本發(fā)明屬于金屬材料及工件退火工藝的技術(shù)領(lǐng)域，即提供一種利用熱交換技術(shù)的節(jié)能退火工藝及實(shí)施該工藝的對(duì)向斜坡隧道式連續(xù)退火爐。
金屬材料及工件（以下簡稱為工件）進(jìn)行退火熱處理時(shí)，先將其加熱至退火工藝所要求的溫度（以下簡稱為工藝溫度）并保溫一定的時(shí)間，然后再使其冷卻下來。通常由于金屬焓增加值而吸收的熱量就在冷卻過程中耗散掉了，未能得到充分的利用。雖然日本專利如特公昭55-38012、特開昭56-158812和特開昭57-134512等曾報(bào)導(dǎo)過自能利用（或稱熱回收）節(jié)能退火工藝及連續(xù)熱處理爐，但是這些熱處理爐均系采用強(qiáng)制對(duì)流形式進(jìn)行熱交換，有的甚至在兩個(gè)平行爐膛之間進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流熱交換，因而其設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，散熱面積大，動(dòng)力消耗也較大。
本發(fā)明針對(duì)上述專利的缺點(diǎn)，提出了一種利用加熱工件熱焓提高退火爐熱利用率的節(jié)能退火工藝，其特征在于讓退火工件從兩端相向地通過同一個(gè)爐膛，使冷、熱工件之間以自然對(duì)流的方式直接進(jìn)行熱交換。本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)上述節(jié)能退火工藝的對(duì)向斜坡隧道式連續(xù)退火爐，在退火爐爐膛中設(shè)置有對(duì)向（即雙向?qū)ΨQ排列）的兩條斜坡形軌道，并且用若干塊橫向絕熱隔板將爐膛分為中央加熱區(qū)（即均熱區(qū)）和兩側(cè)對(duì)稱的若干個(gè)換熱區(qū)（即熱交換區(qū)），為了減小散熱損失和控制工件在斜坡軌道上的運(yùn)動(dòng)速度在斜坡軌道兩端各設(shè)置了內(nèi)、外兩組密封爐門，其內(nèi)爐門系采用連動(dòng)式雙層結(jié)構(gòu)。斜坡形軌道可采用固定式結(jié)構(gòu)，也可采用履帶式可移動(dòng)結(jié)構(gòu)。退火時(shí)，工件在內(nèi)爐門連動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制下，逐個(gè)（或逐卷）地分別從退火爐兩端斜坡頂部進(jìn)入爐膛內(nèi)，它們在各自的斜坡軌道上依靠其自重（或由履帶傳輸）間歇式前進(jìn)，依序通過兩側(cè)各個(gè)換熱區(qū)，在換熱區(qū)中冷工件被熱工件所放出來的熱量而加熱逐漸升溫，然后進(jìn)入處于爐膛中央部位的加熱區(qū)中，工件在加熱區(qū)由加熱元件加熱最終達(dá)到工藝溫度并保溫一定的時(shí)間（即進(jìn)行退火熱處理），加熱元件可以是電熱絲或硅碳棒，這與已知的退火爐相同。經(jīng)過退火熱處理過的工件繼續(xù)沿斜坡軌道向前運(yùn)動(dòng)進(jìn)入爐膛另一側(cè)的換熱區(qū)內(nèi)，此時(shí)作為熱工件將要放出熱量使迎面而來的冷工件升溫。就是這樣，本發(fā)明所提供的退火爐在其兩側(cè)的換熱區(qū)內(nèi)將退火后的工件冷卻時(shí)所放出的熱能循環(huán)利用起來。由于兩條斜坡軌道是完全對(duì)稱的，故進(jìn)料（冷工件）總是處于爐膛的上方，而出料（熱工件）則總是處于爐膛的下方，當(dāng)用橫向絕熱隔板將中央加熱區(qū)兩側(cè)爐膛分割成若干個(gè)換熱區(qū)（這有利于各換熱區(qū)內(nèi)部溫度均勻）時(shí)，在每個(gè)換熱區(qū)內(nèi)，由于熱流上升、冷氣下降，將形成自然對(duì)流方式的熱交換，這種自然對(duì)流熱交換其結(jié)構(gòu)簡單、效果較佳，因而可以大幅度地節(jié)省能源消耗。以退火溫度600℃為例，20℃（即室溫）的冷工件進(jìn)入換熱區(qū)可升溫至350℃，進(jìn)入中央加熱區(qū)升溫至600℃，然后再進(jìn)入另一側(cè)的換熱區(qū)同冷工件換熱、冷卻至200℃出爐。這樣，退火工件加熱到600℃的熱焓大約有一半以上被留在爐內(nèi)，因而大幅度地減小了退火爐的供入熱。
