炉型结构及应用范围分析

罩式炉一般分类及其结构简图如图12-78所示。

1.钢卷圆形单垛或多垛罩式炉

燃煤气的钢卷圆形单垛罩式炉的代表结构如图12-79所示。由外罩、带分流冷却系统的炉台、内罩和快速冷却罩组成，台罩比多为2，快速冷却罩为外罩数量的88%，带钢卷外径达2.5m，包括对流板在内的料垛最大高度为4.9m，最大装料量达166t。炉子生产能力为2.25～2.85t/h。使用热值为7540kJ/m³的混合煤气，煤气压力5kPa，煤气耗量440m³/h。助燃空气量1250m³/h，风压3.5kPa。可控气氛是含H₂1%～5%（体积分数）的氮气，氮气耗量10m³/t，炉台循环风机风量24000m³/h，风压2kPa。

图12-78 罩式炉结构简图

a）圆形单垛罩式炉 b）矩形多垛多内罩罩式炉 c）圆形多垛罩式炉 d）矩形单内罩罩式炉 e）台车式罩式炉

1—吊罩装置 2—风扇 3—钢卷 4—辐射管 5—台车 6—砂封 7—外罩 8—内罩

2.强对流氢气罩式炉和高功能氢技术

强对流氢气罩式炉和高功能氢技术的要点是：

1）增大炉台风扇的叶轮直径（达1.3m），提高电动机的功率（达100kW）并分级调节，配以性能良好的分流盘和对流环，从而大大提高了可控气氛的循环量。

2）采用耐热钢壳封闭式炉台，炉台风扇叶轮和伸入炉台的一段传动轴用耐热钢制造，电动机转速可变，传动轴上带小叶轮或散热片，不采用分流冷却。可控气氛消耗量比非封闭式炉台低20%～30%，退火带卷时耗量为6～10m³/t，退火盘卷为12～18m³/t。

3）快速冷却罩既能风冷又能水冷，提高了冷却能力，冷却时间只有加热和保温时间的44%～80%，台罩比可降到1.5～1.8。

4）采用纯氢作可控气氛。

5）强对流氢气罩式炉的冷却时间绝大多数情况下都比加热时间短，在扣外罩前、揭冷却罩后和准备揭内罩之前都要用氮气放散0.5h左右。退火前和冷却开始前要做检漏试验以保证安全，即：10min内内罩氢气压力大于或等于5kPa为正常，3kPa开始报警，低于0.5kPa时需自动向内罩充氮气。

6）高功能氢技术采用了浑浊度探头，以节约罩式炉开炉初期放散用的氢耗量。氢的单耗已由6.5m³/t降到1.6m³/t，其原理是用装在炉外的探头来检测排放气体的浑浊度，与经过标定的分析器作比较以控制润滑剂蒸汽及悬浮物的多寡，据此调节氢的通入量。

强对流罩式炉是圆形单垛或多垛罩式炉的进一步发展，它既可以煤气为燃料，也可采用电热，主要用于带卷和线卷的退火。强对流氢气罩式炉炉型示意图如图12-80所示。

图12-79 钢卷圆形单垛罩式炉

1—炉台 2—内罩 3—外罩 4—钢卷垛 5—导向柱(www.xing528.com)

3.罩式电阻炉

罩式电阻炉主要用于1050～1210℃高温热处理加热，如硅钢的三次再结晶退火等。由于炉温高，一般不使用炉台风扇，而在炉台上配置电热元件以促使温度均匀。

双垛单层高温罩式电阻炉结构示意图如图12-81所示，由长圆形外罩、炉台和两个圆形内罩所组成，用于硅钢卷在氢中高温退火。钢卷尺寸：外径ϕ600～1600mm，高750～1050mm，卷重4～10t，最大装载量20t，热处理周期150h，炉罩与炉台之比为5∶8。外罩炉衬由232mm轻质高铝砖和60mm隔热板组成，外罩内侧电热元件安装功率为230kW，电热元件引出端能在扣外罩时和炉台旁的接触器自动闭合通电。工艺要求需在氢气氛中由低于1250℃高温冷却到600～700℃，为了缩短冷却时间和加快外罩的周转，有的在外罩上装设带水冷却器的循环风扇，有的则是除去外罩再扣上水冷却罩。前者外罩结构复杂，外罩数量多；后者外罩数量约可减少10%，但要增加水冷却罩。

图12-80 强对流氢气罩式炉炉型示意图

1—电源 2—可控气氛 3—煤气 4—空气 5—供水 6—排水 7—烟气

图12-81 双垛单层高温罩式电阻炉

1—内罩 2—外罩 3—外罩电热元件 4—炉台电热元件 5—炉台 6—砂封 7—水封 8—水封溢水管 9—外罩进出水管 10—钢卷 11—可控气氛入口 12—外罩排气水封

为了提高炉子的生产能力，也可以每垛放两层钢卷，上层钢卷另外用耐热铸钢支架支承。外罩不宜做成矩形，因角部电热元件受膨胀后易脱落，造成短路损坏。

内罩有平滑表面和波纹表面两种，高温下前者效果较好。炉台上有外罩用的砂封和水封槽以及内罩用的砂封槽，并配置有80kW的电热元件可对钢卷进行端面加热。此外，还有一对导向柱、接可控气氛的管子和电刷式接触器。

炉子所用可控气氛是氢和氮，耗量各为20m³/h，氢中残氧量20×10^-6，氮纯度99.99%。

4.台车式罩式炉

图12-82所示台车式罩式炉供ϕ8～22mm、长4600mm的合金钢棒材在氮基气氛中进行退火处理。炉底面积为4.87×1.28=6.23m²。最大装载量8t，退火温度850℃，炉罩电热元件功率3×105kW，台车电热元件功率105kW。氮基气氛循环流量为570m³/h，消耗量20m³/h。炉罩由两个ϕ200mm、行程2m的液压缸升降，炉罩内衬由粘土质隔热耐火砖和膨胀珍珠岩板组成，炉顶上部装有两台循环风扇以强化炉内气流循环，炉侧另装有一台氮气循环冷却风扇。炉顶上部有三个氮气入口，每个侧墙下方各有五个氮气引出口。氮气引出后，先分别进入两侧的一次冷却器（水冷套式，A=2.58m²），再汇集进入二次冷却器（列管水冷式，A=11.55m²），将可控气氛冷却到50℃以下，然后进入冷却风扇再次鼓入外罩内进行再循环，从而可缩短冷却时间。

图12-82 台车式罩式炉

1—循环风扇 2—氮气入口 3—炉罩 4—电刷接触器 5—台车 6—二次冷却器 7—液压升降缸 8—一次冷却器

炉底用耐火粘土砖砌筑，用以支承五条铸钢托座和炉底的电热元件。棒料成捆放在托座上，中间放上若干层垫块。为提高炉料底部温度，在炉底上配置一组电阻带，三相供电，每相功率35kW，材料为Cr20Ni80，截面尺寸22mm×2mm，单位表面负荷为1.44W/cm²。以电刷接触器方式由车间电源向炉子供电。