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热处理电阻炉的节能减排

文档作者：吴光治吴越袁蓉张春华文档来源：南京摄炉(集团)有限公司		点击数：	更新时间： 2021年03月01日
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热处理电阻炉的节能减排
吴光治，吴越，袁蓉，张春华
(南京摄炉(集团)有限公司，江苏南京 210033)
摘要：简要回顾了我国热处理行业的节能减排状况。介绍了电阻炉电耗的计算。探讨了间歇式作业电阻
炉和连续式作业电阻炉生产线的节能措施以及电阻炉电气与自动化控制的改进。此外，还介绍了
新型节能炉衬的应用，提出了电阻加热装置节能减排的技术途径和合同能源管理。
关键词：电阻炉；节能减排；电气与自动化控制；节能炉衬；合同能源管理
中图分类号：TG155．1 1 文献标识码：A 文章编号：1008—1690(2015)01—0001—10
Energy Saving and Reduction in Pollutant Discharge
of Electric Resistance Furnace for Heat Treatment
WU Guangzhi，W U Yue，YUAN Rong，ZHANG Chunhua
(Nanjing Shelu(Group)Co．，Ltd．，Nanjing 210033，Jiangsu China)
Abstract：The situation of both energy saving and reduction in pollutant discharge in heat treatment indust~ of
China was briefly reviewed． Calculation of energy consumption of electric resistance furnaces was introduced．
Energy—saving measures of batch electric resistance furnaces and continuous electric resistance furnace production
line as well as an improvement upon electric and automatic controls of electric resistance furnaces were discussed．
In addition， the applications of new type of linings were introduced， and technical ways to save energy for
resistance heating devices and contract energy management were put forward．
Key words：electric resistance furnace；energy saving and reduction in pollutant discharge；electric and automatic
controls；energy-saving lining；contract energy management
U 刖吾
在装备制造业，热处理是耗能大户，热处理用电
通常要占企业总用电量的25％ ～30％ ，工具、轴承
等行业则占60％左右。目前，全国热处理行业工业
电热装置(以75 kW 为一标准台计算)约有15万
台，总装机容量约为1100万kW，年生产能力近
4500万t，年实际生产能力约为1350万t，总耗电量
约100亿kW ·h。热处理工业电热装置的能耗约
占制造业总能耗的1／4～1／3。在上世纪70年代，
欧洲国家的热处理单位能耗在400 kW ·h／t以下，
日本在300 kW ·h／t以下，而我国同期的热处理能
耗是1200～1300 kW ·h／t，到“十一五”期末降至
600 kW ·h／t左右。虽然已经有了很大的进步，但
仍高于上世纪70年代的世界先进水平 。
我国是一个能源短缺的国家，所以热处理电阻
炉的节能对我国装备制造业的节能降耗意义重大。
我国热处理行业的能源利用率低下，究其原因，首先
是电阻炉设备陈旧，炉龄达30～40年的箱式、井
式、盐炉(俗称老三炉)还有不少，炉衬蓄热量大，炉
