立式真空淬火炉设计说明书

1、课程设计立式真空淬火炉设计说明书（PFTH700/1600 型）第一章 前言 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第一章 前言3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第二章设计任务说明 4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第三章确定炉体结构和尺寸5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 炉膛尺寸的确定 5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Docume

2、nt 炉衬隔热材料的选择 5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 各隔热层、炉壳内壁的面积及厚度 6隔热屏 6 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 炉壳内壁 7 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第四章炉子热平衡计算 9有效热的计算 9无热功的计算 9 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 结构的蓄热量 12炉子功率的验证 14 HYPERLINK l bookmark22 o Current Docum

3、ent 第五章电热元件的选择及布置15 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 第六章 工件进出料传送装置设计 18 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 第七章其他部件的设计计算 19 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 淬火油梢的设计19 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 冷却系统设计 20 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 冷却水消耗计算 20 HYPE

4、RLINK l bookmark48 o Current Document 确定水在水壳内的经济流速和当量直径 21球对流热换系数 21验算水冷炉壁得温度（C） 21冷却水的管道设计 21水冷系统的安全保护 22水冷电极22观察窗 22 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 热电偶测温装置22风扇 23 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 真空放气阀、真空安全阀 23 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 法兰设计23 HYPERLINK l bookma

5、rk56 o Current Document 第八章真空热处理炉真空系统的设计 24 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 根据设计技术条件，确定真空系统方案 24 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 真空炉必要抽速计算 24 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 根据炉子必要抽气速率选择主泵 25 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 选配前级真空泵 25 HYPERLINK l bookmark66 o

6、Current Document 确定真空系统管及配件尺寸 26 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 第九章真空热处理的优点 27 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 第十章真空热处理炉特点 28第H一章参考文献 29第一章 前言真空热处理技术是随着国防尖端工业、 精密机械制造业等的发展而发展起来的新型热处理技术。 尤其是近年来， 零件性能及精度要求的提高， 使得真空热处理技术日益受到重视， 不仅用于活泼及难熔金属的热处理， 还逐渐推广到钢铁材料的退火、淬火、回火、渗碳、渗氮、渗金属等各领域。真空热

7、处理工件通常具有一系列突出优点：不氧化、不脱碳，处理后仍保持表面光亮和原有光泽，表面通常可不加工，工件无变形，较高的耐磨性和使用寿命，对工件有脱脂、脱气作用，无污染、无公害，自动化程度高等。而真空热处理设备是完成真空热处理工艺的重要保证， 能够设计或者选用先进合理的真空热处理设备， 充分满足热处理工艺参数的要求， 是提高产品质量的关键。我国在真空热处理设备的开发方面已经与世界接轨， 生产的主要产品有真空退火炉、真空油气淬火炉、真空高压气淬炉、真空高压高流率气淬炉、真空负压高流率气淬炉、真空回火炉、真空渗碳炉、真空离子渗碳炉、真空烧结炉、真空钎焊炉以及真空离子渗氮炉、 真空渗金属炉、 真空镀膜炉

8、及溅射设备等多种类型。在炉型上包括单室、双室、三室、半连续及连续式真空热处理设备，初步形成了国产真空热处理炉系列。本次课程设计设计的是PFTH700/1600型真空淬火炉，旨在通过一次标准的设计过程， 熟悉和掌握真空淬火炉的设计过程及其工作方式， 为以后进一步、 深入的学习打好坚实的基础。 第二章设计任务说明第二章设计任务说明完成PFT700/1600型真空淬火炉技术设计，要求设计书和真空淬火炉的结构 图（主视图、侧视图）。给定技术参数如下表：项目单位指标炉子后效尺寸mm 700 x 1600最大装炉量Kg900最高温度C1300压升率Pa/h0.67额定功率kW300第三章 确定炉体结构 第

