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摘要 ：常规化热处理生产线是目前应用效果较好的生 产线，其在实际运行过程中能够提高生产线运行效率。而 辊底炉作为生产线的主要使用设备，其设计直接决定最终 热处理生产线运行质量。在此基础上，本文首先分析了常 规化热处理生产线的特点和优势，其次研究了辊底炉设计 结构，并确定了常规化热处理生产线辊底炉设计特点，以 确保辊底炉在常规化热处理生产线中能够高效运行，达到 设计预期效果， 供相关人士参考和借鉴。
关键词 ：常规化热处理,生产线,辊底炉
辊底炉在实际运行过程中，由于热处理要求的差异性，需要不同工件在热处理炉中实施对应的加热保温处 理。通过这种方式满足高温回火以及中温回火等要求，最 终实现优化工件性能。由于热处理技术和工件规格参数的 不同，可以利用连续运行以及摆动等方式，达到相应的热 处理时间。对于辊底炉来说，其设计情况直接决定最终处 理效果，因此，相关人员需要针对辊底炉的设计特点展开 分析， 不断提高其实际运行效率。
1 常规化热处理生产线特点及优势
常规化热处理生产线的制造原理主要是利用电磁感 应发生的交变磁场对元件进行加热。该生产线采用了先进 的控制系统，属于节能型连续热处理设备，能够完成正火 处理和自动淬火等工作，并实现从进炉到出料的全过程控 制。该生产线在实际运行中具有较高的可靠性，并且适用 于大部分环境。生产线采用全自动生产模式，不仅增强了 技术处理过程的稳定性，还减轻了操作人员的工作量和压 力，是完成热处理工作的有效设备。目前，我国的常规化 热处理生产线技术已趋于成熟，并在生产线中安装了红外 线测温装置，该装置能够实现对加热温度的自动控制。操 作人员通过调整装置功率来实现温度控制。在机械传动部 分，通常采用调速电机的安装方法，以便操作人员可以灵 活调整电机的运行速度和功率，利用中心控制系统，完成 统一控制以及操作。此外， 工作人员的操作任务相对简单， 只需完成启动和停止选项， 即可对机电运行进行操作。
常规化热处理生产线的主要优势包括以下几点。 第 一，加热效率高。在常态化热处理生产线中，加热速度最快可以在一秒钟内完成加热，同时工作人员可以根据实际 需求调节加热速度，精确控制加热速度。第二，加热范围 广。常规化热处理生产线可以对各种金属工件进行加热处 理，根据被加热对象形状的不同，可以通过更换感应圈的 方式完成加热处理工作。第三，安装简单。常规化热处理 生产线只需要接通电源，安装感应圈和进出水管，就能够 完成处理装置， 而且体积小。第四， 启动速度较快。在完成 能源供应后，可以立即启动生产线，操作方便简单。操作 人员可以迅速掌握控制方法，并且在实际运行中，常规化 热处理生产线对电能的损耗量较低。第五，加热处理效果 也较好。被加热物体表面在加热完成后，升温速度快，加 热速度快，区域温差小，因此完成退火后的废品数量非常 少。在未来，随着技术水平的提高，常态化热处理生产线 技术将会朝着高效化、快速化和数控化的方向发展。总体 来说，常态化热处理生产线能够控制产品的生产周期，提 供良好的工作环境，并确保产品加工处理的质量。同时， 与传统设备相比，生产线中的感应加热设备可以节省约 2% 的材料，并延长设备的使用寿命。此外，常规化热处理 生产线还解决了过去加工处理中产生的烟尘和烟气问题， 为工作人员提供了良好的工作环境。
可以看出，常规化热处理生产线实现了自动化控制， 同时节省了人力资源和电力资源，减少了被加热物体表面 的氧化概率。作为我国经济体系的基础组成部分，如果能 耗量过高，将严重影响其可持续发展。此外，从热处理行 业自身来看，在生产处理过程中产生的粉尘和二氧化碳数 量较多，对自然环境造成了严重损害。特别是在当前我国 大力倡导节能减排、低碳环保等理念的背景下，仍然采用 传统技术进行热处理已经无法满足当今社会经济发展的 要求。在这种情况下，采用常规化热处理生产线能够有效 解决这一问题，既能够降低能耗量，又能减少环境污染， 有效保护环境。因此，常态化热处理生产线在当今时代具 有非常大的应用优势。
2 辊底炉设计结构
辊底炉主要包括加热炉、淬火器以及风冷装置等。由 于节能环保以及资源等因素的影响，主要通过电加热的方式进行，通常使用两种工件传送方式，本文重点研究辊式 传动结构，辊底炉便采取该种结构。其在实际使用中具有 热效率高以及辊子变形程度小的优点，但是辊底炉的结构 较为复杂。从长远角度出发，辊底炉仍然具有较为明显的 优势， 因此， 其在热处理中得到了广泛运用。
2.1 参数设计