壁温升高，散热损失大，保温性能差。其次是工艺保
守，沿袭传统热处理工艺的电阻炉约占90％ 以上，
设备管理落后，负载率和利用率低。高效、优质、低
污染、环保型的控制气氛炉、真空炉等约占电阻加热
炉总数的5％不到。而发达国家对热处理工艺过程
的控制已向自动化、智能化和柔性化的方向发展，而
我国的生产效率比较低下，如美国的生产效率为我
国的26倍左右，我国的设备利用率和负荷率不到
收稿日期：2014．01—20
作者简介：吴光治(1951一)，男，江苏常州人，高级工程师，硕士，南京摄炉(集团)有限公司董事长、总经理，主
要从事节能环保新型热处理设备的研究、开发，发表论文50多篇，出版专著3本。联系电话：025．
85763838 85761318，E—mail：njwgz@ 163．com yuan19731005@ 163．corn
《热处理》 2015年第30卷第1期 ·1·
30％ ，能耗却比美国高出40％ ，热处理对环境的污
染也十分严重。鉴于热处理生产的特点，其设备和
工艺材料在生产过程中会造成环境污染。尤其是陈
旧的设备和工艺材料所产生的“三废”，主要的污染
形式有空气污染、水污染、固体废弃物污染、辐射污
染和噪声污染等。据不完全统计，全行业每年大约
有5000 t淬火油由于蒸发或局部燃烧，产生对人体
有害的C⋯H (碳氢化合物)、CO及烟尘等；大约有
近万t的废淬火油因排放不当而污染江河湖海；每
年盐浴炉要生成盐蒸气7000多t和近万t有害废
渣；燃煤加热炉要排放21．5万t SO、8．5万t灰分；
喷丸(砂)要产生SiO，和有害粉尘1万多t。近年
来，由于热处理厂点的改制和市政动迁，污染正逐步
从中心城区向郊区农村蔓延 。 。
热处理能耗高、污染环境严重，加强热处理的节
能减排已成为行业实现绿色发展和可持续发展的当
务之急
1 热处理电阻炉的电耗
热处理电阻炉的电耗与工艺要求、炉型结构、
产批量以及工件材质等因素有关，通常要结合具体
的热处理工艺进行综合考虑。
1．1 热处理的工艺电耗定额与综合工艺电耗定额
的计算(GB／T 17358)
以标准热处理工艺电耗为基准，根据各种热处
理工艺的特点及实施条件，结合有关统计数据米汁
算各种热处理工艺的电耗：
N =N K1·K2‘K3· · 5 (1)
式中：N．为某种热处理工艺的电耗定额，kW ·h／kg；
为标准工艺电耗，为0．300 kW ·h／kg；K 为折算
工艺系数，按表l确定；K2为加热方式系数，按表2
确定；K3为生产方式系数，按表3确定；K 为L 什材
料系数，按表4确定；K5为装载系数，按表5确定
表1 常用热处理工艺的折算系数
Table 1 Reduction factors( )for commonly used heat treatment processes
表2 加热方式系数
Table 2 Correction coeficients(K2)for heating
in diferent types of furnace
加热方式周期炉连续炉气氛炉真空炉浴炉 流态炉
系数 1．0 0．9 1．1 1．6 2．0 1．6
表3 生产方式系数
Table 3 Correction coeficients(K3)for different
production modes
注：按一般生产习惯浴炉不加炉盖。
表4 工件材料系数
Table 4 Correction coeficients( )for diferent workpiece materials
装载方式 <30％额定装载量 30％～50％额定装载量 50％～80％额定装载量 >80％额定装载埘
系数 1．6 1．4 1．2 0
注：感应淬火按K ：l计算。
· 2· 《热处理》 2015年第30卷第1期
1．2 热处理综合工艺电耗定额的计算
有多种热处理工艺的车间，其综合工艺电耗定
额按下式计算：
N=Nl Tl+，V2 +⋯ +Ⅳ (2)
式中：』)、r为热处理综合工艺电耗定额，kW ·h／kg；
Ⅳ，，Ⅳ2，⋯ ，Ⅳ 为各种热处理工艺的电耗定额，kW ·
h／kg；T。， ，⋯ ，r， 为各种热处理工艺的合格热处
理件质量占总合格处理件质量的百分比。
1．3 电阻加热装置用电可比单耗分类
根据热处理产品和工艺的不同，按相关规定将
生产的合格产品折算成可比标准产品，计算出实际
生产耗电量与产品折合质量的比值：
bk=W／M2 (3)
式中：6 为测试期内热处理炉可比单耗，kW ·h／t；
为测试期内热处理炉总耗电量，kW ·h；M 为测
