[其他]一种节能退火工艺及节能退火炉

说明书

本发明属于金属材料及工件退火工艺的技术领域，即提供一种利用热交换技术的节能退火工艺及实施该工艺的对向斜坡隧道式连续退火炉。

金属材料及工件（以下简称为工件）进行退火热处理时，先将其加热至退火工艺所要求的温度（以下简称为工艺温度）并保温一定的时间，然后再使其冷却下来。通常由于金属焓增加值而吸收的热量就在冷却过程中耗散掉了，未能得到充分的利用。虽然日本专利如特公昭55-38012、特开昭56-158812和特开昭57-134512等曾报导过自能利用（或称热回收）节能退火工艺及连续热处理炉，但是这些热处理炉均系采用强制对流形式进行热交换，有的甚至在两个平行炉膛之间进行强制对流热交换，因而其设备结构较为复杂，散热面积大，动力消耗也较大。

本发明针对上述专利的缺点，提出了一种利用加热工件热焓提高退火炉热利用率的节能退火工艺，其特征在于让退火工件从两端相向地通过同一个炉膛，使冷、热工件之间以自然对流的方式直接进行热交换。本发明还提供了一种实现上述节能退火工艺的对向斜坡隧道式连续退火炉，在退火炉炉膛中设置有对向（即双向对称排列）的两条斜坡形轨道，并且用若干块横向绝热隔板将炉膛分为中央加热区（即均热区）和两侧对称的若干个换热区（即热交换区），为了减小散热损失和控制工件在斜坡轨道上的运动速度在斜坡轨道两端各设置了内、外两组密封炉门，其内炉门系采用连动式双层结构。斜坡形轨道可采用固定式结构，也可采用履带式可移动结构。退火时，工件在内炉门连动机构的控制下，逐个（或逐卷）地分别从退火炉两端斜坡顶部进入炉膛内，它们在各自的斜坡轨道上依靠其自重（或由履带传输）间歇式前进，依序通过两侧各个换热区，在换热区中冷工件被热工件所放出来的热量而加热逐渐升温，然后进入处于炉膛中央部位的加热区中，工件在加热区由加热元件加热最终达到工艺温度并保温一定的时间（即进行退火热处理），加热元件可以是电热丝或硅碳棒，这与已知的退火炉相同。经过退火热处理过的工件继续沿斜坡轨道向前运动进入炉膛另一侧的换热区内，此时作为热工件将要放出热量使迎面而来的冷工件升温。就是这样，本发明所提供的退火炉在其两侧的换热区内将退火后的工件冷却时所放出的热能循环利用起来。由于两条斜坡轨道是完全对称的，故进料（冷工件）总是处于炉膛的上方，而出料（热工件）则总是处于炉膛的下方，当用横向绝热隔板将中央加热区两侧炉膛分割成若干个换热区（这有利于各换热区内部温度均匀）时，在每个换热区内，由于热流上升、冷气下降，将形成自然对流方式的热交换，这种自然对流热交换其结构简单、效果较佳，因而可以大幅度地节省能源消耗。以退火温度600℃为例，20℃（即室温）的冷工件进入换热区可升温至350℃，进入中央加热区升温至600℃，然后再进入另一侧的换热区同冷工件换热、冷却至200℃出炉。这样，退火工件加热到600℃的热焓大约有一半以上被留在炉内，因而大幅度地减小了退火炉的供入热。

本发明所提供的对向斜坡隧道式退火炉其热流示意图如图1所示。从图1可以看出：原始工艺有效热（Qx）等于供入热（Qg）减去一次散热（Qs₁）再加重热（Qc），也等于重热加二次散热（Qs₂）再加工件带出热（Qd），即：

Qx＝Qg-Qs₁+Qc＝Qc+Qs₂+Qd

因此，（1）只要重热大于一次散热，则原始工艺有效热即可大于供入热;（2）供入热等于工件带出热加一次散热和二次散热。原始工艺有效热系由工件热容量及其退火工艺制度决定的，在退火炉运行过程中可看作为不变量，故只要减小工件带出热和改善炉壁绝热情况，即让工件在炉膛内尽可能多次地进行换热和采用较厚的绝热性能好的优质耐火纤维材料制作炉衬，就可以直接减小供入热，有效地提高退火炉的热利用率。

本发明所提供的双向斜坡隧道式退火炉其实施例如图2、图3所示。图2系退火炉的纵向剖视图;图3为退火炉换热区的横向绝热隔板安装示意图。

图2和图3中，（1）为外炉门，它由汽动（或液压）机构推动;（2）为内炉门，它采用连动式双层结构（即一扇门提起时另一扇门同时落下）。内、外炉门的结构其本身虽是已有技术，但在双向斜坡隧道式退火炉中却具有创造性，采用这种炉门结构，一方面密封隔热性好（内、外两炉门之间形成一过渡室），另一方面可以使退火工件逐个（或逐卷）地进、出炉膛，即可由退火保温时间长短来控制工件的运动速度。由于两条斜坡轨道是完全对称的，故在图2中只画出了一条斜坡轨道两端的炉门结构。（3）系退火工件（图中是缠绕在工字轮上的线卷）;（4）为横向绝热隔板;（5）是斜坡轨道或履带;（6）为加热元件;（7）为炉壁。在图2的实施例中，退火炉包含有一个中央加热区（Ⅰ）和两侧共六个换热区（Ⅱ）。在图3中，隔板上开有两个孔，两条斜坡轨道分别从孔中穿过，一上一下，上轨道上的工件为冷工件;下轨道上的是热工件。在两块隔板之间所形成的换热区内，除了两条斜坡轨道外，可以不加强制对流装置（如风扇），冷、热工件之间依靠自然对流方式（当然也包括有辐射传导）进行热交换。故这种退火炉不仅结构简单、加工制作较为简便，而且节能效果好，可以实现连续化生产作业。它特别适合于缠绕在工字轮上的金属线材或截面为圆形的工件大批量的退火热处理。