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   大型井式滲碳爐的技術特點1

 大型井式滲碳爐型集中了各種先進技術，采用低蓄熱隔熱材料，合理的結構設計防止熱變形，可以嚴格按照設定的溫度曲線進行熱處理工藝。根據(jù)客戶要求該設備還可安裝間接冷卻裝置。

    供貨范圍包括各種附加裝置，如供氣控制系統(tǒng)，淬火槽（油，水，鹽）及清洗設備。

控制系統(tǒng)配備可編程控制器，可靈活編制熱處理工藝程序。

    設計加熱爐時應用計算機模擬技術對不同設計方案進行研究。通過對加熱爐的溫度場的模擬，可以討論不同設計方案對溫度均勻性和節(jié)能的效果，有助于發(fā)現(xiàn)設計上不合理的地方。

 1、爐蓋：

    爐面板采用多道循環(huán)水冷套做加強筋，并采用等強度設計，類似“機翼”，充分留出膨脹空間，有效解決爐面板變形。還可以在保證氣氛均勻到前提下，盡量減少風機等重量，減輕爐蓋面板厚度。

    采用計算機模擬技術分別是對大型井式滲碳爐的爐蓋包裹隔熱層和無隔熱層設計的爐頂部分的溫度場模擬。結果顯示，有隔熱層爐蓋頂部溫度均勻且溫度低，這將減少散熱；爐蓋底部溫度較均勻且較高，顯然有利于爐內(nèi)溫度場的均勻性。而未包裹隔熱層設計，爐蓋頂部溫度均勻性不好，且局部溫度很高，這勢必增加對外散熱；底部溫度不均勻，也會導致增加爐內(nèi)溫度場的不均勻性。由此在設計時，應選用爐蓋絕熱包技術，絕熱包采用硅酸鋁纖維折疊塊材料整體成形，考慮到非金屬材料對氣氛的影響，在選擇材料時盡可能選擇高純硅酸鋁纖維材料，從而解決了保溫包變形難題。

    爐蓋其封密法蘭為水冷式結構；并在爐蓋上裝有升降用導向裝置，自動式爐蓋升降和平移或旋轉(zhuǎn)結構。

2、竄動式導風罩 

    爐蓋下面設有導風罩，導風罩上有導風板，導流筒上也設有導風板，且與爐底座上的導風板形成爐內(nèi)氣氛的循環(huán)系統(tǒng)，使爐氣在導流筒，馬弗罐之間形成定向流動，增強對流換熱，使爐內(nèi)滲碳氣氛均勻性達到±0.05c%范圍之內(nèi)，同時使爐溫均勻性達到±5 ℃范圍內(nèi)。

    根據(jù)技術調(diào)研，大型井式氣體滲碳爐離心風機下面的導風罩盡管有許多吊桿懸掛，但是3～4 米的大直徑擋風蓋在長期920～ 940℃的情況下，擋風蓋在自重下發(fā)生高溫蠕變，即使是進口的爐子，其擋風蓋也可能呈現(xiàn)出雨傘狀的波浪形變形，這種變形與導風桶之間產(chǎn)生了圓周分布的圓弧狀間隙，從而導致了在導風桶內(nèi)的爐氣被導風桶外的氣流負壓吸出，這一部分爐氣因得不到富碳氣氛的補充而發(fā)生了氣氛的不均勻性，這種爐氣不均勻狀況是不能忽視的。根據(jù)這樣的狀況，在擋風板外圓上加了豎筋結構，并在吊桿與擋風蓋之間做成能上下竄動的滑動配合，使擋風蓋牢牢地扣在導風桶上，這樣擋風蓋在導風桶的支承下，既保證了爐氣的密閉性，又不會發(fā)生波浪形的荷葉邊式的變形。按此方式設計后，經(jīng)過實際運行實踐證明，這種設計結構是成功的。

3、半懸掛式導風桶

    為了保證爐氣的充分有規(guī)律循環(huán)，導風桶是必不可少的結構。通過研究有、無導風桶的爐體垂直截面的流場的速度云圖，從速度分布情況可以看到，有導風桶情況下在齒輪周圍氣體的流動速度較高；而無導風桶情況下齒輪周圍的氣體流動速度較低，尤其是下部的齒輪周邊的氣體流動速度很小。模擬結果顯示，導風桶的使用可以明顯增加齒輪周圍氣體流動強度，改善滲碳氣氛分布效果；而沒有導風桶，即使用三個風機，情況也不樂觀。從研究中還有一個啟示值得關注，在大齒輪輪輻上的孔的位置，氣體流速非常大，而此處通常并不需要滲碳，如果在裝夾時把它們蓋住，將有利于提高齒輪齒圈處的氣體流速。在離心式風機的作用下，迫使爐氣在導流罩的上方均勻地吹向電爐的兩側，再沿導流桶向下流動并從其底部進入工作區(qū)。工件的外圓柱面與導流桶的內(nèi)壁之間構成一氣流通道，沖刷齒面的氣流在此處的流速達到約5～6m／s，有利于齒面的滲碳。由于氣流對爐膛中軸線對稱，因而在360°的圓周上氣流是均勻的，從而保證了齒面滲碳的均勻性。

