车底式热处理炉炉门轻型化实践与思考

车底式热处理炉炉门轻型化实践与思考

李波

（湖南华菱湘潭钢铁有限公司，湖南 湘潭 411101）

摘要：湘钢五米宽厚板车底式热处理炉是中冶南方武汉威仕设计生产的，主要用于特宽、厚板的正火、退火、回火热处理工艺，工作时最高炉温1000℃。通过对炉门使用现状分析，查找炉门损坏的原因，设计出了比重轻、导热系数小、耐火度高的硅酸铝陶瓷纤维作内衬的轻型炉门结构及炉门升降和压紧机构、改善了炉门的工作状况延长了炉门的使用寿命。

关键词：炉门轻型化；硅酸铝陶瓷纤维；实践与思考

1．概述

炉门是车底式热处理炉中一个重要部件，也是一个薄弱环节。由于其面积大，质量重，使用温度高等不利因素，在实际生产中存在着炉门烧损变形使用寿命较短，砌筑修复成本较高等问题，并造成炉门关闭不严，直接影响到炉子的使用性能和设备的完整性。为了有效降低炉门砌筑修复成本，延长炉门使用寿命，降低炉门自重，改善炉门的开启操作，提高炉温均匀性。根据炉门的生产使用条件与破损原因分析，对炉门的结构形式进行轻型化改造，选取比重轻，耐温度高，导热系数小的硅酸铝陶瓷纤维作内衬，使炉门达到重量轻，耐高温，抗变形，寿命长。

2．炉门损坏原因分析

车底式热处理炉其炉门的基本结构为：普碳钢板和各类型钢焊接而成的钢结构框架。钢结构框架里面内衬耐火砖和保温砖，总重量达7-8吨。炉门靠在炉口向内倾斜，靠自身重力产生的斜向重分力将炉门压在炉门框上。由于炉门和炉口是直接接触的，密封不严时容易造成炉门口冒火，炉门框架受热变形导致边部烧损造成耐火砖体松动脱落。对于炉门过于笨重的问题，需从炉门的框架结构与耐火材料两个方而进行了降低自重的改进设计。炉门框架的主要功能在于保护炉门的外形结构、提供炉门结构力以及固定和保护内衬耐火材料，从而保持炉门与炉口的密实与炉门自身的顺利开启。炉门的变形主要是由于钢结构内外受热不均而产生的热应力引起的。因而在降低炉门框架重量的同时还要保证有足够的强度。炉门砌筑耐火材料的主要作用是保护炉门框架与阻隔炉内火焰，要求耐火材料具有合适的耐火性能、力学强度与相关的使用性能，对耐火材料的密度没特殊要求。因而可采用降低炉门耐火材料密度的方法来降低炉门自重。对于炉门使用寿命短的问题，经分析认为其主要原因有炉门的受热变形，炉门耐火材料的抗热震性差，耐火砖衬整体性差，热处炉炉温较高等。由于耐火材料的抗热震性差，在热处炉炉门频繁开启的工作条件下，导致耐火砖出现严重的断砖现象以及耐火材料浇注开裂脱落现象。炉门耐火砖衬因其砌筑的整体性差，导致严重的掉砖现象，引起炉门金属框架烧蚀破损，致使炉门使用寿命短，耐火砖与金属框消耗量大，炉门维护成本高。另外，热处炉炉温较高是炉门金属框架烧蚀的根本原因，微正压的炉膛压力则使高温炉气沿炉门边框外溢，导致炉门金属外框烧蚀。因此，要使炉门有一个比较理想的使用效果，必须要满足三个基本要求;一是炉门钢结构坚固耐用，二是炉门密封性要好，三是炉门的整体重量要轻型化。

3．炉门耐火材料内衬优化改进

  炉门耐火材料内衬选择耐火砖+保温砖+耐火浇注料砌筑这种形式，主要缺点质量重，砖体易松动脱落，炉门钢结构要有足够的强度来支撑砖体内衬的重量。现在已逐渐被其他的耐火材料代替，硅酸铝陶瓷纤维是一种新型的耐火保温材料，棉花状的是硅酸铝陶瓷纤维散棉，卷毡状的是硅酸铝陶瓷纤维毯。硅酸铝陶瓷纤维按照耐火温度分类：有普通型1050，标准型1260，高纯型1260，高铝型1400，锆铝型1400，含锆型1400。硅酸铝陶瓷纤维长期工作温度950℃-1280℃，实际使用温度可以在-50℃-1280℃。

