1、真空淬火爐設(shè)計(jì)說(shuō)明書真空淬火爐設(shè)計(jì)說(shuō)明書 姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 指導(dǎo)教師：申勇峰 2013.7 真空淬火爐設(shè)計(jì)真空淬火爐設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明 WZC-60 型真空淬火爐技術(shù)參數(shù)： 項(xiàng)目單位指標(biāo) 爐子有效尺寸mm 900600450 最大裝爐量kg210 最大溫度 1300 壓升率Pa/h0.67 額定功率kw100 二、確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸 1. 爐膛尺寸的確定 由設(shè)計(jì)說(shuō)明書中，真空加熱爐的有效加熱尺寸為 900mm600mm450mm ，隔熱屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸主要根據(jù)處理 工件的形狀、尺寸和爐子的生產(chǎn)率決定，并應(yīng)考慮到爐子的 加熱效果、爐溫均勻性、檢修和裝出料操作的方便。從傳熱 學(xué)的觀點(diǎn)看，圓

2、筒形的隔熱屏熱損失最小，而且強(qiáng)度好，易 于制造。宜盡量采用。一般隔熱屏的內(nèi)表面與加熱器之間的 距離約為 50100mm；加熱器與工件(或夾具、料筐)之間的 距離為 50 一 150mm。隔熱屏兩端通常不布置加熱器，溫度偏 低。因此，隔熱屏每端應(yīng)大于有效加熱區(qū)約 150300mm，或 更長(zhǎng)一些。 則： L9002(150300)12001500mm B6002(50150)2(50100) 8001100mm H4502(50150)2(50100) L=1400 650950mm B=900 為了制造方便，取 L=1400mm；B=900mm；H=840mm。 H=840 2 2、爐襯隔熱材料

3、的選擇、爐襯隔熱材料的選擇 由于爐子四周具有相似的工作環(huán)境，我們一般選用相 同的材料。為簡(jiǎn)單起見，爐門及出爐口我們也采用相同 的結(jié)構(gòu)和材料。這里我們選用金屬隔熱屏，依據(jù)爐膽的 型式和形狀，作成圓筒形包圍電熱元件，以便把熱量反 射回加熱區(qū)，從而起到隔熱效果，高溫時(shí)用鉑、鎢、鉭片。 溫度低于 900時(shí)可選用不銹鋼薄板，由于加熱爐的最高使 用溫度為 1300，屏的隔熱效果與層數(shù) n 的關(guān)系大體按 1(n+1)變化。 即： )( ) 1( 1 kWQ n Qn 式中： 安裝 n 層隔熱屏后的熱量（kW） n Q 隔熱屏層數(shù) n 加熱室熱量（爐子功率換算為熱量） （kW） Q 通常 1300的熱處理爐以

4、 6 層屏為宜。這里我們采用六層全 金屬隔熱屏，其中內(nèi)三層為鉬層，外三層為不銹鋼層,以降低 成本。 按設(shè)計(jì)計(jì)算，第一層鉬輻射屏與爐溫相等，以后各輻射 屏逐層降低，鉬層每層降低 250左右，不銹鋼層每層降低 150左右。則按上述設(shè)計(jì)，各層的設(shè)計(jì)溫度為： 第一層：1300；第二層：1050； 第三層：800；第四層：550； 第五層：400；第六層：250； 水冷夾層內(nèi)壁：100 最后水冷加層內(nèi)壁的溫度為 100150，符合要求。 3 3、各隔熱層、爐殼內(nèi)壁的面積及厚度 （1）隔熱屏 由于隔熱層屏與屏之間的間距約 815mm，這里我們?nèi)?10mm。鉬層厚度為 0.2mm0.5mm，這里取 0.3m

5、m，不銹鋼層 厚度 0.5mm1.0mm，這里取 0.6mm。屏的各層間通過螺釘和 隔套隔開。 第一層面積： 2 1 F 111111 HBHLBL 2(14009001400840900840) 6.384 =6.384 1 F 第二層面積： 2 2 F 222222 HBHLBL 2（14109101410850910850） 6.5102 =6.5102 2 F 第三層面積： 2 3 F 333333 HBHLBL 2（14209201420860920860） 6.6376 =6.6376 3 F 第四層面積： 2 4 F 444444 HBHLBL 2（143093014308709