在确定辊底炉温度参数设计的过程中，需要从以下三 个方面进行分析。首先，根据具体的保温时间要求来设计 参数 ;其次，根据对硬度的具体要求情况，在完成热处理 后进行参数设计 ;最后，需要将辊底炉的最高温度控制在 1000℃以下，一旦超过 1000℃, 则需使用更耐热性能的材 料，这将大幅增加辊底炉的设计成本。在设计辊底炉尺寸 阶段，需要考虑产量、使用厂房的实际尺寸、热效率等因 素，并进行全面分析。其中辊底炉内膛高度是一个关键因 素，较高的内膛高度可以帮助检修工作人员及时全面地观 察辊底炉内部情况， 但也会对热效率产生较大影响。此外， 为了保护设备发生堆钢意外的情况下，可以将辊底炉内膛 高度确定为250mm，既能观察辊底炉内部情况，又能提高 热效率， 有效控制设备的总功率， 增强辊底炉的使用性能。
2.2 结构设计
辊底炉的结构设计需遵循以下原则 ：确保满足相应的 工艺要求、运用成熟的技术以及尽量控制设计成本。
在加热炉的结构设计过程中，将加热区划分为 16个区 域，每个区域中包含上下等温辐射区，并且在加热炉内安 装两种类型的辊子。其中慢速辊子的速度为280mm/min， 快速辊子安装在出口端位置。这种设计方式可以帮助工件 在短时间内进入淬火阶段。同时，将加热炉分为三排，顶 部设置平台， 两侧设计观察洞。
在设计回火炉的结构阶段，将加热器分为底部和顶部 两部分，并利用等温辐射和多区控制的方式运行，以确保 炉内温度的均匀性，降低辊底炉壳产生的热损失。回火炉 与加热炉采取单独驱动和单独排料的方式，完成淬火后直 接进入回火炉。
2.3 辊子传动系统设计
辊底炉中的辊子传动系统设计可从以下两个方面入 手。首先，传统系统中的电机利用变频调速电机，以灵活 调整速度。其次，在加热炉中安装两套传动系统，分别为 快速系统和慢速系统 ;在回火炉中安装慢速传动装置。
2.4 电气控制和水电设计
在电气控制设计中，需要安装不同类型的电气控制 柜，包括配电开关柜、回火炉温控柜、淬火温控柜和传动 控制柜等。工业电炉的控制系统必须满足高稳定性、精准 性和安全性的基本要求， 这是设计的基础。在水电设计中，计划总功率为 800千瓦，设备用水量为 150立方米 / 小时。 从整体来看，在辊底炉设计阶段，存在两个设计难点。首 先是辊子的制作，辊底炉的辊子由辊身和辊轴组成，通常 采用辊身热胀的方式安装在辊轴上，以确保辊子的直线度 达到标准，从而使辊底炉能够稳定运行。此外，为了提高 辊子的精度，需要对辊轴进行粗加工处理，然后再进行精 细加工。其次， 制作辊底炉的壳体， 壳体是钢结构件， 焊接 变形是关键问题。为应对这个问题，可以通过控制焊接温 度并采取预变形焊接的方法来确保焊接工作顺利进行。
3 常规化热处理生产线辊底炉设计特点
3.1 热处理操作特点
在常规化热处理状态下，板材温度在900℃~ 950℃之 间，辊底炉温度在920℃~ 970℃之间，辊底炉内的最高温度 控制在 1000℃以内。在加热和保温过程中，常规热处理的加 热时间为 1.4min·mm-1 ～ 1.6min·mm-1.保温时间为 10分钟。 而在回火状态下， 加热时间为2.4min·mm-1 ～ 2.6min·mm-1. 保温时间为20分钟。对于辊底炉中、高温回火热处理，需要 采用连续热处理方式。对于较厚的铝合金材料，可以采用摆 动热处理工艺。
此外，在选择感应加热设备时，为了确保选择的设备 有效性，需要考虑以下几个方面。首先，要充分考虑被加 热工件的形状和大小。如果被加热物体的体积较大，属于 实心材料，就需要选择功率较大的设备。如果是管材且体 积较小，则可以选择功率较小的设备进行加热。其次，要 考虑加热的深度和面积。功率大的设备适用于面积大且需 要深度加热的加工，如果只需局部加热，则可以选择功率 较小的设备。再次，要考虑加热速度的要求。加热速度越 快，所选择的设备功率就需要越高。然后，要根据工艺标 准进行选择。通常在淬火、焊接等工艺中，可以选择功率 较小的设备，而在回火和退火等工艺中，需要选择功率较 大的设备。最后， 要考虑加工材料。对于铸造材料来说， 由 于其熔点较高，要求选择功率较高的设备 ;而对于熔点较 低的材料，则可以选择功率较小的设备。通过充分分析以 上影响因素，能够确保正确选择加热设备，并保证常规热 处理生产线上辊底炉的使用效果。
3.2 钢板入炉设计特点
