一种铝材热处理炉集中供热循环系统的制作方法

本实用新型涉及铝材热处理炉专用的热能供应和炉气循环系统技术，具体提供一种应用于铝板带材、箔材、型材在淬火、退火、时效、均质等热处理工艺时所用的热处理炉(以下简称：铝材热处理炉)的，可实现热能供给和炉气循环、节能增效、分区控温、提高炉内热场均匀性的铝材热处理炉集中供热循环系统。

背景技术：

铝板带材、箔材、型材是应用非常广泛的一种金属材料，通常经过熔炼-铸锭、铸棒、铸轧-热轧、冷轧、精轧、挤压等工艺制成，铝材经过各种加工设备多道次加工后会在材料组织内部产生加工应力，其表面也会残留各种油污，通常需要在铝材热处理炉中通过一定时间的热处理(退火、均匀、时效等)，即通过加热炉内空气(或称：炉气)进而加热铝材，实现铝材消除加工应力、改善组织力学性能、提高表面洁净度。

现有铝材热处理炉多为箱式加热炉，是我国热工设备生产企业根据上世纪80年代初国外进口的、用于铝合金中厚板带的退火炉形式进行仿制和改进的，其主要特征是箱式炉体，采用电能或燃气为加热能源，循环风机、加热器和导流板式风道内置于炉膛，为实现对炉气的加热和循环，在铝材热处理炉的炉膛内设多个加热区，每个加热区安装有1台大风量轴流风机、1套加热器和1套热风导流板，常见的铝材热处理炉有2个、3个或4个加热区。风机位于加热区顶部中心，风机出风口与风道(注：导流板与炉侧墙形成的空间即为风道)连通，在炉膛内两侧的风道中安装电加热器或燃气辐射管加热器对炉气进行加热，通过温控系统实现分区循环加热。工作时，炉气经风机吹向风道中的加热器，加热后的炉气沿着风道从位于炉膛内两侧底部的风道出风口进入炉膛，炉气加热铝材后被风机吸风口吸入，形成加热循环。

由于现有铝材热处理炉的加热器都是内置于炉膛内两侧的风道中，为保证炉气的过流量和防止加热器与导流板发生磕碰引发安全问题，风道的设计都比较宽，一般导流板与炉墙保持400-450mm的距离，因此两侧风道所形成的800-900mm的空间是无法用于停放铝材的，造成现有铝材热处理炉的炉膛有效利用空间只有55-60％。

其次现有铝材热处理炉的每个加热区都有1套风机、1套加热器、1套导流板组成供热循环系统，每个区的供热循环系统都存在着风机风量和风压差异、导流板安装角度偏差等无法克服的原因，使得现有铝材热处理炉普遍存在炉膛内气流运行紊乱、热场不均匀的问题，也附加带来了生产时为减少各加热区的温度差异，温度偏低的加热区内的加热器必须持续高功率的运行而产生的无功能耗过高的问题。

另外现有铝材热处理炉的炉气从加热区顶部中心的风机吸风口吸入，沿着两侧风道运行，经过加热器加热后从位于炉膛内两侧底部的风道出风口进入炉膛以加热铝材，这种炉气循环结构会导致炉气进入炉膛的通道过于集中，使得炉膛底部特别是靠近炉膛两侧的铝材温度会比其它区域的高出很多，通过升温段会有20-30℃的温差，造成同一炉次热处理的铝材性能不匀，尤其是部分对温度比较敏感的铝材，如单零箔材、双零箔材(厚度为0.0xmm-0.00xmm的铝箔)经常出现局部过热引起的“起杠”和“发蓝”现象以及力学性能偏差等严重质量问题。

目前已公开的资料都是针对单一局部技术，在现有技术规范框架内的部分改进，如《黑龙江科技信息》2009年第21期1《铝材退火炉概述及技术改进》。另外，申请人在授权公告号：205893347u的专利文献中公开了一种新型铝箔退火炉管路循环系统，该系统虽然能够在一定程度上提高铝材热处理炉的工作效率，降低炉内温差，但在炉内空间、能耗及炉堂内热场稳定性等方面仍有较大提升空间。