6、30870） 6.7662 6.7662 4 F 第五層面積： 2 5 F 555555 HBHLBL 2（14409401440880940880） 6.8960 6.8960 5 F 第六層面積： 2 6 F 666666 HBHLBL 2（14509501450890950890） 7.027 7.027 6 F （2）爐殼內(nèi)壁 爐殼采用雙層冷冷卻水結(jié)構(gòu)，真空淬火爐對(duì)真空度的要 求比較高，而且 WZC-60 屬于大型真空淬火爐，由于不銹鋼板 材料較貴，特別對(duì)大型爐殼，耗材多、造價(jià)高，最終，在性 能和成本之間均衡后選擇 1Cr18Ni9Ti-A3 鋼板作為爐體材料。 爐殼內(nèi)壁面積： 2 冷

7、 F 冷冷冷冷冷冷 HBHLBL 2（14609601460910960910） 7.2076 7.2076 冷 F 圓筒狀完體只承受外壓時(shí)，可按穩(wěn)定條件計(jì)算。有受外 壓 110 Pa，水壓實(shí)驗(yàn)按 P210 Pa 計(jì)。 5 水 5 真空爐的爐殼厚度由以下公式給出： 4 . 0 0 )(25 . 1 Bt B DE PL DS 0 S(mm) (),900mm ()0.3pa ()1360mm (),1Cr18Ni9TiA3 533000Mpa B t Dmm PMPaM Lmm EtMPa 式中： 殼體圓筒計(jì)算壁厚 圓筒直徑這里為 外壓設(shè)計(jì)壓力，為 殼體圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度，為 材料溫度為時(shí)的彈性模

8、量鋼板的 彈性模量為 0.4 0 0.3 1460 1.25 900 ()12.6913 533000 900 Smmmm 實(shí)際爐體厚度為 S=S0+C 其中：C=C1+C2+C3 C壁厚的附加量（mm） C1鋼板的最大負(fù)公差附加量（mm） C2腐蝕裕度（mm） C3風(fēng)頭沖壓的拉伸減薄量（mm） 由表得 C1為 0.8mm， C2在單面腐蝕下取 1mm，C3為厚度的 10%，這里 C3=1mm 所以，C=2.8mm，故 S=14+2.8=16.8mm，取整 S=17mm S=17mm 對(duì)于水冷真空爐，還需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)來(lái)校驗(yàn)強(qiáng)度確定 壁厚是否滿足使用需求。 S 225.5B/ 0 彎 225.

9、591/0.903 6 10360 式中：B矩形板窄邊長(zhǎng)度，B91; 1Cr18Ni9Ti-A3 鋼的彎曲許用應(yīng)力為 533Mpa。 彎 圓筒爐殼水壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)校核壁上應(yīng)力。進(jìn)行水套水壓試驗(yàn)， 一般水套內(nèi)通入(23)105Pa（表壓)的壓力。此外，還要加上 1105Pa 抽空壓力(內(nèi)抽真空受的力)。 其圓筒經(jīng)的應(yīng)力水壓試驗(yàn)時(shí)，其應(yīng)力為 422.5Mpa 2 2 5 . 0 CS PB 水 422.5Mpa0.9479.7Mpa 0.9479.7Mpa 25 2 0.5 912 10 1.70.3 s s 則所需壁厚符合要求，即 S17 S17 (3) 爐門與封頭的確定 真空熱處理爐通常采用雙層

10、橢圓形爐門，中間通水冷卻。 爐門形狀可分為圓形通，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭作門板，爐門上 的法蘭要求精加工，加工中變形量一般應(yīng)0.5mm。由于爐門 法蘭和殼體法蘭是密封面，通過法蘭上開設(shè)的密封槽及密封 團(tuán)密封，法蘭加工要求平整，精度高，密封槽尺寸應(yīng)核確銑 制加工，配合面應(yīng)磨削加工。 真空熱處理設(shè)備的封頭壁厚可以按爐殼設(shè)計(jì)計(jì)算，封頭 主要有平蓋封頭、橢圓封頭與碟形封頭三種。從受外壓角度 力學(xué)分析來(lái)說(shuō)，無(wú)折邊球面端封頭受力狀況較好，受力均布， 因而本次設(shè)計(jì)采用無(wú)折邊球面端封頭。封頭由以下公式確定 ：（算法按凸形封頭橢圓形封頭計(jì)算） 1.7 4 2 () () 1 (3) 4 () () () BB B

