浅析辊底式热处理炉的设计与制造

陆铃

摘要：本文详细介绍了攀钢集团工程技术有限公司实业分公司履带板厂热处理炉的原理及结构特点，研究出的热处理炉设备经实际运行，完全达到了预期效果。

关键词：履带板热处理炉 结构设计

中图分类号：C35文献标识码： A

1.概述

履带板是工程机械的主要配件之一，生产过程中，最关键的工序是热处理，热处理效果直接决定了履带板成品的质量，因此，热处理炉是履带板生产企业必备的设备。

国内主要履带板生产企业有、辽阳辽鞍机械制造有限公司、山东山推工程机械股份有限公司、美国卡特彼勒亚实履带（天津）有限公司、三一重工常熟华威公司等，各厂家的热处理结构均有其自身的特点。

攀钢工程公司实业分公司履带板厂的热处理炉有两套，其中一套是自行设计、自行制造的，下面介绍自行设计制造的热处理结构特点。

2.结构形式确定

履带板热处理炉由加热炉、淬火器、回火炉及风冷装置组成。由于工厂没有煤气，拟采用电加热方式，工件传送一般有两种方式：一种是步进式，一种是辊式传动结构。步进式结构的优点是传动简单、容易制造，缺点是热效率不高，容易受热处理变形；辊式结构的优点是热效率高、辊子热变形小，缺点是结构相对复杂；从长远运行成本看，辊式结构的优点突出，所以决定采用辊式结构。速度的调节采用变频无级调速，温度采用PLC调节控制。

3.参数确定及结构设计

该设备连续完成履带板的淬火加热、喷淋淬火、回火加热、回火后喷淋冷却处理，经热处理后的履带板硬度需达到洛氏硬度42以上。

处理履带板规格为长度500mm~800mm、宽300mm~400mm，最大单重50kg。

3.1设备的主要技术参数表

表1 设备主要技术参数

在确定参数的过程中，首先要考虑的是热处理工艺，根据工艺要求确定加热炉、回火炉的额定温度必须达到设计要求。

选定目前的温度参数是基于以下三个方面的考虑：一是结合实际厂房尺寸，根据保温时间要求；二是考虑经热处理后的硬度要求；三是最高温度不能高于1000℃，否则将大幅度提高材料的耐高温要求，增加成本。

整个炉子的尺寸根据以下三个因素确定：一是考虑产量，二是考虑实际厂房尺寸；三是考虑热效率，炉内膛高度的确定是关键，内膛高，有利于检修和观察炉内的情况，但不利于热效率。同时考虑到发生堆钢意外时不至于损伤设备，经周密考虑，内膛高度确定为250mm最合适的，是兼顾了检修和观察炉内情况，同时，降低了设备总功率，提高了热效率。

3.2主要结构设计

设计原则：满足工艺要求，采用成熟技术，最大可能降低成本。

3.2.1加热炉主要结构设计

（1）加热区分16区加热，每组区组成上下等温辐射区。（2）加热炉配两种速度的辊子，慢速辊子在加热段速度为280mm/min，出口端有快速出炉辊子，以便工件快速进入淬火工序。（3）加热炉分三排，同步进料，进料口设有推料辊道。（4）炉子顶部设有平台，两侧设有观察孔。

3.2.2回火炉主要结构设计

（1）回火炉的加热器分两部分，分别布置在炉顶和炉底，采用等温辐射，多区控制方式，提高炉温均匀性，减小炉膛尺寸，减小炉壳热损失。(2)回火炉六排同步排料进行回火。（3）加热炉和回火炉分别驱动，分别排料，即淬火后自动转入回火炉。

3.2.3辊子的传动系统

（1）辊子传动系统的电机采用变频调速电机，以获得应调整的速度。

（2）加热炉两套传动机构，即快速和慢速各一套。回火炉两套慢速传动装置。

3.3电气控制

电气控制柜共设六台，其中配电开关柜一台，回火炉温控柜二台，淬火温控柜二台，传动控制柜一台。

工业电炉对控制系统的要求概况起来有三点，即稳定、控制精准、运行安全。

3.4水电设计

安装总功率800kw；

设备用水量150m3/h。

3.5关于生产能力的计算

3.5.1 取值条件：工件长度800mm；工件视在长度820mm。取生产能力为1500kg/h，即43s/件。

3.5.2加热炉及回火炉长度计算

(1)加热炉工艺时间为40~45min，排三排加热工艺长度计算值17m；实际加热长度采用17m长。（2）回火炉工艺时间为80~100min排六排，加热工艺长度计算值为8.5m，退火后，由于履带板出炉的表面温度高于80℃，人工无法触摸，采取水冷办法降温，故实际退火炉长度为11m。

4.设备制造难点

在整个制造过程中有两个难点：

一是辊子的制造。根据要求，该辊子由辊身和辊轴组成，制造时常规办法是采用辊身热涨与辊轴组装成一体，同时，整个辊子的直线度必须得到保证，否则设备将无法正常运行；结合实际情况，由于无专用设备，生产工艺应根据实际情况改变，采用塞焊办法，首先将辊轴粗加工后与辊身塞焊，然后再做精加工，这样保证了辊子的精度。

二是炉壳的制造。炉壳是钢结构件，主要难度是焊接变形问题，采用的主要办法是控制焊接温度、预变形焊接等，经过艰苦努力，确保了焊接顺利完成。

5.技术特点

5.1双面喷淋淬火

根据履带板结构特点及淬火中易产生变形等情况，采用履带板加热后快速进入喷淋区，双面喷淋淬火，根据履带板厚薄，蓄热量不均调节局部喷淋量；同时，在履带板的底部采取水箱溢水覆盖履带板底面的办法，达到均匀冷却，减少和控制变形的目的。

5.2保证工件温度均匀的方式

产品质量稳定、工艺重现性好，在工件规格不同的情况下每件履带板在炉内的加热工况完全相同，淬火加热炉为上下双面辐射均匀加热，达到均匀炉温保证工艺的目的。

5.3机械传动稳定、可靠、定位精准

辊子传动为变频电机无极调速，传动稳定可靠。每个传动辊子均设有机加共精确的履带板筋定位槽。

5.4防故障超温功能

控温和超温报警采用各自相对独立的系统，实现双表制保护，消除主回路故障引起的超温。

5.5故障自诊断，初始化自复位技术

设备全线采用PLC可编程控制，某个机械动作失灵或不到位时，将及时报警并提示故障位置。设备在一个周期初始动作前，能判定各个机械动作是否回到初始位置。通过设计、制造生产线，总结和优化了PLC的程序，解决了机械动作故障自诊断和报警技术难度，为设备的安全运行和故障的迅速排出提供了保障。

6.结束语

经本文所述的履带板热处理炉设备已经正常运行，经实际检测，热处理后的履带板的硬度均达到洛氏硬度42以上，同时实际产量已经达到设计要求，达到了预期的目的。该项目采用了自己设计、自己制造的方式，实际成本在240万元左右。

根据市场价格和实际成本的差异，节约投资190万元。

该项目的顺利实施，表明了实业分公司在非标设备的制造方面，有了较大发展，为今后在非标设备制造方面提供了宝贵的经验，尤其在热处理炉的制造方面积累了宝贵经验。

参考文献：

1、《机械设计手册》第五版 化学工业出版社

2、《冶金加热炉设计工作手册》 冶金工业出版社