HZQL450立式高压气淬真空炉的研发.docx

2013年8月全国热处理学会成立50周年纪念大会暨第九届中国热处理活动周文集北京HZQL-450立式高压气淬真空炉的研发宋景龙，孟丽，刘晓伟，赵燕平北京华翔电炉技术有限责任公司北京1000761概论目前真空淬火炉主要以真空油淬和真空气淬为主，它们各有其优缺点：从淬火后的表面质量看，真空油 淬比真空气淬光亮度低20％一30％，而且要进行清洗，从淬火后工件力学性能看，高速钢工具经过真空油淬后在工件表面形成一个由残余奥氏体和碳化物组成的白亮层，经x射线结构分析证明：白亮层是由大量复合碳化物和残余奥氏体组成，形成碳化物的碳不是来自于炉内的残存气氛，而是来自淬火油。为克服真空油淬的不足，我们对国内外在真空气淬方面进行了大量而深人的研究，对真空气淬的机理、 特性和影响因素有了深入的理解。影响真空气淬冷却能力的因素有三，一是淬火气体的种类，冷却能力从高 到低依次是：H：、He、N：、Ar；二是淬火时充气的压力，充气压力越高，真空炉的冷却能力越强，但当压 力增高到一定程度后其影响减弱；三是通过工件的传热介质的流量，通过工件的流量越大，真空炉的冷却能 力越强，另外通过炉料的气流分布以及流过工件加热气体的再冷却，亦对高压气体淬火的冷却效果有影响‘1|。在生产应用中，低合金钢淬火件、大尺寸的模具和轴类、高密集装载工件，5～6bar的真空高压气冷淬 火仍显不足。以生产大型模具的客户为了提高产品质量，需要更快冷却速度的淬火炉，为此，华翔公司技术部宋景龙主持研发了10bar高压高流率的HZQL450立式气淬真空炉，其中采用多项国家先进专利技术。装炉量能够达到2500kg。满足了客户对于大型模具的淬火技术要求。本高压气淬真空炉具有结构紧凑、炉温均匀性好、冷却均匀、高压气淬效果好等特点，其主要性能指标 和技术参数如表一：表一HzQL450立式高压气淬真空炉技术参数2真空炉的组成及性能介绍HZQL450立式高压气淬真空炉主要由设备主体、升降机构、水冷系统、充气系统、真空机组、气动系388北京全国热处理学会成立50周年纪念大会暨第九届中国热处理活动周文集2叭3年8月统、电气系统、液压系统等组成。设备主体如图一所示，其整体布局合理，运行安全可靠，外形独特美观。辅炉架1．真空炉主体2．炉架3．升降机构4．水冷系统5．充气系统6．真空机组7．气动系统8．电气系统9．液压系统图一HZQL-450立式高压气淬真空炉示意图2．1壳体炉体由双层钢板构成套型的立式圆筒结构，套内通入冷却水，两端与法兰焊接而成。这种炉壳结构强度高、易加工、焊缝少、节省材料。炉体内壁刷有低放气率、防锈的、耐高温的聚四氟涂层，能够适应温度及压力的急剧变化。炉体上设有用于加热的水冷电极接口、热电偶接口(可根据客户要求配置相应数量的热 电偶接口以保证加热室的炉温均匀性的控温精确和安全性)以及便与起吊安装用的吊耳。另外还有真空管 路、放气阀等接口以及用于观察室内情况的观察窗。且各个部件的连接处都有可靠的真空密封。2．2加热元件及隔热屏加热室形状为圆筒形，由加热元件和隔热屏组成。加热元件为石墨板材，加热最高温度可达到1320℃。 采用三角形接法，沿加热区圆周均匀分布，以提供良好的炉温均匀性。多块石墨板材搭接不但保证了加温迅 速，长期使用不易因高温产生变形，而且拆卸方便易于维修。目前，真空炉中的绝缘装置的导电杆上采用普 通结构瓷垫，由于炉体内有很多粉尘，容易覆盖在瓷垫上，污染瓷垫，生产几炉产品后，瓷垫开始变的导电，瓷垫绝缘失效。华翔真空专利陶瓷绝缘结构(真空炉加热绝缘机构专利号：zL．2011．2．0463347．1，发明人：宋景龙)克服了瓷垫易变导电等不足，结构简单且实用，方便操作。水冷电极与炉室内电热元件相连，通过炉壳时采用真空橡胶圈密封。通水的目的是防止温度过高，烧坏 密封圈。电极采用大面积紫铜制造，能够保证电流密度尽量小且拆卸方便。隔热屏为两层石墨硬毡和三层软毡组成的圆形结构，保温效果好，使用寿命长。石墨硬毡分瓣搭接并用3892013年8月全国热处理学会成立50周年纪念大会暨第九届中国热处理活动周文集北京钼螺栓固定在加热室框架上。加热室框架做加固处理，保证工作时不变形。且设有观察孔便于观察室内工作 状态。测温元件采用“S”偶和工件偶进行测温。在1300摄氏度以下用“S”偶，在1000摄氏度以下用工件 偶跟踪工作温度变化。2．3气淬循环系统及充气系统 气淬循环系统位于壳体上方，由处于密封状态下的风机机组、热交换器、内置风道装置及喷嘴组成。风冷电机功率315kw，连接有离心叶轮，转速可达到3000r／min，可实现快速启动。内置风道上出口端布置着风向强制导流板，可保证气流均匀、高速喷吹于料筐内的各个工件，设计速度 达到20tn／s，高速气流将高温工件的热量强力喷出，并通过热交换器进行热量交换，冷却后的气体又