11、B B B B PDD SC Ph Smm PMPa R M r Dmm r hmm MPa R 式中 封頭計(jì)算壁厚 外壓設(shè)計(jì)壓力 系數(shù), M = 封頭直邊部分內(nèi)徑 碟形封頭圓角半徑(m m ) 封頭凸出部分內(nèi)邊高度 焊縫系數(shù) 許用應(yīng)力 碟形封頭球形部分內(nèi)半徑(m m ) 帶入數(shù)據(jù)后，封頭選型取為： 3 1100 16 138 0.1624 1 11001100 N iN D Smm kg Vm RKDmm 外徑 厚度 質(zhì)量m = 容積 當(dāng)量球殼內(nèi)半徑 三、爐子熱平衡計(jì)算 根據(jù)熱平衡方程式 Q總 Q有效+Q損失+ Q蓄 式中： Q總加熱器發(fā)出的總熱量(kJ/h)； Q有效有效熱消耗，即加熱工件

12、及工夾具所消耗的熱量 Q損失無(wú)功熱損失(kJ/h) Q蓄加熱過程中爐子結(jié)構(gòu)蓄熱消耗的熱量。 1 1、有效熱消耗的計(jì)算 Q有效Q工Q夾 Q工 GC(t1-t0) 式中： Q有效熱消耗(kJ/h)； 有效 Q 工件加熱消耗熱量(kJ/h)； 工 Q 夾具加熱消耗熱量(kJ/h)； 夾 G爐子生產(chǎn)率(kg/h)； t1工件的最終溫度()，般取爐溫； t0工件的起始溫度，()，一股取室溫； C工件在溫度 t1和 t0時(shí)的平均比熱容kJ(kgK) 工件和夾具在 1300和 20的比熱容分別為 C 0.636kJ/(kg)和 C 0.486kJ/(kg)，1 0 它們的質(zhì)量分別為 G =160kg,G=1

13、0kg 工夾 則 QQQ（GG）(C t C t ) 有效工夾工夾1100 (12010)(0.63613000.48620) .6kJ/h Q.6kJ/h 有效 2 2、無(wú)功熱損失的計(jì)算 Q損失= Q1+Q2+Q3+Q4 式中：Q1-通過隔熱層輻射給水冷壁的熱損失 Q2-水冷電極傳導(dǎo)的熱損失 Q3-熱短路造成的熱損失 Q4-其它熱損失 （1） 、通過隔熱屏熱損失 Q 的計(jì)算 1 電熱元件、隔熱屏的黑度為：0.95； 熱 0.133；0.096；0.073； 1 2 3 0.5；0.56。 4 5 6 冷 在輻射系數(shù)的測(cè)算中，參考工業(yè)應(yīng)用中管狀加熱體平均的單 位表面功率 13W/cm2，參考要

14、求中給出的 100kW 的功率得到 加熱體表面積大概為: F=0.76923 2 2 76923 . 0 /13 100 m cmW kWP F P 熱 熱 則導(dǎo)來(lái)輻射系數(shù)： 1 4.96 10.769231 1 0.956.38400.133 C 熱 2.6984kJ/(hK ) 4 其中 F 由前面算得，F(xiàn)為加熱元件的表面積。 1熱 同樣計(jì)算得： C 12 1 122 4.964.96 16.3841 11 1 1 0.1336.5102 0.096 F F 0.2961kJ/(hK ) 4 C 23 2 233 4.964.96 16.51021 11 1 1 0.0966.6376 0

15、.096 F F 0.2524kJ/(hK ) 4 C 34 3 344 4.964.96 16.63761 11 1 1 0.0966.7662 0.5 F F 0.4352kJ/(hK ) 4 C 45 4 455 4.964.96 16.76621 11 1 1 0.56.8960 0.5 F F 1.6638kJ/(hK ) 4 C 56 5 566 4.964.96 16.89601 11 1 1 0.57.2076 0.5 F F 1.6775kJ/(hK ) 4 C 冷6 6 6 4.964.96 17.0271 11 1 1 0.57.2076 0.56 F F 冷冷 1.79

16、32kJ/(hK ) 4 則 Q 1 611 44 111 100100 FCFCFC TT 冷熱熱 冷熱 44 1673373 100100 111 2.6420 0.769230.2961 6.03601.7900 6.6569 33742.5kJ/h Q 33742.5 kJ/h 1 式中： T電熱元件得絕對(duì)溫度，按高于爐子工作 熱 溫度按 100計(jì)算，即 T1673K; 熱 T爐內(nèi)壁的絕對(duì)溫度，即按設(shè)計(jì)計(jì)算 冷 得 T373K。 冷 各輻射屏的溫度的驗(yàn)算： 第一層：Q 4 1 100 T 4 100 熱 T 1 熱熱 FC 1 1 把各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入上述公式，計(jì)算得 T =1562K 即

