【2017年整理】设计可控气氛炉对节能措施的看法
发布时间：2023-11-27 作者: 产品中心
1、设计可控气氛炉对节能措施的看法作为现代热处理设备的可控气氛炉，国外存热处理行业已大范围的应用。存国内，除引进的各类机组外，我国自行设计、制造的可控气氛炉也逐渐增多起来。这种炉子，由予它本身的特别的条件，结构很复杂，耗能量非常大的。在国外，自能源危机以来，燃料价格不断上涨，对可控气氛炉的节能问题也就逐渐重视。今天，节省能源也是我国的重要经济政策，因此，在设计和使用可控气氛炉方面，如何节省能源也必须加以认线.气氛与一般热处理炉相比，使用控制气氛本身就额外的消耗了能量。这还在于制备气氛、通入炉内气氛的加热以及炉墙渗氢引起炉墙散热损失增加等问题导致的。当选择气氛时，在满足工艺要求的前提下，应该充分的考虑到制备气氛时所消耗能量的大小。目前，用来生产实践的气氛种类很多，如：放热式气氛、吸热式气氛、氨分解气、木炭气、氢、氩氦和氮基气氛等。40 年代初期出现的吸热式气氛，促进了控制气氛热处理的飞跃发展。是一种用得最多，用途最广的气氛。这种气氛的发生装置结构很复杂，制备过程要消耗大量原料气及外部热能。进入 70 年代，由于能源危机，吸热式气氛的成本，随燃料价格的逐步的提升而增加，再加低温时
2、使用上存在着安全问题。人们就开始探索新的代用气氛。因此，最近几年发展起来的“配制”的氮基气氛，越来越为人们所重视。氮基气氛、本来是指放热式气体通过净化去除 co2 和 h2o 而制得的气氛。由氨燃烧或烟道气通过净化也可制得氮基气氛。但是，最简单，最终济的是“配制”的氮基气氛。也就是由工业氮和适当的填加气体混合配制而成的一种气氛。这种气氛能够适用于渗碳、碳氮共渗、光亮淬火、退火、钎焊和粉未冶金等多种热处理工艺过程。这种气氛之所以能快速地发展的原因之一，是消耗的原料气(碳氢气)比较小，制取气氛所消耗的总能量也比较低之故。应该指出，如果直接供给气态氮，制取这种气氛所消耗的能量还会降低。就所消耗的能量而言， “配制”的氮基气氛是比较小的，选择气氛时应该第一先考虑。其次，把通入炉内的气氛加热到相当炉温的温度再由炉门或排气孔排出炉外，这项热损失在炉温一定的情况下，是与炉气氛的耗量成正比的。因此，正确的选择控制气氛的耗量和采取适当措施尽可能降低气氛耗量，除降低该项热损失外，对节省制备气氛所需的能源也有一定意义。如对某些连续式推杆炉的设计，不考虑炉子容积的大小，结构特点和炉门开启次数，仅仅根据容积换气次数来确
3、定气氛耗量是欠妥的。就渗碳炉而言，气氛的更新不完全取决于载体气的流量，而且与碳氢气的分解和 CO 生成反应有直接关系。对于有前室的炉子，前室门每开启一次大约需要 35 倍前室容积的气氛才能把前室内的空气排出。因此，设计中应尽量减小前室容积和前室门的开启次数。对生产率 200 公斤小时以下的连续式淬火炉或渗碳炉而言，应该采用每小时开启次数不大于 1 的节拍更为合理。这不仅有利于减少气氛耗量，而且有利于缩短炉子长度减少炉墙总散热量。对予炉门常开的震底式炉或链式炉，在不影响进出料的情况下应尽量减小进料口的截面积。此外，可采用火封或帘幕装置，如多层玻璃布等帘幕结构。结构符合常理的帘幕，能够大大减少气氛耗量 60。为降低气氛耗量应尽量在高温下通入和切断气氛，这对周期炉可能更有意义。对渗碳或氮碳共渗炉而言，应严控各区段通入的富化气及氨气量。过多的富化气除消耗能源外，还增加了炉内炭黑的析出。应当指出气氛中的氢含量对炉墙散热损失的影响是很大的。炉温越高、气氛中的氢含量越大，通过炉墙的散热损失也越大。这种作用是由于随温度上升而导热系数增大的氢渗入耐火砧体造成的。无论是对陶瓷纤维炉衬还是抗渗碳砧，这种现象都
4、存在。因此，除非工艺特别的条件，应尽量选用含氢量少的气氛。对于含氢高的气氛应该相应增加炉衬绝热层厚度。如用陶瓷纤维毡作炉衬时使用吸熟式气氛的多用炉，应比同样炉温的普通热处理炉(不通气氛)增加毡厚2550mm。2.炉型及炉衬早期的控制气氛炉属于马弗炉之类。随辐射管的出现而闻世的无马弗炉为各种新炉型的发展开辟了新的途径。马弗炉以及相似的滚筒炉等都是间接加热，因而炉子生产率和热利用率都受到限制。但由于这类炉子适于轴承滚动体等小另件的处理，至今仍存使用。无论马弗炉或无马弗炉都有连续炉和周期炉之分。周期炉间断作业，周期性地装料、升温、保温和出炉。因而，炉子利用率和热效率要比连续炉小。但操作灵活，适于多品种、小批量生产，也是必不可少的生产设备。为了节约能源，周期炉最好不采用两班制的闻断生产，而应采取三班制连续生产。因为冷炉升温或空炉保温都要浪费大量热能。对于间断生产的周期炉，最好采用陶瓷纤维毡作炉衬的所谓“低热惰性”炉。这种材料绝热性能好，热惰性小，升温快。例如，冷炉升温可由原来的 36 小时缩短到 12 小时，大约节省能源 20以上。多排炉是节省能源的一种炉型。在大型连续推杆式多排炉内，同时处理几排炉料，相对地炉皤散热面积减少了。如双排炉与同样产量的两台单排炉相比，至少，减少了相当两个侧墙的散热面积。计算表明，每增加一排料大约降低 1015 的能耗。即，一台三排炉比同样产量的三台单排炉至少节省燃耗 2O3O 。陶瓷纤维毡在可控气氛炉上的应用，也是节省能源的重要措施。早在 1974 年美国的一个企业就开始试验研究陶瓷纤维毡在吸热式气氛炉上的应用。试验根据结果得出，存含 H2=4O的气氛中炉墙冷面温度比普通炉子增加 3035 ；毡的表面渗碳层厚度为1l6l8 时(即 1.63.2 mm)，并且无衰变现象。陶瓷纤维毡在周期炉上的应用效果，上面已经提到。在连续炉上应用也有一定节约能源的效果。这一方面是由予炉顶结构简化，能够使用平炉顶；一种原因是材料的绝热性能好，炉衬厚度薄(一般耐火砧炉衬的炉墙厚度为 3 5 0 mm 左右，而纤维毡的炉衬厚度为 l 5 Ol 7 0 mm)和炉墙外表面温度低。这就使得炉体尺寸以及总的炉墙表面积相对减小炉墙散热损失有所降低。在连续炉上应用陶瓷纤维毡能节约燃耗 10左右。
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