技术实现要素：

本实用新型是针对上述现有技术中存在的炉膛有效空间利用率低、炉膛温差大、铝材热处理质量差、能耗高的问题，提供一种铝材热处理炉集中供热循环系统。该系统从炉体结构、炉气循环路径、炉膛热场均匀性等方面提出了新的设计，能够有效满足铝材热处理加工对炉气均匀性、制品热处理品质一致性、降低能耗的需求。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铝材热处理炉集中供热循环系统，包括回风管道单元、离心风机及出风管道单元，其特点是在回风管道单元与出风管道单元之间还设置有集中分风单元和一体化加热器，所述回风管道单元用于炉气回流，并将回流的炉气输入集中分风单元；所述集中分风单元包括导流分风腔、风机安装座，导流分风腔通过其进风口与回风管道单元连通，通过n个导流出风口与n个一体化加热器连通，离心风机通过风机安装座固定在导流分风腔上，并使其叶轮处于导流分风腔中，进入导流分风腔的回流炉气通过导流出风口均匀导流至n个一体化加热器中，n为2、3或4；所述一体化加热器，其进风口与集中分风单元的导流出风口连接，其出风口与出风管道单元连通；所述出风管道单元用于将加热后的炉气输送至热处理炉炉膛内。

集中分风单元和一体化加热器均可装配在热处理炉外侧的炉顶部；回风管道单元装配在热处理炉炉膛的顶部；出风管道单元装配在热处理炉炉膛的中部和下部。使用上述热循环系统后的炉气循环路径是：炉膛→回风管道单元→集中分风单元→一体化加热器→出风管道单元→炉膛。进入集中分风单元中的炉气在离心风机叶轮的作用下分风至n个一体化加热器中。

作为优选，离心风机的叶轮处于导流分风腔中心部位，实现炉气的定向均匀分风。

导流分风腔内还可以匀分设置若干片导流分风板，使被离心风机吸入并加速的炉气可以沿着导流分风板分n路，通过导流出风口分别进入n个一体化加热器，进一步提升均匀分风的技术效果。

作为优选，所述集中分风单元还包括进风总管，进风总管设置在导流分风腔与回风管道单元之间。

进风总管和风机安装座优选为分别装配在导流分风腔相对的两侧(如上侧和下侧)，且两者所形成的空间刚好适应离心风机的叶轮高度，并使进风总管与离心风机的叶轮吸风侧正对。n个导流出风口优选为均匀排布在导流分风腔侧面并与进风总管呈垂直关系。

所述导流出风口位于导流分风腔末端，与一体化加热器的进风口相连接，可选用常规等径短管，优选进风端小于出风端的变径短管，其作用是对沿着导流分风板运动的炉气进行二次混合、整流，使炉气的流体状态稳定、减小炉气流体运动产生的震动。

作为优选，可以在集中分风单元的进风总管上安装有耐高温风阀，且耐高温风阀装配有过滤网。在需要时，可打开耐高温风阀通过离心风机的吸力吸入新鲜空气，用于稀释炉内含油废气或用于降低炉气温度。

作为优选，所述一体化加热器包括外壳和加热器件，外壳中设置有加热内腔，加热内腔上设置有进风口、出风口，加热器件的发热部件设置在加热内腔中。

为了提升热效率，所述一体化加热器还可以包括保温材料，保温材料设置在外壳和加热内腔之间。

所述加热器件优选为电加热器或燃气加热器，可通过安装座固定于外壳上，仅使其发热部件穿过外壳和保温材料。

作为优选，所述回风管道单元包括回风总管、回风支管，若干条回风支管通过回风总管与集中分风单元连接，回风支管的侧壁上均匀分布有若干进风孔，进风孔尺寸以回风支管长度方向中心向两端依次递增。

若干条回风支管均匀分布在热处理炉炉膛顶部。

作为优选，出风管道单元的套数与一体化加热器的个数相同，所述出风管道单元由进风总管、垂直出风管和底部出风管构成，每个一体化加热器均通过出风管道单元的进风总管与垂直出风管上端连通，垂直出风管下端与若干底部出风管连通，垂直出风管和底部出风管上均开有出风孔。

每个一体化加热器下方对应一套出风管道单元。每套出风管道单元中，垂直出风管的个数为双数，如2、4个，对称设置在一体化加热器下方的两侧。垂直出风管的出风孔设置在垂直出风管的内侧壁上。底部出风管的个数为2-10根，优选为2-5根，底部出风管的出风孔设置在底部出风管的顶部和/或两侧，且底部出风管上出风孔的尺寸以底部出风管长度方向中心向两端逐渐变小。

