真空加热炉毕业论文.doc

1、摘 要 I 题目：真空加热炉设计 摘 要 本文设计的是一座真空加热炉，主要目的是为了在轧钢之前对钢进行真空加热。加热炉是在冶金、化工、机械制造等工业部门中，以燃料燃烧的火焰为热源的各种工业炉的统称。而真空炉是为了隔绝空气、氧化气体等介质环境的一种工业炉的统称。本文则是通过结合加热炉和真空炉的优点而设计出真空加热炉。 为了设计出这么一款真空加热炉，本文从各个方面进行合理的分析，也从以往的加热炉和真空炉的结构设计出发，来设计这一种用于加热钢胚的真空加热炉，来满足设计的目的。 本文先从真空加热炉设计出来后的优缺点进行对 比，再与以往的加热炉的优点对比，说明我们是有设计真空加热炉的必要；再从已经生产出

2、的真空加热炉来举例，通过已经出现了机械行业上真空炉，可以了解现有加热炉的结构；然后从钢铁加热原理出发，阐述出真空加热炉原理是完全适合钢铁加热过程的；再从钢铁加热工艺过程寻找符合的工艺过程，钢铁的退火、回火、淬火、正火的环境都可以在真空加热炉中进行，而且在真空环境下发生的工艺过程更加完善；接着阐述了作者对真空加热炉的结构设计思路，以及设计出的真空加热炉模型，对模型的分析，还有设计真空加热炉各个部件的目的以及原因，以及整体工作流程的 分析；最后从真空加热炉设备的维护技术进行讲解，了解其检漏技术难度，通过了解这一技术，以及自己的摸索，可以掌握维护技术。 本论文是在充分的查阅了相关资料，并结合运用了

3、AutoCAD 设计绘制了本真空加热炉平面结构，通过 Cimatron绘制了本真空加热炉的空间结构。 关键词：真空加热炉；检漏技术；工艺Abstract II Title： Vacuum furnace design Abstract This design is a vacuum furnace, the main purpose is to mill the steel before heating in vacuo.Furnace in metallurgy, chemical industry, machinery manufacturing and other industrial

4、sectors, in order to fuel the flames of the burning heat of various industrial furnaces collectively.The vacuum furnace is to isolate an industrial furnace air, oxidizing gases and other media environment collectively.This article is by combining the advantages of the vacuum furnace and the vacuum f

5、urnace and the furnace design. In order to design such a vacuum furnace, this paper from all aspects of rational analysis, structural design from the previous furnace and vacuum furnace starting to design it for heating a billet vacuum furnace to meet design purposes. This paper begins with the adva

6、ntages and disadvantages of vacuum furnace designed after comparison, and then compared with the advantages of a conventional furnace, that we have designed a vacuum furnace is necessary;From then has produced a vacuum furnace for example, through the machinery industry has seen a vacuum furnace, th

7、e furnace can understand the existing structure;Then from steel heating principle, elaborated the principle of vacuum furnace steel is perfectly suited to the heating process;Then find the process in line with the heating process from steel, annealing, tempering, quenching, normalizing the environme

8、nt of steel can be performed in a vacuum furnace, but the process occurs in a vacuum environment more perfect;Then the vacuum furnace described the structure of the design idea and design of the vacuum heating furnace model, the analysis of the model, and why there is a vacuum furnace designed for e

9、ach member, and the analysis of the overall process;Finally, from the vacuum furnace equipment maintenance techniques to explain, understand its technical difficulty leak through the understanding of this technology, as well as their own exploration, you can master the maintenance technology. This p

10、aper is in full access to relevant information, combined with the use of AutoCAD design drawing planar structure of the vacuum furnace, Cimatron drawn by the spatial structure of the vacuum furnace. Keywords:The vacuum furnace;Leak detection technology;Process目 录 III 目 录 摘 要 .I Abstract. II 第 1章 绪 论

11、 .- 1 - 1.1 真空热处理技术及其应用 . - 1 - 1.2 加热炉应用中的问题及对策 . - 2 - 1.2.1 加热炉应用中出现的问题 . - 2 - 1.2.2 针对问题的解决办法 . - 4 - 1.3 真空热处理炉及其控制系统 . - 4 - 1.3.1 集散控制系统 . - 5 - 1.3.2 继电器控制系统 . - 6 - 1.3.3 计算机控制系统 . - 6 - 1.3.4 PLC 可编程序控制系统 . - 6 - 1.4 本课题研究内容及意义和目的 . - 7 - 1.4.1 课题研究意义与目的 . - 7 - 1.4.2 课题主要研究任务 . - 8 - 第 2