试期内合格热处理件总折合质量，t。M 按下式计
算：
= Σm K。· 。Ks (4)
式中： i为热处理炉处理的各种合格件的质量，t；
为产品(工件)单件质量折算系数，按表6确定；
为产品(工件)类别质量折算系数，按表7确定；
为热处理温度折算系数，按表8确定；K4为热处
理工艺折算系数，按表9确定。
电阻加热装置的可比单耗分类见表10～
表14。
表6 产品(工件)单件质量折算系数
Table 6 Mass reduction factors(K )for single
workpiece
表7 产品(工件)类别质量折算系数
Table 7 Mass reduction factors( )for diferent
classes of workpiece
表8 热处理温度折算系数
Table 8 Reduction factors( )for diferent heat treatment temperatures
热处理工艺渗碳渗氮 盐浴铝合金淬火钢材淬火
。
2．0 1．5 1．2 1．1 1．7 1．3 1．0
表10 密封箱式炉可比单耗分类(JB／T 50182)
Table 1 0 Classification of comparable specific energy consumption for sealed—box furnace(JB／T 501 82)
表11 电热浴炉可比单耗分类(JB／T 50164)
Table 1 1 Classification of comparable specific energy consumption for electrically heated bath furnace(JB／T 501 64)
《热处理》 2015年第30卷第1期
表12 传送式、振底式、推送式、滚筒式电阻炉可比单耗分类(JB／T 50183)
Table 1 2 Classification of comparable specific energy consumption for conveyor-，shaker‘hearth-，push。and
rotary—retort-type furnaces(JB／T 501 83)
表13 台车炉可比单耗分类(JB／T 50162)
Table 1 3 Classification of comparable specific energy consumption for box-type and car-bottom furnaces(JB／T 501 62)
表14 井式电阻炉可比单耗分类(JB／T 50163)
Table 1 4 Classification of comparable specific energy consumption for pit furnace(JB／T 501 63)
据称，间歇作业电阻炉与进口的连续作业电阻 主要有两大方面的改进：一是炉衬材料质量特性的
加热热处理生产线相比较，可比单耗要高10％～ 提高；二是炉衬设计的改进。
50％。然而近十多年来，我国的热处理装备制造厂 2．1．1 炉衬的一般结构
通过科技创新与自主研发，生产了许多比较先进的 通常，炉温低于300 c(=时，炉衬为钢板夹层中填
间歇作业电阻炉和连续作业电阻加热热处理生产 充保温材料；当炉温达700 oC时，炉衬耐火层可用轻
线，可比单耗都降低了。网带炉，铸造链板传送带 质黏土砖，在耐火层与炉壳之间填充保温材料(如
式、辊底式及多排推送式炉热处理生产线，其综合能 膨胀蛭石粉)；当炉温为700～1000 时，小、中型
耗水平与国外先进水平的差距正在逐步缩小。 炉子采用轻质黏土砖作耐火层，硅藻土砖外加蛭石
2间歇作业电阻炉的节能措施 篓 茔蕊 善 求30较0％ s,J耐-,~火p
热处理电阻炉按作业方式可分为间歇式作业炉 壁由高铝砖、轻质黏土砖和保温材料3层组成。电
和连续式作业炉两大类。常见的普通间歇式电阻炉 热元件的搁砖常用高铝质砖。中、高温炉的保温层
主要有箱式炉、井式炉、浴炉和流态炉等，其品种规 与炉壳之间常有一层5～10 mm厚的石棉板。
格最多。间歇作业电阻炉的节能措施主要是采用节 2．1．2 节能炉衬的设计
能炉衬和改进炉体结构。 所谓最佳炉衬都是在一定条件下的，当条件变
2．1 炉衬设计改进 化时，就不一定是最佳结构的炉衬。例如，当加热周
箱式炉，也包括其他类型的炉子的炉衬，近年来 期短(单班生产)时，可以优先考虑全纤维炉衬；若
· 4‘ 《热处理》 2015年第3O卷第1期