用硅酸铝陶瓷纤维取代传统重质耐火材料作为车底式热处理炉炉门衬材料能有效强化炉门绝热结构。由于硅酸铝陶瓷纤维制品的重量是同体积耐火砖和保温砖的六分之一，用在炉门上能最大限度的减轻炉门自重，改进后炉门重量更轻了，操作更加灵活方便。硅酸铝陶瓷纤维具有低热容量，低导热率，密度小，高耐火度等优点能有效减少炉门的热损失，实现节能降耗的效果。

3.炉门钢结构及密封优化改进

车底式热处理炉炉门的损坏主要原因是由炉门变形引起的，炉门框架上四周边框包边的钢板要向内延伸用以固定和承托砖体的重量，边框内边要经常承受600℃-800℃的高温。由于内外受热不均，引起热变形。采用了硅酸铝陶瓷纤维内衬后，炉门所承载的重量减轻，硅酸铝陶瓷纤维直接固定在框架钢板上且硅酸铝陶瓷纤维内衬重量不需边框钢板伸出来承重。因此整个框架不致因受炉内高温影响而变形，框架可用型钢和普通碳素钢板做成箱形结构，中间水平和竖直方向用型钢加固，加强炉门钢结构受力能力。炉口周边保温密封采用硅酸铝陶瓷纤维模块，配合间歇小，无热膨胀，能使炉门在上升下降过程中与炉口周边的硅酸铝陶瓷纤维模块不产生干涉，炉口及炉门密封模块可更换，可以保证长期炉体的密封效果。炉门四周装有可调整的硅酸铝陶瓷纤维密封圈伸出炉门外20-30mm，当炉门关闭压紧时纤维密封圈与炉面板紧密接触，保证炉口密封效果。纤维密封圈伸出量可调，使用一段时间后，可通过调整密封圈调节螺栓，调节密封圈相对炉门本体的伸出量，保证炉门密封效果。这种形式的炉门框架具有结构简单、用料少、重量轻、结构力强等优点。

4.炉门升降及压紧机构优化改进

采用轻型化结构炉门后，炉门四周为硅酸铝陶瓷纤维，炉门升降时必须要脱离炉口才能避免刮坏炉门四周的硅酸铝陶瓷纤维。炉门升降方式通过固定于龙门架上的电机减速机实现，两侧前柱上安装凹形轨道和限位止档块，炉门两侧设置四个定位导向轮。炉门升降时，压紧机构首先将炉门松开，使其脱离炉口一段距离，炉门两侧的导向轮沿着凹形轨道运行。在炉门下降到位前，轨道下部有一段能使滚轮向内产生水平推力的导向斜块，将炉门下部压紧在炉口护边上。炉门落位后，压紧气缸将炉门以水平方向推向炉口，压紧炉门。开启时，气缸再以水平方向将炉门推离炉口，电机减速机将炉门提起，这样完全避免了炉门与炉口的摩擦，不会损坏炉口和炉门密封面的硅酸铝陶瓷纤维。为避免炉内高温气体和出炉时高温钢板对气缸的热辐射，将炉门压紧气缸安装在龙门架外侧，用保温材料包裹气缸气管并用保温材料板遮挡炉门上升后所辐射的热量，避免炉门开启时气缸受到高温辐射，从而产生了非常理想的密封效果。

5.使用效果

采用了硅酸铝陶瓷纤维作内衬的轻型炉门后，炉门的钢结构和总重量有了大幅度的降低。硅酸铝陶瓷纤维制品的重量是同体积耐火砖和保温砖的六分之一，车底式热处理炉炉口宽5100mm的炉门，砖砌炉门总重量达8吨左右，炉门升降需要在两边设置3.6吨配重块，以减少炉门升降机构的拉力。轻型化的炉门总重量则只有2吨多，完全取消了炉门配重块。由于结构的改进和采用了炉门压紧机构，炉门密封严密，消除了炉门口冒火造成炉门烧损现象，克服了炉门内外受热不均易变形的缺点，从而延长了炉门的使用寿命。

参考文献:

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[2]王秉铨.工业炉设计手册[M].北京:机械工业出版社，1996

[3]张亦红 辊底式热处理炉和淬火机自动化控制系统【J】 工业炉，2007，29(6)：39-4l