9、三章 确定炉体结构和尺寸3.1 炉膛尺寸的确定由炉体设计给定的参数可知，真空加热炉的有效加热尺寸为 700m济1600mm隔热屏内部结构尺寸主要根据处理工件的形状、尺寸和炉子的生产率决定， 并应考虑到炉子的加热效果、 炉温均匀性、 检修和装出料操作的方便。一般隔热屏的内表面与加热器之间的距离约为50 100mm加热器与工件(或夹具、料筐)之间的距离为50 150mm隔热屏两端通常不布置加热器， 温度偏低。 因此， 隔热屏每端应大于有效加热区约 150300mm 或更长一些。则：L = 1600+ 2 X (150 300)= 19002200mmD1 = 700+ 2 X (50 150) +

10、 2 X (50 100) = 9001200mmD2= D1+ 2 X 50= 10001300mm选定： L=2200mmD 1=1200mmD 2=1300mm由于没有待处理的钢件，没有规定的温度，但通过电功率 P和炉子的体积V可以估算出炉子的加热温度(经验公式)：P总二卜3丫,其中体积 V=nX (1.2/2) 2X2.2=2.49m3由于额定功率为300kW代入上述公式既得k=163,通过查表，可得炉子的加热温度大约有1200。据此来确定炉墙材料和电热元件，电热元件的温度应该按照高于炉子工作温度100-160 C左右计算，取1360 Co 因此该真空炉的工作条件为：室温20，工作加热

11、温度为1200，工作真空度0.133Pa,极限真空度为1.33 x 10-3Pa,压升率0.67Pa/h。主要用途为处理 不锈钢。综上所述，取L=2200mm；D1=1200mm；D2=1300mm。3.2 炉衬隔热材料的选择真空热处理炉衬材料包括有金属辐射屏、 石墨毡、 耐火纤维制品及耐火砖等。由于耐火砖炉衬的保温隔热性能差， 蓄热量大， 易污染炉膛和泵， 因此尽量避免采用。，一般选用相同的材料。为简单起见，炉门及出炉口也采用相同的结构和材料。 这里我们选用金属隔热屏， 依据炉胆的型式和形状， 作成圆筒形包围电热元件， 以便把热量反射回加热区， 从而起到隔热效果，高温时用铂、钨、钽片。温度低

12、于900时可选用不锈钢薄板，由于加热炉的工作温度为1200，电热元件的温度为1300。隔热屏的层数一般根据炉温确定，最高温度为 1300的热处理炉以 6 层屏为宜。这里我们采用六层全金属隔热屏，其中内三层为钼层，外三层为不锈钢层 , 以降低成本。按设计计算，第一层钼辐射屏与炉温相等，以后各辐射屏逐层降低，钼层每层降低250左右，不锈钢层每层降低150左右。则按上述设计，各层的设计温度为：第一层：1200；第二层：1200-250=950；第三层：950-250=700；第四层：700-150=550；第五层：550-150=400；第六层：400-150=250水冷夹层内壁：100最后水冷加层

13、内壁的温度为100 150，符合要求。3.3各隔热层、炉壳内壁的面积及厚度 3.3.1 隔热屏由于隔热层屏与屏之间的间距约 815mm取10mm铝层厚度为0.2mm- 0.5mm，取0.4mm 不锈钢层厚度 0.5mm- 1.0mm 取0.6mm 屏的各层间通过螺 钉和隔套隔开。第一层面积：F1 =兀 D1X L1+2九(D1/2)3 = ttX 1200X2200+2 M1200/2)2=10.55m2第二层面积：F2=兀 D2X L2+2九(D2/2)3 = ttX 1220X2220+2 M1220/2)2=10.841m2 第三层面积：F3=兀 D3X L3+2九(D3/2)3 = t

14、tX 1240X2240+2 M1240/2)2=11.136m2 第四层面积：F4=兀 D4X L4+2九(D4/2)3 = nX 1260X2260+2 M1260/2)2=11.434m2第五层面积：F5=兀 D5X L5+2 九(D5/2)3 = ttX 1280X 2280+2 M1280/2)2=11.736m2 第六层面积：F6=兀 D6X L6+2九(D6/2)3 = ttX 1300X2300+2 M1300/2)2=12.042m2F冷=兀 D7X L7+2九(D7/2)3 = ttX 1320X2320+ 2 41320/2)2=12.351m23.3.2炉壳内壁A.炉壳

