明火加热炉的炉内氛围把握

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所属分类:采暖设备
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明火加热炉的炉内氛围把握

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  V01.27No.5 金属制品Steel Wire Pucts 2001年1 0ctober200l 明火加热炉的炉内气氛控制 刘金宝王洪峰 (荣成成山钢帘线) 摘要介绍明火燃气加热炉的结构及炉内气氛控制系统,分析炉内气氛对钢丝热处理工艺的影响。通过控 制炉内气氛可以改善钢丝表面的氧化、脱碳状况,并避免钢丝在铅浴淬火过程中的挂铅,且可改善酸洗效果。 关键词 明火加热炉气氛控制氧化 Alm嬲phere(加trol iIl op哪一6re FIln拗ce Liu JInbaO Wang HOngfeng Js据以cordc0.,删 264300) A1x盘髓ct To inDduce 111e stmcture a11d栅osphere contIDl system 0i1-buITliIlgopen-fire fhmace.卟e硪&t tllef洒ace heat讹咖entpIDcess aIlalyzed.Bycon咖ImIlg咖0sphere tllefurmce,t}le oxidiz撕on龃d decarh河zadon steelwire caIl reduced,andadhering lead tllecouIse acidpicking胡&t caIl i叫)mved.K叻唧ords open一6re矗mlace;atrnosphere contId;oxidize 热处理是使钢丝获得良好加工性能和合适力学 性能的一个重要工序,热处理好坏直接影响到下道 工序的生产和产品的最终质量。在热处理过程中, 由于选择不同的加热方式,其能量消耗和钢丝的性 能有所不同。目前用于钢丝热处理的加热炉主要有 3种:(1)马弗炉。其热效率一般为15%~18%,钢 丝表面氧化严重,氧化皮高达100 g/m2以上。(2)电 接触加热炉。它消耗二次能源,增加成本,但表面氧 化极小。(3)明火加热炉。其加热速度快,Dy值 高,产量高,燃料利用率高。但由于钢丝在高温下与 氧气直接接触,因此会产生氧化、脱碳。如果炉内气 氛控制合适,能大大减小这种缺陷。因此采用明火 加热炉是目前钢丝热处理优良的加热方式。 1炉内气氛对质量的影响 钢丝在明火加热炉内加热时,由于炉内燃烧后 的残余气体直接与钢丝接触,再加上炉内温度很高, 炉内的02、C02、H20就有可能与钢丝表面的铁原子 和碳原子发生反应,产生氧化和脱碳。 在高温下,02、c02和H20都与Fe原子反应,使 钢丝表面氧化,其反应如下: O,+2Fe=2FeO C0l+fb=C0+-b0 H20+Fe=H2+Fe0 从以上3个反应式来看,这些反应都使Fe氧 化,且Fe与02反应的平衡常数很大,炉子中只要有 氧就会使Fe氧化。另外,钢丝表面与氧接触后,除 发生氧化反应外,钢丝中碳原子与炉内氧气在高温 下也发生反应,其反应如下: 2C+02=2CO C+C02=2CO 2C+H20=2CO+H2 发生上述反应就会使钢丝表面的含碳量降低, 造成钢丝表层的强度和硬度降低,影响钢丝的疲劳 强度。 钢丝在热处理过程中,会产生挂铅现象,如果钢 丝挂铅,在后道工序中很难被除去,这就有可能污染 后面的镀液,影响电镀质量甚至造成镀液的报废。 如继续附着在半成品镀铜钢丝上将会堵塞模孑L,影 响拉拔润滑效果。挂铅的原因是多方面的,炉内气 氛是一个重要原因。炉内氧气含量过多,钢丝表面 严重氧化就会造成挂铅;炉内氧气含量不足,钢丝表 面润滑粉不能完全烧掉,也能造成挂铅。钢丝表面 适当的氧化能减少挂铅,且易于酸洗。另外,如果炉 万方数据 34金属制品第27卷 内氧气含量过少,钢丝表面生成一层致密的如03, 也会给酸洗造成困难。因此在炉内存在适当的氧气 是必要的。 2燃气明火加热炉的结构与炉内气氛控制装置 以比利时FIB炉为例,其结构与气氛控制装置 如图1所示。 图1燃气明火加热炉控制装置 图1中,混合阀的作用是用来调节氧气与燃气 的比例,此阀为手动调节阀。混合阀调到不同的位 置,输出的氧气与燃气的比例不同。当混合阀调节 好后,空气与燃气的比例就恒定了。比例调节阀是 根据空气的输入量来自动调节燃气的输入量,从而 实现氧气与燃气比例的恒定。而温度的控制通过一 个由温控器(与热电耦相连)驱动的伺服电机,伺服 电机根据设定温度和炉内实际温度的差异来调节翻 板阀,自动控制空气进气量的大小,进而控制燃气的 输入量,从而控制炉内温度。 加热炉分为4个区,各区有不同的温度和气氛, 每个区的炉壁两侧有若干个燃烧嘴,燃烧的混合气 体高速喷向炉内,通过“对流”(有少量“辐射”)进行 热传递,在整个钢丝通过区形成一个大“涡流”,使炉 子的温度场非常均匀。 排烟装置位于炉子人口处,使烟气与钢丝逆向流 动,改善了热传递,并在钢丝人口形成—个预热区。 3炉内气氛的控制 1。4区炉膛温度由高到低,大约为1045、 l025、1 005、1 000。而炉内钢丝温度则由 低到高,最终加热到所需的工艺温度(约930), 保温一段时间以便完全奥氏体化(如图2所示)。 炉内钢丝温度越高越易发生氧化,越低越不易 氧化。因此炉内钢丝温度越高的区域,含氧量应越 低(甚至为零)。nB奥氏体化炉就可以调节各区的 图2钢丝温度曲线 氧气含量,并且每个区的氧气含量可以不同。因此, 在调节炉内的氧气含量时,要求1区、2区含量高 些,3区、4区氧气含量为零。主要是因为1、2区钢 丝温度较低,钢丝不易氧化,氧气过剩可以燃烧钢丝 表面的润滑粉,也可使钢丝表面轻微氧化,减少挂 铅,1、2区过剩的氧气还可以使3、4区过剩的燃气 得以充分燃烧,但3、4区不能有氧气,否则钢丝表面 会严重氧化。 一氧化碳的含量在钢丝出口区不能过多,在入 口区应为零,如表1所示。一氧化碳含量过多,会在 炉膛内形成未燃气体,烟气带着这些未燃气体向前 区流动,当遇到氧气时形成“二次燃烧”,产生的温度 增量会被热电耦自动探测到,于是给温控器一个指 示,温控器便减少燃烧嘴的压力以消除温度偏差。 燃烧嘴压力的降低减少这个区的“对流”效果,尽管 温度看似正常,而钢丝温度却随之降低,这就影响钢 丝通条性能。 炉内气氛根据钢丝规格和工艺条件(如钢丝表 面是否挂铅,酸洗效果如何等)在表1范围内调节。 表1炉内各区的控制气氛参数 4结语控制好明火炉加热过程中炉内气氛在很大程度 上解决了明火加热所产生的氧化、脱碳等问题,且产 品的质量稳定,节能降耗、产量高,从而可降低成本, 提高经济效益。 (收稿日期:2001—06—28) 作者简介 刘金宝1968年4月生,荣成成山钢帘线有限公司生产科助 理工程师。 王洪峰19r71年7月生,荣成成山钢帘线有限公司生产科助 理工程师。 万方数据

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