WZC-60型真空淬火爐講解

1、真空淬火爐設(shè)計(jì)說明書姓名：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)、設(shè)計(jì)任務(wù)說明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mm900X600X450最大裝爐量kg210最大溫度C1300壓升率Pa/h0.67額定功率kw100第1頁(yè)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)說明書中，真空加熱爐的有效加熱尺寸為900mm<600mrK450mm,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

2、。一般隔熱屏的內(nèi)表面與加熱器之間的 距離約為50 100mm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150 300mm或更長(zhǎng)一些。則：L= 900+ 2 X（150 300） = 12001500mmB= 600+ 2 X（50 150） + 2 X（50 100）=8001100mmmmmmH= 450+ 2 X（50 150） + 2 X（50 100）L=1400=650950mmB=900為了制造方便，取 L=1400mm B=900mm H=840mm H=8402、爐襯隔熱材料的選擇由于爐

3、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°C時(shí)可選用不銹鋼薄板，由于加熱爐的最高使 用溫度為1300C，屏的隔熱效果與層數(shù)n的關(guān)系大體按1/(n+1)變化。即：1QnQ(kW)(n 1)式中：Qn 安裝n層隔熱屏后的熱量(kWn隔熱屏層數(shù)Q 加熱室熱量(爐子功率換算為熱量)(kW通常1300C的熱處理爐以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

4、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 250C左右，不銹鋼層每層降低 150C左右。則按上述設(shè)計(jì)，各層的設(shè)計(jì)溫度為：第一層：1300C ;第二層：1050C；第三層：800C ;第四層：550C；第五層：400C ；第六層：250C；水冷夾層內(nèi)壁：100C最后水冷加層內(nèi)壁的溫度為100C V150C，符合要求。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0.2mn 0.5mm 這里取0.3mm 不銹鋼層 厚度0.5mn 1.0mm這里取0.6mm屏的各層間通過螺

5、釘和 隔套隔開。第一層面積：F-i = 2 X L1B1L1H1B1H1第-5 -頁(yè)第-# -頁(yè)=2X(1400 X900+ 1400X840+ 900X840)F1=6.384 m2=6.384 m2第二層面積：F2 = 2 X L2 b2 l2 h 2 B2 h 2=2X(1410X910+ 1410X850+ 910X850)F2=6.5102 m=6.5102 m第三層面積：F3 = 2X L3 B3L3H 3B3 H3第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)=2X(1420X920+ 1420X860+ 920X860)第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)=6.6376 mF3=6.6376 m第-# -頁(yè)第-

6、# -頁(yè)第四層面積:第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)F4 = 2 X L4 B4L4 H 4B4H4第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)=2X(1430X930+ 1430X870+ 930X870)第-# -頁(yè)F4 = 6.7662 mF5 6.8960 m=6.7662 m2第五層面積：F5 2 X L5 B5 L5 H 5 B5 H 5=2X(1440X940+ 1440X880+ 940X880)6.8960 m第六層面積：F6 2X L6 B6 L6 H 6 B6 H 62X(1450X950+ 1450X890+ 950X890)7.027 mF6 7.027 m(2)爐殼內(nèi)壁爐殼采用雙層冷冷卻水結(jié)構(gòu)

7、，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：F冷2X L冷H冷第-6 -頁(yè)第-# -頁(yè)2X(1460X960+ 1460X910+ 960X910)7.2076 mF冷7.2076 m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1X105Pa,水壓實(shí)驗(yàn)按P水2X105Pa計(jì)。真空爐的爐殼厚度由以下公式給出:S0 1.25DB(盤。.4 式中：S0 殼體圓筒計(jì)算壁厚(mm)DB圓筒直徑(mm),這里為900mmP外壓設(shè)

8、計(jì)壓力(MPa),為0.3MpaL殼體圓筒的計(jì)算長(zhǎng)度(mm)，為1360mmE 材料溫度為t時(shí)的彈性模量(MPa),1Cr18Ni9Ti A3鋼板的 彈性模量為533000Mpa.CL/0.3 1460 04, c _ _.-S01.25900 () .12.69mm13mm533000 900實(shí)際爐體厚度為S=S+C其中：C=C+C+CC壁厚的附加量(mmC鋼板的最大負(fù)公差附加量(mmG腐蝕裕度(mmC3風(fēng)頭沖壓的拉伸減薄量(mm由表得C為0.8mn，鼾17鞠耽縫劉粘iL53i.i56爐34Q.40.S怕LtC2在單面腐蝕下取1mm C3為厚度的10%這里C3=1mm所以，C=2.8mm 故