17、t =1289 t =1289 111 第二層：Q 4 2 100 T 4 100 熱 T 1 1121 11 FCFC 熱熱 把各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入上述公式，計(jì)算得 T =1432K 即 t =1159 t =1159 222 類似計(jì)算，得： t =931 3 t =931;t =702;t =605; t =702 3454 t =458;t=101 t =605 6冷5 驗(yàn)算結(jié)果與前面設(shè)計(jì)的各隔熱層溫度基本相近，符合要求 t =458 6 近，符合要求。 t=101 冷 （2）水冷電極傳導(dǎo)的熱損失 Q 計(jì)算 2 根據(jù)公式：Q 2 21 2 4 tt d n 式中： Q2水冷電極傳導(dǎo)熱損失，(kJ

18、h)； n水冷電極數(shù)，n=3； 水的密度(kg/m3) ,1.010 kJ/m ; 33 c水的比熱容kJ(kg) d水管直徑(m)，一般取 d00060.010m/s,這里 d0.008m v水的流速(mh)，對(duì)軟水一般取 O8m/s 一 12m/s， 對(duì)中等硬度水一般取 1.2m/s 一 3m/s，這里對(duì)于中等 硬度水取2m/s t1冷卻水出口溫度()一般取 30-35；這里 t 30 1 t2冷卻水出口溫度()，一般取 20-25 ，這里 t 20； 2 一個(gè)水冷電極消耗的功率約 051kw。 將數(shù)據(jù)帶入公式得： Q 2 21 2 4 tt d n 31.010 2 3 2 0.008

19、4 4.210 （3020）12660.48 kJ/h 3 Q 12660.48kJ/h 2 （3）熱短路損失 Q 計(jì)算 3 該項(xiàng)熱損失,包括隔熱層支撐件與爐壁聯(lián)接 熱傳導(dǎo)損失，爐床或工件支承架短路傳導(dǎo)損失，以 及其它熱短路損失等。這部分熱損失很難精確計(jì)算， 權(quán)據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這部分熱損失大約為 Q1的 5一 10 左右，這里我們?nèi)。?Q 8*Q 833742.52699.4kJ/h Q 2699.4kJ/h 313 （4）其他熱損失 Q 計(jì)算 4 其它熱損失，加熱電偶導(dǎo)出裝置，真空管道、 觀察孔、風(fēng)扇裝置等的熱損失。這部分的熱損失也 很難精確計(jì)算，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這部分熱損失大約為 Q1 的 3一 5左右

20、,取 Q4(3一 5)這里我們?nèi)。?Q 5*Q 533742.51687.13kJ/h Q 1687.13KJ/h 414 則： QQ Q Q Q 損失1234 33742.512660.42699.41687.13 50789.43kJ/h Q50789.43kJ/h 損失 3 3、結(jié)構(gòu)的蓄熱量 爐子結(jié)構(gòu)蓄熱消耗是指爐子從室溫加熱至工作溫 度，并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)即熱平衡時(shí)爐子結(jié)構(gòu)件所吸收的 熱量，對(duì)于連續(xù)式爐，這部分銷耗可不計(jì)算。對(duì)于周 期式爐，此項(xiàng)消耗是相當(dāng)大的，它直接影響爐子的升 溫時(shí)間，對(duì)確定爐子功率有很重要的意義。 爐子結(jié)薔熱量是隔熱層、爐床、爐殼內(nèi)壁等熱消 耗之總和。計(jì)算公式如下： m

21、 tGC Q A 蓄 式中： Q 蓄結(jié)構(gòu)蓄熱量(kJ/h)； G結(jié)構(gòu)件重量(kg)； Cm結(jié)構(gòu)件材料的平均比熱容kJ(kg) 結(jié)構(gòu)件增加的溫度()；t 爐子的升溫時(shí)間(h)。 （1）隔熱層的蓄熱量 第一層： G 111 bF 鉬 10.210 6.3840.31019.53 G 19.53 33 1 q 1 011 ttCG m 18.600.259（130120）6171.1kJ q 6171.1kJ 1 第二層： G 222 bF 鉬 10.210 6.51020.31019.92 G 19.92 33 2 q 2 022 ttCG m 18.980.259（115920）5599.5kJ

22、 q 5599.5kJ 2 第三層： G 333 bF 鉬 10.210 6.63760.31020.31 G 20.31 33 3 q 3 033 ttCG m 19.220.259（93120）4535.3kJ q 4535.3kJ 3 第四層： G 444 bF 鋼 7.910 6.76620.61032.07 G 32.07 33 4 q 4 044 ttCG m 30.370.5041（70220）10439.5kJ q 10439.5kJ 4 第五層： G 555 bF 鋼 7.910 6.89600.61032.69 G 32.69 33 5 q 5 055 ttCG m 30.