15、材料的选择炉壳采用双层冷冷却水结构，真空淬火炉对真空度的要求比较高，应该选用 良好的焊接性能的轧制钢材，而且 PFTH700/1600属于大型真空淬火炉，由于不 锈钢板材料较贵，特别对大型炉壳，耗材多、造价高，最终，在性能和成本之间 均衡后选择45#钢板作为炉体材料。B.炉壳尺寸的确定炉壳钢板的厚度通过计算获得，并参考现有真空炉壳进行校验。在设计时不 仅仅考虑一个大气压力的作用，也要考虑到冷却水套内水压的影响。一般的安全 水压为200-300kPa。圆筒状完体只承受外压时，可按稳定条件计算。有受外压1 X 10 Pa,水压实验按P =2X 10 Pa计。由于设计炉壳为圆筒型，其壳体厚度的计算公

16、式为：So=1.25D(PEt 义 LD)0.4 (mm)式中S0-圆筒壳体的计算壁厚D-圆筒内径P-圆筒所受外压力Et- 温度为t时的弹性模量L-圆筒的计算长度由前面的计算数据可得：So=1.25 X 1320 X (0.11.96 X 105 X 23201320)0.4 =6.2885(mm) 圆筒壁厚还要考虑一个附加量C:它包括板材厚度公差、介质腐蚀和加工减薄量等,即 C=C1+C2+C3C壁厚的附加量(mrm。G钢板的最大负公差附加量(mrm , 一般取0.5-1mm,这里取0.8mm;C2腐蚀裕度(mrm，这里取1.2mm;C3风头冲压的拉伸减薄量(mrm，取计算值的10%但不大于

17、4mm表：碳钢及低合金钢板得知得知得知最大负公差附加量钢板最大厚度/mm2.5344.5568-2526-3032-3436-40取大负公差/mm0.20.220.40.50.50.60.80.90.91.1由 C 可得 C3=10%S0=0*6.2885=0.62885mn)我们取为 0.63mm因止匕 C=C1+C2+C3=1.2+0.8+0.63=2.63mm所以圆筒的实际壁厚为：S=S0+C=6.2885+2.63=8.9185 (mm)4% ,代入数据:C.设计验证：上述公式适用于筒体壁厚与炉径之比小于获等于S/D=8.9185/1320=0.0067,满足条件L/D须要在1-8之间

18、，代入数据：L/D=2320/1320=1.758 ，满足条件(PEt X LD)0.40.523 ,代入数据：(0.11.96 X105X 23201320)043.8112X10-3,满足条件。D.圆筒炉壳的水压试验圆筒炉壳的水压试验时，应校核壁上应力。进行水套水压试验。一般水套内通入2X105的压力。此外还要加上1X105Pa抽空压力。6二P水 2X (S-C) T X D+-C尸 0.9(TS 代入数据： =0.32 X 6.2885 X 0.6 X 1320+6.2885= 52.7MPa 0.9 a S综上所述：本次试验满足以上全部条件，则所需壁厚符合要求，即 S=8.9185mm

19、第四章 炉子热平衡计 第四章 炉子热平衡计算根据热平衡方程式Q总=Q有效+Q损失+ Q蓄式中：Q 总加热器发出的总热量 (kJ/h) ；Q 有效 有效热消耗，即加热工件及工夹具所消耗的热量Q 损失 无功热损失(kJ/h)Q蓄一一加热过程中炉子结构蓄热消耗的热量。有效热消耗的计算Q有效= Qh + Q夹Qh =GC(ti-t ), Q 夹等同；式中：Q有效一一有效热消耗(kJ/h);Q 工件加热消耗热量(kJ/h);Q 夹具加热消耗热量(kJ/h);G炉子生产率(kg/h),在本次设计中取炉子的最大装炉量为900kg/h ;t 1工件的最终温度( ) ，般取炉温，本次设计中我们取为1200；t