9、 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)來校驗(yàn)強(qiáng)度確定壁厚是否滿足使用需求。S0 = 225.5 XB/ .彎=225.5 X91/ 360 106 = 0.903 cm第-7 -頁(yè)式中：B矩形板窄邊長(zhǎng)度，B= 91 cm;1Cr18Ni9Ti-A3鋼的彎曲許用應(yīng)力為533Mpa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1 xi05Pa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2 0.5B Pk0.5 912 2 10521.7 0.3_

10、422.5MpaW0.9s _ 479.7Mpa0.9則所需壁厚符合要求，即S_ 17伽S（3）爐門與封頭的確定真空熱處理爐通常采用雙層橢圓形爐門，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)分析來說，無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)采用無折

11、邊球面端封頭。封頭由以下公式確定_ 422.5Mpas _ 479.7Mpa_ 17 mm:（算法按凸形封頭橢圓形封頭計(jì)算）第-9 -頁(yè)S 1.7PDb ?Db 4 P ' 2hB式中(mm)(MPa)s封頭計(jì)算壁厚 p外壓設(shè)計(jì)壓力:B)1M系數(shù),M=_（34Db圭寸頭直邊部分內(nèi)徑（mm）r hB碟形封頭圓角半徑（mm）-封頭凸出部分內(nèi)邊高度（mm） 焊縫系數(shù)許用應(yīng)力（MPa）Rb 碟形封頭球形部分內(nèi)半徑（mm）帶入數(shù)據(jù)后，封頭選型取為:外徑Dn 1100厚度S 16mm質(zhì)量m=38kg容積 V 0.1624m3當(dāng)量球殼內(nèi)半徑 R KDn 1 1100 1100mm三、爐子熱平衡計(jì)算根

12、據(jù)熱平衡方程式Q總=Q 有效+Q損失+ Q蓄式中：Q總一一加熱器發(fā)出的總熱量（kJ/h）;Q有效一一有效熱消耗，即加熱工件及工夾具所消耗的熱量Q損失一一無功熱損失（kJ/h）Q蓄加熱過程中爐子結(jié)構(gòu)蓄熱消耗的熱量。1、有效熱消耗的計(jì)算Q有效=Q工+ Q夾Q工=GC(tt 0)式中:Q有效一一有效熱消耗(kJ/h);Q工一一工件加熱消耗熱量(kJ/h);Q夾一一夾具加熱消耗熱量(kJ/h);G爐子生產(chǎn)率(kg/h);ti工件的最終溫度C)，般取爐溫；to工件的起始溫度，(C)，一股取室溫；C工件在溫度11和to時(shí)的平均比熱容kJ /(kg K) 工件和夾具在1300C和20C的比熱容分別為Ci =

13、 0.636kJ/(kg ?C)和 C0 = 0.486kJ/(kg ? C),它們的質(zhì)量分別為G工=160kg,G夾=10kg則Q 有效=Q 工 + Q夾=(G工 + G 夾)x(C it i Gt。)=(120 + 10) x(0.636 X1300- 0.486 X20)有效=138903.6kJ/h=138903.6kJ/hQ2、無功熱損失的計(jì)算Q 損失=Q+Q+Q+Q式中：Q-通過隔熱層輻射給水冷壁的熱損失Q-水冷電極傳導(dǎo)的熱損失Q-熱短路造成的熱損失Q-其它熱損失(1)、通過隔熱屏熱損失Q1的計(jì)算電熱元件、隔熱屏的黑度為：熱=0.95 ;i = 0.133 ;2 0096 ;3 0

14、073 ;45605 ； 冷 0.56 o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/crm,參考要求中給出的100kW的功率得到 加熱體表面積大概為第-13 -頁(yè)第-# -頁(yè)F熱=0.76923 m2 * *100kW20.76923m第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)則導(dǎo)來輻射系數(shù):4.96丄 0Z6923 丄 i0.956.38400.133=2.6984kJ/( m hK4)其中F1由前面算得，F(xiàn)熱為加熱元件的表面積。同樣計(jì)算得：4.96F1 1F 2 210.1334.964.96型丄16.5102 0.096=0.2961kJ/( m h K4)4.966.5102

15、10.096 6.6376 0.096 1第-14 -頁(yè)第-# -頁(yè)C344.963F44=0.2524kJ/( m h K4)4.96第-# -頁(yè)4.964.96Fi丄1F55丄進(jìn)丄10.5 6.8960 0.5第-15 -頁(yè)第-# -頁(yè)=1.6638kJ/( m h K4)C564.96FsF 664.961 6.89601-10.5 7.2076 0.5第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)=1.6775kJ/( m h K4)C6冷4.964.96F6丄遊丄10.5 7.2076 0.56第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)1.7932kJ/( m2 h K4)4T冷100100第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)C 熱？

