摘要：退火冷却装置用于对加热后的钢材进行冷却完成退火过程，基于此，本文针对传统工业炉冷却装置进行优化设计，冷却区域分段可调风量，可使不同种类钢材及不同厚度的钢材达到更好冷却效果，并使安装、布置及维修更加方便快捷，极大地提高了钢材热处理生产效率及产品的性能，效果显著。
关键词：钢材；热处理炉；冷却装置
退火炉工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的退火炉工艺。同一种金属采用不同的退火炉工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢材是工业上应用最广的金属材料，而且其显微组织也最为复杂，退火炉主要用于对钢材工件进行整体热处理，即对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺，大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。本文详细论述了钢材退火炉冷却装置的问题及其改进措施。
一、退火炉概述
1、作用。退火炉是一种新型换热设备，是将金属机件放在不同的退火炉内缓慢加热到一定温度，保温一段时间，然后以适宜速度冷却（通常是自然冷却，有时是控制冷却）的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，降低硬度改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。其广泛应用于化工、石油、冶金、机械、电力等工业部门的加热、冷却、冷凝、蒸发等工艺过程中。①改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷及残余应力，防止工件变形、开裂。②软化工件以便进行切削加工。③细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。④为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。
2、结构
①退火炉骨架由各种型钢焊接而成，外框用槽钢作主梁，围板采用冷薄板，台车用槽钢作主梁，底板及前后端板采用中板。
②传动部分：台车传动采用电动机、减速机通过链条带动前端一组主动轮传动。炉门传动是采用蜗轮减速机和电动机组合电动升降。
③密封：台车与炉体密封采用迷宫式结构，并在台车侧有自动沙封刀密封装置。炉门密封采用滚道式压紧和弹簧压紧自动机构密封该炉炉体部分采用优质耐火砖结构，保证炉膛密封性。在台车耐压部分采用高铝砖砌筑，下部均添保温砖保温。
④燃烧系统：在油炉两侧各安装数只烧咀，热流在炉内往复循环，确保炉温均匀性。根据需要可选定自动型和半自动型。
⑤排烟预热装置：在炉后上端安装了排烟预热装置，炉内的烟气通过预热器时，由风机送入冷风进行预热，再由管路送至烧咀进行助燃，并在出口安装一只手动碟阀，该阀可调节炉内压力。
3、工作原理。通过风机的循环使退火炉的炉腔内温度分布均匀，退火炉的两个炉腔室是可以独自运行的，提高了退火效率，每个炉腔内都有两台风机，却没有空气过滤装置，跟实际情况有出入。通过风机循环使炉内温度分布均匀，通过热处理重组薄膜材料微观结构，提高稳定性及转化效率。将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100～200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。
二、钢材热处理概述
金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不会改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。热处理工艺一般包括加热、保温和冷却三个过程，有时候只有加热和冷却两个过程。冷却同加热都是热处理工艺的重要过程，是不可缺少的步骤，冷却方法因工艺的不同而异，主要是控制冷却速度。
钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快，但还因钢的种类的不同而需要不同的冷却工艺。退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。
三、问题的提出
工业热处理炉能满足多种大多数钢材热处理工艺要求，目前我国企业生产制造的大型不锈钢生产线一般为立式密封结构，而且喷冷风量采用均布形式、各段风量无法调整。但随着工业水平的发展，针对不锈钢加热后需要快速冷却、钛钢等新型钢材于热处理后需要在缓慢冷却阶段后进行快速冷却等加工工艺，传统装置冷却效果明显不足，生产效率低下，不能很好达到工艺要求。
四、改进措施
为适应不锈钢及钛钢等新钢种的热处理工艺要求，使传统喷冷装置的结构得到改善，提出以下措施：
1、采用新型的结构形式。新型喷冷装置结构采用卧式密封安装，形式简单紧凑、便于安装调整，可有效改变喷冷区域前段和后段风量的分配不均、适应不同钢种的处理工艺，如发生备件损坏更易于更换。采用卧式新结构后前段设有三个大风量且可调阀门管路，喷嘴喷风量可调，后端喷嘴均布。可根据不同钢种不同板材厚度调节各段风量。
2、冷却风机及换热器参数的确定。选用功率75kW变频调速电机的卧式风机，风量不小于35000m3/h、风压3100Pa左右。氢气、氮氢混合气和氩气等三种气氛均可使用。采用水冷式换热器，换热器换热能力达到53981l kcal/h，并安装自动流量调节装置及靶式流量开关。如图1所示。
.png)
五、改进后的使用效果
经新型冷却装置处理后工件板型好、亮度高、综合性能指标好。能满足不同品种材料的处理工艺要求，达到一炉多用的功能。此卧式冷却装置使用过程中安全可靠方便调节，安装快捷便于维修维护。
参考文献：
[1]工业炉设计手册[M].北京：机械工业出版社，2014．
[2]筑炉工手册[M].北京：冶金工业出版社，2014．
[3]筑炉工[M].北京：中国建筑工业出版社，2014．
论文作者:朱立群,康波,段志新
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
标签：工件论文; 工艺论文; 装置论文; 钢材论文; 风量论文; 正火论文; 退火炉论文; 《基层建设》2019年第32期论文;