    由于我們討論的爐型屬大型井式爐，導風桶直徑較大，因此既要防止長期高溫狀況下的圓周變形又要防止自身重量而發(fā)生的高溫蠕變引起的下塌現(xiàn)象，因此本爐設計了在圓周方向多點支承懸掛導風桶，多點支承可防止圓周的變形；導風桶在加熱時受熱伸長，在滲碳溫度下，其伸長到剛好與爐底支承架相接觸，因此導風桶既有懸掛力，又有支撐力，特稱其為半懸掛式結構，事實證明這是防止導風桶熱變形的有效好方法。

4、無底馬弗結構

    小型井式氣體滲碳爐往往會發(fā)生爐罐因熱膨脹密封刀脫離砂封槽的情況，針對這情況，采用無底馬弗的結構形式來消除熱脹冷縮對爐口的影響，密封爐罐采用無底式密封筒結構，適合非常重的負載或大直徑的工件，大型工件擺放在直接安裝于爐基的底座上。密封筒與爐子成為一體，微量下伸入到水冷卻的油密封中，使得密封筒起到有效的密封作用，隨時保持熱處理氣氛于良好的工作狀態(tài)。2M以下的用波紋狀、底收口等措施，能有效果，但2M以上很難作到，特別是帶快冷的，百分百變。爐罐和導流筒采用波紋馬弗柔性聯(lián)接和剛性設計，馬弗筒身滾軋成波紋狀，懸浮吊掛和支撐有效地結合，這些措施較好地控制了馬弗罐及導流筒的變形難題。導流筒帶有旋轉(zhuǎn)導流筋板，及增加熱強度又有利于熱風循環(huán)。底座帶有馬弗密封用油槽；同時必須注意的是因為無底馬弗，爐底臺是用耐火材料砌筑而成，因此爐底磚必須采用抗?jié)B碳磚和抗?jié)B泥漿砌筑。

    油封型爐底設計雖然在結構上帶來一定的好處外，但就對溫度場還是存在不利的地方，其爐底外側溫度較高，散熱相對將比較嚴重。相對傳統(tǒng)的有底爐罐設計結構，從溫度場分布看，爐底外側溫度較低，有利于爐內(nèi)溫度的均勻和節(jié)約能源。 

5、安全系統(tǒng)

    爐蓋上設有保壓閥和廢氣排放燃燒、火焰監(jiān)測裝置；

6、風機

    為保證大型工件的滲碳質(zhì)量，除了溫度均勻性是一個重要的考量外，滲碳氣氛的均勻性也是一個主要的因素，因此有必要對滲碳爐內(nèi)滲碳氣氛的分布情況加以研究。應用流場動力學(CFD)的分析方法對大型井式滲碳爐不同設計方案下流場分布進行了求解，將不同方案下的氣氛流通情況作了對比，為爐體以及裝料盤的設計提供了參考。 本爐選用的循環(huán)風機由水冷密封式變頻電機驅(qū)動。所有電纜和氣體管路可以按照要求迅速地連接和拆開。風葉采用鑄造工藝生產(chǎn)，風機不易變形，長期使用，不會破壞風機動平衡。

　　我們還分別對單風機、三風機的爐體設計進行了模擬，在有導風桶情況下的，通過對單風機和多風機垂直截面圖的速度云圖分析。從速度的分布來看，爐體采多風機設計方案時，相對單風機來講，僅在齒輪輪輻部孔的部位的氣體流動速度有較明顯的提高，而齒輪齒部的氣體流動速度基本沒有大的變化。而齒輪滲碳部分主要為齒部，所以多風機的設計方案的改善作用不明顯。 　　　 　

7、爐襯

   用輕質(zhì)隔熱磚和高強度抗?jié)B碳耐火磚、陶瓷纖維砌成。

8、加熱元件

    電加熱元件是用優(yōu)選鎳鉻合金材料制成的電阻帶，采用耐熱鋼掛鉤與耐熱陶磁磚結合懸掛在爐壁上（離開爐壁），下排采用耐熱陶磁螺釘隔離，這安裝方法比僅使用陶磁螺釘或采用陶磁掛鉤的方法更加可靠，使用壽命更長。

愛協(xié)林系（包括天龍、建通）采用掛絲磚和磁管，支撐電阻絲；民生采用陶磁螺釘旋入纖維塊；IVA聽說是采用陶瓷掛鉤結合陶磁螺釘定位電阻帶技術。

   也可采用輻射管加熱，如要求快冷，直接從輻射管通入空氣。

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