23、960.5041（60520）9130.6kJ q 9130.6kJ 5 第六層： G 666 bF 鋼 7.910 7.0270.61033.31 G 33.31 33 6 q 6 066 ttCG m 31.560.5041（45820）6969.1kJ q 6969.1kJ 6 （2） 、爐殼內(nèi)壁的蓄熱量 G 內(nèi)冷冷鋼 bF 7.910 7.207618101024.9 G 1024.9 33 內(nèi) 由于內(nèi)壁溫度由內(nèi)到外以此降低，內(nèi)部溫度 為 100，外部溫度為 20。 則： q1/2 冷 0 ttCG m 冷冷 1/21024.90.4682（10020） 19194.3kJ q1919

24、4.3kJ 冷 于是： Q 蓄 冷21l qqq 6171.1 5599.14535.3 10439.59130.66969.1 18074.4 1 60919.1 kJ/h Q60919.1 蓄 kJ/h 4 4、爐子功率的驗(yàn)證 爐子應(yīng)供給的總熱量： QQQQ 總有效損失蓄 .650789.4360919.1 .13 kJ/h Q.13 kJ/h 總 則爐子總負(fù)載功率 N 總 NK1.283.65kw 總 3595 總 Q250612.13 3595 與爐子所要求的設(shè)計(jì)功率 100kw 相近，則取 N100kw。 總 空載升溫功率： N100kw 總 N31.07kw N31.07kw 空

25、3595 蓄損失 QQ 50789.4360919.1 3595 空 空載升溫時(shí)間： 0.25h 0.25h 60919.1 35953595 50660.7 0.80.80.8 1000.8 3595 3595 Q Q N 蓄 損失 總 四、電熱元件的選擇及布置 對(duì)于中小型加熱爐，為了保證加熱的均勻性，在爐膛的 四周都不知上加熱元件，即兩底面和兩側(cè)面都按上加熱元件， 加熱元件組成星形連接。 由于爐溫最高溫度達(dá) 1300，而加熱元件的溫度則為 1400，殼選用石墨棒為加熱元件，所加電壓為 200V。 根據(jù)加熱室的形狀尺寸，確定石墨棒的有效加熱長(zhǎng)度為 L=600,每個(gè)面上都布置有 6 根石墨棒，

26、四個(gè)面上共 46 24 根。每 8 根為一組進(jìn)行三相星形連接，每組分配功率為 33kw。這樣，可使每一個(gè)電熱元件的功率不致過大，便于調(diào) 節(jié)爐溫并保持其均勻性，同時(shí)電熱元件尺寸可在最常用的范 圍內(nèi)。 由公式 R 和 F t P U 2 R l t 式中：F電熱元件的截面積(mm2)； 電熱元件在工作溫度時(shí)的電阻系數(shù)(mm2m) t Rt電熱元件在工作溫度時(shí)的電阻(0)； l電熱元件有效加熱段長(zhǎng)度(m)。 得： F P U l 2 P U l 2 123310 47.52mm F=47.52 mm 2 3 200 106008 322 設(shè)石墨棒的外徑 D10，則其內(nèi)徑： d6.3 4 52.471

27、0 4 4 4 22 FD 為保證功率滿足要求，取 d7。 根據(jù)計(jì)算，選用星形方式連接，石墨棒的外 D10 ， D10 內(nèi)徑 d7，電熱元件在靠近爐口的部分其間距應(yīng)稍小一 d7 些，以使?fàn)t口處溫度不致過低。其電源為三相，使用磁性調(diào) 壓器。 五、工件進(jìn)出料傳送裝置設(shè)計(jì) 臥式油(氣)淬火真空爐的工件傳輸機(jī)構(gòu)通常由三部分組成， 即水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)，取放工件升降機(jī)構(gòu)；工件淬火升降機(jī)構(gòu)。 其中水平運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用推拉式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，把工件(料筐)放 于小車上，推拉小車進(jìn)入加熱室的加熱位置進(jìn)行加熱，保溫 結(jié)束后，傳送機(jī)構(gòu)將工件運(yùn)送至工作位置進(jìn)行淬火。 六、其他部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 1、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) (1)冷卻水消耗計(jì)算

