锻件轴流风机鼓风降温缺点分析

锻件轴流风机鼓风降温缺点分析

刘鹏，李世超，刘艺坛，姜涌泉，刘秉承，高禄爽

营口理工学院 辽宁省营口市 115000

摘要：锻件从终锻温度冷却到室温的过程称为锻后冷却。金属加热到高温并经不均匀的塑性变形后冷却下来，必然会引起组织和性能的变化，制订锻件冷却规范的关键是冷却速度。锻件冷却方法的选择取决于锻件材料、尺寸、生产量和车间的具体条件。 应根据锻件材料的化学成分、组织特点、锻件的断面尺寸和锻造变形情况等因素来确定合适的冷却速度。一般来说，合金化程度较低、断面尺寸较小、形状比较简单的锻件，则允许的冷却速度快，锻后可以在空气中冷却；反之则须缓慢冷却（灰冷或炉冷）或分阶段冷却。 锻后冷却方法选择不当，可能导致锻件裂纹、变形，甚至出现异常组织等缺陷。因此，锻后冷却是锻压工艺中的一个重要环节。

关键词：锻后冷却，塑性变形，冷却速度

研究内容

锻件冷却方法的选择取决于锻件材料、尺寸、生产量和车间的具体条件。

1. 高碳钢和高合金钢，为了防止表面开裂，需要锻后堆冷、炉冷、埋沙冷或炉前烘烤缓冷，然后及时进行热处理。

2. 奥氏体不锈钢需要锻后立即入水。目的是尽快保持住其现有晶粒尺寸，不要发生长大。同时，也不希望有更多的内部组织或质点析出，然后再固溶处理。

3. 所有其它常规的中低碳钢和中低合金钢锻件，锻后必须垫起空冷。目的是使其冷却均匀、组织均匀和性能均匀，防止晶粒长大和出现混晶，便于书写标识。黑色金属锻件入炉热处理前的表面温度不能小于50℃，防止出现白点。

常规中低碳钢、合金钢锻件的冷却要求

1. 大型锻件（通常重量大于500kg或平面尺寸大于300mm），一般都不允许直接放在地面上冷却，因为会产生上下两面冷却不均匀、组织性能不均匀。

2. 对于常规大型锻件的锻后冷却，合理的方法有下列三种：①垫起空冷；②搭起空冷，比如搭在垫铁上或先前锻造的较冷锻件上；③摞放时上下层间要垫起，通常按10%高度计算，即1000mm截面要垫高100，2000mm垫高200等。

通过本项目开展的理论与试验研究，分析轴流鼓风冷却方式的缺点，总结出造成锻件质量差和降温方式耗能高成本高的原因。根据原有冷却凡是的不足和不同冷却介质对比分析，选定新的冷却介质，确定新的锻件冷却方式所采用的冷却介质。并参考现有运用同种介质的冷却设备作为新介质的喷射装置。对现有喷射装置进行分析和性能测试，分析其缺点和导致问题发生的主要原因并对结构进行改进。确定喷射部件结构后，进行试验研究和冷性能和热性能分析，确定喷射角度和高度以及流量对喷射部件的喷射效果的影响。根据锻件产品需求，调整出最好最适合的性能参数。根据冷热性能试验数据的分析，确定出适合的性能参数， 进行设备的搭建和结构优化研究，形成一套新的锻件冷却方式，并建立相应的设计理论与方法，在锻件冷却行业实现技术性的突破，为实现高效、节能，方便快捷等奠定了坚实的基础。

锻件热处理出炉后从台车上吊下进行快速降温处理大部分采用大型轴流风机鼓风降温处理工艺，少部分采用喷水降温工艺，喷水降温工艺由于受场地条件、降温设备水平（水雾化是关键技术）、季节条件（室内外温度）限制同行业采用这种工艺的不多。合作企业采用的是大型轴流风机鼓风降温处理工艺（如图1所示）。

图1 原有鼓风降温装置

轴流风机的优点

1、降温效果良好；2、单位能耗低，在倡导节能方面尤为重要；3、通风时机易掌握，不易出现结露；4、不用单独配备风机，方便灵活。

工作原理： 当叶轮旋转时，气体从进风口轴向进入叶轮，受到叶轮上叶片的推挤而使气体的能量升高，然后流入导叶。导叶将偏转气流变为轴向流动，同时将气体导入扩压管，进一步将气体动能转换为压力能，最后引入工作管路。轴流式风机叶片的工作方式与飞机的机翼类似。但是，后者是将升力向上作用于机翼上并支撑飞机的重量，而轴流式风机则固定位置并使空气移动。轴流式风机的横截面一般为翼剖面。叶片可以固定位置，也可以围绕其纵轴旋转。叶片与气流的角度或者叶片间距可以不可调或可调。改变叶片角度或间距是轴流式风机的主要优势之一。小叶片间距角度产生较低的流量，而增加间距则可产生较高的流量。先进的轴流式风机能够在风机运转时改变叶片间距（这与直升机旋翼颇为相似），从而相应地改变流量。这称为动叶可调（VP）轴流式风机。

相关参数 锻件热处理后出炉温度：650~800℃ 降温范围要求：350~400℃ 降温要求：快速降温、表面均匀降温、冷却强度线性 目前鼓风降温时间：8~12h 轴流风机功率：11kw 轴流风机台数：高峰时26台 1个锻件降温处理轴流风机使用数量：8~10台

鼓风降温及喷水降温存在的问题：

1、鼓风降温所需时间长。因锻件几何尺寸、体积、重量不同，降温用时也不一样，一般在8~12h，夏季更长，耗时较多影响交货；

2、电耗高。一般锻件几何尺寸都较大，单重也大，因此一个锻件冷却降温就需要几台甚至8台以上的轴流风机，每个轴流风机功率是11kw，总的电耗高，间接增大了工序成本；

3、风机在线使用数量大。吊下降温处理的锻件经常遇到几个锻件同时走降温工艺的情况，轴流风机在线使用数量大，经常是几十台同时使用；

4、风机维检量大。由于轴流风机在线用量大，经常因用吊车移动而损坏，再加工作时间长，锻件辐射热的影响，风机电机极易损坏，一般企业都存在轴流风机大量离线维检，影响工作效率，影响产品合同周期的情况；

5、喷水降温对场地有严格要求。一是现场必须有排水设施，二是需要有一个半封闭环境便于收集未蒸发的的冷却水；

6 、喷水降温使用的喷头雾化颗粒大，喷在锻件上对锻件表面硬度的一致性有影响；水量消耗也大；

7 、喷水降温水的蒸发量大，一般锻造热处理炉车间冬季是不采暖的，蒸发的水蒸气及多余水量结冰在冬季对生产车间环境构成影响。

参考文献

1. 王立军，蔡庆伍，余 伟，等． 低碳低合金钢的连续冷却相变组织特征及其形成机制［J］． 材料工程，2010( 8) : 29-33．

2. 邹伟龙，王毛球，时 捷，等． 热处理对 25Cr Ni3Mo V 钢组织与力学性能的影响［J］． 金属热处理，2008，33( 7) : 69-72．

3. 张义帅，孙红星，刘 华，等． 关于大型锻件锻造开裂的研究方法［J］． 大型铸锻件，2013( 5) : 38-41．