加热周期特别短，可以考虑贴面法；当加热周期较
长，一些连续式炉选用复合炉衬更佳。
2．1．3 节能炉衬的优化组合
在考虑电炉的节能问题时，不仅要注意节能炉
衬的优化设计，还应重视节能炉衬的优化组合，即应
针对不同部位炉衬的服役条件，分别选用不同结构
的节能炉衬，从而保证炉子长期、可靠地运行，获得
预期的节能效果和经济效益。下面以中温箱式电阻
炉为例来说明。
(1)侧墙。箱式炉侧墙承受自身和炉顶的重量
及炉顶热胀产生的旁推力，还要安装电热元件，因此
虽然纤维炉衬的热工性能优异，但强度低、承载能力
小、重烧收缩量大、电热元件悬挂困难，所以除非采
取必要措施，一般不宜选用纤维炉衬作侧墙。
如果采用内贴耐火纤维的复合炉衬加长搁砖的
结构，经传热计算(从略)，其效果也不理想。由于
搁砖与纤维性能差异极大，这种结构将会造成严重
的热短路，使内贴纤维复合炉衬的优点丧失，与不放
长搁砖的同样贴纤维复合炉衬相比，热流增加了
34％ ，蓄热量增加了76．6％ ，界面温度与炉壳温度
也明显上升。所以对侧墙而言，应该选用改良炉衬
(厚113 mm的超轻质砖加上厚227 mm的膨胀蛭
石)或外贴复合炉衬。
(2)后墙。后墙结构较简单，承载比侧墙轻，为
了保证炉体的刚度和强度，应与侧墙砌为一体，即墙
角砖缝要咬合。因此，一般情况下，后墙不能用纤维
结构，否则极易倒塌。根据分析计算，后墙宜选用内
贴复合结构，即将纤维毡贴在炉膛内壁。
(3)拱顶。拱顶承受的载荷不大，其重量压在
侧墙和后墙上。对拱顶的要求是，良好的热工性能、
质量轻、受热后产生的旁推力小、便于制作等。砖砌
拱顶不能满足这些要求，叠砌式带穿针的纤维毡拱
顶是一种较理想的柔性构件，不仅重量轻、制作方
便，尤为可贵的是受热后产生的旁推力可以通过拱
弧变形及纤维材料的挤压变形得到松弛，最终使加
在侧墙上的旁推力大大削弱。如果在这种结构的炉
顶保温层上留出适量的空气夹层，以便拱弧自由胀
缩，则更有利于减轻拱弧产生的旁推力。
综上所述，对中温箱式电炉采用改良炉衬(侧
墙)+内贴复合炉衬(后墙)+纤维炉衬(拱顶)的优
化组合方案，不仅有利于发挥不同结构炉衬的优点，
而且有利于节能和延长炉子的使用寿命。
当然，在确定优化组合方案时，还要考虑筑炉材
料的质量和成本，以及用户的筑炉经验和技术水平，
不能一概而论。
通常，热处理炉大体上由炉体，电源系统，测、控
温系统及相应的附属设备或装置构成。炉体的形状
特点是划分炉子类别的依据之一。普通箱式炉结构
简单、通用性大，数十年来经过多次改进，逐渐克服
了体积庞大、结构笨重、密封性差、炉温均匀度差、热
损失大、机械化程度低、劳动强度大、工件氧化脱碳
严重等缺点。就箱式炉的发展看，除了在炉衬、炉体
结构等方面有大的改进外，控制气氛化是它的重要
发展方向。
2．2 炉体结构改进
为改善热处理炉的质量特性，近年来在炉体结
构方面有以下变化和发展。
(1)炉子外形。在可能情况下，为减少炉壳表
面散热，炉壳由方形截面改为圆形截面，表面积可减
少10％～ 15％ 。
(2)炉膛尺寸。在电阻丝布置允许的条件下，尽
量降低炉膛高度，以缩短空炉升温时间和提高工件
加热速度。如原45 kW 箱式炉炉膛高度为500 mm，
现已减为400 mm。
(3)加强炉子密封。原有热处理炉的炉门、炉
盖和热电偶及电热元件引出孔等处的密封性不够
好，在这些部位容易产生漏热。据测定，一个10 cm
的小孔，每小时侵入炉内的空气可高达10 m 。通
常，一个1 cm。小孑L的热损失比炉壳表面热损失大
50倍左右，孔愈大愈严重。因此，须采取措施加强
炉子的密封，并注意减少炉口变形。
(4)采用空气保温夹层。由于空气的导热系数
小，大大低于目前最好的保温材料，以及在密闭条件
下有较大的热惰性等特点，在炉子的前后墙和侧墙
采用双金属炉壳空气保温夹层，夹层厚度为63 mm
左右，改造后可获得良好的节能效果。
3 连续作业电阻炉生产线的节能措
施
连续作业电阻加热装置生产线是近代发展较
快、应用日益增多的热处理设备，尤其是连续作业式
控制气氛炉，其中应用最多的是连续式气体渗碳炉。
30年多来，围绕提高产品质量和生产率，降低处理
成本、节能环保，连续作业式控制气氛炉发生了根本
性的变革，主要表现在以下方面。
(1)采用新材料。不断开发并应用优质耐火材
《热处理》 2015年第30卷第1期 ·5‘
料、保温材料、炉内耐热材料、电热体材料等，使相应
的附属装置及元器件更为先进。
(2)改善结构。在炉体结构、砌体结构、密封结
构等方面有重大改进，如砖和纤维组合的层状绝热