20、0工件的起始温度，( ) ，一股取室温，本次设计中我们取为20；C-工件在温度ti和to时的平均比热容kJ /(kg K)查表可以得到工件的 C1=0.5041 KJ/(kg ? ), 夹具的 C2=0.5852 KJ/(kg ? ) 代入数据：Q工=GC(t i-t o)=9OOX 0.5041 X (1200-20) =535354.2 KJ/hQ夹=GC(t i-t 0)=80 X 0.5852 乂 ( 1200-20) =55242.9 KJ/hQ 有效=Qh+ Q 夹=535354.2 + 55242.9=590597 KJ/h无功热热消耗的计算Q损失二 Q1+Q2+Q3+Q4式中：

21、 Q 1- 通过隔热层辐射给水冷壁的热损失KJ/hQ2- 水冷电极传导的热损失KJ/hQ3- 热短路造成的热损失KJ/hQ4- 其它热损失KJ/h通过隔热屏热损失Q1的计算:电热元件、隔热屏的黑度为:8热=0.95 ; 5=0.133;4=0.096;8S_1，C-1】 0 F2 络 J 0.133 10.84110.096)= 0.297Kj/( M = 0.096;%=%=% = 0.5; &冷=0.56 则导热辐射系数:4.964.96工+且 S1= 1 J536，11C热 1= &热Fi 0.95 10.55l0.1331=2 478KJ/( m2其中F1由前面算得,F热为加热元件的表

22、面积。同样计算得:。2 =4.961 十 F211一十 一1C23 _ 22.F3 1 %4.96，咏，一 10.096 11.136 0.096= 0.2532KJ/( m24.964.964.96=496工+且G 1二十116工_11% F4 络一 J 0.096 43451=0.4355KJ/(4.964.96C45工且I- 0.5 11.736 0.5_1.6678KJ/( m24.964.96C561F5，5F6-1-1111.736 1 d10.5 12.042 0.51.6678KJ/( m2区41001i * * * -r C冷叶64.964.96、1”-十 12042 丁名

23、F q = C热,F热C1F10.5 12.351 10.56J4C6冷=6 F冷 冷 =1.7932KJ/( m2 h - K )100 J441573 _ 373700 10011.793212.0421111114-+ + +2.4781.536 0.29710.55 0.253210.8410.435511.1361.667811.4341.667811736= 46873.6KJ/h式中：T热一一电热元件得绝对温度，按高于炉子工作温度按100c计算，即1573K;T冷 炉内壁的绝对温度，即按设计计算得 T冷=373（各辐射屏的温度的验算：第一层：I100 J = I100 J Q11

24、c 热1 热)把各项数据代入上述公式，计算得 T1=1487K ,即t 1=1214C第二层:*L*，导 +c第三层:100100_Q1把各项数据代入上述公式，计算得 T2 =1221K,即t 2 =948C111+C 热 1，F 热C12，F1C23F2)把各项数据代入上述公式，计算得 T3=974K即t3=701 C 类似计算，得：t 4=556C; t5=401C; t 6=253C;t 冷=101C验算结果与前面设计的各隔热层温度基本相近，符合要求。水冷电极传导的热损失 Q2计算r 二 dQ2 = n ： vC t1 T2根据公式：4式中：Q水冷电极彳导热损失，（kJ /h）;n水冷电

25、极数，n=12；P水的密度（kg/m3） , p =1.0 x103KJ/m3;C水的比热容kJ /（kg - C）d水管直径（m）, 一般取 d = 0. 0060.010m/s,这里 d = 0.008mv水的流速（m/h）,对软水一般取 O. 8m/s 1. 2m/s,对中等硬度水一般取1.2m/s 3m/s,这里对于中等硬度水取 y =2m/sti冷却水出口温度（C）. 一般取30-35 C；这里t1 = 30C t2冷却水出口温度（C）, 一般取20-25 C ,这里t 2 =20C ； 一个水冷电极消耗的功率约 0. 5ikw。将数据带入公式得：2二 d2二 0.008Q”n；vC

