CN105441660A - 一种周期式生产步进式换热双层u型退火炉及控制方法 - Google Patents

一种周期式生产步进式换热双层u型退火炉及控制方法 Download PDF

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    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments

Abstract

本发明涉及一种周期式生产步进式换热双层U型退火炉及控制方法，主要包括双层上下料台、双层真空室、步进式热交换室、双层主炉膛和双层升降室，双层上下料台、双层真空室、步进式热交换室、双层主炉膛和双层升降室依次相连，所述双层真空室的两端设有真空室前门和真空室后门；步进式热交换室内设有炉气换热风机，炉气换热风机连接有翅片式换热风管，换热风管再分支连接至双层主炉膛的各个加热区的分管中，双层上下料台、双层真空室、步进式热交换室、双层主炉膛和双层升降室内设有托辊和光电开关，步进式换热室采用多部电机配合多个光电管，各工位动作分开，由程序控制驱动托辊，使工件能够在规定节拍下逐件向前移动，实现冷热交换，余热利用。

Description

一种周期式生产步进式换热双层U型退火炉及控制方法
技术领域
本发明涉及金属热处理当中的辊底炉结构，尤其是一种周期式生产步进式换热双层U型退火炉及控制方法。
背景技术
现行的退火炉结构，分为周期式和连续式两种。周期式退火采用台车炉、钟罩炉等，退火能耗高，质量不稳定，但周期式生产方式利用夜间谷电加热，降低生产成本。连续退火炉，多采用推杆式和辊底式结构，质量稳定，但无法有效利用工件余热。本公司过去开发设计的双层U型退火炉，能够利用工件余热，降低产品能耗，但仍需24小时连续式生产，只有三分之一时间利用夜间谷电。
不论是传统的周期炉，还是新式的连续炉，均无法实现完全利用夜间谷电的同时兼顾工件余热利用，难以进一步大幅度降低退火生产的成本。
发明内容
本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种高利用率、有效降低成本的周期式生产步进式换热双层U型退火炉。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种周期式生产步进式换热双层U型退火炉，主要包括双层上下料台、双层真空室、步进式热交换室、双层主炉膛和双层升降室，双层上下料台、双层真空室、步进式热交换室、双层主炉膛和双层升降室依次相连，所述双层真空室的两端设有真空室前门和真空室后门；步进式热交换室内设有炉气换热风机，炉气换热风机连接有翅片式换热风管，换热风管再分支连接至双层主炉膛的各个加热区的分管中，双层上下料台、双层真空室、步进式热交换室、双层主炉膛和双层升降室内设有托辊和光电开关，步进式换热室采用多部电机配合多个光电管，各工位动作分开，由程序控制驱动托辊，使工件能够在规定节拍下逐件向前移动，实现冷热交换，余热利用。
所述步进式热交换室的前端设有前隔热门，步进式热交换室与双层主炉膛之间设有中隔热门，双层主炉膛与双层升降室之间设有后隔热门。
这种周期式生产步进式换热双层U型退火炉的控制方法，所有未退火料筐逐件通过双层真空室进入步进式换热室的上层，一步一步向前移动换热，步进式换热室采用多部电机配合多个光电管，各工位动作分开，由程序控制驱动托辊，使工件能够在规定节拍下逐件向前移动，实现冷热交换，余热利用；再进入双层主炉膛后缓慢移动，同时所有已经退火料筐从双层主炉膛逐件进入步进式换热室下层，一步一步向前移动直至进入双层真空室出炉，直至未退火料筐完全替换退火料筐；之后双层主炉膛整体加热，托辊进行摆动以提高温度均匀性，同时利用炉气换热系统进行快冷、缓冷工艺；待退火工艺执行完毕后，已退火料筐再逐件出炉与未退火料筐进行冷热交换；所述的炉气换热系统是在换热室顶部安装有抽引风机及翅片换热管道，气体管道再分支接入各个控温区，各分支气体管道装有电磁阀，由温度控制各区分支管道电磁阀；该系统在快冷和缓冷阶段将炉气抽出，通过换热管道冷却后，重新输送回各独立控温区降低工件温度，实现各区工艺温度独立控制。
本发明有益的效果是：本发明结构主要是采用双层热对流交换技术、双层辊底式摆动加热方式、高温升降台机构，降低了退火表面散热，有效得利用了夜间谷电，实现冷热工件的周期式热交换，避免了背景技术中的不足，同时兼顾了工件余热的利用和夜间谷电的利用，产品质量稳定，自动化程度高，进一步降低退火热处理的能耗及成本。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明侧视剖面结构示意图。