28、 殼 Q 421 QQQ 33628.512660.481681.447970.38kJ/h 2FLBLHBH 外外外外外外外壁 （）F外壁 2 980 1480 920980 9207.43m=2（1480） 外壁的參數(shù)由內(nèi)壁參數(shù)加上壁厚 S 與水冷區(qū)厚度而得，約為 20 7807.435795 kJ/h 外壁散 FQ780 0.5 21 ttC QQ G 散殼 水 3 47970.385795 4.2 104020 式中： 爐殼冷卻水消耗量(kg/h)；G水 通過爐殼總的熱損失(kJ/h);Q殼 通過滬殼散人周圍空氣的熱損失(kJ/h)Q散 C C水的比熱 t1出水口水的溫度()； t2進(jìn)

29、水口水的溫度()。 V0.5m V0.5m 水 水 水 G 0.5 1.0 3 水 3 (2)確定水在水殼內(nèi)的經(jīng)濟(jì)流速和當(dāng)量直徑 器管內(nèi)為軟水，流速為m/s，則水流管5 . 1 得當(dāng)量直徑為： d11 d11 V4 0.5 4 3600 1.5 式中： d當(dāng)量直徑(m)； 水的經(jīng)濟(jì)流速(ms)； V水的容積流量(m3s) (3)球?qū)α鳠釗Q系數(shù) 0.113 d d 8 . 0 310 0.113 0.8 3 3 310 11 101.5 11 10 37.91KJ/(h) =37.91 kJ/(h) (4)驗(yàn)算水冷爐壁得溫度() 壁 t 壁 t F N 7 . 205 水 t 2029.1100

30、 符合要求 29.1100 205.7 11.81 37.91 7.05 壁 t N冷卻水帶走的熱量， 符合要求 N11.73kw 3595 散殼 QQ 47970.385795 3595 (5)冷卻水的管道設(shè)計(jì) 進(jìn)水管徑的確定 進(jìn)水管直徑 d15，出水管徑稍大些為 d15 D18。 D18 回水管直徑的確定 下水管道的流速 2.0m/s 2 gh22 . 08 . 92 則下水管道截面直徑 D 9.4 2 2 4 V0.4 4 3600 2.0 取 D =10 D =10 22 (6)水的軟化和攝環(huán)水的應(yīng)用 經(jīng)軟化后循環(huán)水可提高其出水溫度，一般出水溫度為 5060T (7)水冷系統(tǒng)的安全保護(hù)

31、 1)水壓保護(hù)和監(jiān)測(cè)，安裝水壓繼電器及水壓表 2)儲(chǔ)水箱 2. 水冷電極 水冷電極是將電能引入到爐內(nèi)電熱元件上的導(dǎo)電裝置， 在設(shè)計(jì)上主要注意一下幾點(diǎn)： (1)水冷電極與爐室內(nèi)電熱元件相連，通過爐殼時(shí)要保證 良好的密封。通常用真空橡膠圈或聚四氟乙烯圈密封。通水 的目的是防止溫度過高，燒壞密封圈。 (2)電極與爐殼應(yīng)有良好的絕緣性能，往往兩者間用玻璃 纖維板、云母、夾布膠木或聚四氟乙烯等材料制的套圈隔開。 (3)電極要有足夠大的斷面積，通常用紫銅制造，在有水 冷的情況下，電流密度允許值為 10 一 18A/mm2。 (4)電極與電熱元件以及電極與電源連線間應(yīng)接觸良好， 并有足夠大的接觸面積，拆裝方

32、便。 (5)電極的熱損失要盡量小。 3. 觀察窗 觀察窗是真空爐工作時(shí)用于觀察工件受熱情況得，要求 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，觀察高度適宜，其尺寸的大小在滿足觀察視野的 前提下，應(yīng)盡量小些。觀察窗上的玻璃要求耐溫并有一定的 強(qiáng)度。6001100時(shí)可選用鋁硅、高硅氧、石英玻璃。這里 觀察孔的直徑為 50mm，玻璃片直徑 66mm，玻璃片厚度為 8mm 4. 熱電偶測(cè)溫裝置 熱電偶作為測(cè)溫和控溫裝置的感溫元件，是真空熱處理 爐加熱室要的測(cè)試裝置，真空爐上安裝熱電偶便與一般爐子 不同，要保證熱電偶絲的引出必須符合真空密封的要求。本 設(shè)計(jì)中一般用鎢錸熱電偶作為熱電偶絲。根據(jù)爐子使用溫度， 使用耐溫 16001700的