26、 t1 -t234= 12X 1.0 X10 X 4 X2X 3600X 4.2 X (30 20)= 182311KJ/h热短路损失Q5计算该项热损失，包括隔热层支撑件与炉壁联接热传导损失，炉床或工件支承 架短路传导损失，以及其它热短路损失等。这部分热损失很难精确计算，权据经 验,这部分热损失大约为 Q的5% 10%左右，这里我们取：Q3 = 7% *Q1 =7% X 46873.6=3281.152 KJ/h其他热损失Q4计算其它热损失，加热电偶导出装置，真空管道、观察孔、风扇装置等的热损失。这部分的热损失也很难精确计算，根据经验，这部分热损失大约为Q的3%一 5%左右，取Q= （3 %

27、5%）这里我们取：Q4 = 5% *Q1 = 5% X 46873.6 = 2343.7KJ/h则：Q 损失=Q + 02 +Q3 + Q4 =46873.6 +182311 + 3281.1 +2343.7=234809KJ/h结构的蓄热量炉子结构蓄热消耗是指炉子从室温加热至工作温度，并达到稳定状态即热乎 衡时炉子结构件所吸收的热量，对于连续式炉，这部分销耗可不计算。对于周期 式炉，此项消耗是相当大的，它直接影响炉子的升温时间，对确定炉子功率有很 重要的意义。炉子结蔷热量是隔热层、炉床、炉壳内壁等热消耗之总和。计算公式如下：“ GCmLtQ蓄二一一式中：Q蓄一一结构蓄热量（kJ/h）;G结构

28、件重量(kg);Cm-结构件材料的平均比热容kJ/(kg - C)投结构件增加的温度(C)；丁 一一炉子的升温时间(h)。 隔热层的蓄热量第一层：G =阵目.F1 .年=10.2 X 103 X 10.55 X 0.3 X 10 =32.283 kgq1 = G1cm&-t0)= 32.283 X 0.259 X ( 121420) = 9983KJ 第二层：G2=0钥 *F2 *b2 = 10.2 X 103X 10.841 X0.3 X 10,=33.173 kgq2 = G2cm心 T0 )= 33.173 x 0.259 X (94820) =7973KJ 第三层：G3=译目 *F3

29、*b3 = 10.2 X 103 X 11.136 X 0.3 X 10=34.076 kgq3= G3cm 鱼一心)=34.076 X 0.259 X (701 20) =6010KJ 第四层：GP钢*b4 =7.9 x 103 X 11.434 X0.6 X 10=54.197 kgq4 = G4cm心 T0 )= 54.197 X 0.5041 X (556-20) =14643KJ 第五层：G5= % *F5 b5 = 7.9 X 103 X 11.736 X 0.6 X 10，=55.628 kgq5= G5cm t-t)=55.628 X 0.5041 乂 (401-20) = 1

30、0684KJ 第六层：G6= % *F6 *b6 =7.9 X 103 X 12.042 X 0.6 X 10 二=57 kgq6= G6cmt T。)= 57X 0.5041 X (253-20) =6695KJ炉壳内壁的蓄热量6冷=P钢 ,F冷b冷=7.9 X 103 X 12.351 X 8.9185 X 10 =870.2 kg由于内壁温度由内到外以此降低，内部温度为100C,外部温度为20则：q冷=1/2 G冷。晨冷 To)= 1/2 X 870.2 X 0.4682 X (100-20) = 16297KJ于是:qi +q2 + +qi 冷Q =T9983 7973 6010 14

31、643 10684 6695 16297=72285 KJ/h炉子功率的确定炉子应供给的总热量：Q 总=Q有效 + Q损失 + Q* = 590597+ 234809+72285=897691KJ/h则炉子总负载功率N总：N总=K3595 = 1.2 X 3595 = 299kw与炉子所要求的设计功率 300kw相近，则取NF=300kw。空载升温功率:Q损失 +Q 蓄234809+72285N 空=3595=3585=85.66kw空载升温时间:3595722853595Q .2348090.8N总一0.8 报50“二0.8X300-0.8X7=35953595 =0.107h第七章 其他部