附图标记说明：双层上下料台1，双层真空室2，真空室前门3，真空室后门4，前隔热门5，炉气换热风机6，步进式热交换室7，中隔热门8，双层主炉膛9，后隔热门10，双层升降室11。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图所示，这种周期式生产步进式换热双层U型退火炉，主要包括双层上下料台1、双层真空室2、步进式热交换室7、双层主炉膛9和双层升降室11，双层上下料台1、双层真空室2、步进式热交换室7、双层主炉膛9和双层升降室11依次相连，双层真空室2的两端设有真空室前门3和真空室后门4。步进式热交换室7的前端设有前隔热门5，步进式热交换室7与双层主炉膛9之间设有中隔热门8，双层主炉膛9与双层升降室11之间设有后隔热门10。前隔热门5阻绝步进式热交换室7的热量向真空室传播，中隔热门8阻绝双层主炉膛7的热量在生产中向步进式换热室7逃逸，后隔热门10阻绝双层主炉膛7的热量在生产中向双层升降室11逃逸。步进式热交换室7的各工位设独立减速机以实现步进换热，步进式热交换室7内设有炉气换热风机6，炉气换热风机6连接有翅片式换热风管，换热风管再分支连接至双层主炉膛9的各个加热区的分管中，风管通断由电磁阀控制，双层上下料台1、双层真空室2、步进式热交换室7、双层主炉膛9和双层升降室11内设有托辊和光电开关，托辊用以承载传输工件料筐，光电开关以确定工件位置及炉内料筐数量。
该炉型特点能实现周期式生产模式与步进式换热方式，工件夜间在主炉加热保温，白天缓冷的同时不断逐步走出炉内与未退火工件进行冷热交换。未退火工件逐件进入换热室吸收余热后进入炉膛，利用整个白天将热交换完成后夜间利用谷电加热保温。因炉膛仍旧采用辊底式结构，配合光电开关和电气程序等，可使得整个生产，余热利用环节完全自动化，无需人工操作。因该炉型为周期式生产，过去开发的连续式换热室不再适用，故本炉型设计开发了步进式换热室，采用多部电机配合多个光电管，各工位动作分开，由程序控制驱动托辊，使工件能够在规定节拍下逐件向前移动，实现冷热交换，余热利用。因该炉型为周期式生产模式，各独立区必须各自实现均匀降温。故本炉型设计开发了炉气换热系统，在换热室顶部安装有抽引风机及翅片换热管道，气体管道再分支接入各个控温区，各分支气体管道装有电磁阀，由温度控制各区分支管道电磁阀。该系统在快冷和缓冷阶段将炉气抽出，通过换热管道冷却后，重新输送回各独立控温区降低工件温度，实现各区工艺温度独立控制。
在生产过程中，所有未退火料筐逐件通过真空室进入步进式换热室7的上层，一步一步向前移动换热，再通过各个热门进入主炉后缓慢移动，同时所有已经退火料筐从主炉膛逐件进入步进式换热室7下层，一步一步向前移动直至进入真空室出炉，直至未退火料筐完全替换退火料筐；之后炉膛整体加热，托辊进行摆动以提高温度均匀性，同时利用炉气换热系统进行快冷、缓冷等工艺；待退火工艺执行完毕后，已退火料筐再逐件出炉与未退火料筐进行冷热交换。
操作人员将待处理料利用行车或电动葫芦吊装至双层上下料台1上层，光电开关感应到有料后，通过PLC程序控制，真空室前门3打开，未处理料快速进入双层真空室2上层，真空室前门3关闭，真空室配备的真空泵自动抽真空，并通入氮气，然后真空室后门4以及前隔热门5打开，未处理料进入步进式热交换室7，真空室后门4以及前隔热门5关闭。真空室前门3再次打开进入后一筐未处理料。同时，已经进入步进室热交换室7的未处理料根据进料节拍向前移动一个工位。当未处理料接近中隔热门8并触发接近开关时，中隔热门8打开，未处理料快速进入双层主炉膛9上层，之后开始慢慢前进。未处理料前进至后隔热门10时触发光电开关，后隔热门10打开，工件快速前进至双层升降室11，双层升降室下降至下层，未处理料快速走出重新进入双层主炉膛9下层，后隔热门10关闭。上述进料过程不断重复，直至未处理料触发双层主炉膛9下层满载光电管，此时双层主炉膛9上下层满载。之后进料程序继续控制上下料台进料至步进式换热室7上层满载。之后双层主炉膛9加热程序开启，托辊开始摆动，各区开始加热，加热至200℃时，氮气开始通入炉膛，防止工件氧化，加热至650℃，富化气开始通入炉膛，防止工件脱碳。升温保温工艺执行完毕后，程序控制炉气换热风机开启为每一区进行降温，等温。整个工艺程序结束完毕，工件冷却至650℃时，开始执行余热交换及进出料程序：中隔热门8打开，最近一筐已处理料从双层主炉膛9下层快速进入步进式换热室7下层后停止。中隔热门8关闭。双层主炉膛9下层所有剩余已处理料开始向中隔热门8方向慢慢移动；同时后隔热门10打开，双层主炉膛9上层最后一个已处理料快速进入双层升降室上层，双层升降室11下降，将已处理料送入双层主炉膛9下层。