本实用新型循环系统中，一台一体化加热器和一套出风管道单元即可实现铝材热处理炉1个加热区的炉气供热和循环。一台热处理炉可以利用一套本实用新型的供热循环系统设置2个、3个或4个加热区进行炉气供热和循环，也可以在一台热处理炉中安装2套本实用新型的供热循环系统，实现4个、5个、6个，甚至更多个加热区。

本实用新型循环系统中，各部件结构尺寸根据铝材热处理炉处理容量大小而定，设计时应考虑加热能力、风机循环风量和管道压损进行适量的调整。施工时对每个接口须对接整齐、并安装牢固，防止炉气渗漏造成热量损失。

和现有技术相比，本实用新型的铝材热处理炉集中供热循环系统具有以下突出的有益效果：

1、炉气的气流循环方式得到根本性的整合优化，炉气经炉膛顶部回风管道单元和集中分风单元集中并均匀混合后加热，在炉膛内从炉壁两侧和底部进行立体出风，炉气循环路径遍布炉膛各处，使炉膛各处的温差小，可达±2℃，热场均匀性好；

2、由于炉膛各处热场均匀性好，因此分处于炉膛各处铝材都能均匀、充分进行热对流和热交换，使用本实用新型的铝材热处理炉进行热处理的铝材，力学性能优异、表面清洁度高、批次质量一致性好；

3、2个、3个、4个加热区的铝材热处理炉可以相应减少循环风机数量为1台或2台，现有技术每台风机功率为37.5-45kw，可大幅减少循环风机耗电量；

4、使用回风管道单元、集中分风单元和立体的出风管道单元代替代现有技术中的导流板、离心风机和一体化加热器外置于炉外顶部，在大幅减少炉内空间占用时实现炉气的高效、立体循环，提高铝材热处理炉的装炉空间和装炉量40-45％，总加热能耗只增加5-8％，因此直接降低35-40％的热处理能耗。

综上所述，本实用新型应用在铝材热处理炉时，可改善炉膛气流循环布局、提高炉膛热场均匀性的情况下提高铝材热处理力学性能和表面洁净度等质量指标，并可降低35-40％的铝材热处理能耗，维护简便、性能可靠、经久耐用。

附图说明

附图1是本实用新型铝材热处理炉集中供热循环系统的结构示意图；

附图2是图1所示循环系统应用状态图；

附图3是图1所示循环系统中回风管道单元、出风管道单元结构示意图；

附图4是图1所示循环系统中集中分风单元结构示意图；

附图5是图4所示集中分风单元剖视图；

附图6是图1所示循环系统中一体化加热器结构示意图；

附图7是图6所示一体化加热器剖视图。

附图中的标记分别表示：

1、回风管道单元，11、回风支管，111、进风孔，12、回风总管，2、集中分风单元，21、进风总管，211、进风口，212、耐高温风阀，22、导流分风腔，23、风机安装座，24、导流出风口，3、离心风机，31、叶轮，4、一体化加热器，41、进风口，42、保温材料，43、外壳，431、安装座，44、出风口，45、加热器件，451、发热部件，46、加热内腔，47、导流格栅，5、出风管道单元，51、进风总管，511、进风口，52、垂直出风管，521、出风孔，53、底部出风管，531、出风孔，6、热处理炉，61、炉顶部，62、炉膛，63、炉门口，64、炉后墙，65、侧炉壁，66、炉膛底部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

下面给出一个最佳实施例：

如附图1、2所示，本实施例的铝材热处理炉集中供热循环系统主要由回风管道单元1、集中分风单元2、离心风机3、两台一体化加热器4及两套出风管道单元5构成。集中分风单元2和两套一体化加热器4均装配在热处理炉6外侧的炉顶部61。回风管道单元1装配在热处理炉6炉膛62内的顶部。两套出风管道单元5装配在热处理炉6炉膛62内的中部和下部，每套出风管道单元5与一台一体化加热器4连通，形成一个加热区。