16、 F 熱C1 ? F1C 冷？ F641673437310011002.6420 0.769230.29616.03601.7900 6.6569=33742.5kJ/hQ1 = 33742.5 kJ/h第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)式中：T熱一一電熱元件得絕對(duì)溫度，按高于爐子工作溫度按100C計(jì)算，即T熱=1673K;T冷一一爐內(nèi)壁的絕對(duì)溫度，即按設(shè)計(jì)計(jì)算得 T冷=373K。各輻射屏的溫度的驗(yàn)算:4.熱1第一層：=-Q1100100C撇? F熱把各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入上述公式，計(jì)算得T1=1562K即 t1=1289E1=12890412熱1第二層：萬(wàn)三二-Q1100100C 熱F 熱4T2T熱1C12 ?

17、 F1把各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入上述公式，計(jì)算得T2=1432K即 t 2=115902 =11590類似計(jì)算，得:t 3=931013=9310 ;t 4 =7020 ;t 5 =6050 ;4 =7020t 6 =4580 ;t 冷=10105 =6050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6=4580近，符合要求。冷=1010（2）水冷電極傳導(dǎo)的熱損失Q2計(jì)算d2根據(jù)公式：Q2 = n 4t1 t2式中:Q水冷電極傳導(dǎo)熱損失,(kJ / h);第-17 -頁(yè)第-# -頁(yè)n 水冷電極數(shù)，n=3;水的密度（kg/m3）,=1.0 X103kJ/m3;第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)c水的比熱容kJ

18、 / （kg0d水管直徑（m），般取d = 0. 006 0.010m/s,這里d = 0.008mv水的流速(m/h)，對(duì)軟水一般取 O. 8m/s 1. 2m/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/s11冷卻水出口溫度C).一般取30-35 C；這里t ! = 30C t2冷卻水出口溫度(C)，一般取20-25 C ,這里t 2 = 20C； 一個(gè)水冷電極消耗的功率約 0. 5 1kw。將數(shù)據(jù)帶入公式得:tl t2=3X1.0 X103 x0.008 2X2XQ2 = n第-18 -頁(yè)第-# -頁(yè)2 = 12660.48kJ/h4.2 X103

19、X(30-20)= 12660.48 kJ/h(3)熱短路損失Q計(jì)算該項(xiàng)熱損失，包括隔熱層支撐件與爐壁聯(lián)接3 = 2699.4kJ/h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 Q的5% 10% 左右，這里我們?nèi)。篞3 = 8% *Q1 = 8%X33742.5 = 2699.4kJ/hQ(4)其他熱損失Q4計(jì)算其它熱損失，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 Q的3% 5%左右,取04= (3 % 5%)這里我們?nèi)?4 = 1687.1

20、3KJ/hQ4 = 5% *Qi = 5%X33742.5 = 1687.13kJ/hQ則：Q 損失=Q-i + Q2 + Q3 + Q4=33742.5 + 12660.4 + 2699.4 + 1687.13損失=50789.43kJ/h=50789.43kJ/hQ3、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：GCm g tQ蓄式

21、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 可t 結(jié)構(gòu)件增加的溫度C)；爐子的升溫時(shí)間(h)。(1)隔熱層的蓄熱量第-21 -頁(yè)第一層:G =鉬? Fi=10.2 X103 X6.384 X0.3 X10 3 = 19.53 kgG1 = 19.53 kgqi = GiCm ti to=18.60 X0.259 X(1301 - 20)= 6171.1kJq第二層：G2 =鉬? F2 ?b2=10.2 X103 X6.5102 X0.3 X10 3 = 19.92 kgGq2 = G2Cm t2 t°=18.98 X0.259 X(

22、1159-20)= 5599.5kJq第三層：G3 =鉬? F3 ?b3=10.2 X103 X6.6376 X0.3 X10 3 = 20.31 kgGq3 = G3Cm t3 t°=19.22 X0.259 X(931 20)= 4535.3kJq第四層：G4 =鋼? F4 ?b4=7.9 X103 X6.7662 X0.6 X10 3 = 32.07 kgGq4 = G4Cm t4 t°=30.37 X0.5041 X(702 20)= 10439.5kJq第五層：G5 =鋼？ F5 ? b51 = 6171.1kJ2 = 19.92 kg2 = 5599.5kJ3