结构、高密度耐火纤维真空成形结构等。在炉体外形
上，为减少散热，炉壳由方形截面改为圆形截面等。
(3)采用氮基气氛。大量采用富有且价廉的氮
基气氛代替吸热式气氛；炉顶配置气体发生装置，采
用将发生气体不经冷却直接送人炉内的方式或直生
式气氛。
(4)采用先进可靠的传感器、仪表和控制技术。
普及氧探头高精度自动控制技术、应用和开发计算
机控制技术。
(5)重视辅助设备改进。配置预加热脱脂炉代
替传统的三氯乙烯清洗；注意排气回收，作为辅助热
源加以利用或送回气体发生装置内，经调整后再作
炉内气氛使用等。
(6)自动化程度不断提高以及柔性生产线得到
发展。连续作业式可控气氛热处理炉的发展，要在
保证热处理工件高质量的前提下，提高性能、节能减
排和降低成本，向高生产率发展；不断改造和完善连
续式热处理炉的结构，采用优质炉用材料，合理减轻
构件质量；充分利用余热，降低能耗，发展节能减排
炉种；采用先进的智能化测控技术，如各加热区巡回
控制，采用触摸屏PLC模块，碳控仪(包括氧探头和
氢探头)进行气氛精密控制，同时注重远程监控与
网络故障自诊断技术及应用云计算技术，使连续电
阻加热装置生产线不断升级，节能减排，智能化精密
化，实现绿色发展。
4 电阻加热装置电气及自动化控制的
改进
随着计算机及其应用技术的迅猛发展，将开发
的计算机软件与电阻加热装置相结合，使热处理装
备自动化和智能化，减少人为因素影响，降低人工成
本，提高产品质量。国外一些著名的热处理设备制
造商(如德国的IPSEN公司等)，经过十多年的研
发，于上世纪90年代中期将计算机技术应用于密封
箱式炉，推出了智能化的热处理设备。我国也在努
力进行相关的软件研发，并取得了一定的成果。以
下以NS88—900系列滴注式气氛密封箱式炉和微机
控制密封箱式炉机组为例，简要介绍它的特色。密
封箱式炉机组的生产柔性大，可以单列或双列组合
布置，以适应不同工艺和生产率的需要。对于同一
炉次，在炉内不同位置放置的工件，以及不同炉次所
处理的工件质量(包括硬度、畸变、渗层、淬硬层等)
的分散度是一台热处理设备性能的重要标志。美国
2020年的热处理就有热处理质量分散度达到零的
目标。为此，要求对热处理炉的测量控制精确度，有
效加热区的温度均匀度，生产节拍的稳定性和加热
及冷却介质、炉气碳势、工件碳浓度梯度等实施严格
的限定。图1为NS88—900系列密封箱式炉机组的
计算机控制系统的原理图。多用炉机组的微机控制
系统由管理微机、控制微机及程控执行系统所组成，
分别完成参数管理、气氛控制及动作执行等功能。
三大系统通过通讯线路及协议软件构成一个完整的
系统，从而实现密封箱式炉机组的智能化控制。
图1 NS88‘900系列密封箱式炉机组计算机
控制系统原理图
Fig．1 Schematic diagram of microcomputer control system for
sealed box--type furnace assembly of the NS88—-900 series
众所周知，计算机能解决热处理生产过程中的
许多问题。在该密封箱式炉机组中，全中文界面的
计算机控制系统，可以进行工艺程序和工艺参数的
优化、工艺的制定、编辑及存储调用以及过程的模拟
和控制；可以对炉子进行监控，实现密封箱式炉的群
控，实现人机对话，确保炉子的正常运行；可对各种
数据记录和分析，保证热处理质量；可以实现密封箱
式炉机组的自动化操作，并设有故障报警、记录和故
障点指示等功能。
密封箱式炉机组的温度控制含有“专家”PID调
节，采用调功控制模式，可对加热炉温度、淬火油温
度、回火炉温度、清洗液温度等进行精确的实时控
制，其中以加热炉温度控制尤为重要 加热炉温度
的控制要精确，控制点能够代表工件的加热温度
· 6‘ 《热处理》 201 5年第30卷第1期
温度控制的准确性将会直接影响工件渗碳的质
量，如果渗碳温度-4-10℃ 波动，将导致气氛碳势±
0．07％C变化。温度波动愈小，碳势的变化愈小，所
以提高温度控制的精度，可以减小气氛碳势的波动，
从而保证零件的渗碳质量。
用红外仪和氧探头作为传感器进行多元控制，
对气氛碳势、渗碳层深度进行精确控制。
氧探头是将所测定的气氛氧势值输入碳势控制
仪，根据炉温和氧势值计算出气氛碳势值，将工艺设
定碳势值与测定碳势值进行比较，输出信号调整气
氛碳势。
在滴注式气氛或直生式气氛渗碳时，如果渗碳
气氛中甲烷含量较高，单独使用氧探头控制容易发
生碳势失控，因此应采用联合控制的方法进行气氛