32、件的设 第五章 电热元件的选择及计算电加热器是真空热处理炉的重要部件，其作用是将电能转化为炉内的热能，使炉子达到工作温度。 电加热器是由电热元件组成的。 炉子的最高温度， 炉温均 匀性。升温速度，都与电热元件的材料选择，几何尺寸计算，和结构等有关。电热元件的选择在本热处理炉的设计中， 我们设计的炉子的最高温度为1360， 大于1200，而且由于有些被处理的工件在高温下不允许有碳存在， 此时电热元件和隔热屏的材料就不能选用石墨和碳质毡。因此我们选用钼作为电热元件。电热元件的计算电热元件在长期工作温度下的电阻当炉温为1000时，此时电热元件的温度我们取为1200，选用钼作为电热元件，保护气体选用氮

33、气。查表可得，所用电压为 200V。采用Y-Y型接法， 即三相双星形接法，查表可知，相应的电热元件的数目 n=6;已知炉子的额定功 率为300kW所以每一个加热元件的功率为N=300/6=50kW,由总电阻公式：Rt=U2/(Nx1000)代入数据得：R=U2/(N/1000)=2002/(300 X 1000)=0.133电热元件在长期使用工作温度下的电阻率在本炉子的设计当中，我们选择炉子的长期使用温度为1000。由公式：&= P20 (1 + 口 查表可得钥在20c的电阻率为0.054 Q - mmZm,电阻温度系数为4.71 X 10-3，加热炉的工作温度为1000时，代入数据得p t=

34、0.054 (1+4.71 X 1-0X 100。=0.30834 Q mm2m电热元件尺寸的计算电热元件直径的确定由于采用的是电阻丝加热体，直接代入公式即可：d=34.4 x ( p tU2 x N2yi3=11.3mm电热元件长度的确定由于采用的是电阻丝加热体，直接代入公式即可：电阻丝的长度 1=0.785 X 103X d2NX U2P =43.3m校核电热元件的表面负荷查表可得该电热元件的表面允许功率W阶=20W/cm2因此 W实=P 组 Ttdl=(1000X 300)/(3.14 X 1.13 X 4330=19.53W/cm2小于允许的表面功率，所以满足设计要求。电热元件尺寸的表

35、面积F 热=兀 XdX 1=3.14 X 11.3 X3043.3=1.536m2电热元件根数的确定由于纯金属电热丝加工性能不好，经常使用数根直径为1-3mm的丝并联扎起以代替单根较粗的电热丝。同时也要保证电阻不变。因此九 D2+ 4=n 兀 d2+4所以 n=D2d2=11.3222=32 根4.2.6 电热元件寿命的计算电热元件的寿命，在理想情况下取决于电热元件的蒸发速度。由于电热元件的蒸发，造成了它的质量减少，当质量减少导致电热元件的电阻增长15%-20%的时间， 称为电热元件的寿命。 电热元件在一定温度下， 元素的蒸发速度v 按下式计算：v=775.4PsXM/T由于铝的相对分子质量为

36、95.94g,查表可得它的饱和蒸汽压为1X10-6Pa,工作温度1000，代入数据：v=775.4 义 1 X-16JX 95.941000+273=2.129 X4/(cm2*s)对于圆形截面的电热元件，使用寿命t 可以用下面的公式计算：t=1.48 X10-dpvt=1.48 X 10-C t1 - t2G水 炉壳冷却水消耗量（kg/h）；Q壳一一通过炉壳总的热损失（kJ/h）;Q 一一通过沪壳散人周围空气的热损失（kJ/h）,这里取为770 KJ/ （m2h）C水的比热ti一一出水口水的温度（C）；t2一一进水口水的温度（C）。Q壳=Qi *Q2 *Q4 =46873+ 182311 +