在辊底炉的实际设计和使用中，需要根据车间布置的 真实情况来安装钢板定位装置和钢板长度测量装置。如果 热处理炉的装料区域能够容纳即将进入炉内的钢板，并且 与前一块钢板之间的距离与设定距离相等，那么在接收到 入炉信号后， 可以打开炉门， 使内外辊道以相同速度运行， 钢板最大速度不得超过20m/min 进入辊底炉。当钢板尾部离开热金属检测器时，应及时关闭辊底炉门，降低辊道运 行速度，按照PLC设置的速度完成运行。钢板的厚度和热 处理制度直接影响了钢板的运行工艺速度。
3.3 辊底炉运行制度特点
在加热铝合金的过程中，铝合金的厚度越大，需要加 热的时间就越长。为了保证在有限的炉长内能够有效加热 不同厚度的铝合金，需要灵活调整辊底炉的运行制度，根 据实际情况进行科学选择。目前辊底炉的运行制度主要包 括两种类型 ：
第一种是连续运行制度，即辊底炉辊道的传送速度始 终保持在0.25m/min ～ 20m/min 的范围内，采用连续运行 制度加热铝合金。根据铝合金的厚度选择运行速度，并将 其作为速度运行的标准。
第二种是摆动运行制度，主要适用于较厚的铝合金， 同时当辊底炉发生意外事故时，操作人员需要通过手动或 自动的方式将辊底炉的运行制度调整为摆动运行。摆动运 行制度下，辊底炉的运行速度通常在 1m/min ～ 3m/min 之间，并根据预定的位置进行摆动运行。由于摆动运行属 于周期性摆动，具有明显的规律性，能够提高辊底炉的受 力均匀性，延长使用寿命，为铝合金热处理工作提供良好 支持。
3.4 供热控制系统设计特点
辊底炉的供热系统将热处理炉分为多个供热段，并单 独控制上下供热，划分为24 个温度控制区域。采用脉冲 数字燃烧控制技术对每个区域进行热处理，以满足不同 热处理制度的要求，实现科学灵活的区域划分。在具体的 辊底炉供热分配中，根据不同材料对加热温度的要求进 行调整。例如，第一段供热区长度为4.6m，上下两部分各 有 8 个辐射管，单个烧嘴的能量为 160kW，各段总能量为 2560kW。第二段供热区长度为 6.1m，上下两部分的辐射管 数量为 10个，单个烧嘴的能量与第一段相同，但各段总能 量为 3200kW。可以看出，辊底炉的各个供热区段长度、辐 射管数量、单个烧嘴的能量以及总能量存在一定的差异， 需要根据实际情况和要求进行灵活调整，以确保对辊底炉 的供热进行有效控制。
3.5 结构密封设计特点
辊底炉在结构设计中采用了密封性的设计方式。在进 口和出口位置设置了密封装置，长度约为 1500mm。密封 装置主要包括密封门、密封帘和气封装置。密封门被分别安装在进口和出口位置，由钢板焊接构件、水冷橡胶密封 和电动升降结构组成。辊底炉门的升降高度约为 500mm。 当辊底炉门关闭后，气动压紧装置完成密封。压紧装置包 含气缸，负责每个辊底门的密封工作。密封帘的主要材料 是耐火纤维布和不锈钢带，通常设置两层密封帘以确保密 封效果。气封装置主要安装在钢板运行线的上部和下部位 置，通过喷嘴喷出氮气，这种方式可以避免气体外溢的问 题。由于辊底炉自身的特点，需要采用轻型炉衬结构。铝 合金运行线的上方采用高纯硅酸铝耐火纤维模块，下方采 用JM 隔热砖，r=0.8.这种设计方式可以增强辊底炉的保 温性能，同时还可以灵活调整温度。在设计炉衬时需要注 意，确保其在氮气保护气氛下使用，其中TiO2 和FeO 的含 量占比应在2% 以下。
3.6 辊底炉设计特点
辊底炉在设计运行阶段采用了多种先进技术。首先是 辐射管加热器技术，辊底炉采用了直套型的辐射管，将空 气与焦炉煤气混合并实现分段燃烧。这个过程中形成了 较长的火焰，确保了辐射管上方位置的温度均匀性。烧嘴 同时安装了自动点火和火焰监测装置。辐射管外管直径为 Φ280mm×10mm， 材质为 Cr28Ni48W5.辐射管沿炉长方向 交错布置。内管采用多节柔性连接的方式。在空气预热器 运行中，空气的预热温度约为 600℃。其次是氮气保护气 氛技术，利用氮气作为保护气体，确保辊底炉的密封性， 并在此基础上对辊底炉内压力进行控制。这种方式能够降 低铝合金氧化和脱碳现象的发生，避免表面划伤和结瘤， 保证铝合金表面处理质量。第三是防故障超温技术，辊底 炉的控温和超温设计属于两个独立的系统，实现了双重保 护，有效解决了主回路故障引起的超温问题，提高了辊底 炉的安全性。
4 结语
综上所述，常化热处理生产线的辊底炉采用了先进科 学技术，能够满足多种材料的热处理要求，实现连续高效 的热处理工作。辊子采用变频电机无级调速设计实现传 动，每个传动辊子都设有准确定位槽， 确保传动的准确性。 这种设计方式具有稳定性强和运行效率高的特点，已经取 得了良好的运行效果。
(作者单位 ：宝武铝业科技有限公司)
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