二、铝棒扁錠均热炉
常用加热均匀化炉装机形式及主要用途

2、退火炉介绍及关键技术
    在铝卷板带箔的加工中，为消除冷加工硬化以便继续轧制和深加工、为控制产品状态和机械性能、为除去轧制油和提高产品质量，需进行多次中间退火或成品退火。因此，铝卷板箔材退火炉在各铝加工业得到了广泛应用，同时，也促使了退火炉的技术不断改进和发展。
    在81年，原安中厂受航空部委托，与航空规划设计研究院合作共同为101厂研制军工设备----大型铝材退火炉，在消化吸收美国“LINGEBG”公司退火炉和装卸料车的技术基础上，成功地开发了20吨、40吨铝卷板材退火炉。随后，该大型热处理炉先后在西南铝、南平铝厂、渤海铝业公司等得到广泛推广。近三十年来，我们始终遵循“高起点、高标准、新技术”，并逐步形成了退火炉的系列化和多样化，为用户提供了可充分选择的宽阔空间。现将退火炉的常用炉型及部分关键技术的应用情况简单概述如下：
2.1退火炉的常用炉型及应用特点
①顶装轴流风机式，广泛应用于卷状铝材的中间或成品退火。
②侧装轴流风机式，多适用于铝板垛料的退火处理。
③顶装离心风机式，循环风机采用高压大流量离心风机，导流板上均布可调节大小的风口，循环气流通过风口时形成～40m/s速度，对铝材进行高速喷射循环加热，可极大缩短热处理工艺周期。通用于铝卷或板垛料退火处理。
④静压箱式，为扩大用户能源使用范围，在成功开发了直燃式燃油或燃气的铝棒、铝锭加热均匀化炉后，进一步开发能保证炉膛内无尘气氛的间接燃烧的退火炉和时效炉，一种是采用带辐射管的燃烧机，但热效率较低，二是吸收德国技术，采用静压箱式。
2.2退火炉关键技术介绍及改进、应用和发展
  2.2.1炉温均匀性的保证及提高措施
  退火炉常采用电加热或燃气、燃油进行间接加热，通过大风量轴流风机或离心风机进行炉气循环，并以科学、合理的导流结构和控温装置等，实现炉子的快速、均匀加热和保温，确保炉温均匀性。
决定炉温均匀性有两个方面的因素:
    一是炉子本身结构，包括：恰当地选用循环方式和导流结构、炉子的密封性、加热器的合理布置、保温材料的选用等。
     二是控温装置，包括控温方式、控温仪表、热电偶等精度等级等。
我公司退火炉在保证和提高炉温均匀性方面的措施：
a.循环方式
    根据不同的材料规格、形状、能源种类科学选用合理的炉型。
b.导流结构
科学地划分加热及导流区域，并通过增设导流板、导流狐板、导流片、调节风板、导流进出风口的大小和位置，可保证炉膛内循环气流的均匀分布且无循环死角。
C.炉门等密封结构
    退火炉密封性的优劣。将直接影响炉温均匀性和设备热效率。采用方式有：
① 炉门密封结构
采用4支气缸将炉门密封刀压紧在密封条上。
通常的退火炉中，密封件为一道酸硅铝纤维绳编制带。
在负压或保护气氛退火炉上，需采用双道密封结构，一道在内层，仍用硅酸铝纤维编制带，起到隔离高温；另一道用软硅橡胶密封条，隔离炉气，以达到较高的密封效果。
②炉体密封，炉体为钢结构件，焊接成气密性焊缝。
③风机、加热器、热电偶引出端处，均采取相应的密封措施。
d.加热器布置
加热器应均布在炉膛各风道内，如顶装风机的炉子，所用的顶装卡口式加热器一般在每个控制区的左右风道内各布置6支；侧装风机的炉子，所用的框架式加热器在上下风道内各布置3套。
e.保温层结构及材质
    实践证明，工业炉的热损及炉温均匀性，受炉体的保温性影响因素非常大，保温性越好，能大大降低能耗损失，同时可提高炉温均匀性。
常用退火炉比较经济的保温层结构为：内层用40mm厚硅酸铝纤维毡。外层用220mm厚岩棉板，此种结构能保证炉壁温升≤30℃，
改进型的保温层结构为：内层用80mm厚硅酸铝纤维或毯，外层用220mm厚岩棉板，并在内外层之间敷设一层隔热铝箔，能使炉子保温性较大提高，保证炉壁温升≤20℃，同时为减少拉杆热传导，采用破断式间接拉杆方式。
f.电控装置