12、章 真空加热炉技术 .- 9 - 2.1 真空高压气淬炉 . - 9 - 2.2 真空油淬炉 . - 10 - 2.3 真空退火炉 . - 11 - 2.4 真空烧结炉 . - 12 - 2.5 真空钎焊炉 . - 13 - 2.6 真空扩散焊炉 . - 14 - 2.7 真空回火炉 . - 14 - 第 3章 热处理原理 .- 16 - 3.1 钢在加热时的转变 . - 16 - 3.2 奥氏体（ A）的形成 . - 16 - 3.2.1 奥氏体晶核的形成 . - 16 - 3.2.2 奥氏体长大 . - 17 - 3.2.3 残余奥氏体的溶解 . - 17 - 3.2.4 奥氏体成分的均匀

13、化 . - 17 - 3.3 影响奥氏体转变的因素 . - 17 - 3.4 钢在冷却时的转变 . - 18 - 3.4.1 过冷奥氏体的等温转变 . - 18 - 3.4.2 过冷奥氏体的连续冷却转变 . - 20 - 第 4章 真空热处理工艺过程 .- 22 - 4.1 钢 的退火 . - 23 - 4.1.1 概念 . - 23 - 目 录 IV 4.1.2 目的 . - 23 - 4.1.3 类型 . - 23 - 4.2 钢的正火 . - 25 - 4.2.1 概念 . - 25 - 4.2.2 目的 . - 25 - 4.2.3 组织 . - 26 - 4.2.4 工艺 . - 2

14、6 - 4.2.5 应用范围 . - 26 - 4.3 钢的淬火 . - 26 - 4.3.1 淬火温度的选择 . - 27 - 4.3.2 淬火介质 . - 27 - 4.3.3 淬火方法 . - 28 - 4.3.4 钢的淬透性与淬硬性 . - 29 - 4.3.5 钢的淬火缺陷及其防止 . - 30 - 4.4 钢的回火 . - 31 - 4.4.1 回火目的 . - 31 - 4.4.2 淬火钢在回火时组织的转变 . - 31 - 4.4.3 钢 在回火时性能转变 . - 32 - 4.4.4 回火脆性 . - 32 - 第 5章 真空加热炉结构设计 .- 33 - 5.1 真空加热炉

15、设计 . - 34 - 5.1.1 炉子基础 . - 34 - 5.1.2 炉子钢结构 . - 34 - 5.1.3 耐火材料 . - 34 - 5.1.4 真空炉的平面设计 . - 35 - 5.2 真空加热炉设计与零部件设计原理 . - 35 - 5.2.1 真空加热炉的设计方案 . - 35 - 5.2.2 真空加热炉零部件设计原理及分析 . - 36 - 5.3 真空加热炉的工作流程 . - 39 - 第 6章 真空检漏技术 .- 41 - 6.1 影响真空度的主要因素 . - 41 - 6.2 快速泄漏的理论分析 . - 41 - 6.3 如何快速判断真空系统故障的部位 . - 42

16、 - 6.3.1 真空室或管路漏气的判别方法 . - 42 - 6.3.2 真空泵的判断方法 . - 42 - 6.3.3 扩散泵抽气能力的判断方法 . - 43 - 6.3.4 真空计的判断方法 . - 43 - 6.3.5 其他方面的判断方法 . - 43 - 6.4 真空检漏的方法与仪器 . - 43 - 6.4.1 真空检漏方法 . - 43 - 目 录 V 6.4.2 检漏仪 . - 43 - 6.4.3 检漏过程中的注意事项 . - 44 - 6.5 真空泵性能测试 . - 44 - 6.5.1 真空泵特征 . - 44 - 6.5.2 真空泵性能测量 . - 44 - 6.6 真