33、高純氧化鋁作為保護(hù)管材料。 5.風(fēng)扇 風(fēng)扇結(jié)構(gòu)采用液壓馬達(dá)作驅(qū)動(dòng)力的風(fēng)扇裝置，主要特點(diǎn) 是直接利用液壓馬達(dá)的法蘭安裝面作為靜密封面，省得一個(gè) 水冷卻罩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單密封可靠。風(fēng)扇葉輪多采用離心式葉輪， 材料為 45 號(hào)鋼。風(fēng)機(jī)的風(fēng)速選為 10m/s 6. 真空放氣閥、真空安全閥 真空爐安全閥型式也有幾種，主要為防止真空爐亢氣壓力 過高保護(hù)真空爐構(gòu)件及測(cè)試元件。這里采用彈簧膜片結(jié)構(gòu)。 7.法蘭設(shè)計(jì) 遵照國(guó)標(biāo)選取真空法蘭。 七、真空熱處理爐真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 真空熱處理設(shè)備的真空系統(tǒng)通常由獲得真空的容器(真空 爐)和真空獲得設(shè)備(真空泵機(jī)組)、控制真空和測(cè)量真空的組 件設(shè)備組成。分述如下： (1)真空泵機(jī)

34、組，根據(jù)爐子工作壓力和抽氣量的大小， 分別選配有不同抽速的超高真空泵，高真空泵，中真空泵和 低真空泵。 (2)在真空爐室和真空泵機(jī)組間配備的各種真空組件或真 空元件，如閥門、過濾器、冷阱、波紋管、管路、密封團(tuán)和 法蘭等。 (3)為了測(cè)量真空系統(tǒng)的真空度，在系統(tǒng)的不同位置上 設(shè)置測(cè)量不同壓力的真空規(guī)管或其它真空儀表，如電離規(guī)管、 熱電偶規(guī)管。通常還設(shè)有真空壓力表和其它真空測(cè)量?jī)x表。 (4)真空檢漏儀器、真空控制儀器、充氣裝置等。 1.1.根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)條件, ,確定真空系統(tǒng)方案 根據(jù)所選的真空泵的極限真空度應(yīng)比爐子工作真空度高 1 個(gè)數(shù)量級(jí)的原則,同時(shí)考慮到真空泵應(yīng)在 1-Pa 真空度范 -2 1

35、0 圍內(nèi)有較大的抽氣速率。所以,選取機(jī)械增壓泵和機(jī)械真空泵 組成的真空系統(tǒng)即:羅茨泵機(jī)械真空泵機(jī)組。 2.2.真空爐必要抽速計(jì)算 p q p Fq p Vq n p Gq S 漏表襯料料 必 522 1016 . 0 1057 . 0 107 . 5 5.710 22 50 21040 25.3 1.20.57 10 3600 0.1333600 0.133 0.1610 5 44 33.516 12.05 101.861 10 0.1330.133 50.10L/s S50.10L/s 必 式中 S爐子的必要抽速，即為了達(dá)到所要求的真空度， 必 從爐中抽出氣體的速度(Ls)； G爐料重量(k

36、g)，為 210kg； 料 q被處理材料所放出的氣體量，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 料 的氣體體積(/100g)，通過查表可知鋼在標(biāo)準(zhǔn) 3 cm 狀態(tài)下的放氣量為 0.150.65L/kg，取 0.50L/kg, 即 50 /100g； 3 cm q爐襯材料單位體積中放出的氣體量，換算成標(biāo)準(zhǔn) 襯 狀態(tài)下的氣體體積(/)，取 40/L； 3 cm 3 dm 3 cm V爐襯材料的體積(),隔熱屏的體積為 25.3dm 3 dm 3 q金屬結(jié)構(gòu)材料單位表面積上單位時(shí)間內(nèi)放出的氣 表 體量，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積/（s)） ， 3 cm 2 cm 因?yàn)橐话銧t內(nèi)壁均為碳鋼件，查表可得 q=9.3110-6L/s

37、33.516 ； 表 2 cmhcm/cm 23 F爐子金屬構(gòu)件和爐壁的表面積（） ， 2 cm F12.05 P真空度，即工作壓強(qiáng)(Pa)，為 0.133Pa； 處理時(shí)間(s)，1h3600s； n熱處理過程中的不均勻放氣系數(shù)，一般取為 1.2， 真空燒結(jié)時(shí)取為 2 q系統(tǒng)的漏氣率，根據(jù)設(shè)計(jì)要求為 漏 0.67Pa/h1.86110Pas。 4 3.3.根據(jù)爐子必要抽氣速率選擇主泵 一般主泵的抽氣速率約等于爐子必要抽氣速率的 24 倍, 考慮到本計(jì)算真空系統(tǒng)沒有采用障板,過濾器等。阻力損失僅 考慮管道和閥門,所以采取 2 倍爐子必要抽氣速率即 S=3S 主必 =125.25L/s S125.

