大型淬火冷却装备的设计方案

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大型淬火冷却装备的设计方案　

职工技协北京热处理协会　（１０００５２）　杨满郭建寅　

加热后的金属或工件通常是通过不同的冷却速度来　获得所要求的组织和性能，因此冷却与加热一样，也是　热处理的主要工艺环节之一。同样，冷却装备也是热处　理生产的主要装备之一。　淬火冷却装备根据工件在冷却过程中的冷却速度与　冷却性质可分为：需要加热的冷却设备、冷却室、淬火　槽、淬火机床和冷处理设备等。　淬火冷却装备的功能主要是保证金属或工件淬火时　有足够的冷却能力，或用于回火后防止回火脆性的快速　冷却。根据金属或工件材料的不同及工艺要求，淬火装　备的淬火介质分为油和水两大类。油按冷却速度的不同　又分为普通油、快速油、高速油和超高速油等；水又分　。●●●。－．．＿＇●－－．＿’●●’●”●’●　●”－－●　●”－＇●　●”●。●‘●”－●●‘●。●●●●‘’ｌｌ●●●‘’●●’●●。　１．●●●‘’ｌ＿●－●。ｌ＇．●－●。’１．＇●●‘’ｌｌ　置图及升温曲线分别如图３、图４所示。　

图３原理和热电偶位置图　为无机溶液和有机溶液，如盐水、ＰＡＧ等。这些不同的　冷却介质又通过一些附属装置进行预热、冷却、循环和　搅拌，以保持其所需的冷却能力。　一、淬火冷却装备的技术要求　（１）为淬火提供适合工艺要求的冷却能力。　（２）冷却速度均匀，适合工艺要求。　（３）环保、节能。　（４）安全、防火。　二、淬火冷却装备的结构　１．槽体　槽体一般由３～１２ｍｍ钢板焊接而成，附以型钢为　－。．。。－●－。．，。－－－．。＿．－●・．¨・－－－．＿＿“●－＿”．・●．．¨・・●・＿．．・・●－．”－－●－．¨－＇●・．¨＿＿●－．．。．・●＿．”．，●－．＿＿　－．。．。－－，。．‘．。。。ｌ１．。・‘・－．。・・●‘…＿－。・・ｌ＿，・●。…。・●・。・。・１．１。．。。－●－。ｌｌ。－●－…。・●・。・　定在设定温度与点１吻合存同一温度线上。经测试，炉　

时间ｒ／ｈ　图４升温曲线　由图４升温曲线可看出，在升温阶段点ｌ升温速度　较快一点，到保温阶段，点２很快到达设定温度，并稳　囵星垒　垒苤垄盟　缸撼ｌ一‘：热加工　ｔｑｌｑｗ．ｍａ￣ｉｎｉｓｔ．　．∞　温均匀性得到了根本改善。测试数据见下表。　加热炉温均匀性测试　洲温档次　炉温均匀性　３５０（℃　一１．４～＋２．０℃　５００　一１．８～＋２．１ｏＣ　控温精度　±ｌ　ｑｃ　测试结论　炉温均匀性符合Ｉ类炉　另外，在炉盖顶部安装由水冷式密封电动机带动的　离心式风机。炉膛内安装带有导流板的主导风套，当离　心风机运转时，将炉膛内的气体吸入导风套上端的风道　口，再经离心式叶轮驱动气体均匀地流向加热区的电热　体，升温后的气流回炉膛，对流传热给工件，然后上升　到导风套的风道Ｌｉ，允分均匀地完成ｒ热风循环的全过　程。由于气体在炉内不停地循环，所以使炉内温度更加　均匀、稳定。　按此方案设计的井式炉炉温控制精度准确，在实际　应用中铝合金淬火时效后的部件性能令部合格且稳定，　无一例过烧，保证了航天产品的热处理质量，效益显　著。　（２００６１０１８）

　维普资讯 http://www.cqvip.com 加强筋，以提高其强度和刚性。　底座多由型钢制成，以便于安装和运输，　于大型淬火槽。　常用的灭火方式有：加盖密封灭火、灭火器灭火和　特别是对　氮气灭火。　