23、= 20.31 kg3 = 4535.3kJ4 = 32.07 kg4 = 10439.5kJ第-23 -頁(yè)=7.9 X103 X6.8960 X0.6 X10 3 = 32.69 kgq5 G5Cm t5 t0=30.96 X0.5041 x(605- 20) 9130.6kJ第六層：Gs 鋼？F6 ?bs7.9 X103 X7.027 X0.6 X10 3 33.31 kgq6 G6Cm t6 to31.56 X0.5041 X(458- 20) 6969.1kJ(2)、爐殼內(nèi)壁的蓄熱量0內(nèi)鋼？卩冷？6令7.9 X103 X7.2076 X18X10 3 1024.9 kg由于內(nèi)壁溫度由內(nèi)

24、到外以此降低，內(nèi)部溫度 為100 C，外部溫度為20 C。則：q 冷1/2 G冷 Cm t冷 t01/2 X1024.9 X0.4682 X(100- 20)19194.3kJq于是：G5 32.69 kgq5 9130.6kJG6 33.31 kgq6 6969.1kJ內(nèi)1024.9 kg冷19194.3kJq1q2qi冷6171.15599.14535.3 10439.5 9130.66969.118074.4160919.1 kJ/h蓄60919.1 kJ/h第-25 -頁(yè)總=250612.13 kJ/h總=100kwQ損失Q蓄3595=50789.43 60919.1 = 31.07k

25、w3595空=31.07kw4、爐子功率的驗(yàn)證爐子應(yīng)供給的總熱量:Q總=Q有效+ Q員失+ Q蓄=138903.6 + 50789.43 + 60919.1=250612.13 kJ/hQ則爐子總負(fù)載功率N總Q 總250612.13“總=K = 1.2 X= 83.65kw35953595與爐子所要求的設(shè)計(jì)功率100kw相近，則取N 總=100kwo空載升溫功率：N第-26 -頁(yè)第-# -頁(yè)空載升溫時(shí)間:Q蓄:35950.8N總0.8Q損失359560919.13595= 0.25h50660.70.8 100 0.8 -3595=0.25h第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)四、電熱元件的選擇及布置對(duì)于

26、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,由于爐溫最高溫度達(dá)1300C，而加熱元件的溫度則為 1400r，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伽,每個(gè)面上都布置有6根石墨棒，四個(gè)面上共4X6= 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Rt =和F= t -PR式中:2F電熱元件的截面積（mm）;第-27 -頁(yè)第-# -頁(yè)t電熱元件在工作

27、溫度時(shí)的電阻系數(shù) （Q mi7m）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=UP第-# -頁(yè)第-# -頁(yè)=12x4X33X103 = 47.52mm2200F=47.52 mm第-# -頁(yè)第-28 -頁(yè)設(shè)石墨棒的外徑D= 10伽，則其內(nèi)徑:d=4D2 F21047.524=6.3 mm為保證功率滿足要求，取 d = 7 m根據(jù)計(jì)算，選用星形方式連接，石墨棒的外D= 10 mm ,=10 mm內(nèi)徑d = 7 m,電熱元件在靠近爐口的部分其間距應(yīng)稍小一d = 7 m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)五、工件進(jìn)出料傳送裝置設(shè)計(jì)臥式油（氣）淬火真空

28、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、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）冷卻水消耗計(jì)算Q 殼Q1 Q2 Q4=33628.5 + 12660.48 + 1681.4 = 47970.38kJ/hF外壁2 （ L外B外L外H外B外 H 外） F外壁=2 (1480 980 1480 920 980 920)7.43m2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20Q殼C t

29、1Q散t247970.38 57954.2 10340 20=0.5 kg0散=780 F 外壁=780X7.43 = 5795 kJ/h第-29 -頁(yè)第-# -頁(yè)式中:第-30 -頁(yè)G水一一爐殼冷卻水消耗量（kg/h）;Q殼通過爐殼總的熱損失（kJ/h）;Q散 通過滬殼散人周圍空氣的熱損失（kJ/h）C水的比熱t(yī)i出水口水的溫度C）；t2進(jìn)水口水的溫度（C）。水=0.5m3=11 mm60.53V 水=0.5mV水1.0（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1.5m/s,貝U水流管得當(dāng)量直徑為：d=;亙=J 逹0 = 11 式中：d當(dāng)量直徑（m）；水的經(jīng)濟(jì)流速（m/ s

30、）;V水的容積流量（m3/s）（3）球?qū)α鳠釗Q系數(shù)第-31 -頁(yè)第-# -頁(yè)=0.113310dd0.83 0.8310 11 101.5=0.113 x1110=37.91KJ/( nf h C=37.91 kJ/( n h C第-32 -頁(yè)驗(yàn)算水冷爐壁得溫度t壁C)205.7? N=TF- +t 水t 壁=29.1 C <100C符合要求=205.7 11.81 * 20= 29.1 C <100C 符合要求37.91 7.05N冷卻水帶走的熱量,3595-=散=47970.38 5795 = 11.73kw 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d= 15伽，