碳势控制，即采用氧探头测定氧势，红外仪测定
CO，％ 值，并与炉膛温度一起传送给碳势控制仪进
行运算，最终得出的碳势值才反映真实的气氛碳势，
才不会产生气氛碳势的失控。所以密封箱式炉的气
氛碳势应选用氧探头和红外仪进行联合控制，从单
参数控制，发展为氧势一CO：一温度3参数控制，从
而保证控制的准确性和精确性。
系统软件符合我国的国情，按照国人的使用习
惯进行编制，功能强大，全中文操作菜单，友好的用
户界面，方便人机对话。软件具有工艺自生成功能，
能精确控制碳浓度分布和工艺的自动优化 及仿真
模拟处理，预测处理结果。 ’t’：’
随着软件技术、网络技术和云计算技术的不断
发展和应用，滴注式气氛密封箱式炉的软件也将不
断改进升级 。
5 新型节能炉衬的应用
5．1 概况
热处理炉用材料主要包括筑炉材料和结构材料
两大类。筑炉材料包括耐火材料和保温材料，结构
材料包括炉用普通结构材料和炉内耐热钢材料。
热处理炉的炉衬一般分为两层，一层是耐火层，
另一层是隔热保温层。炉用普通结构材料用于炉体
构架和附属部件，炉内耐热钢材料通常用于炉内结
构件或部件。
早期，热处理炉采用的耐火材料主要是体积质
量较大的黏土砖和高铝砖。黏土砖的主要成分是
A1，O (含量小于48％)和SiO 。高铝砖的特点是
A1，O 含量大于48％ ，性能稳定，不与电热元件发生
化学作用，常用于高温炉和盐浴炉的内衬及电热元
件搁砖和套管等。过去用于耐火层的黏土砖和高铝
砖的体积质量通常为1．3 g／em 左右，这类材料能
满足热处理炉耐火层的要求。一般说，体积质量越
大，其热导率和强度越高，使用温度也越高。但炉子
蓄热量大，热效率低，能耗较大，炉体质量也大。
随着耐火材料制造技术的发展，耐火砖的技术
性能指标和质量稳步提高，尤其是高温强度得到提
高。因此，除了炉温很高或工作条件十分恶劣的热
处理炉外，耐火层已大量采用体积质量为0．6 g／cm
的轻质黏土砖和高铝砖。
近年来，为了提高炉子的节能效果，对轻质耐火
材料进行了较多的研究改进，开发出一种耐火度可
达1670℃ 、最高使用温度为1250℃ 、比热容为
0．88 kJ／(kg·oC)、热导率为0．171+0．178×10
T[W／(m·℃)]、体积质量仅0．4 g／cm 的漂珠超
轻质高强度节能耐火砖。
随着控制气氛炉的发展，在没有耐热钢马弗罐
的控制气氛热处理炉内，控制气氛直接与炉膛接触，
气氛中的CO、H：等还原性气体与耐火砖中的Fe：O，
等金属氧化物发生化学反应，导致砖体疏松、表面剥
落，同时反应生成的H O、CO 等又会影响炉气成分
的稳定。因此，开发了Fe O 含量低于1％ 的具有
良好抗渗碳性能的黏土质和高铝质砖。轻质砖的抗
渗碳性优于重质砖。
此外，热处理炉还常用以下耐火制品。
碳化硅耐火材料，是以SiC粉为原料，以10％
～ 20％ 的结合黏土或5％ ～10％ 的硅铁作黏合剂，
搅和后压制成形，再经烧结而成为耐火制品。它的
荷重软化温度约为1600℃ ，导热性比普通耐火材料
高5～10倍；在1300 cC以上易于氧化，也易于被碱
性物质侵蚀而脆化，特别硬脆，导电性好。这种材料
可用于高温炉炉底板、马弗罐等。
耐火混凝土是一种不定形耐火材料，由耐火骨
料、掺和料、水泥(胶结料)和适量的水均匀混合后
再经过成形、干燥、硬化等过程而制成整体炉衬，如
马弗罐、盐浴炉坩埚等。耐火混凝土按其所用黏合
剂的不同，可分为铝酸盐、磷酸盐、硫酸盐和水玻璃
等4类。热处理炉应用较多的是铝酸盐耐火混凝
土。
为减少砌炉工作量，提高炉衬性能，还研制出高
强轻质浇注料。如QL型高强轻质浇注料，采用空心
球莫来石作骨料，主要特点是比重和导热系数较小，
《热处理》 201fi年第3O卷 第1期 7。
节能效果显著，主要用于1450 oC以下的加热炉、电炉
炉衬或用作轻质隔热层。其主要性能指标是：体积质
量1．0～1．5 t／m ，1000 cC热态耐压强度21．3 MPa，
1000 导热系数0．25～0．40 W／(1Xl·qC)。还有
一种SD．1型耐火烧注材料，抗热振稳定性好，耐高
温冲刷，主要用于台车式热处理炉的台车工作面、台
车封墙以及各种加热炉的挡火墙，尤其是预制成形
的各种大、中、小型烧嘴砖和燃烧室炉拱，寿命可提
高3～5倍。其主要成分为A120 ≥75％ ，SiC≥
12％ 。在1400 oC的耐压强度为10 MPa，800 oC 5次
水冷后抗折强度为8．2 MPa。
5．2 炉衬的技术经济分析
分析热处理炉的节能技术经济效益，对旧炉改
造和新炉设计具有重大意义。改造旧电阻炉的一项
