朱起云

（天津市冶金集團重型機械制造有限公司，天津300220）

1 引言

我公司“修復(fù)中心”的軋輥退火爐是1993年前生產(chǎn)的，其爐體保溫采用長纖維氈、硅藻土磚、蛭石粉復(fù)合式保溫材料，在當(dāng)時也是屬于節(jié)能型產(chǎn)品。但由于多年超負(fù)荷運行使?fàn)t膛內(nèi)的保溫棉缺損粉化，爐面板變形，爐門密封不嚴(yán)，造成爐溫升溫時間長，爐溫不均，整體保溫性能低，損失大量電能，能耗高，全部加熱爐月耗電占企業(yè)總耗電的55%。同時由于纖維氈與退火爐的固定是用鋼絲網(wǎng)及鋼棒與爐體外殼焊接固定，極易造成爐膛與爐殼的熱短路，給設(shè)備運行帶來安全隱患，根據(jù)節(jié)能減排提質(zhì)降耗的總體方針，提出了研發(fā)新型軋輥退火爐的設(shè)想。

2 熱處理爐在軋輥堆焊工藝中的作用

軋輥堆焊的工藝流程為：待修復(fù)軋輥——進廠檢驗——車加工——探傷——軋輥預(yù)熱（臺車爐內(nèi)）——軋輥堆焊（堆焊專用爐內(nèi)）——軋輥焊后回火（臺車爐內(nèi)）——焊后檢驗——精加工——成品檢驗（包括探傷）——出廠。

2.1 軋輥預(yù)熱

由于軋輥及堆焊材料均為含碳量和合金元素較高的材料，加之軋輥輥徑大、剛性大、冷卻速度快，容易在焊接時造成脆性區(qū)，所以需要在對軋輥堆焊前對軋輥進行預(yù)熱，以保證軋輥在堆焊時堆焊的局部溫度與軋輥本身的溫度不會產(chǎn)生過大的差異，否則堆焊時由于溫度差異過大產(chǎn)生焊接應(yīng)力造成裂紋，影響焊接質(zhì)量甚至嚴(yán)重時造成整條輥的報廢。而預(yù)熱時間與溫度則要根據(jù)軋輥直徑的大小、堆焊的材料和軋輥材質(zhì)來確定。

2.2 軋輥焊后回火

軋輥焊接后與其他焊接相同必然會產(chǎn)生焊接應(yīng)力，因此需要進行焊后處理，同時由于軋輥和堆焊材料為含碳量較高的材料，焊后處理還可以改善堆焊層組織，提高堆焊層的硬度和耐磨性。

軋輥堆焊在回火處理時，有升溫、保溫、降溫3個階段。升溫時，為保證軋輥整體溫度的均勻性，保證焊接質(zhì)量，升溫速度要慢；降溫時，為了消除焊接應(yīng)力和由于表面冷卻速度和內(nèi)部冷卻速度不一致而可能形成新的體積應(yīng)力，也要控制降溫速度。因此，軋輥堆焊后熱處理時爐溫的均勻性、升溫速度、降溫速度，對軋輥堆焊后的熱處理質(zhì)量控制都很重要。

2.3 退火爐升降溫的自動化

目前軋輥堆焊前預(yù)熱和堆焊后回火是在普通的退火臺車爐內(nèi)進行的，由于爐齡老化和保溫材料的落后，工藝曲線不能自動控制，嚴(yán)重地影響了軋輥堆焊的質(zhì)量。因此要提高產(chǎn)品質(zhì)量，就要提高設(shè)備的自動化水平，減少人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。為此我們決定在采用新型保溫材料達到電爐節(jié)能的效果的同時實現(xiàn)堆焊后退火自動控制。

3 退火爐的研制

眾所周知，退火爐是屬于高能耗的設(shè)備，其消耗電能主要有兩個方面：有效消耗和無效損耗。有效消耗是指在生產(chǎn)產(chǎn)品過程直接和間接的必須消耗的電能。無效損耗是指在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中由于多種因素造成的與生產(chǎn)產(chǎn)品本身沒有直接關(guān)系的不必要的損耗，因此要嚴(yán)格控制無效損耗，努力降低有效損耗。

3.1 主要技術(shù)參數(shù)的確定

根據(jù)堆焊軋輥的規(guī)格尺寸，確定軋輥退火爐的主要技術(shù)參數(shù)：

爐膛有效尺寸：4200（L）×2000（W）＝×1400（H）；加熱功率：240 kW；

爐膛最高使用溫度：650℃；

爐溫均勻性：≤±5℃；

控溫區(qū)數(shù)：2區(qū)；

爐溫控制方式：可控硅；

臺車一次最大裝載量：20 t。

3.2 加熱爐的保溫材料的選擇

保溫材料有普通耐火磚保溫材料、瀑珠輕質(zhì)耐火磚、長纖維氈、硅藻土磚、蛭石粉復(fù)合式保溫材料、耐火陶瓷纖維折疊塊和耐火纖維噴涂保溫材料。

3.2.1 選擇耐火纖維材料的依據(jù)

