(退火炉热平衡计算与热处理工艺设置.docVIP

退火炉热平衡计算与工艺 东北特钢集团大连特殊钢丝公司 徐效谦 内容摘要：通过热平衡计算，根据装炉量对电井炉升温工艺实行分段控制，能有效地改善退火钢丝加热过程的温差，显著提高退火后钢丝的力学性能均匀性。 关键词：退火炉 热平衡计算 均匀性单位时间热量的传输效率应大于95%热量的传输效率传输效率一 Ⅲ型井式退火炉基本状况 钢丝Ⅲ型强对流气体保护井式退火炉原设计为自动升温，即控制仪表一段控制温度直接设置为工艺规定的退火温度，由仪表控制升温时间。第2和第3段同时设置温度和时间两项工艺参数。实际运行结果是：退火钢丝抗拉强度偏高，以针丝为例，企业标准Q/LD30-2004中GCr15Ⅰ组要求抗拉强度为Rm:560～680MPa，而在生产过程中测得实验结果为Rm:670～730MPa，同炉钢丝软硬不均，抗拉强度差大。为此需对退火炉进行热平衡计算，在升温阶段同时设定升温温度和升温时间，强化退火效果、改善钢丝抗拉强度均匀性。Ⅲ型退火炉主要技术参数如表1，装料架计算参数如表2。 表1周期炉主要技术参数 序号 退火炉型 有效装料容积 Φ×Ηmm 装炉量 t 退火温度 ℃ 加热功率 KW 控温 区段 炉体外形尺寸 Φ×Ηmm 5 Ⅲa型井式退火炉 2000×3050 5～12 650～850 240 3 3125×3850 6 Ⅲb型井式退火炉 2000×3000 4～10.5 650～850 190 3 3000×3930 表2 装料架计算参数 料架编号 外形尺寸/mm 自重，kg 每架装载量/t 备注 5# 820×480/510×1400(1600)老 135 1.1 6# 780×360/380×1250(1450)老 115 1.0 7# 700×360/380×1400(1600)新 110 1.0 8# 500×220×1000(1300)新 0.6 装料架尺寸：底盘外径×芯架外径（上/下）×料架高（加上吊料环后总高） 二 Ⅲa型井式退火炉工艺参数及热平衡计算 1.加热时间计算方法 （1）配置功率除以安全系数1.2，即为有效使用功率。有效使用功率中扣除N4～ N6三项消耗功率，余数为加热功率，见第三节。 N有效=N总/1.2； N加热=N有效-N4-N5-N6； （2）热量换算成单位时间的电耗—功率 N＝ 则 Q加热=860 N加热τ τ= Q加热/860N加热。 式中：τ—钢丝加热到预定温度的时间，h。 （3）加热能耗主要用于钢丝、料架和内胆等加热能耗，内胆、导流桶和炉盖的能耗只取决于退火温度，是固定不变的。料架与装炉量有对应关系，我公司料架重量平均为装炉量的15%，因此需要将钢丝加热能耗进一步分解成吨钢能耗W与装炉量M。 W=可以导出 Q1=W1M、Q2=W2M 式中W—吨钢能耗，kcal/ t M—装炉量，t （4）N加热是用于加热钢丝、料架和内胆等的功率，要将炉中钢丝加热到预定温度，必须保证N加热在τ内提供的热量能将钢丝、料架和内胆加热到预定温度，即： Q加热=Q1 +Q2 +Q3= Q1=W1M+W2M+ Q3=860N加热τ； 可以导出： 2. 工艺参数 （1）Ⅲa型井式退火炉配置功率240kW； （2）不锈钢内胆3.2t，不锈钢导流桶1.8t，炉盖1.2t； （3）炉体外形尺寸：3125×3850mm； （4）比热容计算取值（Cp=kcal/kg·℃）如表3。 表3 比热容计算取值 温度 ℃ 25 200 500 660 680 700 720 750 780 800 820 850 880 不锈 0.112 0.12 0.135 0.14 0.14 0.145 0.145 0.15 0.15 0.16 0.16 0.168 0.168 碳钢 0.113 0.115 0.128 0.137 0.137 0.144 0.144 0.152 0.152 0.165 0.165 0.165 0.165 三 热平衡计算 1. 钢丝加热所需热量 以700℃退火的碳素钢丝为例进行热平衡计算，查资料得知钢丝的C25=0.113 kcal / kg．℃，C700=0.144 kcal / kg．℃。 W1= m(C1t1－C0t0)=1000×（700×0.144－25×0.113）=97975（kcal） 2. 装料架加热所需热量 钢丝装在料架上退火，装料架材质为321不锈钢，4*装料架平均单重187kg，15个料架总重2800kg。查资料得知321装料架的C25=0.112 kcal / kg．℃，C750=0.15 kcal / kg．℃。计算时装料架总重量2000kg。 W2＝15%m(C