    控制装置因目前技术发展较快、并且比较成熟，能适应均匀性的要求，但通常采用两种控温方式（以二区电加热控温为例）：
① PLC控温：通常采用的PLC有
西门子S7-300及以上的PLC，四输出道道的控温模块FM355，精度0.18％
欧姆龙2000HG，单回路TJ002控制单元，精度等级0.5％
   控制原理
   在PLC上叠加控温模块及相应软件包，通过编程及I/O接口进行A/D转换、滤波、设定值比较、进行PID运算、输出比率，以控制调节器。
炉子电控结构特点
本方式采用西门子公司的S7-300PLC为控制核心，通过叠加功能模块及配备操作面板、打印机等，可实现设备的逻辑控制、温度控制、炉子运行状况显示及记录数据的打印等。
（a）温度控制通过PLC叠加FM355S控温模块及软件包进行。每区设置1台超温报警仪。同时，为防止不可预见的事故，报警仪表兼备有控温功能，可作到PLC控温和报警表控温互为备用，一旦炉子在工作中PLC出现故障，操作工可扳动转换开关，通过报警表的控温输出完成本炉次的退火，大大提高了工作可靠性。
(b) OP27或TP270操作面板或触摸屏作为人机操作界面，可完成工艺参数的编制、修改、下载等，还可以进行工艺曲线显示和故障点指示及配设A3彩喷打印机打印数据曲线等，操作人员通过它可清楚地观察到炉子工作周期中的各个阶段、炉子的运行状况、故障发生的位置等。
（c）通过编程，PLC的数字单元可实现对炉子的炉门、风机、加热器、排烟换气、水路气路系统以及装卸车的运行、装卸料等进行逻辑控制，以提高设备的自动化程度。
（d）控制系统中还有完善的连锁、报警装置，如冷却水断水报警、压缩空气欠压报警、炉门越限报警、烟气浓度报警等，并有声光提示。同时风机、加热器、炉门、装卸车之间有安全连锁功能，使得整个炉子控制方便，可靠性高，安全性好。
②仪表控温，
    通常采用的控温仪表有
英国欧陆公司的818P、904P，精度0.25％；906D,精度0.1％
日本岛电公司FP23、SR25等，精度0.1％
  炉子电控结构特点
(a) 控温部分以英国欧陆原装904P智能控温仪为核心,辅以可控硅、热电偶、触发模块等组成独立的高可靠性“恆定值闭环系统控温、CYC周波式调功、PID自整定的控温方式”，可实现多次转定温控制、提高热效率。
(b) 记录部分通过ER系列或无纸记录仪进行实时记录。
(c) 超温报警：每区采用一台日本原装FP93报警表，一旦出现炉气超温，将自动切断加热器电源，保证铝材及设备不受损失。
(d) 采用小型PLC实现对设备各动作部分的逻辑控制，即由PLC的数字单元执行装卸车动作、退火炉的炉门、循环风机、加热器、水路气路系统等的自动逻辑控制，并具有手动操作功能，方便设备维修保养。
(e) 其余电器功能与方案一基本相同。
2．2．2提高铝材表面质量的工艺及设备装机形式
常用退火炉，在合理的退火工艺制度下，一般均能保证铝材表面质量。但随着技术的发展，越来越多的新工艺被采用，包括：
① 保护气氛退火
    能保证铝卷铝箔材等退火冷却过程中表面不被氧化，常用保护气氛为氮气。设备配套制氮及纯化装置、输送管道、阀件、氧分析仪及响应控制装置。装料后，一般先静态吹洗0.5h,预热到一定温度后吹洗1h，然后再进行退火处理。
② 负压除油退火
    为保证铝板卷材在退火中将轧制油除凈，以免铝材表面出现油斑，可采用负压除油工艺。设备通过抽负压装置，将炉膛内压力根据工艺需要分多次抽到低于外界压力5000～20000pa，可使轧制油在炉内的分压永远不会饱和，从而加速轧制油的挥发，并能缩短退火炉工艺周期。
③正压除油退火：在充入保护气氛如氮气等条件下，使炉内维持正压以置换油气。
④冷却方式
选择合理的冷却方式，一方面满足工艺制度的要求，保证铝材质量，另一方面可节约设备投入费用。常用的冷却形式有：
a.炉外冷却