２．加热及冷却装置　淬火介质的使用有一定的温度范围，当温度低于下　限时需要加热，当温度高于上限时需要冷却。　（１）加热装置淬火介质的预热方法主要有以下几　种：燃料加热，蒸汽加热，电加热。　（２）冷却装置冷却淬火介质的方法主要有如下两　种类型：　一种是更换淬火介质的冷却方法：在工件淬火时不　断地向淬火槽下部注入温度较低的淬火介质，而被加热　的介质从淬火槽上部的溢流槽排出，流人大的地下专用　淬火介质储存槽，或采用集中冷却的方法，使介质温度　降低，循环使用。　另一种是不更换淬火介质的冷却方法：①采取靠淬　火槽四壁散热以达到降温的方式。此法速度太慢不能连　续使用。②加装搅拌装置，加快淬火介质的流动。但其　结构复杂，效果不大。③在淬火槽中加装带小孔的管　子，通人压缩空气，所产生的小气泡在上浮时起到搅拌　作用，使淬火介质冷却。此法的缺点足介质容易老化，　增加了工件和空气接触的机会，易被氧化，同时气泡混　合在淬火介质中，使其冷却能力降低。④在淬火槽内放　置蛇形管，在蛇形管内通人流动的水，使淬火介质冷　却，并需配置冷却塔等辅助设施。⑤将淬火槽置入更大　一些的水槽中，再通人流动的水。这需要配置冷却塔等　辅助设施，温度不易控制。　３．排烟装置　当淬火介质为油或其他水基介质时，在生产中由于　热的工件放入淬火介质中会产生大量的蒸汽，必然会造　成环境污染，影响操作者的身体健康。因此，在淬火槽　上安装排烟装置是必要的。　排烟装置的吸风罩大致有以下几种类型：整体式槽　边侧吸罩；分组式槽边侧吸罩；条缝式槽边侧吸罩；吹　吸式槽边侧吸罩。　４．灭火装置　淬火介质为油时，炽热的工件特别是大型工件在入　油的过程中，会使局部油温很快升高，容易使油槽起　火，因此淬火油槽配备灭火装置是非常必要的。　三、大型淬火冷却装备的设计方案　１．槽体结构　大型淬火槽一般为方形或圆形，容积多为几到几十　立方米，大型淬火槽可达ｌＯＯｍ　以上。槽体以６　１２ｍｍ　钢板焊接而成，四周由角钢或槽钢加强。当淬火槽较深　时，高度方向也要用型钢加固，使其具有足够的强度和　刚性，以防运输安装时变形。另外，底都应加装由槽钢　制成的底座，以便于运输和安装。　２．淬火介质入口的设置　由于淬火槽较大，特别是深度较深时，为保证淬火　介质沿高度方向温度的均匀性，我们在槽体高度方向设　置了多层进口，每层由几个ＪＪ，４Ｌ组成，小孔可呈一定角　度，以便槽内液体在上升的同时可以纵横流动或形成扰　流，但应避免涡流。　３．淬火介质的加热和冷却　为创造更大的生产空间，淬火介质的加热和冷却装　置应尽量远离淬火槽，采用分离式的加热和冷却装置。　这样淬火槽变得简洁，便于维修。　常用的加热装置为电热箱，它由管状电热器、箱体　组成。根据淬火槽容积的大小，加热功率可选择１８ｋＷ、　２４ｋＷ和３６ｋｗ等规格。　冷却装置为空气冷却器。这种冷却淬火介质的方法　是一种不更换淬火介质的冷却方法，省去了巨大的储液　箱。同时，空气冷却器体积小、占地少、节水、节电、　直接空冷，无需水池和冷却塔等传统设施，安装使用方　便。　４．淬火槽与加热和冷却装置的联接方法　（１）电热箱和空气冷却器串联　联接方法见图１。　这种联接方法的优点是，联接简单，加热和冷却的转换　不用开关节门，只需控制电热箱和空气冷却器的　丁：作状　态。但缺点是，维修时只要维修其中的一个，整个系统　就需要全部停止运行，回路阻力较大。　

图１　电热箱和空气冷却器串联　缸撼ｌ　工星　墨堡塑囵　ｗｗｗ．ｍａｃｈｉｎｉ

ｓｔ．ｃｏｍ．印　维普资讯 http://www.cqvip.com （２）电热箱和空气冷却器并联　连接方法见图２。　这种连接方法的优点是，加热和冷却回路分为两个回　路，当其中的一个有故障时，回路仍可接通，并且回路　阻力较小。但缺点是，加热和冷却的转换需用开关节门　控制。　

图２电热箱和空气冷却器并联　（３）使用换热装置换热装置是一种对淬火介质既　能加热、又能冷却的装置，采用这种装置会使淬火介质　温度的控制变得更为简单、易行（见图３）。换热装置同　样具有体积小、占地少、节水、节电和直接空冷等优点，　并且无需水池和冷却塔等传统设施，安装使用方便。　

图３换热装置的连接　在淬火介质温度正常的情况下，若只需淬火介质循　环、搅拌时，使加热和冷却处于停止状态，则开启泵和　节门即可。　５．余热利用　为合理利用热能，在空气冷却器的热风出口处设置　三通管道，并配备手动碟阀用以转换热风的流向。在夏　季把被淬火介质加热的空气直接排放到室外，在冬季则　通过碟阀把热风排放到室内，用于热风采暖。　６．排烟装置　排烟装置的选择既要起到排烟的作用，又要考虑到　便于操作。　吸风罩应按照淬火槽截面的大小来选择，比较几种　吸风罩的特点，选择分组式槽边侧吸罩较为适合。它所　占空间小，吸风罩在淬火槽上的高度小，效果较好。　当截面较大时，应选择吹吸式槽边侧吸罩，但这种　方式较复杂，且吸风量需加大。　囵　曼垒复　塑　札梭ｌ　工　ｗｗｗ．ｍａｃｈｉｎｉｓｔ．ｏｏｍ．∞　根据需要可增加油烟回收装置，这样既能回收油　质，又能保护环境。　７．灭火装置　淬火油槽采用的灭火装置为氮气自动灭火装置。其　工作原理见图４。火焰探测电极和氮气喷嘴位置见图５。　当工件淬入油中瞬间引起火苗时，灭火装置并不启动，　只有当火焰烧到安置在吸风口处的火焰检测电极时（此　时排烟系统正在工作），在电极上产生电信号，经专用　电缆传至火焰监测器，输出控制信号，使氮气管路上的　电磁阀动作，由分布在淬火槽上部的喷气嘴喷出氮气，　在油面上形成氮气幕达到灭火目的。在喷氮气时连锁关　闭排烟风机，以免氮气被排走而影响灭火效果。在方形　油槽上，喷气嘴通常置于长边上，交错分布，每边２—４　个（根据边长决定）。若为井式油槽，喷钳嘴则均匀分　布于圆周上，喷向应向下有一定的角度，稍偏离中心使　气流形成旋涡状（见图６）。　

电磁阀氯气　图４氮气自动灭火装置工作原理　１　２　

图５　火焰探测电极和氮气喷嘴位置图　ｌ火焰探测电极２吸风革３．氮气喷嘴　

图６氮气喷嘴分布图　（２００６０９２８）

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