如附图2、3所示，所述回风管道单元1主要由回风支管11、回风总管12组成。回风总管12垂直安装于回风支管11长度方向中间，其上端出风口延伸至热处理炉6外，与集中分风单元2进风总管21的进风口211连通，其下端与回风支管11连通。两根回风支管11安装于炉膛62顶部并从炉门口63上方纵向贯穿到炉后墙64上方。回风支管11水平方向两侧均匀对称分布着若干进风孔111，进风孔111尺寸从长度方向中间往两端依次递增，以确保炉膛62内所有进入进风孔111的炉气风压和风速的一致性，其目的在于提高炉膛62各处炉气回流的均匀性，对改善炉膛62气流布局有非常重要的帮助。

所述集中分风单元2是整个循环系统的关键单元，其实现了炉气集中回流和均匀混合后均匀输入两个一体化加热器4和立体出风管道单元5，是炉膛炉气气流循环状态均衡的保证。如附图4、5所示，集中分风单元2主要由进风总管21、导流分风腔22、风机安装座23和导流出风口24组成。进风总管21位于导流分风腔22的下侧，且正对着离心风机3叶轮31的吸风侧。进风总管21下端的进风口211与回风总管12连通。在进风总管21侧面安装有耐高温风阀212，其目的在于必要时打开耐高温风阀212通过离心风机3的吸力吸入新鲜空气用于稀释炉内含油废气或用于降低炉气温度。所述耐高温风阀212上装有过滤网以防止异物吸入。风机安装座23用于安装固定离心风机3，位于导流分风腔22的上侧，风机安装座23和进风总管21所形成的空间刚好适应离心风机3的叶轮31高度。两个导流出风口24对称安装在导流分风腔22左右两侧，并与进风总管21呈垂直关系。两个导流分风口24分别与两个一体化加热器4的进风口41相连接。被离心风机3吸入并加速的炉气可以沿着导流分风腔22分两路分别进入两台一体化加热器4，实现集中吸入、均匀分风的重要功能。其中的导流出风口24为变径短管，位于导流分风腔22末端，其作用是对沿着导流分风板运动的炉气进行二次混合、整流，使炉气的流体状态稳定、减小炉气流体运动产生的震动。

另外，还可以在导流分风腔22内匀分设置了若干片导流分风板，使被离心风机吸入并加速的炉气可以沿着导流分风板分两路通过导流出风口24分别进入两台一体化加热器4。

如附图6、7所示，所述一体化加热器4主要由进风口41、保温材料42、外壳43、出风口44和加热器件45组成。所述外壳43固定于热处理炉6外炉顶部61处，在其内部设加热内腔46。进风口41、出风口44均与加热内腔46连通。所述进风口41与集中分风单元2的导流出风口24连接，并且在进风口41的内侧装配有导流格栅47。所述出风口44与立体出风管道单元5的进风总管51进风口511连接。保温材料42通过锚固件固定于加热内腔46和外壳43之间。加热器件45固定于外壳43的安装座431上并穿过外壳43和保温材料42，加热器件45的发热部件451在加热内腔46中用于加热炉气。加热器件45为电加热器。

所述加热器件45还可以是燃气加热器，只需相应增加燃气供气阀组、燃气换热器和安全控制装置即可实现同等功能。

如附图2、3所示，每套出风管道单元5由相互连通的进风总管51、垂直出风管52、底部出风管53组成。所述进风总管51从炉膛62顶部分两路延伸到两侧靠近炉侧壁65，其进风口511穿过炉体保温层66与炉顶部61对应的一体化加热器4的出风口44连接。两根垂直出风管52分别安装在两个侧炉壁65处，在面向加热区(铝材)方向开设若干出风孔521，使炉气可以从两侧炉壁65方向吹出，加强两侧炉壁65位置的炉气对流，提高炉膛62热场均匀性。三根底部出风管53安装于炉膛底部66处，并分别与炉侧壁65处的垂直出风管52相连通。底部出风管53的两侧水平方向开设若干出风孔531，使炉气可以沿水平方向进入炉膛62，避免冲刷到位于炉膛底部66的铝材，防止出现过烧和印迹，出风孔531的尺寸以底部出风管53长度方向中心向两侧逐渐变小，以保证由底部出风管53进入炉膛62的炉气风量、风压一致，对提高炉膛62热场均匀性有好处。

以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。