    铝材退火后，为提高生产率、以便继续热炉装料，可采用炉外冷却。这种方式多用于铝卷材中间退火或特殊工艺要求的材料。设备形式有2中，炉外自然冷却和炉外风冷室冷却。
b. 炉内冷却
   对工艺制度有冷却速度要求的，如箔材退火，可在炉内进行冷却，且对冷却速度可调节。常用形式有3种：
   一是随炉自然冷却，冷却速度由炉子本身的保温性决定，一般在5～20℃/h。
   二是随炉强制换气冷却，即利用炉子的排烟换气系统，将炉外凉空气送入炉内，并将炉内热气排除炉，且循环进行。根据设计的进排气风量，可在10～200℃/h范围内粗调节。
   三是随炉强制循环冷却，即利用喷射冷却反馈技术，对流量、压力、温度的反馈控制达到控制冷却速度。常采用旁路冷却室，该方式使铝材在冷却过程中，炉气不与外界气体交换。通过变频调节技术，可精确地控制冷却速度，一般在5～50℃/h内无级调节，可广泛适用于箔材以防止表面不起皱皮。也适用于带气氛保护的退火炉。
   2.2.3提高设备生产率及节能措施
    随着企业生产的需要，既合理利用炉子空间，最大限度地发挥炉子的热处理能力，还需提高设备的生产率、节约能耗。一般采用的有效方式为： 
① 缩短退火工艺周期
    分别在加热段设计合理的安装功率、在除油段采用负压或正压工艺、利用温差加热方式缩短保护时间、提高循环风速以增加热交换次数的喷射加热、合理的冷却方式等，均能达到热处理周期缩短的目的。
② 提高装卸料速度
    我公司与航设院在89年开发研制的专利技术---三维复合装卸料车，能使设备装卸料速度提高近2倍多，该料车对炉群、储料台、炉外冷却室等之间相互转换，可实现生产线的全自动化操作，而且该车具有自动寻址功能，高精度对轨定位（双定位系统），变频调速、防惯性功能和炉群之间的相互通讯等，目前，装卸料车的形式有：
        二维装卸料车---常用于单台炉子的装卸料
        三维复合装卸料车---用于炉群或单炉与储料台之间的快速装卸料。
        可逆复合装卸料车---能实现对面布置的两排炉群之间的快速装卸料。
    以上装卸车的特点有：炉外停放，不参与加热冷却，热炉状态下自动装卸料，一车多用，异地操作，运行平稳可靠，易于实现炉群的无人化操作和上位计算机监控管理。
③ 油烟过滤及进气预热
    在排油烟管道出口，设置一套AF型油烟过滤器，能将炉子排出的烟气中微小颗粒状油雾利用离心力将附在高速旋转的过滤材料上以聚成较大颗粒并分离出来，过滤效率大于95％。同时利用该过滤器的前端换热装置，预热进入炉内的空气，既节约了能耗，又保护了环境。
④ 变频技术的广泛应用
    目前，变频技术和变频器非常成熟，在炉子上广泛采用对风机变频调节，作为一项新工艺和节能技术以其工艺保障性优、调节范围大、可靠性高等特点，可进一步完善和保证炉子工艺性能、节约能源。我公司退火炉上对风机采用了变频调节的有:
  循环用轴流风机或离心风机变频调节可保证热工制度并节能；
  冷却风机变频调节可实现精确地调节冷却速度；
  进气吹洗风机变频调节可保证吹洗量及时间；
  排烟负压风机变频调节可保证负压值及排烟量；
  装卸车电机变频调节可提高定位精度、惯性小。
2.2.4上位计算机系统的监控管理
   根据设备装机水平的要求，可配上位计算机监控管理系统，能实现炉群及生产线的监控、管理和无人化操作
上位计算机具有以下功能：
   生产过程监视，一人能操作多台炉子；
   工艺参数及温控曲线的修改、编制、下载等。使用方便；
   故障诊断、报警及记录，便于维修；
   退火材料原始数据录入，保证工艺要求；
   统计报表及生产数据跟踪打印。易于管理；
   组网及远程通讯，实现信息化。

编后语：
    因本人对热处理设备的掌握及处理工艺的了解水平有限。以上介绍的内容难免有疏漏和错误之处，欢迎各位朋友热情指正，以使我们共同关心的热处理设备不断完善和发展。