立式真空淬火炉设计说明书.docx

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立式真空淬火炉设计说明书

课程设计

立式真空淬火炉设计说明书

（PFTH700/1600型）

第一章前言············································3

第二章设计任务说明···································4

第三章确定炉体结构和尺寸·······························5

3.1炉膛尺寸的确定······································5

3.2炉衬隔热材料的选择································5

3.3各隔热层、炉壳内壁的面积及厚度····················6

3.3.1隔热屏············································6

3.3.2炉壳内壁·········································7

第四章炉子热平衡计算································9

4.1有效热的计算······································9

4.2无热功的计算······································9

4.3结构的蓄热量······································12

4.4炉子功率的验证······································14

第五章电热元件的选择及布置·····························15

第六章工件进出料传送装置设计··························18

第七章其他部件的设计计算·····························19

7.1淬火油槽的设计·······································19

7.2冷却系统设计·······································20

7.2.1冷却水消耗计算····································20

7.2.2确定水在水壳内的经济流速和当量直径···············21

7.2.3球对流热换系数··································21

7.2.4验算水冷炉壁得温度（℃）·························21

7.2.5冷却水的管道设计·······························21

7.2.6水冷系统的安全保护·······························22

7.3水冷电极···········································22

7.4观察窗···········································22

7.5热电偶测温装置·····································22

7.6风扇··············································23

7.7真空放气阀、真空安全阀····························23

7.8法兰设计···········································23

第八章真空热处理炉真空系统的设计···················24

8.1根据设计技术条件,确定真空系统方案················24

8.2真空炉必要抽速计算·······························24

8.3根据炉子必要抽气速率选择主泵······················25

8.4选配前级真空泵·····································25

8.5确定真空系统管及配件尺寸·························26

第九章真空热处理的优点·······························27

第十章真空热处理炉特点·······························28

第十一章参考文献·····································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

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

炉子有效尺寸

mm

Φ700×1600

最大装炉量

Kg

900

最高温度

℃

1300

压升率

Pa/h

0.67

额定功率

kW

300

第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Φ700mm×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50一150mm。

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150—300mm，或

更长一些。

则：

L＝1600＋2×（150～300）＝1900～2200mm

D1＝700＋2×（50～150）＋2×（50～100）＝900～1200mm

D2＝D1＋2×50＝1000～1300mm

选定：

L=2200mm

D1=1200mm

D2=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=k3V*V

其中体积V=п×（1.2/2）2×2.2=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℃左右计算，取1360℃。

·

因此该真空炉的工作条件为：

室温20℃，工作加热温度为1200℃，工作真空度0.133Pa,极限真空度为1.33×10-3Pa,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。

由于炉子四周具有相似的工作，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8～15mm，取10mm。

钼层厚度为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：

＝πD1×L1+2π（D1/2）3=π×1200×2200+2π（1200/2）2=10.55m2

第二层面积：

F2＝πD2×L2+2π（D2/2）3=π×1220×2220+2π（1220/2）2=10.841m2

第三层面积：

F3＝πD3×L3+2π（D3/2）3=π×1240×2240+2π（1240/2）2=11.136m2

第四层面积：

F4＝πD4×L4+2π（D4/2）3=π×1260×2260+2π（1260/2）2=11.434m2

第五层面积：

F5＝πD5×L5+2π（D5/2）3=π×1280×2280+2π（1280/2）2=11.736m2

第六层面积：

F6＝πD6×L6+2π（D6/2）3=π×1300×2300+2π（1300/2）2=12.042m2

=πD7×L7+2π（D7/2）3=π×1320×2320+2π（1320/2）2=12.351m2

3.3.2炉壳内壁

A.炉壳材料的选择

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1×10Pa，水压实验按P＝2×10Pa计。

由于设计炉壳为圆筒型，其壳体厚度的计算公式为：

So=1.25D（PEt×LD）0.4（mm）

式中S0-圆筒壳体的计算壁厚

D-圆筒内径

P-圆筒所受外圧力

Et-温度为t时的