本發(fā)明所提供的對(duì)向斜坡隧道式退火爐其熱流示意圖如圖1所示。從圖1可以看出：原始工藝有效熱（Qx）等于供入熱（Qg）減去一次散熱（Qs1）再加重?zé)幔≦c），也等于重?zé)峒佣紊幔≦s2）再加工件帶出熱（Qd），即：
Qx＝Qg-Qs1+Qc＝Qc+Qs2+Qd
因此，（1）只要重?zé)岽笥谝淮紊幔瑒t原始工藝有效熱即可大于供入熱;（2）供入熱等于工件帶出熱加一次散熱和二次散熱。原始工藝有效熱系由工件熱容量及其退火工藝制度決定的，在退火爐運(yùn)行過程中可看作為不變量，故只要減小工件帶出熱和改善爐壁絕熱情況，即讓工件在爐膛內(nèi)盡可能多次地進(jìn)行換熱和采用較厚的絕熱性能好的優(yōu)質(zhì)耐火纖維材料制作爐襯，就可以直接減小供入熱，有效地提高退火爐的熱利用率。
本發(fā)明所提供的雙向斜坡隧道式退火爐其實(shí)施例如圖2、圖3所示。圖2系退火爐的縱向剖視圖;圖3為退火爐換熱區(qū)的橫向絕熱隔板安裝示意圖。
圖2和圖3中，（1）為外爐門，它由汽動(dòng)（或液壓）機(jī)構(gòu)推動(dòng);（2）為內(nèi)爐門，它采用連動(dòng)式雙層結(jié)構(gòu)（即一扇門提起時(shí)另一扇門同時(shí)落下）。內(nèi)、外爐門的結(jié)構(gòu)其本身雖是已有技術(shù)，但在雙向斜坡隧道式退火爐中卻具有創(chuàng)造性，采用這種爐門結(jié)構(gòu)，一方面密封隔熱性好（內(nèi)、外兩爐門之間形成一過渡室），另一方面可以使退火工件逐個(gè)（或逐卷）地進(jìn)、出爐膛，即可由退火保溫時(shí)間長短來控制工件的運(yùn)動(dòng)速度。由于兩條斜坡軌道是完全對(duì)稱的，故在圖2中只畫出了一條斜坡軌道兩端的爐門結(jié)構(gòu)。（3）系退火工件（圖中是纏繞在工字輪上的線卷）;（4）為橫向絕熱隔板;（5）是斜坡軌道或履帶;（6）為加熱元件;（7）為爐壁。在圖2的實(shí)施例中，退火爐包含有一個(gè)中央加熱區(qū)（Ⅰ）和兩側(cè)共六個(gè)換熱區(qū)（Ⅱ）。在圖3中，隔板上開有兩個(gè)孔，兩條斜坡軌道分別從孔中穿過，一上一下，上軌道上的工件為冷工件;下軌道上的是熱工件。在兩塊隔板之間所形成的換熱區(qū)內(nèi)，除了兩條斜坡軌道外，可以不加強(qiáng)制對(duì)流裝置（如風(fēng)扇），冷、熱工件之間依靠自然對(duì)流方式（當(dāng)然也包括有輻射傳導(dǎo)）進(jìn)行熱交換。故這種退火爐不僅結(jié)構(gòu)簡單、加工制作較為簡便，而且節(jié)能效果好，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)作業(yè)。它特別適合于纏繞在工字輪上的金屬線材或截面為圓形的工件大批量的退火熱處理。
1、一種利用加熱工件熱焓提高退火爐熱利用率的節(jié)能退火工藝，其特征在于退火工件系從兩端相向地通過同一個(gè)爐膛，使冷、熱工件之間以自然對(duì)流的方式直接進(jìn)行熱交換。
2、一種實(shí)施權(quán)利要求1所述節(jié)能退火工藝的連續(xù)退火爐，它由隧道式爐膛、爐門和加熱元件等所組成，其特征在于：
a、在爐膛內(nèi)設(shè)置有雙向?qū)ΨQ排列的兩條斜坡形軌道，
b、用若干塊橫向絕熱隔板將爐膛分為中央加熱區(qū)和兩側(cè)對(duì)稱的若干個(gè)換熱區(qū)，
c、兩端爐門分為內(nèi)、外兩組，其內(nèi)爐門采用連動(dòng)式雙層結(jié)構(gòu)。
3、按權(quán)利要求2所述的連續(xù)退火爐，其特征在于斜坡形軌道可采用固定式的結(jié)構(gòu)，也可采用履帶式的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)。