提高热处理加热炉炉温均匀化的途径

王 翔，国新春，朱 明，宁 珅

（宝武集团马钢交材科技有限公司，安徽 马鞍山 243000）

热处理炉由于受炉子结构、炉体密封性、控制热电偶安装位置、燃烧烧嘴的位置、控制方式等因素影响，热处理炉内的实际温度，特别是有效工作区内的温度场分布的均匀性将随各种因素影响而发生变化。

宝武集团马钢交材科技有限公司（以下简称马钢）对热处理炉有效加热区进行了检测。在检测中发现了影响炉温均匀性的因素，这些因素不仅涉及热处理炉的等级使用，而且严重影响车轮热处理质量。因此，对这些因素加以有效控制，对车轮热处理质量的提高具有重大意义。

1 车轮热处理炉加热不均匀的原因分析

1.1 炉膛结构的影响

环形热处理炉的炉底和炉墙为分体结构，并且炉底是环向运转的，因此在炉底和炉墙之间必须保留足够的间隙，同时为保证炉膛的气密性，炉底与炉墙的环缝采用水封刀密封。加热炉两侧的温差与水封间隙有直接的关系。炉子的结构示意图如图1所示。

图1 炉子结构示意图

当车辆在炉膛里被加热时，车轮表面除了受炉内气流加热外，还受到火焰、炉墙等与车轮热辐射影响，其热辐射的大小取决于温差大小。相对炉膛温度，水封环缝周围属于低温区，车轮边缘靠近炉墙两侧的热量向水封环缝传动热量，导致车轮局部低温。

1.2 炉膛气氛配比影响

马钢热处理加热炉是亚高速有焰烧嘴，该烧嘴火焰长度和风煤气配比有极大关系。当煤气量一定时，风量越大，火焰长度越短；风量越小时，火焰长度越长。火焰在炉膛中属于温度最高的一个辐射体，如果火焰长度很长，会严重影响炉膛温度场的均匀性。再者，炉内的煤气若燃烧不充分，残余煤气聚集到炉膛顶部，在炉膛顶部燃烧，导致炉顶温度比侧墙温度高。

1.3 出料炉门压力影响

出料炉门处于负压状态：烟道闸板开度大在40%～50%之间，形成的抽力大，炉气流动速度快，炉气充满炉膛密度较小，高温炉气会自动上浮，造成炉膛内顶部温度高，下部温度偏低情况,另外，炉头压力就会降低，造成炉头吸冷风，出料炉门口的车轮温度会下降，特别是朝向炉门口的一侧温度下降较多，造成出炉车轮“阴阳面”。并且，当炉门完全打开（全部开启）时，炉门口炉膛压力进一步释放，冷气层更大范围的侵入，冷气流漩涡深入到炉膛内（见图2）。

图2 炉气、外界冷气流动示意图

2 采取的改进措施

2.1 有效加热区域确定

通过4号炉黑匣子炉温跟踪测试，以炉膛中心部位温度Tc为基准点，对Tc和各测温点Tn之间的温差△T（Tn—Tc）沿炉膛径向方向作分布分析（见图3）。

图3 4号炉炉膛径向截面温差△T分布

在确定4号炉有效加热区时，应考虑车轮内部热传导对测试结果带来的修正，设定温差30℃为有效加热区内温度场分布可以接受的上限，参照试验分析出的温差分布图，可得出4号炉在现行工况下的有效加热区（见图4）（网格线区为有效加热区）。

图4 4号炉有效加热区域（mm）

从图4中可以得知，靠外环有效加热区边界距离外侧炉墙520.5 mm，靠内环有效加热区边界距离内侧炉墙385.5 mm。

2.2 合理调节空气、煤气比例

内壁温度低时，开大外环烧嘴，外壁温度低时，开大内环烧嘴（注意：不能只打开热电偶旁边的烧嘴，而是整段烧嘴的开度应一致，从而使内外环的煤气量供量均衡）。调节内外壁煤气量均衡主要目的是使内外壁温差减少,炉膛内一个平面上温度的均匀以改善4号炉温度均匀性。空气量小，煤气不能充分燃烧，空气量过大使内外壁的温度又降低，通过摸索各段的空气量的配比，加热一段、二段因为钢温低，煤气用量大，空气量也就大，空气量控制在2 500～3 300 m3/h之间，煤气能充分燃烧，顶部温度能达到工艺要求；三段的空气量在1 200～1 700 m3/h之间；均热段在1 000～1 500 m3/h之间，在实际操作时,观察炉顶温度变化,如果没有升高的趋势可适当地降低一些风量。

2.3 炉膛压力的控制

通过连续跟踪试验表明采用大炉压控制，烟道闸板开度定在20%～25%左右为宜，避免出料炉门打开冷风吸入，压力下压后，减少了炉顶与炉墙的温差，车轮辐射受热更为均匀。

3 结语

通过采取对热处理的有效措施，得到了良好的实际加热效果，沿着环形炉炉宽的方向的温度均匀性明显提高，炉气问起趋于一致，车轮淬火质量明显提高。