37、2343= 231527KJ/h外壁的参数由内壁参数加上壁厚 S与水冷区厚度而得，由于前面的 F冷 =12.351m2,Q 散= 770F 外壁=770X 12.351 =9510.2KJ/h_ Q壳一Q散 231527 -9510GLCk4.10340-20） = 2.64 kg/h确定水在水壳内的经济流速和当量直径器管内为软水，水的容积流量为V = 2.64 =7.33 10“m3/s1 3600则水流管得当量直径为:d=4 7.33 10二 1.5-4=0.0249m取 d=25mm式中：d当量直径（m）；0 水的经济流速（m/s）;V水的容积流量（m3/ s）求对流换热系数0.8310

38、d .310 0.025 1.5口 =0.113 d =0.113 X 0.025= 32.17KJ/( m2 h - C )验算水冷炉壁的温度t壁(C)205.7 *N205.7 61.75t壁= a *F +t水=32.17父12.351 +20= 51.96 C100C 符合要求N冷却水带走的热量，Q 壳Q 散231527-9510N=3595 =3595=61.75kw冷却水的管道设计进水管径的确定：进水管直径d=25mm,出水管径稍大些为 D1= 28 nlm 回水管直径的确定：下水管道的流速跖=42gh = J2-9.8M0.2=2.0m/sF2-V7.33 102= 3.665

39、10“ m2D24F2 _ 4 3.665 10，0.0216m二 一， 3.14因此取为22mm经软化后循环水可提高其出水温度，一般出水温度为50-60T水冷系统的安全保护(1)水压保护和监测，安装水压继电器及水压表(2)储水箱水冷电极水冷电极是将电能引入到炉内电热元件上的导电装置， 在设计上主要注意以下几点：1） 水冷电极与炉室内电热元件相连， 通过炉壳时要保证良好的密封。 通常 用真空橡胶圈或聚四氟乙烯圈密封。通水的目的是防止温度过高，烧坏密封圈。2）电极与炉壳应有良好的绝缘性能，往往两者间用玻璃纤维板、云母、夹布胶木或聚四氟乙烯等材料制的套圈隔开。3）电极要有足够大的断面积，通常用紫铜

40、制造，在有水冷的情况下，电流密度允许值为 10 一 18A/mm2。4） 电极与电热元件以及电极与电源连线间应接触良好，并有足够大的接触面积，拆装方便。5）电极的热损失要尽量小。观察窗观察窗是真空电炉的常用装置，用来观察工件受热情况，要求结构简单，观察高度适宜， 其尺寸的大小在满足观察视野的前提下， 应尽量小些， 以减少通过它造成的热量损失。观察窗上的玻璃要求耐温并有一定的强度。 600 1100时可选用铝硅、 高硅氧、 石英玻璃。 这里观察孔的直径为50mm， 玻璃片直径66mm，玻璃片厚度为 8mm热电偶测温装置热电偶作为测温和控温装置的感温元件， 是真空热处理炉加热室要的测试装置， 真空

41、炉上安装热电偶便与一般炉子不同， 要保证热电偶丝的引出必须符合真空密封的要求。 目前， 铠装热电偶保护管为不锈钢材料， 因此一般使用温度限制为 1000左右。当炉子使用温度为1000 摄氏度以上时，可采用高纯氧化铝或氧化镁做热电偶的保护材料。 本设计中一般用钨铼热电偶作为热电偶丝。 根据炉子使用温度，使用耐温16001700的高纯氧化铝作为保护管材料。风扇风扇结构采用液压马达作驱动力的风扇装置， 主要特点是直接利用液压马达的法兰安装面作为静密封面，省得一个水冷却罩，结构简单密封可靠。风扇叶轮多采用离心式叶轮，材料为 45 号钢。风机的风速选为10m/s。真空放气阀、真空安全阀真空炉安全阀型式也

42、有几种， 主要为防止真空炉亢气压力过高保护真空炉构件及测试元件。这里采用弹簧膜片结构。法兰设计遵照国标选取真空法兰。第八章真空热处理炉 第八章真空热处理炉真空系统的设计真空热处理设备的真空系统通常由获得真空的容器 (真空炉)和真空获得设 备(真空泵机组)、控制真空和测量真空的组件设备组成。分述如下：(1)真空泵机组，根据炉子工作压力和抽气量的大小，分别选配有不同抽速 的超高真空泵，高真空泵，中真空泵和低真空泵。(2) 在真空炉室和真空泵机组间配备的各种真空组件或真空元件，如阀门、 过滤器、冷阱、波纹管、管路、密封团和法兰等。(3)为了测量真空系统的真空度，在系统的不同位置上设置测量不同压力的