主要工作是将炉衬改为节能炉衬。由于改造时还必
须保持原有炉膛和外壳的尺寸，因此通常情况下旧
炉的炉壁厚度不变。下面以RJX一60—9型电阻炉
(壁厚为340 mi13_)为例，比较10种炉衬的情况。各
种炉衬的成分见表15，热工特性的计算机计算结果
见表l6。
表15 各种炉衬的成分
Table 1 5 Composition of various linings
注：①括号外的数字系炉衬材料的体积密度，单位为g／cm ，括号内的数字为材料层厚度，单位为mm；②为1990年的参考价。
表16 炉衬热工特性的计算机计算结果
Table 1 6 Thermal performances of the linings calculated by computer
从以上数据可见：
① 2至1O号9种炉衬都有明显的节能效果，
从大到小的顺序是纤维炉衬一复合炉衬一改良炉
衬。
② 9种节能炉衬的成本差异较大，从低到高的
顺序是改良炉衬一纤维炉衬一复合炉衬。
③复合炉衬有两种成分，4、6、8号为内贴纤维
毡，5、7、9号为外贴纤维毡。这两种成分的成本相
同，热流接近，但蓄热量外贴的比内贴的大约高
20％～30％ ，这将增加炉子的空炉升温时问，而且砖
体温度大大高于内贴的，甚至超过对应材料的改良
炉衬，这显然会增大砌体的热胀冷缩程度，有损于砌
体的强度和刚度，因此，从使用角度来看，内贴纤维
优于外贴纤维。
④分别比较同种结构的炉衬1、2、3，4、6、8和
5、7、9号时可以看出，选用材料越轻，热流密度和蓄
热量越小，其节能效益越大。
5．3 耐火纤维制品的炉壁结构
耐火纤维毡的导热系数低，密度小、热容量与普
通耐火黏土砖相近，故用此毡砌出的薄得多的耐火
《热处理》 2015年第30卷第1期
纤维毡炉壁，其散热损失和蓄热损失都远比砌砖炉
壁小。采用耐火纤维毡制品时，必须考虑其炉壁结
构和安装形式。
5．3．1 大面积炉壁结构的安装形式
主要有层式、叠式、组合式、真空成形壳体式、折
叠毡式和预制块式等几种。
①层式结构。纤维与受热面平行。与叠式相
比，高温收缩大，抗气流冲刷差，同类纤维制品的使
用温度低于50℃ ，但导热系数比叠式约小20％ 。
这种结构适用于炉温~<950 的工业炉。
②叠式结构。纤维与受热面垂直，适用于炉温
>950℃ 的工业炉。
③组合式结构。受热面纤维兼具叠式的优点，
即高温收缩小、抗气流冲刷好、耐温较高等。而外层
纤维则兼具层式导热系统小的优点，适用于炉温>
950 oC的工业炉。
④真空成形壳体式结构。耐150 m／s气流，距
离1．2 m呈45。和90。的冲刷(此时密度800～
1000 kg／m。)，比同类耐火纤维毡的使用温度有所提
高。
⑤折叠毯式结构。纤维与受热面垂直，故具有
叠式的特点。此外，使用温度比叠式更高。炉壁结
构简单，安装迅速。适用于炉温>950℃ 的工业炉。
⑥预制块式结构。纤维与受热面垂直，故具有
叠式特点。炉壁结构简单，安装迅速，适用于炉温≥
950 oC的工业炉。
5．3．2 炉体连结部位结构
①转角结构，有交错、转弯和组合3种接法。
②与砌体连接。
③折叠毯安装在金属框内的结构有嵌入法和紧
定法两种方法。采用嵌入法时，金属框四周毯的折
向与框边一致，并且金属框要陷入折叠毯40 mm左
右。采用紧定法时，在折叠毯与框边之间留一空隙，
在空隙中顺向填毯，用钉使毯与框连接。
耐火纤维与炉体连接时，还要注意，不论采用何
种安装方式，炉壳钢板尺寸应是制品尺寸的倍数，以
利于安装施工；另外耐火纤维毡炉壁不应采用外鼓
结构，以防开裂。
近年来，国内不少厂家采用全纤维炉衬技术，取
得了节电20％～30％ 的效果。
6 节能减排的技术途径和合同能源管
理
探讨电阻加热装置的节能减排必须考虑其应用
的热处理生产领域。电阻加热装置的节能技术途径
见表17。
表17 电阻加热装置的节能途径
Table 1 7 Energy—saving ways for resistance heating devices
具体要求 节能途径
减少加热装置的热损失，提高热
效率
电阻加热装置应连续使用和接近
满负荷条件下工作
通过有效的技术和管理，使热处
理能源获得最大程度的节约
改进加热装置结构，减少散热面积，提高设备密封性，采用陶瓷纤维或轻质砖炉衬，减少
炉子散热和蓄热损失，减轻炉内耐热金属构件及工夹具的质量
合理调配生产，尽量使热处理炉连续开炉或定期满载开炉，提高设备利用率，减少停炉
时的能源浪费，尽量做到工件余热利用；加热装置的负荷率不应低于50％ ，应三班连续
