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大型臥式真空退火爐安裝調試及結構優化

來源:真空技術網(www.sakcw.tw)寶鋼特鋼有限公司鋼管廠 作者:許武

  介紹了大型臥式真空退火爐的結構及安裝特點,制定了安裝工藝及方案,并對均溫組件的結構進行了優化。整套設備的調試成功對大型真空爐的安裝調試具有重要的指導意義。

  20 世紀中葉后,隨著科學技術的飛速發展和現代生產發展的需要,現代熱處理工藝與設備技術快速發展。特別是近十幾年來,現代熱處理制造技術的飛速發展,成為當今世界制造技術的重要領域[1]。近年來,對高溫合金鋼的熱處理的要求越來越嚴格,而真空退火工藝是其中間和成品生產的重要工藝過程。它以熱處理清潔、經濟、無污染、少氧化、變形小的特點越來越引起人們的重視[2]。目前國內外對于高溫合金鋼材料的需求主要有管材、棒材和板材,隨著對材料工藝的探索和研究[3],所需管材、棒材和板材的尺寸會逐漸增加,與之相適應的真空退火爐的有效熱區尺寸也會隨之變長,且設備的其他配置如真空系統和加熱系統也會隨之增多和增大,設備的結構也會更為復雜。

  由于此設備是均溫區尺寸為400m m ×400m m ×7000m m 的大型真空退火爐,設備的尺寸大,配置多、結構復雜,為保證材料的退火質量,所以對設備的安裝、調試都提出很高的要求。

1、設備的主要技術參數

  (1)均溫區:400m m ×400m m ×7000m m ;

  (2)最高加熱溫度(爐溫):1100℃;

  (3)爐溫均勻性(真空狀態下):±5℃;

  (4)極限真空度:1.0×10-4 Pa;

  (5)工作真空度:5.0×10-3 Pa;

  (6)壓升率:≤0.2Pa/h;

  (7)升溫時間:80 分鐘升溫至1100℃;

  (8)抽氣時間:滿載預抽時間1.5h 達到工作真空度,其中高真空閥開啟后15min,真空度需要達到5.0×10-3 Pa;

  (9)加熱方式:當馬弗管內為真空狀態時,馬弗管進入已預熱的臺車式加熱爐內,進行加熱。

  (10)加熱功率:300kW ;

  (11)總功率:400kW 。

2、設備主要結構及特點

  該大型真空退火爐主要由馬弗管、臺車式加熱爐、真空系統、裝料卸料系統、爐體高度調整系統、馬弗管支撐系統、冷卻系統、氣動系統、液壓系統、電源系統以及電氣控制系統組成,如圖1所示。由于真空爐均溫區的長度為7000mm ,為保證爐內的溫度均勻性,僅設計單區加熱是無法滿足要求的,所以該設備的加熱系統設計為9 區加熱,每區單獨控溫,9 個熱區同時按一個升溫程序運行加熱。并設計有特殊的隔熱屏裝置。

大型臥式真空退火爐安裝調試及結構優化

圖1 真空退火爐結構圖

  為保證馬弗管內的真空度以及抽速的要求,設備配有2 套真空系統,每套真空系統由擴散泵羅茨泵旋片泵及維持泵組成。在馬弗管的一端設有裝料卸料系統,該系統主要由送料臺車、料架、料框、牽引小車等結構組成,如圖2 所示。料框在送料臺車上,牽引小車帶動送料臺車進出馬弗管。馬弗管的另一端為臺車式加熱爐,加熱爐結構的下端為行走臺車,上部分為加熱爐體,臺車可帶動加熱爐前后移動,并實現馬弗管的自動進出,主要用于對馬弗管的加熱及冷卻。

大型臥式真空退火爐安裝調試及結構優化

圖2 裝料卸料系統結構圖

3、安裝工藝及方案

  對于此真空退火爐設備的安裝,由于其結構的特殊性,須制定嚴格的安裝工藝步驟,以確保安裝質量。由于此設備的長度長,結構復雜、重量較重、真空度等技術指標要求較高,所以對設備安裝人員要求較高,在安裝前必須進行的全面分析,對設備進行充分了解。

