰和波谷，溫差超過10℃。Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ區(qū)出現(xiàn)較大波峰和波谷系爐襯破損造成保溫性能下降所致。從Ⅲ，Ⅳ區(qū)到達(dá)光電開關(guān)位置，爐溫已降低22℃，原因在于加熱系統(tǒng)功率設(shè)計(jì)偏低和分布偏差過大以及快速傳動(dòng)的光電開關(guān)位置離出口太近。以上爐溫的波動(dòng)是造成同一批次產(chǎn)品既產(chǎn)生馬氏體大于5級（過熱）又產(chǎn)生屈氏體大于1級（欠熱）的關(guān)鍵因素。

圖1 輥底爐改造前、后爐溫曲線（儀表溫度設(shè)定為850℃）

2 改造措施

為了解決淬火爐保溫性能急劇下降和爐壁溫度急劇升高的問題，同時(shí)提升設(shè)備的整體性能，降低能耗，研究采用高鋁纖維材料重新設(shè)計(jì)改造爐襯。改造后爐襯結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于高鋁纖維熱導(dǎo)率低，蓄熱量少（僅為一般磚爐襯的1／4左右），因而爐體升溫時(shí)間短，同時(shí)，該材料具有抗熱震性能強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)［1-2］。為使?fàn)t襯具備較強(qiáng)的抗震動(dòng)及沖擊能力，克服熱變形，確保爐襯的穩(wěn)定性，采用整體壓制，確保其容重達(dá)到350 kg／m3左右。同時(shí)，為了克服熱變形以及安裝輻射管和輥棒時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)、沖擊，確保爐襯的穩(wěn)定性，兩側(cè)爐壁和爐頂設(shè)計(jì)錨固件，其設(shè)計(jì)在爐襯中間，可避免高溫時(shí)熱量向爐殼傳遞，減少熱量損失。為了保證輻射管支撐點(diǎn)的牢固，設(shè)計(jì)耐熱鋼掛件進(jìn)行支撐［3-4］。

圖2 爐襯結(jié)構(gòu)圖

重新計(jì)算第Ⅳ區(qū)加熱系統(tǒng)功率，設(shè)計(jì)電輻射加熱系統(tǒng)。首先，增加了輻射管的數(shù)量，并重新分布安裝。原設(shè)備Ⅳ區(qū)加熱系統(tǒng)為9根電輻射管加熱，上層6根，下層3根。重新設(shè)計(jì)分布后，將上層輻射管增加2根并依次遞減一定距離后再向Ⅲ區(qū)方向分布，下層的輻射管向出口方向增加1根。其次，光電開關(guān)位置（光1）離出口太近，造成工件未到達(dá)光電開關(guān)處時(shí)溫度急劇下降。經(jīng)測算，將光電開關(guān)裝置（光2）前移0.2 m，可縮短工件在淬火爐出口處的停留時(shí)間3 min左右，使工件未降溫就進(jìn)入淬火油中，達(dá)到工件淬火工藝要求。

通過對輥底爐爐襯、第Ⅳ區(qū)加熱系統(tǒng)及光電開關(guān)位置的改造后，爐溫較為均勻，測繪出的爐溫曲線（圖1）非常平緩，未出現(xiàn)較大的波峰和波谷。在Ⅱ區(qū)測溫點(diǎn)到Ⅳ區(qū)測溫點(diǎn)區(qū)域內(nèi)，測試溫度最低為845℃，僅低于設(shè)定溫度5℃，而最高溫度與設(shè)定溫度相同，Ⅳ區(qū)測溫點(diǎn)溫度為849℃，零件到達(dá)光電開關(guān)處（光2）溫度為845℃，僅降溫4℃，極大地改善了爐溫均勻性，完全滿足工藝要求。

3 改造前、后設(shè)備性能對比

設(shè)備改造前、后的技術(shù)狀況檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

輥底爐改造前、后加工的同一型號軸承零件質(zhì)量技術(shù)檢測統(tǒng)計(jì)如表2所示。由表2可知，改造前設(shè)備加工零件不合格率非常高，重點(diǎn)產(chǎn)品352226／04，353130B／04，NJ3226／04出現(xiàn)大批量多次返工，主要原因是爐溫不均勻造成零件過熱（M＞5級）和加熱不足（T＞1級）。改造后設(shè)備加工零件不合格率大幅降低，從根本上解決了此類重點(diǎn)零件加工難的瓶頸問題，達(dá)到了零件熱處理后的技術(shù)要求。此外，改造前的能耗為720 kW·h／t，改造后的能耗為640 kW·h／t，下降了11.1%。

表1 設(shè)備技術(shù)狀況檢測數(shù)據(jù)表

表2 軸承零件質(zhì)量檢測統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)束語

對輥底爐生產(chǎn)線淬火爐進(jìn)行的全纖維結(jié)構(gòu)爐襯設(shè)計(jì)及爐溫均勻性改造，整體上提升了設(shè)備的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益。爐壁保溫性能明顯提高，能耗下降了11.1%，年可節(jié)約電費(fèi)25.3萬元，年新增利潤65萬元；爐溫均勻性提升到±5℃，達(dá)到了加工重點(diǎn)零件時(shí)對設(shè)備爐溫均勻性的技術(shù)要求。