生产和维持每周5天以上的开工时间
加热装置的生产能力应和企业的生产纲领相适应；对热处理工件要根据工况、服役条件
拟订合乎节能的技术要求以及与之相适应的节能热处理方法和工艺；采用高效高性能
的节能钢材，如非调质钢、快速渗碳钢、新型高速钢等
推广采用先进的高效节能热处理设备如网带
炉、离子渗氮炉、真空炉等，在保证工件热处理质量
的同时，也能取得节能环保的效果。电阻加热装置
的节能措施主要有：合理选择能源；合理选择炉型，
连续式炉比周期式炉好，圆型炉膛比方型炉膛好；充
分利用余热，如钟罩式炉的一炉罩多炉台，就是一种
充分利用炉罩余热的节能炉型；优化炉体结构设计，
减少热损失，提高热效率；尽可能采用蓄热少、绝热
性好的轻质耐火材料炉衬；采用炉体密封结构，防止
漏气和吸人空气；采用红外辐射涂料涂层等。用轻
质砖和纤维的复合炉衬可节能50％左右。
发展智能化、数字化、网络化热处理设备，促进
热处理设备和工艺流程的信息化；围绕加热、保温、
冷却等主要工艺过程的关键环节，如新工艺研发、温
度控制、时间控制，工艺流程的连续性，实施能效的
监控及管理等，进行电阻加热装置的信息化技术改
《热处理》 201 5年第30卷第1期 。9。
造和EMC合同能源管理，以实现热处理工艺信息化
和热处理生产的节能减排。
合同能源管理是一种新型的市场化节能机制。其
实质是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的
节能业务方式。这种节能投资方式允许客户用未来
的节能收益为工厂和设备升级，从而降低运行成本。
合同能源管理在国内外广泛地被称为EMC
(Energy Management Contracting)，是上世纪70年代
西方发达国家开发的一种基于市场运作的全新的节
能机制。
合同能源管理不是推销产品或技术而是推销一
[行业动态]
种节能投资及服务管理。作为能耗大户的热处珲行
业非常适合运用合同能源管理模式。
参考文献
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热处理之家【论坛)第二届年会在湖南长沙召开
在热处理之家(论坛)创立两周年之际，热处理之家(论坛)于2014年12月6日～7口在湖南省长沙lf
召开了第二届论坛年会。本届年会由湖南省材料与热处理学会、热处理工作者协会、湖南省金特克科技有限
公司协办，深圳德捷力金属科技有限公司、江苏益科热处理设备有限公司提供了帮助。米白仝 各地的60
余名代表出席了会议。
热处理之家(论坛)作为热处理民问人士技术交流的一个网络平台，于2012年l2月6日成 。 午米，
热处理之家(论坛)在热处理行业广大从业人员的悉心培育和呵护下，经过众多业内热心人土的辛勤付出，
正处于日新月异的快速发展阶段，注册会员已逾5000人。
本届年会的主题是：把握机遇，广泛交流，求同存异，资源共享，为我国热处理产业的升级而共同夼÷
会议由热处理之家(论坛)专家组杨凌平和沈重跃主持，热处理之家(论坛)管理者洪庆坤致开幕吲。与
会代表就热处理产业相关的技术装备、工艺技术、现场管理等实务等进行了广泛的交流。
年会举行了专题技术报告：霸州锋王金属研究所王晓民、湖南株洲钻石钻掘工具有限公司杜水明、I 海
凯泉泵业有限公司沈重跃、江苏帝尔保机械有限公司汤志君、湖南鼎立科技有限公司马一I 东、武汉上大热处
理陈福全、湖南金特克科技有限公司洪庆坤、济南汇九齿轮有限公司杨凌平、重庆綦江齿轮传动有限公嗣胡
明霞，分别做了《热处理工业4．0》、《硬质合金热处理》、《细节决定成败》、《热处理特殊 L艺介绍》、《高端真
空热处理设备》、《高频感应热处理》、《热处理数据采集系统》、《热处理生产中的材料问题》、《高淬透性材料
渗碳淬火产品的畸变控制》等主题报告。这些报告有理论、有实践，内容丰富，得到与会人员的一致好评 、
会议还组织与会代表进行了广泛的互动交流，大家踊跃发言，积极交流，气氛热烈而和谐，真正_ H：成了一
次朝气蓬勃的大会!
(周鼎华杨凌平)
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· 公盏 告·
节能减排 关爱地球
： 《热处理》杂志编辑部
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《热处理》 2015年第30卷第1期

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