芯棒淬火的新型热处理设备中变频器的应用

0 引言

攀钢集团成都钢铁有限责任公司四川省冶金机械厂热处理分厂的芯棒淬火设备，是搬迁新建的工程项目，主要为攀成钢公司热处理H13 大芯棒。为了保证芯棒的淬火质量，在对开钟罩式电阻加热炉上采用新型的密封装置和合理的功率配置，保证其炉温的均匀性达到依5益。采用配套的专用起重机及专用排钩夹吊具来吊装芯棒，并采用变频器控制芯棒在入油及在油中淬火时的起升、下降过程，这样保证了芯棒的变形量最小，从而提高了芯棒的热处理质量。

1 芯棒热处理设备的工作原理

1.1 芯棒热处理过程

芯棒热处理过程如图1 所示，依次为起重机在料架小车位置吊装芯棒寅将芯棒放置在钟罩式加热炉内加热寅待加热到一定的温度和时间后由起重机吊装芯棒进入淬火油槽里淬火(淬火过程中起重机及夹吊具夹吊着芯棒不停地上、下运动)寅淬火完成后再由起重机将芯棒装吊到钟罩式加热炉内进行回火处理寅回火完成后由起重机将芯棒吊装到料架小车上等待转运，至此芯棒的热处理过程完成。

1.2 对开钟置式电阻加热炉

采用对开钟罩式电阻加热炉(如图圆所示)替代井式电阻加热炉和气氛热处理炉来热处理H13芯棒。炉罩对开的方式是为了加快芯棒的出炉时间，保证芯棒整体温度的一致性和淬火质量。在对开钟罩式电阻加热炉上还重点解决了炉子密封和电阻功率的合理匹配问题，保证了炉温的均匀性。

在炉罩开启时和运行的过程中气动阀自动打开，当炉罩闭合到位时，气动阀自动关闭，封堵纤维则紧贴炉台侧体，确保罩式炉的密封性。对开钟罩式电阻加热炉炉罩开启、闭合变频器控制如图3 所示。罩式炉的炉体和炉台分布有12 个加热区，对其加热电阻的功率进行合理的功率配置，使三相电阻功率尽量平衡，以保证炉温的均匀性。

1.3 变频控制

为了尽量减少芯棒在热处理过程中的变形，起重机的起升、下降采用如图4 所示的变频器控制，这样可以使芯棒入油时以及在油中不断地起升和下降的运行十分平稳(芯棒在油里的淬火过程中，夹吊具夹持着芯棒在不停地起升和下降)，从而减少冲击，保证芯棒的淬火变形量尽量减少至最低。

1.4 专用的夹吊具

专用的夹吊具采用排钩形式，使芯棒的夹持点增多，并采用液压缸推动的连杆机构，保证排吊钩的同步开合。夹吊具装吊芯棒的动作过程是：在需要装吊芯棒的位置，由PLC 发出指令，液压缸推动9 个排吊钩张开(如图5、图6 所示)，由于特殊设计的排钩结构，可以使夹持芯棒的排吊钩同时张开和闭合，达到快速装炉、出炉的目的，又由于夹持点的增多以及起升、下降的变频控制也使芯棒在入油及油中热处理的过程中运行平稳，将芯棒变形量降至最低。

1.5 芯棒的淬火控制

芯棒的整个淬火过程都由PLC 可编程控制器实现热处理工艺过程的自动控制，也可以手动人工干预。控制过程中罩式炉与起重机设计有连锁保护，在罩式炉未打开炉罩及打开到位时不能把起重机开到炉体位置，以防止夹吊具碰撞炉体造成事故，控制原理见图7、图8 。

2 H13芯棒热处理设备的验收内容在H13 芯棒热处理设备的考核及验收过程中，主要针对如表1 所列项目内容进行确认和验收。

3 结语

自2008 年6 月该H13 芯棒热处理设备验收运行以来，证明新型的钟罩式电阻加热炉完全能够替代井式炉和保护气氛热处理炉，能够满足H13 芯棒的热处理生产的特殊要求。

1)对开钟罩式电阻加热炉中应用了新技术，着重解决了密封性、功率匹配和炉温均匀性，炉温均匀性达到了依5益。

2)专用起重机和夹吊具为对开钟罩式电阻加热炉配套，用于芯棒的装炉、淬火、回火吊装用，具有装炉、出炉快速和操作安全等特点，采用特殊的排吊钩结构可以使芯棒的变形量尽量降低。

3)由于起重机的起升、下降采用了变频控制，这样在芯棒入油时和淬火的过程中可以减少淬火油对芯棒的冲击，同时能满足芯棒热处理工艺参数变化的要求，从而减少芯棒的变形量，提高芯棒的热处理质量。

4)芯棒的热处理过程由PLC 可编程控制器实现工艺过程的自动控制，能够实现起重机及专用的夹吊具与钟罩式电阻加热炉的连锁控制，确保操作安全、动作可靠。