摘要：本文主要介绍了将原有的推杆式等温正火炉经过改造，在原有功能不变的基础上增加了淬火、调质功能，实现了一台热处理炉可进行两种热处理工艺生产，极大的降低了公司热处理设备的投资，使得两种锻件热处理工艺可快速转化。同时对改造后增加的淬火设备各部分结构组成及功能做以阐述。
关键词：推杆式温正火炉；欧姆龙PLC；淬火设备；等温正火/调质多用炉
1、引言
我公司锻件热处理主要采用等温正火处理，每月生产能力约10000吨，每月大约仅有300吨45#钢锻件需要调质处理，一直是某外协厂家处理。2017年初，由于特殊原因，外协厂家停止处理，造成公司45#钢锻件热处理比较被动。公司决定自己增加调质设备，但经过市场调研，新购买一台调质设备市场价格较高，且周期较长。最后经过实际情况分析和统筹考虑，将原有的一条推杆式等温正火设备自行改造，增加淬火、调质功能。即在高温炉与低温炉之间增加淬火设备，实现淬火功能，再利用等温正火线的低温炉进行加热回火，实现调质功能，来满足公司生产的需求。
2、推杆式等温正火炉介绍：
推杆式等温正火炉分为四个区域，即上料区、高温炉加热区、速冷区、低温炉加热区。速冷区采用变频器控制风机，根据工艺要求，控制吹风的时间和强弱。整个控制系统采用西门子S7-300系列PLC来控制，根据程序设定完成各工步的自动、手动、调整等动作以及所有的互锁动作。
3、等温正火和调质工艺介绍：
根据热处理工艺理论要求及我公司热处理设备特性，制定等温正火工艺为930℃保温120min，风冷至600℃，然后再600℃保温210min；调质工艺为850℃保温120min，淬火水冷至室温，然后再升温至570℃保温140min。
4、改造方案概述：
根据等温正火和调质的工艺要求，推杆式等温正火炉增加调质功能改造只需要在速冷区增加一套淬火设备，即在原设备速冷室外侧墙壁开一个炉门，高温炉过来的料盘停止在速冷室内不在进行等温正火工艺的吹风工序，淬火设备从此处取出料盘，进行淬火工艺工序，淬火工序完成后将料盘送回速冷室，原推杆式等温正火炉再按照吹风工序完成后的设定程序继续动作，把料盘推至低温炉按照调质工艺温度进行调质功能。示意图如下图一所示：
图一：增加调质改造方案图
根据改造设备的实际要求及淬火工艺要求，增加的淬火设备需要有从原设备速冷室取料及送料、将料倒入水槽（为了不影响料盘的寿命，不能把盘料放入水中，只能将料倒入水中）、从水槽捞料、捞出的料要装回原料盘等功能。具体结构图如下图二所示：
图二：淬火设备结构图
5、淬火设备组成部分介绍：
5.1、取料小车：
当原推杆式等温正火炉料盘走到速冷室后，取料小车通过叉子将料盘插起，从速冷室取出来，在后退的同时，叉子旋转360°，保证料盘里的工件均匀的落在摊料平台上。由三台SEW电机实现叉子上下、叉子旋转、小车前进后退动作，其中小车前进后退电机采用变频器控制，根据室温的变化调节动作的快慢，以保证由于室温变化引起的料温变化。用接近开关作为各动作的位置定位，当接收到信号时，SEW电机断电，制动器抱死，以保证动作位置的精确性。
5.2、摊料平台：
摊料平台处于水槽里边，一直处于水平状态，当工件落入摊料平台后，冷却开始计时，设定时间到达后，摊料平台一端升起，将工件倒入捞料斗里。动作由一台SEW电机带动钢丝绳完成摊料平台的提升下降动作。摊料平台底部是网状的，以免氧化皮堆积在上，一端为导向喇叭口状，以保证摊料平台另一端在升起时工件能准确的倒入捞料斗里。
5.3、捞料机构：
捞料机构的捞料斗接到摊料平台倒下的工件后，捞料台车后退至让出摊料平台喇叭口；捞料斗开始提升至高于取料小车高度，捞料台车前进至取料小车叉子处，捞料斗底板抽出，工件落到料筐里。完成整个捞料过程。动作由三台SEW电机完成，其中捞料台车电机带制动功能，以保证落料的准确性；捞料斗提升由电机带动钢丝绳动作；捞料斗底板的抽插由电机带动链条完成抽插动作。
5.4、冷却水槽：
水槽长宽深为2.5m×3.5m×2m，采用厚度10mm钢板焊接，外边沿采用型钢加固，防止变形。底板设置有清渣坑，方便清除氧化皮。有冷却循环水的进出口。水槽内采用一个S分度的热电偶检测水温，温度信号通过补偿导线传递给二次仪表，二次仪表通过设定的温度（根据工艺要求，水槽理想水温不能高于40℃）报警输出，控制冷却循环水的开启与关闭；水槽内温度均匀性采用5KG/ 压缩空气搅拌。周边设有防护栏杆，水槽上方不妨碍小车移动的部分加防护网，确保安全和便于维修。
5.5、电气控制系统：
电气控制改造分为新增加的淬火部分的电气控制；原设备增加淬火、调质功能的程序改进及编写；两部分在速冷室取料、送料时动作连续性的信号连接。三部分控制系统保证原推杆式等温正火炉按照原工艺流程生产、淬火设备的正常工作、淬火设备与原设备的动作连续性。
5.5.1、淬火部分控制介绍：
淬火部分设备控制采用欧姆龙CP1E系列PLC控制，通过现场采集的各行程开关、接近开关等信号，根据程序设定来控制各部分的逻辑动作、手动/自动工作、单步/连续工作等模式。设备的逻辑动作顺序为：初始位--动作启动指令（原推杆式等温正火炉发出）—取料小车前进—叉子托起料盘—取料小车后退/叉子旋转—等待冷却时间—摊料平台动作—捞料斗后退—捞料斗上升—捞料台车前进—捞料斗底板抽出—捞料台车后退/捞料斗底板插入—取料小车前进将料盘送回原推杆式等温正火炉速冷室—退回初始位—发送淬火结束信号给原推杆式等温正火炉。
5.5.2、原推杆式等温正火炉程序改进：
根据原西门子PLC点的使用情况及实际信号需要，在原设备操作台增加“正火/调质”转换开关，信号接入I16.0输入点，淬火设备动作完成信号接入I16.1输入点，允许淬火设备开始动作信号为Q30.5输出点给出。由于改造前后的工艺区别仅在速冷的方式不同，故只修改和增加速冷室进料后和淬火设备将料盘送入速冷室后的动作程序段，就可保证两种工艺之间动作的转换。
6、结束语
通过改造，将原有的推杆式等温正火炉，在不影响原有工艺完整性的基础上进行改进，可实现调质和等温正火两种工艺功能互换，使其成为两用炉。极大的为公司节约了新设备采购成本，同时也缓解了公司调质件热处理的压力，满足了公司的生产需求。
参考文献：
[1]热处理工程师手册[M].2版.北京：机械工业出版社，2005.
[2]欧姆龙PLC编程手册（中文）01版，2003年12月
作者简介：
任卫涛，男，现年36岁，工学学士，电气工程师，主要从事设备电气管理与维护工作。
论文作者:任卫涛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
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