17、空热处理设备检漏需要注意的问题 . - 46 - 结 论 .- 47 - 致 谢 .- 48 - 参考文献 .- 49 - 第 1 章 绪 论 - 1 - 第 1 章 绪 论 1.1 真空热处理技术及其应用 在国家节能、钢铁产业结构调整、淘汰落后产能的政策引导下，近年来我国轧钢技术发展很快，新建或在建的轧钢生产线不断增加。钢铁生产能耗结构中，轧钢工序仅占总能耗的 10% 15%，轧钢加热炉是轧钢系统的 主要耗能设备，占轧钢工序能耗的 60% 70%。因此，轧钢工序的节能重点是轧钢加热炉节能 1。随着轧钢产能的提高，轧钢加热炉数量增长迅速，而且向大型、高效、低污染等方向发展。 加热炉是轧钢厂的主

18、要耗能设备之一 ， 其能耗水平直接影响轧钢生产成本 ，因此降低燃料消耗 ， 提高燃料利用率 ， 减少钢坯氧化烧损是加热炉设计和开发的主要方向和目标。 随着技术的改进，现在开始尝试真空加热炉。 真空热处理是应用于制造工业中，为了使工业产品具备良好性能的必要中间工序。在航空部门，飞机制造的中间工序 钛合金热处 理所需设备为大型真空热处理炉。国内相关的文章对其控制系统的理论和实际的工作研究的并不多见。这篇文章将结合实际经验，并建立在前人的基础上，对先进真空热处理予以阐述。 对于真空热处理炉，国外发展的较为先进，如法国的 ECM 公司，俄罗斯尔热尔夫公司，美国 VFS 公司生产的真空热处理炉均具有较高

19、的性能指标和实用价值。对于炉膛体积大，有效工作区 5 立方米以上，炉膛体积 10立方米以上的大型真空炉控制系统具备完善的理论基础和实践能力。 其中，钛合金热处理真空炉极限真空度可达到 10-4Pa。温度控制采用多种方法，自适应 PID，以及模糊控制，小型 DCS 控制相结合。总体上通用性强，系统组态灵活，控制功能完善，数据处理方便，显示操作集中，人机界面友好，安装简单规范，调试方便，运行安全可靠，控制效果好，造价低等优点。 我国真空热处理设备长期处于落后状态，国家经济基础又薄弱，所以目前仅在一些重点企业和新兴企业得到了根本性的技术改造和更新，设备也多引进国外生产的真空炉，而大多数的热处理车间仍

20、没摆脱落后状态，其中国内缺乏大型真空炉的生产厂家，个别也是与国外厂家进行合作并采用国外的先进技术设计制造，或者国外厂家在国内兴办独资企业。由于许多 技术均有差距，如制造大型炉壳的剪板机和卷板机国内鲜有，即使生产出能够保持有效工作区尺寸的炉壳，同样尺寸的抽真空系统却难以保证生产零件过程中所需的真空度，以及抽高真空的扩散泵所用的泵油难以达标等等。而且国内有一些陈旧的设备正在使用，由于基本上可以满足使用要求，故还没有进行更新换代。因此，也不可能在短时间内都 东北电力大学本科毕业论文 - 2 - 得到全面更新。例如飞机制造行业，由于飞机零件体积大，所需材料特殊（钛合金），热处理过程中又不允许氧化，所以

21、只有拥有高真空度的大型热处理真空炉才能满足要求，而国内很多厂家只能生产中小型的热处理真空炉。同时， 对于大型真空炉的控制需要的技术也较为严格。 另外，生产工艺如果变化，控制系统的元件和接线也需要大的变动，改造工期长，费用高。再有，许多设备没有自诊断功能，需要技术人员一点一点去查找故障。无疑这些很大程度都影响了工期。这些年，国内对于某些自动化技术方面的发展已经有了长足的进步，有的已经达到了国际先进水平，但是能否将这些技术整体化，生产出各项具有自动化先进水平元器件控制先进的大型自动控制设备尚需时日。 由于原有的设备控制系统较为落后的现状，这也决定了我国热处理设备发展必须要走根本性更新和设备技术 改

22、造两条道路。因此，加快热处理设备技术更新的步伐，提高热处理产业的。 整体素质是我国热处理行业的当务之急。对于真空热处理设备控制系统的研究，可以寻找到与国际水平的差距，提高工程技术人员的技术水平。对从事理论研究的技术人员提供一定的理论基础，采用怎样的控制系统可以进行自动查找故障，并在关键时刻能够及时简单处理，以保护设备。采用怎样的控制方法可以更好地满足真空炉的炉温均匀性，采用怎样的抽真空设备可以达到极高的真空度， 以至于让真空热处理在各个行业得到更广泛的应用。 1.2 加热炉应用中的问题及对策 1.2.1 加热炉应用中出现的问题 近几年是我国钢铁产业的大发展时期，大型钢铁企业因产品结构调整，新建

