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热处理连续淬火炉的生产能力分析

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仁成金属-热处理炉

热处理连续淬火炉生产效率高、热转化效率高、工艺技术参数易于控制、劳动者劳动强度低、产品质量稳定,所以目前许多企业都采用了连续淬火炉生产设备。但是,热处理连续淬火炉是高耗能设备,是影响企业生产成本的重要方面,因此如何在保证质量的前提下使连续淬火炉的生产能力达到最佳状态,是各个生产企业所面临的重要课题。下面以我公司的275kW连续淬火空气炉为例,对连续淬火炉生产能力问题进行分析。


1.连续淬火炉能量转换计算


我公司RL-275型连续淬火炉,采用380V电压,三相电加热Y型接线型式,最高加热温度950℃,加热总功率275kW,三个加热工作区,行走频率为10~50Hz,行走速度2.7mm/Hz.s,炉外形尺寸13000mm×1.70mm×1520mm,炉堂尺寸11700mm×760mm×120mm。


1连续淬火炉的功率是275kW,每小时耗电275kWh1kWh = 3.6×106J,所以淬火炉每小时产生能量为:

275×3.6×106= 9.9×108J


(2)锯片片体的当前温度应当和车间内温度相同,在15~35℃之间,为了便于计算,我们就选择片体温度为25℃。淬火片体升温到840℃淬火,温度升高了840 – 25 = 815℃。

以70Mn钢为例,0~900℃平均比热容为682.45J / Kg·℃。因此每千克70Mn钢材质锯片吸收的热能为:

682.45×(840 – 25)≈5.562×10 5 J /kg


(3)淬火炉的热转化效率:连续淬火炉的最理想的热转化效率是100%,在理想状态下,淬火炉每小时可加工锯片为:

每小时淬火炉产热量÷每千克锯片吸收的热量

=9.9×10 8÷5.562×1051.78×103kg


而连续淬火炉由于炉体本身要吸收并散失热量,淬火炉热利用率不可能达到100%。要提高淬火炉热利用率,就要尽量减少淬火炉炉体吸收热量和热量的散失,因此,在制造淬火炉时采用保温隔热措施好坏,是评价淬火炉质量的重要指标之一。我公司的275kW连续淬火炉的热转化效率为50%左右,那么可利用热量为:

9.9×108×50% = 4.95×108J


淬火炉每小时可加工锯片为:

4.95×108÷5.562×1050.89×103kg


2.连续淬火炉锯片淬火数量计算


以φ340mm×3.1mm规格锯片片体计算,每片锯片重2.2kg,那么淬火炉每小时可在炉内同时加工锯片数量为:

890÷2.2≈404片/h

淬火炉全长11.7m,传送带行走速度为2.7mm/Hz·s,通过调节变频器的频率来调节传送带的传送速度,从而来调节锯片在淬火炉内的加热时间。锯片加热时间可由经验公式来计算:

t=α×K×D 

式中     t——加热时间( min或 s );

     α——加热系数(min/mm或s/mm),碳钢通常取0.9~1.1;

    K——工件装炉条件修正系数,通常取1.0~1.5;

    D——工件有效厚度(mm)。


70Mn材质φ340mm×3.1mm规格锯片加热系数α取1.0,工件装炉条件修正系数K取1.4,锯片厚度为3.1mm,φ340mm×3.1mm规格锯片热处理工艺加热时间为:

t= 1.0×1.4×3.1=4.34= 260.4 ( s)

由于工艺加热时间即为每张锯片在炉内的行走时间,因此,工艺调节频率为:11700÷260.4÷2.7 = 16.6  (Hz)


那么传送带每小时行走距离为:

3600÷260.4×11700=161751 (mm)

每片锯应占用距离为:161751÷404≈400.4 (mm)

400.4mm大于锯片直径φ340mm。

400.4-340=60.4mm

因此锯片之间要间隔最小60.4mm摆放进行淬火加工。


这显然是符合工艺规定要求的,因此RL-275型连续淬火炉加工φ340mm×3.1mm规格锯片基体的最大数量应该是404片。


3.连续淬火炉淬火工艺和产量确定


275kW连续淬火炉φ340mm×3.1mm规格锯片淬火工艺为:

加热时间t = 260.4s;

调节频率为16.6Hz;

锯片采用间隔最小60.4mm距离排列进行加工。

淬火炉的产量为404片/h。


4.结语


从以上计算结果来看,影响连续淬火炉生产效率的因素主要有:淬火炉的热利用效率和机件的进入炉内的装炉速度。如果每小时进入炉内的淬火产品重量超过淬火炉的最大装炉量,淬火产品淬火温度就会降低,达不到淬火温度要求,从而影响产品淬火质量。如果淬火产品装炉速度与淬火炉的最大允许值有较大差距,会降低淬火炉生产效率和淬火炉的热利用率。因此,在保证产品淬火工艺的前提下,使淬火产品装炉速度尽量接近但不能超过淬火炉的最大装炉量为最佳。


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