  3.1、設備安裝順序

  此真空退火爐設備最主要的組裝件為馬弗管,同時它也是最基礎的組裝件。安裝時,如果馬弗管的高度、平行度和同軸度不能達到要求,會對其他零件的組裝造成很大的困難甚至無法安裝。所以馬弗管必須首先進行安裝。根據要求將馬弗管安裝就位后,以馬弗管為基準,進行裝料卸料系統的安裝,裝料卸料系統的安裝主要注意牽引小車與送料臺車應保持同心,并保證牽引小車及送料臺車與料架軌道與馬弗管內軌道對齊,避免在進出料時送料小車運動不暢。接下來是對臺車式加熱爐的安裝,臺車式加熱爐主要分為三部分:底部臺車、加熱爐及液壓缸,如圖3 所示。液壓缸共4 個,臺車式加熱爐前后各有2 個液壓缸,位于底部臺車與加熱爐之間,主要起到支撐加熱爐及調節加熱爐中心高度的作用,前后液壓缸的行程分別是50m m 和100m m 。安裝時以就位好的馬弗管為基準,適當調整液壓缸的伸出尺寸,使加熱爐中心與馬弗管中心重合。此部分安裝結束之后,可對真空系統、氣動系統、冷卻系統及電源系統進行安裝。

大型臥式真空退火爐安裝調試及結構優化

圖3 臺車式加熱爐結構圖

4、安裝調試

  4.1、馬弗管的安裝

  由于馬弗管的長度較長,只在前段有四個固定支腿,后端支腿為可移動狀態。為對其進行調整需要在四個支腿上加墊鐵進行水平調整,調整馬弗管時需要注意馬弗管內送料車軌道的水平平行度、真空口處法蘭的垂直度、馬弗管前端爐門的垂直度,這樣可以保證送料系統可以順利進出馬弗管、真空系統能正常安裝到位。

  4.2、系統真空檢漏

  在設備安裝完畢后,進行系統抽真空試驗。待羅茨泵開啟20min 后,馬弗管內真空度為8Pa,根據經驗判斷,此設備的某個地方存在微漏的地方。但由于此設備存在的密封節點較多,需要判斷的點也很多,所以需要對此設備進行分段式檢漏,使用氦質譜檢漏儀,漏率參數設置為1×10-12 Pa·m3/s。先關閉設備主閥對真空系統部分單獨進行檢漏,發現2 套真空系統并無漏點。打開設備主閥對馬弗管進行檢漏,當檢漏儀探針檢查均溫法蘭處時,檢漏儀出現報警現象,再檢查馬弗管其他位置未發現漏點,說明漏點存在于均溫法蘭處,將設備均溫處法蘭取下發現此處的膠圈有破損,更換膠圈后再次進行抽真空,抽到7.5×10-1 Pa,沒有達到10-2 數量級。最后對馬弗管內部進行加熱烘烤處理,羅茨泵開啟后真空度可以達到6×10-2 Pa,達到了預期要求。

5、結構的優化

  由于工件對爐內均溫性要求非常高,所以在每爐工作之前,都需要進行均溫測試,均溫組件的設計結構如圖4 所示。

大型臥式真空退火爐安裝調試及結構優化

圖4 改前均溫組件

  由于均溫測試時,送料臺車上裝有用于綁偶的均溫偶架,需將熱偶的一端綁在均溫偶架上,熱偶隨著送料臺車進入馬弗管內,由于原均溫組件結構是一根整偶插進爐內,這樣會造成料車進出馬弗管很不方便。所以需要對均溫組件的結構進行改造,改造后結構如圖5 所示。將爐內連接偶改為扁插頭型式,又因為爐內溫度高達到1100℃,所以將伸進爐內的扁插頭的材料改為陶瓷材料。經過實踐,改后的均溫組件結構更為方便耐用。

大型臥式真空退火爐安裝調試及結構優化

圖5 改后均溫組件

6、結論

  經過努力,此大型真空退火爐設備順利完成安裝調試工作,設備真空度達到1.0×10-4 Pa,壓升率達到0.1Pa/h,均溫性達到4℃,產品質量符合要求,安裝質量符合工藝設計要求。此設備的結構設計先進合理,設備的配套產品和功能也達到了國內先進水平,并能夠適應長期、溫度、可靠的生產需求。

參考文獻

  [1] 閻承沛. 真空熱處理工藝與設備[M ]. 北京:機械工業出版社, 1998:1-2.

  [2] 包耳田紹潔. 真空熱處理[M ]. 北京:遼寧科技出版社, 2009:5-6.

  [3] 閻承沛. 真空與可控氣氛熱處理[M ]. 北京:化學工業出版社, 2006:155-156.

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