后隔热门10关闭。之后，双层主炉膛9上层所有剩余已处理料向后隔热门10方向开始慢慢移动。待双层主炉膛9上层移出一个空位之后，中隔热门8打开，步进式换热室7上层第一个未处理料快速进入双层主炉膛9上层，换热室内其他工件同步向前移动一个位置。进料程序控制双层上下料台1上层新吊上的料自动执行进料程序，将料送入双层真空室2上层后再进入步进式换热室7上层空位。之后，步进式换热室7下层工件向前步进，让出空位给双层主炉膛9下层出料。步进式换热室满载时，真空室后门4打开时，真空室上层进料，换热室下层出料至真空室，同时进行。这个过程不断重复，期间出炉的已处理料由人工从双层上下料台下层吊走，直至双层主炉膛内所有的已处理料均被未处理料代替，并再次开始加热。
整个生产节拍控制在23-24小时，夜间23:00-7：00利用谷电进行升温保温，7:00-15:00降温缓冷，15:00-23:00进行余热交换及进出料。出料期间，进入步进式热交换室的上层冷料和下层热料，进行节拍式换热，因为热气向上移动，所以冷热交换充分，同时，由于未处理料进料方向逐件升温，已处理料出料方向逐件降温，上下层对位始终存在温差，所以热量可以充分交换。在热量充分交换后未处理料进入尚未冷却的炉膛，因为紧随炉膛内剩余的已处理料，温度可以长时间得以保持至加热开始，保证了余热交换的最终效果。
此结构使得利用夜间谷电进行退火热处理，同时白天进行余热交换得以实现，在维持了高自动化水平，低能耗的同时进一步降低了退火热处理的成本。目前退火的能耗约为每吨250kW，采用双层换热技术，可降低能耗至每吨180kW，因为能耗主要发生在升温、保温阶段，该阶段的用电均为夜间谷电，故生产成本可显著降低。同时，因为利用白天进行集中卸料装料，不需要像过去的连续式辊底炉那样24小时有操作工上下料，进一步降低了劳动强度。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种周期式生产步进式换热双层U型退火炉，其特征是：主要包括双层上下料台(1)、双层真空室(2)、步进式热交换室(7)、双层主炉膛(9)和双层升降室(11)，双层上下料台(1)、双层真空室(2)、步进式热交换室(7)、双层主炉膛(9)和双层升降室(11)依次相连，所述双层真空室(2)的两端设有真空室前门(3)和真空室后门(4)；步进式热交换室(7)内设有炉气换热风机(6)，炉气换热风机(6)连接有翅片式换热风管，换热风管再分支连接至双层主炉膛(9)的各个加热区的分管中，双层上下料台(1)、双层真空室(2)、步进式热交换室(7)、双层主炉膛(9)和双层升降室(11)内设有托辊和光电开关，步进式换热室(7)采用多部电机配合多个光电管，各工位动作分开，由程序控制驱动托辊，使工件能够在规定节拍下逐件向前移动，实现冷热交换，余热利用。
2.根据权利要求1所述的周期式生产步进式换热双层U型退火炉，其特征是：所述步进式热交换室(7)的前端设有前隔热门(5)，步进式热交换室(7)与双层主炉膛(9)之间设有中隔热门(8)，双层主炉膛(9)与双层升降室(11)之间设有后隔热门(10)。
3.一种采用如权利要求1所述的周期式生产步进式换热双层U型退火炉的控制方法，其特征在于：所有未退火料筐逐件通过双层真空室(2)进入步进式换热室(7)的上层，一步一步向前移动换热，步进式换热室采用多部电机配合多个光电管，各工位动作分开，由程序控制驱动托辊，使工件能够在规定节拍下逐件向前移动，实现冷热交换，余热利用；再进入双层主炉膛(9)后缓慢移动，同时所有已经退火料筐从双层主炉膛(9)逐件进入步进式换热室(7)下层，一步一步向前移动直至进入双层真空室(2)出炉，直至未退火料筐完全替换退火料筐；之后双层主炉膛(9)整体加热，托辊进行摆动以提高温度均匀性，同时利用炉气换热系统进行快冷、缓冷工艺；待退火工艺执行完毕后，已退火料筐再逐件出炉与未退火料筐进行冷热交换；所述的炉气换热系统是在换热室顶部安装有抽引风机及翅片换热管道，气体管道再分支接入各个控温区，各分支气体管道装有电磁阀，由温度控制各区分支管道电磁阀；该系统在快冷和缓冷阶段将炉气抽出，通过换热管道冷却后，重新输送回各独立控温区降低工件温度，实现各区工艺温度独立控制。
4.根据权利要求3所述的周期式生产步进式换热双层U型退火炉的控制方法，其特征在于：工件夜间在双层主炉膛(9)加热保温，白天缓冷的同时不断逐步走出炉内与未退火工件进行冷热交换；未退火工件逐件进入步进式热交换室(7)吸收余热后进入炉膛，利用整个白天将热交换完成后夜间利用谷电加热保温。
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