38、25/S 主 按 S選取 ZJ150 機(jī)械增壓泵為主泵, 選取 ZJ150 機(jī)械增壓泵為主泵 主 其主要技術(shù)指標(biāo)為: 抽氣速率 150L/s 極限真空度 3.67Pa -2 10 4.4.選配前級(jí)真空泵 機(jī)械增壓泵(羅茨泵)的前級(jí)真空泵的抽氣速率 按下式算: L/s3015 105 1 主前 SS 按 S選取 2X30 旋片式真空泵為前級(jí)泵,其主要 選取 2X30 旋片式真空泵為前級(jí) 前 泵 2X30 旋片式真技術(shù)指標(biāo)為: 抽氣速率 30L/s 極限真空度 0.22Pa 5.5.確定真空系統(tǒng)管及配件尺寸 按所選擇的機(jī)械增壓泵和前級(jí)真空泵的性能規(guī)格,選取管 道及配件如閥門等尺寸規(guī)格。 (1)真空

39、閩門 真空閥門的作用是用來(lái)調(diào)節(jié)氣流或隔斷氣流，種類繁多， 根據(jù)閥門的工作特性、傳動(dòng)原理、結(jié)構(gòu)和用途。 對(duì)真空閥的基本要求：盡可能大的流導(dǎo)，密封可靠，操 作簡(jiǎn)便，密封部件磨損性好長(zhǎng)，容易安裝和維護(hù)，有的還要 求動(dòng)作平穩(wěn)快速，或者同時(shí)要求占據(jù)空間小等。 (2)全屬波紋管 金屬波紋管又稱彈性管，它可產(chǎn)生袖向變形，在真空爐 上廣泛應(yīng)用于機(jī)械真空泵進(jìn)口側(cè)管道上，其作用是減少機(jī)械 泵對(duì)爐體的震動(dòng)；另外可用于補(bǔ)償安裝位置誤差和熱脹冷縮 的密封連接件等。真空系統(tǒng)中，對(duì)于小型管路，也可用真空 橡膠管或尼龍管內(nèi)襯彈簧結(jié)構(gòu)(金屬絲網(wǎng)尼龍管)代替金屬波 紋管。 (3)密封圈結(jié)構(gòu) 密封圖形式有幾種,O 型主要用于靜密封

40、,J 型和 O 型主要 用于動(dòng)密封,此外還有金屬圈和金屬絲的密封結(jié)構(gòu)。密封形式 有靜密封和動(dòng)密封,其選用依工作要求而定。 (4)冷階和過濾器 根據(jù)真空熱處理爐的技術(shù)要求，提高真空系統(tǒng)的真空度和 保護(hù)真空系統(tǒng)不受污染，系統(tǒng)中常附設(shè)冷阱(又稱捕集器)、 擋油器、過濾器等。冷阱可捕集真空爐油蒸氣、水蒸氣等氣 體，保護(hù)真空泵不受污染；如采用液氮冷阱RJ 提高真空度 0.51 數(shù)量級(jí)(對(duì)以 Pa 為單位而言)。 過濾器又稱除塵器，它的作用是防止真空爐產(chǎn)生的灰塵 進(jìn)入真空泵內(nèi)污染真空泵油，一般安裝在機(jī)械泵的入口端管 道中。 檔油器通常裝在袖增壓泵或擴(kuò)散泵的入口，一般用水冷， 其作用是防止大量油蒸氣返入真空爐內(nèi)，污染真空爐室、 隔熱屏、加熱元件和被處理工件。 八、真空熱處理的優(yōu)點(diǎn) 正因?yàn)檎婵諢崽幚硭捎玫慕橘|(zhì)是高真空，所以它相比 普通熱處理有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.潔凈工件表面: 真空附著在這些物體上的油脂屬普通脂肪 族，是碳、氫、氧化合物、蒸氣壓較高，在真空中加熱時(shí)被 揮發(fā)或分解，隨即被真空泵抽掉，使工件表面凈化。 2.實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化、無(wú)脫碳加熱: 由于模具均是在真空狀態(tài)下加 熱，殘余氣體的氧分壓極低，表面不氧化、不脫碳，