23、或改建项目大部分是热带，中厚板及冷轧，镀锌，彩涂等。地方中小型和民营钢铁企业多是建设和生产棒线材，窄中宽及型钢等产品。随着近年来钢铁产量的迅速增长，钢铁工业占全国总能耗的比重越来越高，到 2007 年，钢铁工业的总能耗占全国能耗的 14.71%。由于现代钢铁产品产量，品种的升级，深加工能力不断增长，轧钢工序能耗在不断增加。加热炉是轧钢厂的主要耗能设备之一，其能耗占轧钢工序能耗的 60%-70%，其能耗水平直接影 响轧钢生产成本。因此降低加热炉能耗是轧钢节能的主要方向和目标。我国冶金行业轧钢加热炉有几千座，包括近年新建及改造的蓄热式加热炉 , 在运行、使用过程或多或少地存在问题，其能耗水平相差很

24、大，有的加热炉单耗达 70-80kg/t，节能潜力十分巨大。 不仅如此，加热炉在运行过程中也存在着很多问题，如燃烧，冷却系统，钢第 1 章 绪 论 - 3 - 坯加热不均，氧化烧损，热工制度，炉压等等。下面就对其中常见的一些问题进行说明 ： a、煤气压力、热值波动 煤气压力、热值波动次数跟公司检修和煤气用量大小相关 ， 由于较难预知其变化 ， 因此调控较困难。各种中板厂， 型材厂和高线厂均反映存在煤气压力、热值波动的问题 ， 煤气管网的压力和热值波动 ， 直接导致空燃比失调 ， 引起加热炉燃烧不完全或排烟热损失增多 ， 造成加热炉燃耗增加。 b、烧嘴堵塞、腐蚀漏气和烧嘴砖烧损 烧嘴堵塞、腐蚀漏

25、气的原因是煤气净化不佳 ， 含尘、硫、焦油和苯等杂质高。冬季长期往管道通入蒸汽 ， 造成管道末端、加热炉烧嘴煤气通道堵塞或腐蚀漏气。烧嘴砖烧损的原因是由于烧嘴砖在急冷急热和高温条件下工作 , 烧损严重。烧嘴堵塞、腐蚀漏气和烧嘴砖烧损严重直接导致加热能力下降 ， 燃烧不完全增加 ， 影响燃耗与安全。 c、换热器损坏 , 影响换热 各轧钢厂的换热器无论是煤气还是空气换热器 ， 都会出现不同程度的损坏。如空气换热器的第一排导气管封死 ， 减少了均热段端烧的风量 ； 煤气换热器腐蚀老化严重 ， 造成煤气泄漏自燃 ,在无备件的情况下 ， 只好将煤气换热器甩掉 ， 煤气不预热 ， 直接输送到烧嘴 ， 影响

26、煤气燃烧 ,综合燃耗也将有所上升。加热炉换热器使用时间长 ， 性能下降 ， 预热空气温度降低 ， 对燃烧和节能有一定的影响。 d、炉头、炉墙冒火 , 增加散热损失 加热炉侧墙密封性差 ， 在轧制小规格产品时 ， 轧制节奏慢 ， 侧墙基本上无冒火现象 ； 轧制大规格时 ， 轧制节奏较 快 ， 炉压较高 ， 造成侧墙冒火。加热侧炉墙与炉顶预制块之间出现缝隙 ， 造成窜火、透红现象 ， 尽管从炉外进行局部修补 ，但炉外砌筑效果不好 ， 可能再次出现透火情况。 e、炉底结渣严重 近年由于轧钢产量持续增加 ， 加热炉负荷进一步提高 ， 加之加热炉炉压不好控制 ， 吸冷风较严重 ， 导致炉底结渣严重。实炉底部分结渣形成不规则固体 ， 向炉头方向延伸到出钢滑道 ， 有时影响正常出钢。 f、其他问题 加热炉使用水冷 ,且冷却水的水温偏高 ,造成两方面的后果 ,一是炉内水管容易结垢；二是带走炉膛内的热量 ,增加热耗。无论是蓄热式加热炉还是常 规推钢式和步进式加热炉 , 由于