31、出水管徑稍大些為dD= 18 mm?；厮苤睆降拇_定 下水管道的流速2 = , 2gh =、2 9.8 0.2 = 2.0m/s則下水管道截面直徑D2 =0.4 43600 2.0第-33 -頁(yè)第-# -頁(yè)2=10 m取 D2 =10 m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50 60T(7)水冷系統(tǒng)的安全保護(hù)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

32、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 C時(shí)可選用鋁硅、高硅氧、石英玻璃。這里 觀察孔的

33、直徑為50mm，玻璃片直徑66mm，玻璃片厚度為8mm4. 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 °C的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/s6. 真空放氣閥、真空安全閥真空爐

34、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。這里采用彈簧一膜片結(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)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

35、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. 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1-10-2 Pa真空度范 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：羅茨泵一一機(jī)械真空泵機(jī)組。2. 真空爐必要抽速計(jì)算小一 2 q料G料0.57,亠 2q襯V0.16,亠 5q表 Fq漏一1010S 必 5.710n?pPPP-5.7 X10 2 X 502101.20.5710 24025.33

36、6000.13336000.1330.16 X1Q5、，33.516 12.05 104X1.861 100.133=50.10L/SS 必=50.10L/S0.133式中S必一一爐子的必要抽速，即為了達(dá)到所要求的真空度, 從爐中抽出氣體的速度(L/s);G料一一爐料重量(kg)，為210kg；被處理材料所放出的氣體量，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 的氣體體積（cm3/100g），通過查表可知鋼在標(biāo)準(zhǔn) 狀態(tài)下的放氣量為 0.150.65L/kg，取0.50L/kg, 即 50 cm3/100g ;q襯一一爐襯材料單位體積中放出的氣體量，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積（cm3 / dm3），取40cm3/L ;

37、V爐襯材料的體積（dm3）,隔熱屏的體積為25.3dm3q表金屬結(jié)構(gòu)材料單位表面積上單位時(shí)間內(nèi)放出的氣體量，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積cm3/ （ cm2 s）， 因?yàn)橐话銧t內(nèi)壁均為碳鋼件，查表可得q表=9.31 X10-6L/s cm2 = 33.516 cm3/ cm2 ?h ;F爐子金屬構(gòu)件和爐壁的表面積（cm2 ），F(xiàn)= 12.05 m2P真空度，即工作壓強(qiáng)（Pa），為0.133Pa;T處理時(shí)間（s），T= 1h= 3600s；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2q漏一一系統(tǒng)的漏氣率，根據(jù)設(shè)計(jì)要求為0.67Pa/h = 1.861 X10 4Pa/s。3. 根據(jù)

38、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2 4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主=3S必=125.25L/s主=125.25/S選取ZJ 150機(jī)械增壓泵為主泵按S主選取ZJ150機(jī)械增壓泵為主泵, 其主要技術(shù)指標(biāo)為：抽氣速率150L/S極限真空度3.67 X10-2 Pa4. 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：1S 前S主 1530 L/s5 10選取2X 30旋片式真空泵為前級(jí)泵按S前選取2X 30旋片式真空泵為前級(jí)泵,其主要2X 30旋片式真技術(shù)指標(biāo)為：

39、抽氣速率30L/S極限真空度0.22Pa5. 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)真空閩門真空閥門的作用是用來調(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)

40、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。密封圈結(jié)構(gòu)密封圖形式有幾種，0型主要用于靜密封J型和0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0.5 1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，

41、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)無氧化、無脫碳加熱：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，而且不 形成任何毒性產(chǎn)物。3. 除氣作用：在真空中可除去工件原來溶解、吸收的氣體，使金屬產(chǎn)品性能有明顯提高。4. 脫脂作用：在真空中加熱，金屬零件在機(jī)械加工和沖壓成型過程中使用的冷卻劑、潤(rùn)滑劑等油脂能自行揮發(fā)，并被真 空抽走，不致在高溫時(shí)與零件表面產(chǎn)生反應(yīng)。故可得到無氧 化、無腐蝕的非常光潔的表面。5. 節(jié)省能源：真空熱處理爐蓄熱和散熱損失小、熱效率高。6. 變形小，硬度均勻：由于真空加熱主要靠高溫下的熱輻射, 低溫對(duì)流作用很弱，因而加熱