大型臥式真空退火爐的研制
該大型臥式真空退火爐是用于鈦、鋯等稀有金屬管材退火的真空熱處理設備，退火工件最長(cháng)尺寸為16m，是國內長(cháng)度和容量最大的真空退火爐。本文著(zhù)重介紹了該爐的技術(shù)性能、主要機構的設計、動(dòng)作原理及其結構特點(diǎn)等。
真空退火是鈦、鋯等稀有金屬中間和成品加工的重要工藝過(guò)程，在無(wú)氧化和無(wú)污染狀態(tài)下進(jìn)行消除應力再結晶退火，以消除加工硬化和恢復塑性[1] 。近年來(lái)，隨著(zhù)國內航空、航天、航海、核電、國防等尖端工業(yè)的高速發(fā)展，不僅對鈦、鋯等稀有金屬管棒材的需求量大大提高，而且對其質(zhì)量和性能也有了更高的要求，管棒材的單根長(cháng)度也由3 m~6 m 增加到10 m~16 m，因此，目前的真空退火工藝和設備難以滿(mǎn)足這些尖端工業(yè)快速發(fā)展的要求。
目前，北京有色金屬研究總院根據當前尖端工業(yè)的需求，結合自身的設計和使用等實(shí)踐經(jīng)驗，開(kāi)發(fā)制造了用于鈦、鋯等稀有金屬的大型真空退火爐，退火工件長(cháng)度最長(cháng)可達16 m。
1、主要技術(shù)參數
型式：臥式、外循環(huán)式快冷、真空電阻爐。有效均溫區Φ850 mm×16000 mm(600 mm×600 mm×16000mm)最高溫度：900℃，工作溫度:500℃~850℃，溫度均勻性:±5℃，控溫精度：±1℃，極限真空度:1.0×10- 3 Pa，工作真空度:1.0×10- 2 Pa，壓升率:≤0.67 Pa/h，額定加熱功率:900 kW
2、爐體機構的設計及特點(diǎn)[2]
該爐為冷卻水套式臥式真空退火爐，單室內加熱。由爐體、真空系統、進(jìn)出料系統及料架、工件快速冷卻系統、加熱系統和電控系統等組成。
2.1、爐體
爐體組成結構如圖1 所示。爐體為臥式圓筒形雙層水冷結構，包括殼體、加熱室、前爐門(mén)、后爐門(mén)。爐殼法蘭的材料均為不銹鋼，采用氬弧焊接。前后開(kāi)門(mén)，前門(mén)裝料。爐門(mén)為全不銹鋼雙層水冷橢圓封頭結構，進(jìn)料端爐門(mén)能自動(dòng)開(kāi)閉，另外一端爐門(mén)氣動(dòng)缸鎖緊，側開(kāi)門(mén)形式。爐體上安裝有充氣接口及閥門(mén)、放氣閥、標溫接口、檢漏接口等。配置寬帶式高溫合金加熱器。寬帶式加熱器與水冷爐壁間配置5 層0.5 mm 厚的不銹鋼隔熱屏。爐門(mén)與爐體法蘭間采用橡膠密封圈，達到高真空密封要求，密封性能穩定、可靠。
2.4、真空系統
為迅速排除爐室腔體內氣體及物料熱處理時(shí)大量放出的雜質(zhì)氣體，保持爐室真空度符合工藝要求， 本設備配置了2 組抽氣能力強大的KT- 800A 擴散泵機組。2 個(gè)擴散泵都裝有擋油帽并實(shí)施溫度監控，配有加熱功率調節器，防止返油。同時(shí)為防止真空泵油蒸汽對工件的污染，在KT- 800A 擴散泵口設置了低溫氟利昂冷阱，提高了真空室的潔凈度。
2.5、冷卻水系統及加熱室快冷系統
冷卻水系統包括分水器、水箱、閥門(mén)、管路及各種檢測元件，具有水壓、水流、水溫和缺水報警及聯(lián)鎖等功能。同時(shí)，為了提高設備的工作效率，此設備設置了氣體快速冷卻系統�？炖湎到y由交換器、磁流體密封裝置、快冷風(fēng)機、軟接管、接管等部件組成。設備運行至快速冷卻工序時(shí)，充氬氣閥打開(kāi)，向爐內充入高純氬氣。爐內氣體壓力達到設定點(diǎn)后，快冷裝置中風(fēng)機啟動(dòng)，熱氣進(jìn)入熱交換器，進(jìn)行熱交換，冷卻后的氣體經(jīng)通風(fēng)管道送入爐體，冷卻工件，如此循環(huán)工作。在此工作過(guò)程中，當爐內壓力低于70 kPa 時(shí)，氬氣閥就自動(dòng)打開(kāi)，向爐內補充氬氣。
2.6、電控系統
電控系統[4]由工控機、工控組態(tài)軟件、數據采集卡、溫控儀(歐陸)帶通訊、輸入輸出模塊、PLC(帶相應的I/O 擴展，通訊接口)、真空計帶輸出控制、帶通訊接口等組成。電控系統由若干控制柜(廠(chǎng)方設計)組成，控制柜面板上有真空系統以及供電加熱系統操作模擬圖。同時(shí)還有各段加熱電流、溫度以及擴散泵電流顯示。整個(gè)控制系統均可以自動(dòng)和手動(dòng)自由切換，操作(控制)柜上配有常用的控制按鈕。調用、運行加熱程序分別可從上位機和主控溫儀上操作。在爐門(mén)附近安裝有操作箱，便于觀(guān)察與控制送料機構的進(jìn)出，該操作箱包括進(jìn)料、出料、停止等按鈕和指示燈。主回路包括低壓熔斷器、快速熔斷器，真空機組分段后用小型變壓器或功率模塊代替大型磁調，減少占地面積，運行穩定，節能環(huán)保，故障率低。
3、結束語(yǔ)
該退火爐退火工件最長(cháng)尺寸為16 m，是國內長(cháng)度和容量最大的真空鈦材退火爐，屬熱處理行業(yè)的關(guān)鍵設備，填補了超長(cháng)、大容量真空退火爐的國內空白。目前已在多家企業(yè)投入生產(chǎn)運行，實(shí)際生產(chǎn)運行表明: 爐溫均勻性好，控溫精度高，真空度和壓升率等相關(guān)指標都大大優(yōu)于鈦、鋯等稀有金屬管、棒材的退火工藝要求，對國內稀有金屬及鈦生產(chǎn)裝備行業(yè)發(fā)展具有十分重要的現實(shí)意義。
參考文獻
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[2] 巴德純，于溥, 等. 真空工程技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.
[3] 楊世銘.傳熱學(xué)基礎.2 版[M].北京：高等教育出版社，2004.
[4] 北京中海匯通.3500 系列可編程回路調節器使用說(shuō)明書(shū)[M].北京：北京中海匯通科技有限公司，版本1.0.