43、真空规管或其它真空仪表，如电离规管、热电偶规管。通常还设有真空压力表和 其它真空测量仪。(4) 真空检漏仪器、真空控制仪器、充气装置等。根据设计技术条件，确定真空系统方案根据所选的真空泵的极限真空度应比炉子工作真空度高 1个数量级的原则， 同时考虑到真空泵应在1-10-2Pa真空度范围内有较大的抽气速率。所以，选取机 械增压泵和机械真空泵组成的真空系统即：罗茨泵机械真空泵机组。真空炉必要抽速计算2 q料G料2 q未tV5 q表Fq漏S必= 5.7 乂10 n +0.57 父 10+ 0.16父 10 - + ppp p= 5.7 义 1050 900X 3600 0.13321.2 0.57

44、1052 451.43600 0.133_4 433.516 12.351 10 . 1.861 100.16 X 10, X 0.1330.133= 55.426L/s式中S必一一炉子的必要抽速，即为了达到所要求的真空度，从炉中抽出气体的速 度(L/s)；G斗一一炉料重量(kg),为900kg;,r3q料一一被处理材料所放出的气体量，换算成标准状态下的气体体积(cm/100g）,通过查表可知钢在标准状态下的放气量在1060-1200 C之间为 TOC o 1-5 h z ._. . , ,30.07 0.52L/kg ,取 1060c下白为 52cm /100g；q衬一一炉衬材料单位体积中放

45、出的气体量，换算成标准状态下的气体体积33 一3（cm / dm）,取 40cm /l ；V一一炉衬材料的体积（dm3）223V= 3.14 （13-2） -3.14 （12-2）23 = 451.4dmq表一一金属结构材料单位表面积上单位时间内放出的气体量，换算成标准状32、-一态下的体积1cm / （cm s）,因为一般炉内壁均为碳钢件，查表可得q表=9.31 X 10-6L/s - cm2 =33.516 cm3/（cm2 *h）；2F炉子金属构件和炉壁的表面积（cm）, F= 12.351 m2P真空度，即工作压强（Pa）,为0.133Pa；r处理时间（s） , r =1h= 3600

46、s；n热处理过程中的不均匀放气系数，一般取为1.2,真空烧结时取为2q漏系统的漏气率，根据设计要求为 0.67Pa/h =1.861 X10“Pa/s。8.3根据炉子必要抽气速率选择主泵一般主泵的抽气速率约等于炉子必要抽气速率的2-4倍,考虑到本计算真空系统没有采用障板，过滤器等。阻力损失仅考虑管道和阀门，所以采取2倍炉子必要抽气速率即S主=3S必=166.278L/s按S主选取ZJ-300机械增压泵为主泵，选取ZJ-300机械增压泵为主泵其主要技术指标为：-2抽气速率300L/s ,极限真空度6.7 X 10 Pa；选配前级真空泵机械增压泵（罗茨泵）的前级真空泵的抽气速率按下式算：C1 cS

47、 前=S 主=16.627833.256510L/s为了缩短抽气时间，前级泵的抽气速度可根据上式所技算出的范围选择尽量大一 些的速度。按S前选取ZHH30旋片式真空泵为前级泵,ZH-30旋片式真技术指标为：抽气速率30L/s ,极限真空度6.67x10Pa确定真空系统管及配件尺寸按所选择的机械增压泵和前级真空泵的性能规格，选取管道及配件如阀门等 尺寸规格。(1)真空闽门真空阀门的作用是用来调节气流或隔断气流， 种类繁多，根据阀门的工作特 性、传动原理、结构和用途。对真空阀的基本要求：尽可能大的流导，密封可靠，操作简便，密封部件磨 损性好长，容易安装和维护，有的还要求动作平稳快速，或者同时要求占据空间 小等。