大型臥式真空退火爐安裝調試及結構優化
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。
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。
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。
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。
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。
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.