（1）耐火陶瓷纖材料的優(yōu)點：耐火陶瓷纖維可以根據(jù)用戶需求，生產(chǎn)出滿足不同溫度、形狀、需求的幾何形狀來，大大減少施工前的各項工作，施工中將所折疊成耐火纖維模塊襯砌筑完畢后解除捆扎，模塊膨脹相互擁擠密閉不留任何縫隙，同時可以彌補爐體等其他元件因受熱變形產(chǎn)生的縫隙，保持密閉性，施工完畢后即可投入使用，減少了養(yǎng)護、干燥、烘烤等過程。耐火纖維是一種纖維狀材料，與輕質(zhì)耐火磚等材料相比具有重量輕、抗震性好的優(yōu)點，由于耐火纖維材料吸熱少，所以和其它耐火材料的加熱爐相比，在工作時具有爐溫升溫快保溫性能好的優(yōu)點，滿足控制無效損耗，降低有效損耗的目標(biāo)。

（2）價格：新型保溫材料與傳統(tǒng)保溫材料相比，價格基本一致，因此決定采用耐火陶瓷纖維折疊塊和耐火纖維噴涂作為保溫層材料。

3.2.2 選擇保溫材料的適用范圍

根據(jù)軋輥焊后退火的工藝溫度要求，選擇600～800℃溫度范圍的耐火陶瓷纖維作為軋輥退火爐的保溫材料。

3.2.3 確定砌爐方式

采用爐殼鋼板錨固定釘上直接固定耐火陶瓷纖維折疊塊保溫材料方式砌筑，這樣可以簡化軋輥退火爐的施工，提高爐襯整體性。

3.3 軋輥退火爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.3.1 爐體

爐體由型鋼焊接成長方體，型鋼與型鋼間用鋼板焊接成一體。

3.3.2 臺車

臺車主框架由18#槽鋼焊接成長方體，并在臺車車面上平鋪一層8 mm厚鋼板使車體成為整體，底部采用輕質(zhì)磚和重質(zhì)磚混砌，以增加承重量和減少蓄熱量。由3套車輪傳動支撐車體，車體由電機減速機拖動。

3.3.3 爐門

由型鋼與鋼板焊接成骨架、加上護板和纖維組合塊。爐門在受熱時容易產(chǎn)生變形，因此各連接部分除采用螺栓連接外，還要考慮留有足夠的受熱膨脹空間，以延長爐門的使用壽命和密封的可靠性。

3.3.4 保溫層

選用全纖維壓縮快砌筑，在爐膛內(nèi)表面噴涂一層高溫噴涂劑，以增加纖維棉的抗沖刷能力。臺車采用輕質(zhì)磚和重質(zhì)磚混砌，以增加承重量和減少蓄熱量。

3.3.5 加熱元件

加熱元件為Ocr25AL5電阻絲繞成螺旋狀，用掛磚及瓷管支撐加熱元件，分布在爐膛兩側(cè)，臺車上不設(shè)爐絲和爐底板。

3.3.6 導(dǎo)風(fēng)系統(tǒng)

導(dǎo)風(fēng)系統(tǒng)由風(fēng)機及導(dǎo)風(fēng)裝置組成，為改變原導(dǎo)風(fēng)系統(tǒng)的缺陷，在爐膛前區(qū)與后區(qū)頂部各安裝一臺離心式冷風(fēng)機，爐頂及側(cè)墻布置導(dǎo)風(fēng)板，使?fàn)t膛形成循環(huán)風(fēng)。離心式風(fēng)機不同于軸流式，它將強制風(fēng)打入爐絲發(fā)熱空間后，熱風(fēng)進入工件空間，使?fàn)t膛內(nèi)形成強對流，以確保爐溫均勻性。

3.3.7 控制系統(tǒng)

原控制系統(tǒng)為普通電氣控制，新的退火爐采用可控硅控溫，儀表選用智能程序溫控儀，可存儲4條15段工藝曲線，控制升溫速度和定值設(shè)定，提高自動操作水平，同時系統(tǒng)具有超溫報警功能并記錄生產(chǎn)曲線。

4 經(jīng)濟效益分析

4.1 耗電量

見表1～表4。

通過以上數(shù)據(jù)分析，以最低節(jié)電30%計算，全廠加熱爐全部采用研發(fā)的新型加熱爐后，按目前年電費312萬元，改造后可節(jié)約電費93.6萬元。

4.2 設(shè)備修理費

設(shè)備節(jié)能改造后，修爐周期可以延長一倍，按目前年修理費15萬元計算，可節(jié)約7.5萬元。

4.3 節(jié)約成本

以上兩項合計，每年可節(jié)約成本101.1萬元。

4.4 創(chuàng)造利潤

目前自動控溫循環(huán)風(fēng)軋輥退火爐已投入生產(chǎn)運行，取得了良好的經(jīng)濟效益。

（1）軋輥焊后在新爐中進行熱處理避免了由于設(shè)備問題出現(xiàn)質(zhì)量返修，由此可增加利潤20萬元。

（2）新爐運行后減少了停爐檢修時間，可以多創(chuàng)造利潤60萬元。

表1 OB-1012開坯輥耗電量對比

表2 OB-1011開坯輥耗電量對比

表3 OB-1015夾送輥耗電量對比

表4 OB-1013冷支輥耗電量對比